JP7001996B2 - 部分分繊繊維束とその製造方法、および部分分繊繊維束を用いた繊維強化樹脂成形材料とその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)複数の単糸からなる繊維束の長手方向に沿って、分繊処理によって複数の分割繊維束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束であって、前記分繊処理区間における分割繊維束の単糸本数が不均一であることを特徴とする部分分繊繊維束。
(2)前記分割繊維束の単糸本数が、前記繊維束の幅方向において不均一であることを特徴とする、(1)に記載の部分分繊繊維束。
(3)前記分割繊維束の単糸本数が、前記繊維束の長手方向において不均一であることを特徴とする、(1)または(2)に記載の部分分繊繊維束。
(4)前記分繊処理区間の長さが、30mm以上1500mm以下であることを特徴とする、(1)~(3)のいずれかに記載の部分分繊繊維束。
(5)前記未分繊処理区間の長さが、1mm以上150mm以下であることを特徴とする、(1)~(4)のいずれかに記載の部分分繊繊維束。
(6)前記部分分繊繊維束に含まれる前記未分繊処理区間の含有率が、3%以上50%以下であることを特徴とする、(1)~(5)のいずれかに記載の部分分繊繊維束。
(7)複数の単糸からなる繊維束を長手方向に沿って走行させながら、複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れて分繊処理部を生成するとともに、少なくとも1つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過した後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記突出部の間隔が前記繊維束の幅方向において不均一である分繊手段を突き入れ、前記繊維束の幅方向に対して不均一に分繊処理を施すことを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
(8)複数の単糸からなる繊維束を長手方向に沿って走行させながら、複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れて分繊処理部を生成するとともに、少なくとも1つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過した後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記突出部の間隔が異なる複数の分繊手段を、繊維束の長手方向に対して順に突き入れ、前記繊維束の長手方向に対して不均一に分繊処理を施すことを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
(9)複数の単糸からなる繊維束を長手方向に沿って走行させながら、複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れて分繊処理部を生成するとともに、少なくとも1つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過した後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記繊維束の幅を変化させながら(例えば、周期的に変化させながら)前記分繊手段を突き入れ、前記繊維束の長手方向に対して不均一に分繊処理を施すことを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
(10)前記繊維束の長手方向に対して不均一に分繊処理を、(7)または(8)に記載の不均一な分繊処理とともに施すことを特徴とする、(9)に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
(11)前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記押圧力の上昇に伴って前記繊維束から前記分繊手段を抜き取ることを特徴とする、(7)~(10)のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
(12)前記繊維束に突き入れた前記分繊手段から前記繊維束の長手方向に沿って前後の少なくともいずれか一方の10~1000mmの範囲における前記繊維束の撚りの有無を撮像手段により検知することを特徴とする、(7)~(11)のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
(13)前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記撮像手段により撚りを検知し、前記突出部が該撚りに接触する直前から通過するまで、前記押圧力が低減するように前記分繊手段を制御することを特徴とする、(12)に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
(14)複数の前記突出部が、それぞれ独立して制御可能であることを特徴とする、(7)~(13)のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
(15)前記分繊手段が、前記繊維束の長手方向に直交する回転軸を備え、前記回転軸表面に前記突出部が設けられていることを特徴とする、(7)~(14)のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
(16)(1)~(6)のいずれかに記載の部分分繊繊維束を切断・散布して得られる強化繊維マットと、マトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形材料。
(17)前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする、(16)に記載の繊維強化樹脂成形材料。
(18)前記繊維強化樹脂成形材料がシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする、(16)または(17)に記載の繊維強化樹脂成形材料。
(19)(16)~(18)のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、少なくとも下記工程[A]~[C]を有することを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[A]複数の単糸からなる強化繊維束の長手方向に沿って、前記分繊処理区間における分割繊維束の単糸本数が不均一となるように分繊された分繊処理部と、未分繊処理部とを交互に形成してなる部分分繊繊維束を得る部分分繊工程。
