JP7300698B2 - Prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus - Google Patents

Prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP7300698B2
JP7300698B2 JP2018177788A JP2018177788A JP7300698B2 JP 7300698 B2 JP7300698 B2 JP 7300698B2 JP 2018177788 A JP2018177788 A JP 2018177788A JP 2018177788 A JP2018177788 A JP 2018177788A JP 7300698 B2 JP7300698 B2 JP 7300698B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
reinforcing fibers
resin sheet
pair
thermoplastic resin
prepreg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018177788A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020050685A (en
Inventor
寿秀 菅原
広明 小林
史武 小林
Original Assignee
丸八株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 丸八株式会社 filed Critical 丸八株式会社
Priority to JP2018177788A priority Critical patent/JP7300698B2/en
Publication of JP2020050685A publication Critical patent/JP2020050685A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7300698B2 publication Critical patent/JP7300698B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、所定の方向に平行に延在する複数の強化繊維を熱可塑性樹脂シートに侵入させて一体化したプリプレグの製造方法及び製造装置に関し、特に、複数の強化繊維の平行度がその延在方向に対して均一に維持されたプリプレグの製造方法及び製造装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a prepreg in which a plurality of reinforcing fibers extending in parallel in a predetermined direction are infiltrated into a thermoplastic resin sheet and integrated, and in particular, the degree of parallelism of the plurality of reinforcing fibers is determined by their extension. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for manufacturing prepregs that are uniformly maintained with respect to the direction in which they are present.

従来、例えば自動車や航空機等の構造材料に適用するための繊維強化プラスチック(FRP)材料として、強化繊維に熱可塑性樹脂マトリックス材料を予め含侵させて半固形状態とした、いわゆるプリプレグが広く用いられている。このようなプリプレグを製造する手法として、繊維基材とシート状に加工した樹脂フィルムとを積層して高温・高圧でプレスするフィルムスタッキング(FS)法が知られている。 Conventionally, as a fiber reinforced plastic (FRP) material for application to structural materials such as automobiles and aircraft, so-called prepregs, in which reinforcing fibers are pre-impregnated with a thermoplastic resin matrix material to form a semi-solid state, have been widely used. ing. As a method for producing such a prepreg, a film stacking (FS) method is known, in which a fiber base material and a sheet-shaped resin film are laminated and pressed at high temperature and high pressure.

例えば、特許文献1では、開繊繊維シートを拡展状態で送り出す繊維束引取部と、この繊維束引取部から拡展状態に送り出される開繊繊維シートに対して熱可塑性樹脂シートを供給して上記繊維束引取部から送り出される開繊繊維シートに合わせて合流させ、当該開繊繊維シートの表面に熱可塑性樹脂シートを重ね合わせる樹脂シート供給部と、開繊繊維シートに重ね合わされた熱可塑性樹脂シートを熱溶融させ、溶融した熱可塑性樹脂を各繊維の間に含侵させてプリプレグシートに成形する樹脂加熱融合機構部と、を包含する開繊繊維シートの熱可塑性樹脂含侵装置及び当該装置を用いて熱可塑性樹脂含侵プリプレグシートを製造する方法が開示されている。この含侵装置においては、開繊繊維シート及び熱可塑性樹脂シートが、繊維束供給機構及び樹脂シート供給部からそれぞれ連続的に一対の押圧ロール間に供給され、当該押圧ロール間で開繊繊維シートと熱可塑性樹脂シートとが重ね合わされて積層体とされる。その後、上記積層体が樹脂加熱融合機構部に間欠的に送られ、当該樹脂加熱融合機構部の内部で加熱プレスが施されて開繊繊維シートの間に樹脂が均等に含侵されるようになっている。 For example, in Patent Literature 1, a fiber bundle take-up section that sends out a spread fiber sheet in an expanded state, and a thermoplastic resin sheet that is supplied to the spread fiber sheet sent out in the spread state from the fiber bundle take-up section. a resin sheet supply unit that merges with the spread fiber sheet sent out from the fiber bundle take-up unit and superimposes a thermoplastic resin sheet on the surface of the spread fiber sheet; and a thermoplastic resin superimposed on the spread fiber sheet. A device for impregnating a spread fiber sheet with a thermoplastic resin, comprising: a resin heating and fusing mechanism that thermally melts the sheet and impregnates the melted thermoplastic resin between the fibers to form a prepreg sheet; and the device. is disclosed for producing a thermoplastic resin-impregnated prepreg sheet using In this impregnation device, the spread fiber sheet and the thermoplastic resin sheet are continuously supplied between the pair of press rolls from the fiber bundle supply mechanism and the resin sheet supply unit, respectively. and a thermoplastic resin sheet are superimposed to form a laminate. After that, the laminate is intermittently sent to the resin heating and fusing mechanism, and hot-pressed inside the resin heating and fusing mechanism so that the spread fiber sheets are evenly impregnated with the resin. ing.

また、特許文献2では、開繊される複数の強化繊維束を供給する第1の供給ローラと、強化繊維束の含侵される樹脂フィルムを供給する第2の供給ローラと、上記強化繊維束に超音波振動を印加する機構と、重ね合わされた複数の強化繊維束及び樹脂フィルムを加熱及び加圧する含侵装置と、を備えたプリプレグ製造装置が開示されている。この装置においては、供給される複数の強化繊維束に超音波振動を付与した後、内部に加熱機構及び冷却機構を備えた含侵装置により加熱・加圧されることにより、樹脂が繊維に含侵される構成となっている。 Further, in Patent Document 2, a first supply roller that supplies a plurality of reinforcing fiber bundles to be opened, a second supply roller that supplies a resin film impregnated with the reinforcing fiber bundles, and the reinforcing fiber bundles A prepreg manufacturing apparatus is disclosed that includes a mechanism for applying ultrasonic vibrations and an impregnation device for heating and pressurizing a plurality of superimposed reinforcing fiber bundles and resin films. In this device, after applying ultrasonic vibration to a plurality of reinforcing fiber bundles to be supplied, resin is contained in the fibers by being heated and pressurized by an impregnation device equipped with a heating mechanism and a cooling mechanism inside. It is configured to be invaded.

