JP7001998B2 - 部分分繊繊維束の製造方法と部分分繊繊維束、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、複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とを交互に形成する部分分繊処理工程を有する部分分繊繊維束の製造方法であって、部分分繊繊維束の製造工程中におけるいずれかのタイミングで、サイジング剤を付与することを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。なお、元の繊維束にサイジング剤が付与されている場合には追加のサイジング剤付与となる。以下の方法においても、同様である。
(2)複数の単糸からなる繊維束に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、前記分繊手段を前記繊維束の長手方向に沿って走行させながら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する位置まで前記分繊手段を走行させた後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる、複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とを交互に形成する部分分繊処理工程を有する部分分繊繊維束の製造方法であって、部分分繊繊維束の製造工程中におけるいずれかのタイミングで、サイジング剤を付与することを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
(3)前記繊維束の幅を拡幅してから該繊維束を前記部分分繊処理工程へと供給す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の製造方法。
(4)前記幅を拡幅した繊維束にサイジング剤を付与してから、該繊維束を前記部分分繊処理工程へと供給することを特徴とする、(3)に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
(5)前記サイジング剤の付与処理が少なくとも下記工程[1]、[2]を有し、それぞれの工程を個別に任意のタイミングで行うことを特徴とする、(1)~(4)のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
[1]サイジング剤の塗布工程
[2]乾燥工程
(6)前記工程[1]を経て乾燥前の繊維束の幅を拡幅し、拡幅された繊維束を前記工程[2]に供し、サイジング剤の付与処理および拡幅処理済みの繊維束を、前記部分分繊処理工程へと供給することを特徴とする、(5)に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
(7)(1)~(6)のいずれかに記載の製造方法によって得られる部分分繊繊維束。
(8)(7)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。
(9)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、(8)に記載の繊維強化樹脂成形材料。
(10)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、(8)または(9)に記載の繊維強化樹脂成形材料。
(11)(8)~(10)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、複数の束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工程であって、前記部分分繊繊維束の製造工程におけるいずれかのタイミングでサイジング剤を付与する部分分繊工程。
[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。
(12)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、(11)に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
(13)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、(11)または(12)に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
本発明における繊維強化樹脂成形材料は、上述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。
サイジング剤[S-1]:
反応性ウレタン樹脂エマルジョン(第一工業製薬(株)製、“スーパーフレックス(登録商標)R5000”)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)を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。
サイジング剤付与した繊維束を長さ1mに切断し、450℃で灰化処理を行った。得られた灰化処理後の繊維束の重量を測定し、灰化処理前後の重量減量率からサイジング剤の付着量を算出した。測定は10本の繊維束について行い、その平均値を算出した。
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。
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、該拡幅繊維束に分繊処理を施して部分分繊繊維束を得た後に、サイジング剤付与を行った以外は実施例1と同様にして評価を行った。その結果、サイジング剤付着量3.3%、曲げ強度430MPa、曲げ弾性率27GPa、曲げ弾性率のCV8%であった。
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、サイジング剤処理液に浸漬した後に、5Hzで軸方向へ振動する振動拡幅ロールに通し、サイジング剤塗布済み拡幅繊維束を得、該サイジング剤塗布済み拡幅繊維束に分繊処理を施し、サイジング剤塗布済み部分分繊繊維束としたものを乾燥工程に供し、部分分繊繊維束を得た以外は実施例1と同様にして評価を行った。その結果、サイジング剤付着量3.2%、曲げ強度435MPa、曲げ弾性率28GPa、曲げ弾性率のCV7%であった。
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 分繊処理区間
120 絡合蓄積部
130 未分繊処理区間
140 毛羽溜まり
150 分繊処理部
160 絡合部
170 分繊距離
180 部分分繊繊維束
181 未分繊処理部
200 分繊手段
210 突出部
211 接触部
220 回転分繊手段
240 回転軸
300 部分分繊処理工程
301 繊維束拡幅工程
400 サイジング剤付与工程
401 サイジング剤塗布工程
402 乾燥工程
Claims (9)
- 複数の単糸からなり、サイジング剤が付与されてい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、複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とを交互に形成する部分分繊処理工程を有する部分分繊繊維束の製造方法であって、部分分繊繊維束の製造工程中において、前記繊維束の幅を拡幅し、幅を拡幅した繊維束に追加のサイジング剤を付与してから、該繊維束を前記部分分繊処理工程へと供給することを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
- 複数の単糸からなり、サイジング剤が付与されている繊維束に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、前記分繊手段を前記繊維束の長手方向に沿って走行させながら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する位置まで前記分繊手段を走行させた後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる、複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とを交互に形成する部分分繊処理工程を有する部分分繊繊維束の製造方法であって、部分分繊繊維束の製造工程中において、前記繊維束の幅を拡幅し、幅を拡幅した繊維束に追加のサイジング剤を付与してから、該繊維束を前記部分分繊処理工程へと供給することを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
- 前記追加のサイジング剤の付与処理が少なくとも下記工程[1]、[2]を有し、それぞれの工程を個別に任意のタイミングで行うことを特徴とする、請求項1または2に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
[1]サイジング剤の塗布工程
[2]乾燥工程 - 請求項1~3のいずれかに記載の製造方法によって得られる部分分繊繊維束。
- 請求項4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。
- 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5に記載の繊維強化樹脂成形材料。
- 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5または6に記載の繊維強化樹脂成形材料。
- 請求項5~7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]複数の単糸からなり、サイジング剤が付与されている強化繊維束の長手方向に沿って、複数の束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工程であって、前記部分分繊繊維束の製造工程において、前記繊維束の幅を拡幅し、幅を拡幅した繊維束に追加のサイジング剤を付与してから、該繊維束を前記部分分繊処理工程へと供給する部分分繊工程。
[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8に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
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