[B]前記部分分繊繊維束を切断して散布し、強化繊維マットを得るマット化工程。
[C]前記強化繊維マットにマトリックス樹脂を含浸させる樹脂含浸工程。
(20)少なくとも前記工程[A]~[C]を1つのプロセス内で連続的に行うことを特徴とする、(19)に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
(21)前記工程[B]においては、部分分繊繊維束をその長手方向に対して、角度θ(0<θ<90°)で切断することを特徴とする、(19)または(20)に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
この場合、分繊手段200の移動方向は図の(1)~(4)の繰り返しとなる。
この場合にも、分繊手段200の移動方向は図の(1)~(4)の繰り返しとなる。
本発明における繊維強化樹脂成形材料は、上記のような部分分繊繊維束を切断・散布して得られる強化繊維マットと、マトリックス樹脂を含むものである。
繊維束[A-1]:
繊維径7.2μm、引張弾性率240GPa、単糸数50,000本の連続した炭素繊維束(ZOLTEK社製、“PANEX(登録商標)35”)を用いた。
マトリックス樹脂[M-1]:
ビニルエステル樹脂(ダウ・ケミカル(株)製、“デラケン(登録商標)790”)を100重量部、硬化剤としてtert-ブチルパーオキシベンゾエート(日本油脂(株)製、“パーブチル(登録商標)Z”)を1重両部、増粘剤として酸化マグネシウム(協和化学工業(株)製、MgO#40)を4重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛(堺化学工業(株)製、SZ-2000)2重量部を、十分に混合・攪拌して得られた樹脂コンパウンドを用いた。
繊維強化樹脂成形材料を平板金型の中央部に配置(チャージ率にして50%)した後、加圧型プレス機により10MPaの加圧のもと、約140℃×5分間の条件により硬化させ、300×400mmの平板を得た。平板長手方向を0°とし、得られた平板より0°と90°方向から、それぞれ100×25×1.6mmの試験片を5片(合計10片)を切り出し、JIS K7074(1988年)に準拠し測定を実施した。力学特性としては、曲げ強度、曲げ弾性率、曲げ弾性率のCV値(%)を求めた(CV:変動係数)。
繊維束[A-1]を、ワインダーを用いて一定速度10m/minで巻出し、10Hzで軸方向へ振動する振動拡幅ロールに通し、拡幅処理を施した後に、60mm幅の幅規制ロールを通すことで60mmへ拡幅した拡幅繊維束を得た。
分繊手段として、厚み0.2mm、幅3mm、高さ20mmの突出形状を具備する分繊処理用鉄製プレートを、強化繊維束の幅方向に対して、1.3mm等間隔・並行に設置した分繊処理手段aと、前記分繊処理用鉄製プレートを、強化繊維束の幅方向に対して、5.8mm等間隔・並行に設置した分繊処理手段bの2種類を用意し、一定速度10m/minで走行する60mmに拡幅した拡幅繊維束に対して、3sec間、前記分繊処理手段aを突き刺し分繊処理区間aを生成し、0.2sec間で前記分繊処理手段aを抜き、続いて前期分繊処理手段bを突き刺し分繊処理区間bを生成し、0.2sec間で前記分繊処理手段bを抜き、再度分繊処理手段aを突き刺す動作を繰り返し行なった以外は実施例1と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
得られた部分分繊繊維束を一旦巻き取ることなく、連続的にロータリーカッターへと挿入し、マット化工程、樹脂含浸工程へと供した以外は、実施例1と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
前記部分分繊繊維束をロータリーカッターで切断する際に、切断角度が繊維の長手方向に対して15°である以外は、実施例6と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表1に示す。
繊維束[A-1]に拡幅処理・分繊処理を施さずに切断、散布し、不連続繊維不織布を得た以外は、実施例1と同様にして評価を行った。得られた一連の評価結果は表2に示す。
一定速度10m/minで走行する繊維束[A-1]を用いた拡幅繊維束に対して、実施例1と同様の分繊処理手段を常に突き刺した状態で保持し、連続的に分繊処理を施した連続分繊繊維束を作製した。得られた連続分繊処理繊維束は分繊処理区間が繊維長手方向に連続して形成され、一部で著しい毛羽立ちによる品位悪化が見られ、繊維束内に存在した繊維の撚りが分繊処理手段に集積され、部分的な糸切れが生じ、連続して分繊処理を行うことが出来なかった。
2 部分分繊工程[A]
3 マット化工程[B]
4 樹脂含浸工程[C]
5 クリール
6 強化繊維束
6a 強化繊維
7 部分分繊繊維束
8 カッターユニット
8a 切断刃
9 散布機構
10 強化繊維マット
11 熱硬化性樹脂
12 フィルム
13 ベルト
14 樹脂含浸ローラー
15 繊維強化樹脂成形材料
100 繊維束
110、110a、110b、110c 分繊処理区間
120 未分繊処理区間
130、130A、130B、130C、140 部分分繊繊維束
150 分繊処理部
160 未分繊処理部
170 絡合蓄積部
180 毛羽溜まり
190 絡合部
200、200A、200C、200a、200b 分繊手段
210 突出部
210a、210b 突出部プレート
211 接触部
220A、220B 回転分繊手段
240 回転軸
300 繊維束幅制御装置
Claims (17)
- 複数の単糸からなる繊維束を長手方向に沿って走行させながら、複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れて分繊処理部を生成するとともに、少なくとも1つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過した後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記突出部の間隔が前記繊維束の幅方向において不均一である分繊手段を突き入れ、前記繊維束の幅方向に対して不均一に分繊処理を施すとともに、前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記押圧力の上昇に伴って前記繊維束から前記分繊手段を抜き取ることを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