特開2005-29912号公報JP 2005-29912 A 特開2016-130373号公報JP 2016-130373 A

一方向に延在する繊維を含ませて強化されたプラスチックにおいては、その含まれる繊維が均一に方向が揃っている(すなわち「整列度」が高い)方がより延在方向に対する強度が高くなる。しかしながら、特許文献1に記載された装置では、重ね合わされた開繊繊維シート及び樹脂シートが、樹脂加熱融合機構部に「間欠的に」送られて加熱プレスされる構成であるため、加熱プレス時に開繊繊維シートの繊維が加圧力によってずれることがあり、複数の繊維の間隔が不均一になったりあるいは隣り合う繊維が重なり合ってしまい、整列度が低下する場合等が考えられる。一方、特許文献2に記載された装置では、含侵装置に送られる前の複数の強化繊維束に対して、約15~60kHzの周波数でその延在方向と直交する方向に超音波振動が付与されることにより、強化繊維束の幅が広がって厚みが小さくなることが記載されており(例えば、引用文献2の図3等参照)、やはり隣り合う繊維の間隔が不均一になったりあるいは重なり合って整列度が低下する事象は避けられない。 In a plastic reinforced by including fibers extending in one direction, the strength in the extending direction is higher when the included fibers are uniformly oriented (i.e., the "alignment degree" is high). . However, in the apparatus described in Patent Document 1, the superimposed spread fiber sheet and resin sheet are "intermittently" sent to the resin heating and fusing mechanism and are heat-pressed. It is conceivable that the fibers of the spread fiber sheet may be displaced by the applied pressure, and the intervals between a plurality of fibers may become uneven, or adjacent fibers may overlap, resulting in a decrease in the degree of alignment. On the other hand, in the device described in Patent Document 2, ultrasonic vibration is applied to a plurality of reinforcing fiber bundles before being sent to the impregnation device at a frequency of about 15 to 60 kHz in a direction perpendicular to the extending direction. It is described that the width of the reinforcing fiber bundle is widened and the thickness is reduced (see, for example, FIG. 3 of Cited Document 2), and the spacing between adjacent fibers becomes uneven or overlaps. It is inevitable that the degree of alignment decreases due to

また、特許文献1及び2に記載された装置においては、樹脂シートの樹脂がいったん溶融して強化繊維の間に「含侵」されるものであるため、含侵前に樹脂シートとして供給されたとしても、含侵時に溶融することにより形状安定性が低下する。また、いったん溶融することから、樹脂シートとしての性質が含侵の前後で変化することが避けられない。 In addition, in the devices described in Patent Documents 1 and 2, the resin of the resin sheet is once melted and "impregnated" between the reinforcing fibers. Even so, the shape stability decreases due to melting during impregnation. Moreover, since it melts once, it is inevitable that the properties of the resin sheet change before and after the impregnation.

本発明は以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、樹脂マトリックスに含まれる複数の強化繊維の整列度を高めるとともに、強化繊維との一体化の前後で樹脂マトリックスの性質変化を抑制し得るプリプレグの製造方法及び製造装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to increase the degree of alignment of a plurality of reinforcing fibers contained in a resin matrix, and to improve the alignment of the resin matrix before and after integration with the reinforcing fibers. An object of the present invention is to provide a prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus capable of suppressing property changes.

本発明による、所定の方向に平行に延在する複数の強化繊維を熱可塑性樹脂シートに侵入させて一体化したプリプレグの製造方法は、前記複数の強化繊維を前記熱可塑性樹脂シートと一体化させる際に、前記複数の強化繊維に対して前記所定の方向の張力を負荷しつつ行うこと、を特徴とする。このとき、前記複数の強化繊維及び前記熱可塑性樹脂シートは、一体化時にいずれも前記所定の方向に連続的に供給されるように構成されてもよい。 According to the present invention, a method for manufacturing a prepreg in which a plurality of reinforcing fibers extending in parallel in a predetermined direction are infiltrated and integrated into a thermoplastic resin sheet includes integrating the plurality of reinforcing fibers with the thermoplastic resin sheet. At the time, it is characterized in that it is performed while applying tension in the predetermined direction to the plurality of reinforcing fibers. At this time, the plurality of reinforcing fibers and the thermoplastic resin sheet may be configured to be continuously supplied in the predetermined direction at the time of integration.

また、本発明による、所定の方向に平行に延在する複数の強化繊維を熱可塑性樹脂シートに侵入させて一体化したプリプレグの製造装置は、前記複数の強化繊維を供給する繊維供給機構と、前記熱可塑性樹脂シートを供給するシート供給機構と、前記複数の強化繊維を前記熱可塑性樹脂シートに侵入させて一体化する一体化機構と、を備え、前記繊維供給機構は、前記複数の強化繊維に対して前記所定の方向に張力を負荷する機能を有する、ことを特徴とする。このとき、前記繊維供給機構は、前記複数の強化繊維をそれぞれ巻き出す繊維巻出機構と、前記繊維巻出機構から巻き出された前記複数の強化繊維を前記一体化機構に導く繊維ガイド機構と、を備えるように構成してもよい。 Further, according to the present invention, a prepreg manufacturing apparatus in which a plurality of reinforcing fibers extending in parallel in a predetermined direction are infiltrated into a thermoplastic resin sheet and integrated, includes a fiber supply mechanism that supplies the plurality of reinforcing fibers; A sheet supply mechanism that supplies the thermoplastic resin sheet, and an integration mechanism that integrates the plurality of reinforcing fibers into the thermoplastic resin sheet, wherein the fiber supply mechanism includes the plurality of reinforcing fibers. It is characterized by having a function of applying tension in the predetermined direction. At this time, the fiber supply mechanism includes a fiber unwinding mechanism that unwinds the plurality of reinforcing fibers, and a fiber guide mechanism that guides the plurality of reinforcing fibers unwound from the fiber unwinding mechanism to the integration mechanism. , may be provided.

かかる発明によれば、熱可塑性樹脂シートと一体化される際に、複数の強化繊維に対してその延在方向に張力が負荷されるため、これら複数の強化繊維が熱可塑性樹脂シートあるいは加工治具等に接触したとしても、各繊維間の位置関係が張力により保持されることとなり、強化繊維の整列度が均一に維持される。また、樹脂が溶融して繊維の間に「含侵」するものではなく、強化繊維が熱可塑性樹脂に「侵入」する態様で一体化するため、強化繊維との一体化の前後で樹脂マトリックスの性質変化を抑制し得るのである。 According to this invention, when the plurality of reinforcing fibers are integrated with the thermoplastic resin sheet, tension is applied to the plurality of reinforcing fibers in the extending direction. Even if it comes into contact with tools or the like, the positional relationship between the fibers is maintained by tension, and the degree of alignment of the reinforcing fibers is maintained uniformly. In addition, since the resin is not melted and “impregnated” between the fibers, but the reinforcing fibers are integrated in a manner that “infiltrates” into the thermoplastic resin, the resin matrix before and after integration with the reinforcing fibers. It is possible to suppress the property change.

本発明の製造方法によって製造されたプリプレグの概要を示す部分斜視図である。1 is a partial perspective view showing an outline of a prepreg manufactured by the manufacturing method of the present invention; FIG. 本発明の第1の実施例によるプリプレグの製造方法の概要を示す側面図である。1 is a side view showing an outline of a prepreg manufacturing method according to a first embodiment of the present invention; FIG. 本発明の第2の実施例によるプリプレグの製造装置の概略を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a prepreg manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention; 図3に示した案内機構の要部の概要を示す部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the outline of the main part of the guide mechanism shown in FIG. 3;

以下、本発明の1つの実施例としてのプリプレグの製造装置、及びこれを用いた製造方法について、図1乃至図4を用いて説明する。 A prepreg manufacturing apparatus and a manufacturing method using the same as one embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4. FIG.

図1は、本発明の製造方法によって製造されたプリプレグの概要を示す部分斜視図である。図1に示すように、プリプレグ10は、熱可塑性樹脂シート12の内部に複数の強化繊維14が一方向Xに延在するように侵入する態様で構成されている。 FIG. 1 is a partial perspective view showing an outline of a prepreg manufactured by the manufacturing method of the present invention. As shown in FIG. 1 , the prepreg 10 is constructed in such a manner that a plurality of reinforcing fibers 14 extend in one direction X inside a thermoplastic resin sheet 12 .

本発明に適用される熱可塑性樹脂シート12は、用途に合わせて所定の幅や厚みに予め成形されたシート状の部材であって、例えばポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリウレタン(PUR)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の汎用の樹脂材料が例示できる。一方、強化繊維14は、例えばPAN系あるいはピッチ系等の汎用の炭素繊維を束として形成したものが例示できる。ここで、図1では、複数の強化繊維14がX方向に所定の間隔をおいて整列されたものを例示しているが、均一な整列度を確保しているものであれば、隣り合う強化繊維14が互いに接触している状態も含み得る。 The thermoplastic resin sheet 12 applied to the present invention is a sheet-shaped member that is preformed to a predetermined width and thickness according to the application. General-purpose resin materials such as PVC), polyurethane (PUR), polyethylene terephthalate (PET) can be exemplified. On the other hand, the reinforcing fibers 14 can be exemplified by bundles of general-purpose carbon fibers such as PAN or pitch. Here, FIG. 1 exemplifies a plurality of reinforcing fibers 14 aligned in the X direction at predetermined intervals. It can also include the state in which the fibers 14 are in contact with each other.

図2は、本発明の第1の実施例によるプリプレグの製造方法の概要を示す側面図であって、図2(a)は強化繊維準備工程の状態を示し、図2(b)は積層工程の状態を示し、図2(c)は一体化工程の状態を示し、図2(d)は製造後のプリプレグを示す。実施例1によるプリプレグの製造方法においては、図2(a)に示すように、まず下型120の上側に、複数の強化繊維14をX方向(図2(d)参照)に沿って配置する(強化繊維準備工程)。このとき、強化繊維14の一端を一端側クランプ110で保持し、他端を他端側クランプ112で保持した状態で、両クランプを互いの距離がX方向に離間するように移動させることにより、強化繊維14にX方向の張力T1を負荷する。 FIG. 2 is a side view showing the outline of the prepreg manufacturing method according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2(a) showing the state of the reinforcing fiber preparation process, and FIG. 2(c) shows the state of the integration process, and FIG. 2(d) shows the prepreg after manufacturing. In the prepreg manufacturing method according to Example 1, as shown in FIG. 2(a), first, a plurality of reinforcing fibers 14 are arranged on the upper side of the lower mold 120 along the X direction (see FIG. 2(d)). (Reinforcing fiber preparation step). At this time, one end of the reinforcing fiber 14 is held by the one end clamp 110 and the other end is held by the other end clamp 112, and both clamps are moved so that the distance between them is separated in the X direction. A tensile force T1 in the X direction is applied to the reinforcing fibers 14 .