- 複数の単糸からなる繊維束を長手方向に沿って走行させながら、複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れて分繊処理部を生成するとともに、少なくとも1つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過した後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記突出部の間隔が異なる複数の分繊手段を、繊維束の長手方向に対して順に突き入れ、前記繊維束の長手方向に対して不均一に分繊処理を施すとともに、前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記押圧力の上昇に伴って前記繊維束から前記分繊手段を抜き取ることを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
- 複数の単糸からなる繊維束を長手方向に沿って走行させながら、複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れて分繊処理部を生成するとともに、少なくとも1つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過した後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記繊維束の幅を変化させながら前記分繊手段を突き入れ、前記繊維束の長手方向に対して不均一に分繊処理を施すとともに、前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記押圧力の上昇に伴って前記繊維束から前記分繊手段を抜き取ることを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
- 前記繊維束の長手方向に対して不均一に分繊処理を、請求項1または2に記載の不均一な分繊処理とともに施すことを特徴とする、請求項3に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
- 前記繊維束に突き入れた前記分繊手段から前記繊維束の長手方向に沿って前後の少なくともいずれか一方の10~1000mmの範囲における前記繊維束の撚りの有無を撮像手段により検知することを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
- 前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記撮像手段により撚りを検知し、前記突出部が該撚りに接触する直前から通過するまで、前記押圧力が低減するように前記分繊手段を制御することを特徴とする、請求項5に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
- 複数の前記突出部が、それぞれ独立して制御可能であることを特徴とする、請求項1~6のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
- 前記分繊手段が、前記繊維束の長手方向に直交する回転軸を備え、前記回転軸表面に前記突出部が設けられていることを特徴とする、請求項1~7のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
- 複数の単糸からなる繊維束の長手方向に沿って、分繊処理によって複数の分割繊維束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束であって、前記分繊処理区間における分割繊維束の単糸本数が不均一である部分分繊繊維束を切断・散布して得られる強化繊維マットと、マトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、少なくとも下記工程[A]~[C]を有することを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[A]複数の単糸からなる強化繊維束の長手方向に沿って、前記分繊処理区間における分割繊維束の単糸本数が不均一となるように分繊された分繊処理部と、未分繊処理部とを交互に形成してなる部分分繊繊維束を得る部分分繊工程。
[B]前記部分分繊繊維束をその長手方向に対して、角度θ(0<θ<90°)で切断して散布し、強化繊維マットを得るマット化工程。
[C]前記強化繊維マットにマトリックス樹脂を含浸させる樹脂含浸工程。 - 少なくとも前記工程[A]~[C]を1つのプロセス内で連続的に行うことを特徴とする、請求項9に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
- 前記分割繊維束の単糸本数が、前記繊維束の幅方向において不均一であることを特徴とする、請求項9または10に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
- 前記分割繊維束の単糸本数が、前記繊維束の長手方向において不均一であることを特徴とする、請求項9~11のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
- 前記分繊処理区間の長さが、30mm以上1500mm以下であることを特徴とする、請求項9~12のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
- 前記未分繊処理区間の長さが、1mm以上150mm以下であることを特徴とする、請求項9~13のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
- 前記部分分繊繊維束に含まれる前記未分繊処理区間の含有率が、3%以上50%以下であることを特徴とする、請求項9~14のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
- 前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする、請求項9~15のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
- 前記繊維強化樹脂成形材料がシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする、請求項9~16のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
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