次に、図2(b)に示すように、下型120上で上記複数の強化繊維14を挟んで重なり合うように、熱可塑性樹脂マトリックスからなる下側シート12aと上側シート12bとを積層配置する(積層工程)。続いて、図2(c)に示すように、上側シート12bの上方に上型122を配置し、下型120及び上型122で積層された下側シート12aと強化繊維14と上側シート12bとを加熱しつつ加圧力Pを負荷してプレスすることにより一体化する(一体化工程)。このとき、強化繊維14には、一端側クランプ110と他端側クランプ112とにより張力T1が付与された状態を維持する。このような動作により、張力を負荷された状態で位置決めされた複数の強化繊維14が、加熱により半溶融状態となった下側シート12a及び上側シート12bのそれぞれ対向面側から内部に「侵入」(すなわち「表面から入り込む」)する態様で一体化する。そして、図2(d)に示すように、加熱及び加圧から解放されると、熱可塑性樹脂シート12の内部に複数の強化繊維14がX方向に延在するプリプレグ10が形成される。 Next, as shown in FIG. 2(b), a lower sheet 12a and an upper sheet 12b made of a thermoplastic resin matrix are laminated on a lower mold 120 so as to overlap each other with the plurality of reinforcing fibers 14 interposed therebetween. (Lamination process). Subsequently, as shown in FIG. 2C, an upper mold 122 is placed above the upper sheet 12b, and the lower sheet 12a, the reinforcing fibers 14, and the upper sheet 12b laminated by the lower mold 120 and the upper mold 122 are laminated. are integrated by applying pressure P while heating (integration step). At this time, the reinforcing fiber 14 maintains a state in which the tension T1 is applied by the one end clamp 110 and the other end clamp 112 . Due to such an operation, the plurality of reinforcing fibers 14 positioned under tension "invade" into the lower sheet 12a and the upper sheet 12b, which have been semi-melted by heating, from the opposite surfaces. (i.e., “penetrating from the surface”). Then, as shown in FIG. 2(d), when the heat and pressure are released, the prepreg 10 having a plurality of reinforcing fibers 14 extending in the X direction is formed inside the thermoplastic resin sheet 12. As shown in FIG.

以上に述べた本発明の第1の実施例によるプリプレグの製造方法によれば、複数の強化繊維14にX方向の張力T1を負荷した状態を維持しつつ加熱プレスを行うことにより、強化繊維14の整列度を均一に確保することができる。また、複数の強化繊維14に張力T1を負荷する一端側クランプ110と他端側クランプ112とが、積層された下側樹脂シート12aと上側樹脂シート12bを加熱プレスする下型120及び上型122と独立した構成となっているため、半溶融状態の樹脂シート12a及び12bを加圧する際に、強化繊維14が変位あるいは変形して整列度が低下するのを抑制できる。さらに、樹脂シート12a及び12bを完全に溶融した状態に加熱する必要がないため、一体化の前後で樹脂シート12a及び12bの形状や材質を維持することも可能となる。 According to the prepreg manufacturing method according to the first embodiment of the present invention described above, the plurality of reinforcing fibers 14 are heated and pressed while the tension T1 in the X direction is maintained, whereby the reinforcing fibers 14 are can ensure a uniform degree of alignment. A lower mold 120 and an upper mold 122 heat-press the laminated lower resin sheet 12a and upper resin sheet 12b by one end clamp 110 and the other end clamp 112 that apply a tension T1 to the plurality of reinforcing fibers 14. Therefore, when the semi-molten resin sheets 12a and 12b are pressurized, it is possible to prevent the reinforcing fibers 14 from being displaced or deformed to lower the degree of alignment. Furthermore, since it is not necessary to heat the resin sheets 12a and 12b to a completely melted state, it is possible to maintain the shape and material of the resin sheets 12a and 12b before and after the integration.

図3は、本発明の第2の実施例によるプリプレグの製造装置の概略を示す断面図である。なお、図3に示す断面図は、第2の実施例によるプリプレグの製造装置における製造後のプリプレグの送給方向に沿った断面に対して、当該断面に直交する側方からみた図を示している。図3に示すように、第2の実施例によるプリプレグの製造装置200は、熱可塑性樹脂マトリックスからなる樹脂シート12と複数の強化繊維14とを連続的に供給する供給機構210と、当該供給機構210から送られてきた樹脂シート12及び強化繊維14をプリプレグ10として一体化する一体化機構220と、製造後のプリプレグ10を巻き取って回収する回収機構230と、を備える。 FIG. 3 is a sectional view schematically showing a prepreg manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. The cross-sectional view shown in FIG. 3 shows a cross-section along the feed direction of the manufactured prepreg in the prepreg manufacturing apparatus according to the second embodiment, as seen from a side orthogonal to the cross-section. there is As shown in FIG. 3, a prepreg manufacturing apparatus 200 according to the second embodiment includes a supply mechanism 210 that continuously supplies a resin sheet 12 made of a thermoplastic resin matrix and a plurality of reinforcing fibers 14, and the supply mechanism 210. An integration mechanism 220 that integrates the resin sheet 12 and the reinforcing fibers 14 sent from 210 into the prepreg 10, and a recovery mechanism 230 that winds up and recovers the prepreg 10 after manufacturing.

供給機構210は、複数の強化繊維14を巻き付けた状態で保持するとともに、連続的に巻き出して供給する第1のリール212と、樹脂シート14を巻き付けた状態で保持するとともに、連続的に巻き出して供給する第2のリール214と、前記第1のリール212の下流側に配置され、上記複数の強化繊維14を案内しつつさらに下流側に位置する一体化機構220に供給する案内機構216と、を含む。ここで、図3においては、図示を容易にするために第1のリール212が1つだけ設けられている場合を例示しているが、複数の強化繊維14の送給本数に応じて複数の第1のリール212を設け、それぞれのリールから案内機構216に供給されるように構成してもよい。また、第2のリール214についても、連続的に供給される強化繊維14に対して上方から供給する場合を例示しているが、当該第2のリールを下方に配置したり、あるいは上下両方から2枚の樹脂シートを連続的に供給するように構成してもよい。なお、案内機構216の詳細については後述する。そして、図3に示す第1のリール212及び案内機構216により繊維供給機構が形成され、第2のリール214と一体化機構220との間でシート供給機構が形成される。 The supply mechanism 210 includes a first reel 212 that holds the plurality of reinforcing fibers 14 in a wound state and continuously unwinds and supplies them, and a resin sheet 14 that holds the resin sheet 14 in a wound state and continuously winds it. A second reel 214 to be drawn out and supplied, and a guide mechanism 216 arranged downstream of the first reel 212 to guide the plurality of reinforcing fibers 14 and supply them to an integration mechanism 220 located further downstream. and including. Here, FIG. 3 illustrates a case where only one first reel 212 is provided for ease of illustration, but a plurality of reels 212 are provided according to the number of supplied reinforcing fibers 14 . A first reel 212 may be provided, each feeding into a guide mechanism 216 . Further, the second reel 214 is also exemplified in the case where the continuously supplied reinforcing fibers 14 are supplied from above, but the second reel may be arranged below, or may be arranged from both above and below. The two resin sheets may be configured to be continuously supplied. Details of the guide mechanism 216 will be described later. A fiber supply mechanism is formed by the first reel 212 and the guide mechanism 216 shown in FIG. 3, and a sheet supply mechanism is formed between the second reel 214 and the integrated mechanism 220 .

一体化機構220は、本体部222と、当該本体部222の側面に回動自在に取り付けられた一対の加圧ローラー223a及び223bと、を含む。一対の加圧ローラー223a及び223bは、互いの中心距離が接近あるいは離反できるように本体部222に取り付けられている。これにより、一体化機構220は、送られてくる樹脂シート12の任意の厚さに対応できるとともに、樹脂シート12と強化繊維14とを一体化する際の加圧力を付与する機能を有する。また、第2の実施例における一態様として、一対の加圧ローラー223a及び223bは、内部にヒーター等の加熱手段を備えており、樹脂シート12を加圧すると同時に必要な加熱を行い、一体化工程において強化繊維14が内部に容易に侵入できる程度に樹脂シート12を軟化させる機能を有している。なお、樹脂シート12を加熱する加熱手段は、樹脂シート12が一対の加圧ローラー223a及び223bに挟持される時点で十分に加熱されていればよいため、第2のリール214や、あるいは第2のリール214から一体化機構220に至る搬送路の途中に配置するように構成してもよい。 The integration mechanism 220 includes a body portion 222 and a pair of pressure rollers 223a and 223b rotatably attached to the side surface of the body portion 222. As shown in FIG. A pair of pressure rollers 223a and 223b are attached to the body portion 222 so that the centers of the rollers 223a and 223b can approach or separate from each other. As a result, the integration mechanism 220 can handle any thickness of the resin sheet 12 that is sent, and has a function of applying a pressure force when integrating the resin sheet 12 and the reinforcing fibers 14 . Further, as one aspect of the second embodiment, the pair of pressure rollers 223a and 223b are provided with a heating means such as a heater inside to pressurize the resin sheet 12 and at the same time perform necessary heating to integrate them. It has a function of softening the resin sheet 12 to such an extent that the reinforcing fibers 14 can easily enter inside in the process. The heating means for heating the resin sheet 12 only needs to be sufficiently heated when the resin sheet 12 is sandwiched between the pair of pressure rollers 223a and 223b. It may be arranged in the middle of the transport path from the reel 214 to the integration mechanism 220 .

回収機構230は、一体化機構220で製造されて連続的に送られてくるプリプレグ10を巻き付けて保持する回収リール232と、上記一体化機構220及び回収リール232の間に配置されたバッファ部234と、当該バッファ部234の側面に設けられた第1乃至第3の搬送ローラー235a乃至235cと、を含む。第2の実施例において、第1及び第2の搬送ローラー234a及び235bは、一体化機構220から送られてくるプリプレグ10を上下から挟むように配置されている。一方、第3の搬送ローラー235cは、第1及び第2の搬送ローラー235a及び235bの下流側に配置され、回収リール232に向けてプリプレグ10の搬送方向を転換するために配置されている。そして、これら第1乃至第3の搬送ローラー235a乃至235cにより、プリプレグ10の搬送路が形成される。ここで、第3の搬送ローラー235cは、バッファ部234に対する回収リール232の高さ等の位置に応じて設けられるものであり、特に必要でなければ設けなくてもよい。 The recovery mechanism 230 includes a recovery reel 232 on which the prepregs 10 manufactured by the integration mechanism 220 and continuously fed are wound and held, and a buffer section 234 arranged between the integration mechanism 220 and the recovery reel 232. and first to third transport rollers 235 a to 235 c provided on the side surface of the buffer section 234 . In the second embodiment, the first and second transport rollers 234a and 235b are arranged so as to sandwich the prepreg 10 sent from the integration mechanism 220 from above and below. On the other hand, the third conveying roller 235 c is arranged downstream of the first and second conveying rollers 235 a and 235 b and is arranged to change the conveying direction of the prepreg 10 toward the recovery reel 232 . A transport path for the prepreg 10 is formed by these first to third transport rollers 235a to 235c. Here, the third transport roller 235c is provided according to the position such as the height of the recovery reel 232 with respect to the buffer section 234, and may be omitted if not particularly required.

図4は、図3に示した案内機構の要部の概要を示す部分断面図である。第2の実施例において、供給機構210に設けられた案内機構216は、方向転換ローラー216aと、当該方向転換ローラー216aの下流側に配置された張力付与機構217と、がそれぞれ側面に設けられている。張力付与機構217は、上下に一対で配置された案内ローラー217a及び217bを含む。そして、これら方向転換ローラー216aと第1及び第2の案内ローラー217a及び217bにより、強化繊維14の搬送路が形成される。なお、上述のとおり、複数の強化繊維14に対して複数の第1のリール212を設けた場合、これに対応する方向転換ローラー216aも複数配置されるのが好ましい。 FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the outline of the essential parts of the guide mechanism shown in FIG. In the second embodiment, the guide mechanism 216 provided in the supply mechanism 210 is provided with a direction change roller 216a and a tensioning mechanism 217 arranged downstream of the direction change roller 216a on each side. there is The tensioning mechanism 217 includes a pair of guide rollers 217a and 217b arranged vertically. A conveying path for the reinforcing fibers 14 is formed by the direction changing roller 216a and the first and second guide rollers 217a and 217b. In addition, as described above, when a plurality of first reels 212 are provided for a plurality of reinforcing fibers 14, it is preferable that a plurality of direction changing rollers 216a corresponding thereto are also arranged.

また、図4に示すように、方向転換ローラー216aは、一対の案内ローラー217a及び217bから一体化機構220へ至る強化繊維14の搬送路に対して、敢えてその搬送方向を屈曲させるように、張力付与機構217の下側に配置されている。一方、図4に示すように、張力付与機構217は、一対の案内ローラー217a及び217bを含む全体が、案内機構216の本体に対して、左右方向Y(すなわち、図4に示す搬送方向F)に相対的に平行移動できるような構造を備えている。これにより、第1のリール212から送られて方向転換ローラー216aから搬送された強化繊維14は、一対の案内ローラー217a及び217bで挟持される際に案内ローラー217aで屈曲するようにして搬送される。このとき、張力付与機構217が一体化機構220に対して離間する方向(図4の矢印Yの方向)に移動することにより、強化繊維14には、搬送方向Fに対して反対方向の張力T2が負荷される。 In addition, as shown in FIG. 4, the direction-changing roller 216a is applied with tension so as to intentionally bend the conveying direction of the conveying path of the reinforcing fibers 14 from the pair of guide rollers 217a and 217b to the integrating mechanism 220. It is arranged below the application mechanism 217 . On the other hand, as shown in FIG. 4, the tensioning mechanism 217, including the pair of guide rollers 217a and 217b, is arranged in the left-right direction Y (that is, the transport direction F shown in FIG. 4) with respect to the main body of the guide mechanism 216. It has a structure that allows it to move in parallel relative to As a result, the reinforcing fibers 14 sent from the first reel 212 and transported from the direction changing roller 216a are transported while being bent by the guide rollers 217a when sandwiched between the pair of guide rollers 217a and 217b. . At this time, the tension applying mechanism 217 moves away from the integrating mechanism 220 (in the direction of arrow Y in FIG. 4), so that the tension T2 in the direction opposite to the conveying direction F is applied to the reinforcing fibers 14 . is loaded.

次に、図3及び図4を参照して、本発明の第2の実施例によるプリプレグの製造方法の概略を説明する。まず、図3及び図4に示すように、供給機構220において、複数の強化繊維14を第1のリール212から案内機構216に巻き出して供給し、案内機構216の張力付与機構217を介して一体化機構220の一対の加圧ローラー223a及び223bに供給する(強化繊維準備工程)。これと同時に、樹脂シート12を第2のリール214から巻き出して一対の加圧ローラー223a及び223bに供給する(積層工程)。 Next, with reference to FIGS. 3 and 4, the outline of the prepreg manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIGS. 3 and 4, in the supply mechanism 220, a plurality of reinforcing fibers 14 are unwound from the first reel 212 to the guide mechanism 216 and supplied to the guide mechanism 216 via the tensioning mechanism 217 of the guide mechanism 216. It is supplied to a pair of pressure rollers 223a and 223b of the integration mechanism 220 (reinforcing fiber preparation step). At the same time, the resin sheet 12 is unwound from the second reel 214 and supplied to the pair of pressure rollers 223a and 223b (lamination step).

続いて、一対の加圧ローラー223a及び223bの間に挟持された樹脂シート12及び強化繊維14は、樹脂シート12が所定の温度まで加熱されて軟化した状態で加圧される。このとき、連続的に供給される強化繊維14は、一対の加圧ローラー223a及び223bで挟持されるとともに、上述した張力付与機構217が駆動することにより、搬送方向Fと反対方向に張力T2が負荷された状態を維持する。これにより、張力を負荷された状態で位置決めされた複数の強化繊維14が、加熱により半溶融状態となった樹脂シート12の表面から内部に「侵入」する態様で一体化する(一体化工程)。そして、一体化機構220を通過したプリプレグ10は、回収機構230のバッファ部234を介して回収リール232に巻き取られて回収される。 Subsequently, the resin sheet 12 and the reinforcing fiber 14 sandwiched between the pair of pressure rollers 223a and 223b are pressed while the resin sheet 12 is heated to a predetermined temperature and softened. At this time, the continuously supplied reinforcing fibers 14 are sandwiched between the pair of pressure rollers 223a and 223b, and the tension applying mechanism 217 is driven to apply tension T2 in the direction opposite to the conveying direction F. Stay loaded. As a result, the plurality of reinforcing fibers 14 positioned under tension are integrated in such a manner that they “invade” inside from the surface of the resin sheet 12 which has been in a semi-molten state by heating (integration step). . Then, the prepreg 10 that has passed through the integration mechanism 220 is wound up on the recovery reel 232 via the buffer section 234 of the recovery mechanism 230 and recovered.

以上に述べた本発明の第2の実施例によるプリプレグの製造方法及び製造装置によれば、連続的に供給される複数の強化繊維14にX方向の張力T2を負荷した状態を維持しつつ、樹脂シート12との一体化工程を実施するため、第1の実施例と同様に、強化繊維14の整列度を均一に確保しつつプリプレグを連続的に形成することができる。また、樹脂シート12を短時間で加熱及び加圧するため、一体化の前後で樹脂シート12の形状や材質を維持しつつ、連続的なプリプレグの製造が可能となる。 According to the prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention described above, while maintaining the state in which the tension T2 in the X direction is applied to the plurality of reinforcing fibers 14 that are continuously supplied, Since the integration step with the resin sheet 12 is performed, the prepreg can be continuously formed while ensuring uniform alignment of the reinforcing fibers 14, as in the first embodiment. Moreover, since the resin sheet 12 is heated and pressurized in a short time, it is possible to continuously manufacture prepreg while maintaining the shape and material of the resin sheet 12 before and after the integration.

ここまで本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれらの例に限定されるものではない。また、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Although the embodiments according to the present invention and modifications based thereon have been described so far, the present invention is not necessarily limited to these examples. Also, those skilled in the art will be able to find various alternatives and modifications without departing from the spirit of the invention or the scope of the appended claims.

10 プリプレグ
12 樹脂シート
14 強化繊維
110 一端側クランプ
112 他端側クランプ
120 下型
122 上型
210 供給機構
212 第1のリール
214 第2のリール
216 案内機構
217 張力付与機構
220 一体化機構
230 回収機構
232 回収リール
234 バッファ部

10 prepreg 12 resin sheet 14 reinforcing fiber 110 one end side clamp 112 other end side clamp 120 lower mold 122 upper mold 210 supply mechanism 212 first reel 214 second reel 216 guide mechanism 217 tension applying mechanism 220 integration mechanism 230 recovery mechanism 232 collection reel 234 buffer unit

Claims (4)

熱可塑性樹脂シートの長手方向に互いに平行に延在するように複数の強化繊維を該熱可塑性樹脂シートの内部に与えたプリプレグの製造方法であって、
一対の加圧ローラーの間に半溶融状態とした前記熱可塑性樹脂シート及び互いに平行に延在させた前記複数の強化繊維を重ねて連続的に供給し前記複数の強化繊維を前記熱可塑性樹脂シートの表面から内部に侵入させて一体化させる際に、互いに平行に延在させた前記複数の強化繊維を前記一対の加圧ローラーの上流で一対の案内ローラーの間に挟持させつつ前記一対の加圧ローラーから離間する方向に移動させて張力を負荷しつつ一体化させること、を特徴とするプリプレグの製造方法。
A method for producing a prepreg in which a plurality of reinforcing fibers are provided inside a thermoplastic resin sheet so as to extend parallel to each other in the longitudinal direction of the thermoplastic resin sheet, comprising:
The thermoplastic resin sheet in a semi-molten state and the plurality of reinforcing fibers extending parallel to each other are superimposed and continuously supplied between a pair of pressure rollers to form the plurality of reinforcing fibers on the thermoplastic resin sheet. When the plurality of reinforcing fibers extending parallel to each other are sandwiched between a pair of guide rollers upstream of the pair of pressure rollers, the pair of pressure rollers are sandwiched between the pair of pressure rollers. A method of manufacturing a prepreg, characterized in that the prepreg is integrated while being moved in a direction away from the pressure roller to apply tension.
前記複数の強化繊維を前記一対の案内ローラーのうちの一方で屈曲させ挟持させること、を特徴とする請求項1に記載のプリプレグの製造方法。 2. The method of manufacturing a prepreg according to claim 1, wherein the plurality of reinforcing fibers are bent and sandwiched by one of the pair of guide rollers. 熱可塑性樹脂シートの長手方向に互いに平行に延在するように複数の強化繊維を該熱可塑性樹脂シートの内部に与えたプリプレグの製造装置であって、
前記複数の強化繊維を供給する繊維供給機構と、前記熱可塑性樹脂シートを供給するシート供給機構と、前記複数の強化繊維を前記熱可塑性樹脂シートの表面から内部に侵入させて一体化する一体化機構と、を備え、
前記一体化機構一対の加圧ローラーを含み、前記一対の加圧ローラーの間に、前記シート供給機構及び前記繊維供給機構からそれぞれ前記熱可塑性樹脂シート及び互いに平行に延在させた前記複数の強化繊維を重ねて連続的に供給され、前記複数の強化繊維を半溶融状態とした前記熱可塑性樹脂シートの表面から内部に侵入させて一体化させ、
前記繊維供給機構は、互いに平行に延在させた前記複数の強化繊維を前記一対の加圧ローラーの上流で挟持する一対の案内ローラーを含み、前記一対の案内ローラーを前記一対の加圧ローラーから離間する方向に移動させて互いに平行に延在させた前記複数の強化繊維に張力を負荷し前記一体化機構で前記熱可塑性樹脂シート及び互いに平行に延在させた前記複数の強化繊維を一体化させる、ことを特徴とするプリプレグの製造装置。
A prepreg manufacturing apparatus in which a plurality of reinforcing fibers are provided inside a thermoplastic resin sheet so as to extend parallel to each other in the longitudinal direction of the thermoplastic resin sheet,
A fiber supply mechanism that supplies the plurality of reinforcing fibers, a sheet supply mechanism that supplies the thermoplastic resin sheet, and an integration that integrates the plurality of reinforcing fibers by penetrating from the surface of the thermoplastic resin sheet into the interior. comprising a mechanism and
The integration mechanism includes a pair of pressure rollers, and between the pair of pressure rollers , the thermoplastic resin sheet and the plurality of fibers extending parallel to each other from the sheet supply mechanism and the fiber supply mechanism, respectively. The reinforcing fibers are continuously supplied in an overlapping manner, and the plurality of reinforcing fibers are made to penetrate into the inside from the surface of the thermoplastic resin sheet in a semi-molten state to be integrated ,
The fiber supply mechanism includes a pair of guide rollers that sandwich the plurality of reinforcing fibers extending parallel to each other upstream of the pair of pressure rollers, and the pair of guide rollers is moved from the pair of pressure rollers. The thermoplastic resin sheet and the plurality of reinforcing fibers extending parallel to each other are integrated by the integrating mechanism by applying tension to the plurality of reinforcing fibers extending parallel to each other by moving in a direction separating them. A prepreg manufacturing apparatus characterized by:
前記繊維供給機構は、前記複数の強化繊維をそれぞれ巻き出す繊維巻出機構と、前記繊維巻出機構から巻き出された前記複数の強化繊維を前記一対の案内ローラーのうちの一方で屈曲させ挟持させる方向転換ローラーと、を備える、ことを特徴とする請求項3に記載のプリプレグの製造装置。 The fiber supply mechanism includes a fiber unwinding mechanism that unwinds the plurality of reinforcing fibers, and a plurality of reinforcing fibers unwound from the fiber unwinding mechanism that are bent and sandwiched by one of the pair of guide rollers. 4. The prepreg manufacturing apparatus according to claim 3, further comprising a direction changing roller that causes the prepreg to rotate.
JP2018177788A 2018-09-21 2018-09-21 Prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus Active JP7300698B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018177788A JP7300698B2 (en) 2018-09-21 2018-09-21 Prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018177788A JP7300698B2 (en) 2018-09-21 2018-09-21 Prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020050685A JP2020050685A (en) 2020-04-02
JP7300698B2 true JP7300698B2 (en) 2023-06-30

Family

ID=69995848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018177788A Active JP7300698B2 (en) 2018-09-21 2018-09-21 Prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7300698B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012236897A (en) 2011-05-11 2012-12-06 Teijin Ltd Fiber-reinforced resin molding material
JP2015224297A (en) 2014-05-28 2015-12-14 三菱レイヨン株式会社 Production method of prepreg
JP2017031342A (en) 2015-08-04 2017-02-09 福井県 Method for producing fiber-reinforced resin sheet material

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012236897A (en) 2011-05-11 2012-12-06 Teijin Ltd Fiber-reinforced resin molding material
JP2015224297A (en) 2014-05-28 2015-12-14 三菱レイヨン株式会社 Production method of prepreg
JP2017031342A (en) 2015-08-04 2017-02-09 福井県 Method for producing fiber-reinforced resin sheet material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020050685A (en) 2020-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2951006B1 (en) Apparatus and method for manufacturing a composite product from plural components
US8048253B2 (en) System and method for the rapid, automated creation of advanced composite tailored blanks
JP6935621B2 (en) Laminating equipment and laminating method for prepreg tape
US8940119B2 (en) Process and apparatus for producing beam member
US6592795B2 (en) Continuous forming method and device for H-shaped FRP member
KR20180033170A (en) Manufacturing method of fiber-reinforced resin sheet material
US5824178A (en) Preparation of laminated sheets
US10836111B2 (en) Method for manufacturing reinforcing fiber base material, and reinforcing fiber base material
US11597168B2 (en) Thin-layer tape automated lamination method and device
US20200180260A1 (en) Fiber-reinforced composite material
KR101822269B1 (en) Apparatus for laminating fiber tow and manufacturing method of product using the same
JP4873879B2 (en) Manufacturing method and manufacturing apparatus for multi-axis multilayer reinforcing sheet
CN111565920A (en) Thermoplastic composite master and tape and method
JPWO2018220814A1 (en) Method of manufacturing composite part and composite part manufacturing apparatus
JP5254930B2 (en) Fiber reinforced sheet and method for producing the same
US20120234468A1 (en) Method and apparatus for combining elongated strips
JP2013169792A (en) Method and device for manufacturing half-finished web, and method for manufacturing composite material
JP7300698B2 (en) Prepreg manufacturing method and manufacturing apparatus
KR102050156B1 (en) the manufacture system of large sized preform
JPH0919964A (en) Manufacture of laminated sheet
KR20170057612A (en) Device and method for forming preform of complex materials
JP5614384B2 (en) Reinforcing fiber sheet, fiber-reinforced composite material, method for producing reinforcing fiber sheet, and method for producing fiber-reinforced composite material
JP2010253714A (en) Method of molding fiber-reinforced plastics
JP3581334B2 (en) Continuous reinforcing fiber sheet and method for producing the same
JP2004292604A (en) Continuous production process for strand prepreg

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210831

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220727

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220802

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220926

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230120

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230310

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230609

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230613

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7300698

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150