JPH01198639A - 繊維強化複合材料の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 の１ 本発明は、一般に、各種成形の基材として用いられるｍ
ｍ強化複合材料の製造装置に関し、特にマトリックス樹
脂としてエポキシ樹脂などの樹脂をガラスｍ雄、炭素繊
維などのような強化繊維に含浸させて作られるプリプレ
グのような繊維強化複合材料を製造する繊維強化複合材
料の製造装置に関する。

′　　ｆ−び、Ｊ　へ 近年、種々の繊維強化複合材料が航空宇宙、陸り輸送、
船舶、建築土木、工業部品、電気音響機器、農漁業用資
材、スポーツ用品等の各分野で広く使用されている。こ
れらの繊維強化複合材料は１強度、耐熱性、耐食性、摩
擦、電気特性及び軽量性等に優れた材料として用いられ
ているもので、このような繊維強化複合材料は、例えば
以下のように製造される。

すなわち、ト記繊維強化複合材料が製造される装置の要
部を簡略的に示した第２図に示されているように、離型
紙巻取リローラ１から離型紙２が巻はずされ、この離型
紙２の上にマトリックス樹脂３としてエポキシ樹脂等を
供給し、この離型紙２上に供給されたエポキシ樹脂をド
クターブレード４を調整することによって離型紙２上で
均一になるように塗工して樹脂塗工紙を作製して、ドク
ターブレード４の下流にあ、る樹脂塗工紙巻取リローラ
５に巻取らせ、その後、樹脂塗工紙巻取リローラ５から
樹脂塗工紙が取り外され、この樹脂塗工紙は、図示しな
いローラに装着され、このローラから樹脂塗工紙が巻は
ずされ、ガラス繊維、炭素繊維のような強化繊維と押圧
成形してプリプレグを作製する。すなわち、樹脂塗工紙
巻取リローラ５から巻はずされた樹脂塗工紙のエポキシ
樹脂上にガラス繊維、炭素繊維のような強化繊維を供給
すると共に加熱、押圧等の所定のプロセスを行なって所
定の硬度及び厚さに形成してプリプレグを製造していた
。

しかし、上記のようにしてプリプレグを製造する場合、
離型紙に樹脂を塗工する樹脂塗工装置（通常、コータと
称されている）が必要となり、しかも、樹脂を離型紙に
塗工する際に、離型紙上に樹脂をムラなく、均一に塗工
することが困難であり、さらに、離型紙に樹脂を塗工す
るときに気泡が混入することがあり、その結果、樹脂と
強化繊維とが良くなじまず、したがって、樹脂と強化繊
維との良好な接着性を得ることができず１品質の安定し
た高強度、高密度のプリプレグを製造することが困難と
なる欠点がある。

さらに、上記のようにしてプリプレグを製造する場合、
樹脂が塗工された樹脂塗工紙上に強化繊維を供給する際
、樹脂塗工紙面上で流れが生じるため供給された強化繊
維が樹脂塗工紙上で乱れるというｆａ雄乱れが生じるこ
とがあり、その結果。

高強度、高密度のプリプレグを安定して製造することが
困難となる欠点がある。

１１立１１ 本発明の目的は、マトリックス樹脂としてエポキシ樹脂
のような樹脂を霧化、微粒化して、ガラス繊維、炭素繊
維のような強化繊維に、ムラなく均一に直接、含浸する
ことかできる繊維強化複合材料の製造装置を提供するこ
とである。

本発明の他の目的は、ガラス繊維、炭素繊維のような強
化Ｈｈ維にマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂のよう
な樹脂を霧化、微粒化して噴霧する際、樹脂を微小粒径
に霧化または微粒化して粒径分布の均一化を図り、かつ
、気泡の混入を防止すると共に均一な噴霧を行なうこと
ができる繊維強化複合材料の製造装置を提供することで
ある。

本発明の他の目的は、ガラスＭ＆維、炭素繊維のような
強化ｍ雄にマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂のよう
な樹脂を霧化、微粒化して噴霧する際、樹脂の噴ｌｌ量
の増減等の調整を容易に行なうことができる繊維強化複
合材料の製造装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ガラスＩ維、炭素繊維のような強
化繊維にマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂のような
樹脂を霧化、微粒化して噴霧する際、樹脂と強化繊維と
を良くなじませ、すなわち含浸効果を向上させ、樹脂と
強化繊維との良好な接着性を有する品質の安定した高強
度、高密度の繊維強化複合材料を製造することができる
繊維強化複合材料の製造袋Δを提供することである。

本発明の他の目的は、ガラス繊維、炭素繊維のような強
化繊維にマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂のような
樹脂を霧化、微粒化して噴霧する際、気泡が混入したと
しても、この気泡を排出することができる繊維強化複合
材料の製造装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ガラス繊維、炭素繊維のような強
化繊維にマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂のような
樹脂を霧化、微粒化して噴霧する際、強化繊維の余分な
噴霧樹脂を除去することができる繊維強化複合材料の製
造装置を提供することである。

本発明の他の目的は、ガラスＨａ雄、炭素繊維のような
強化ｍ！ｌにマトリックス樹脂としてエポキシ樹脂のよ
うな樹脂を含浸させてプリプレグのような繊維強化複合
材料を製造する際、樹脂塗工装置が不要である繊維強化
複合材料の製造装置を提供することである。

ｌ　占　　　　るための Ｌ記諸目的は本発明に係るｍｗｉ強化複合材料の製造装
置にて達成される。要約すれば本発明は、強化繊維にマ
トリックス樹脂を含浸させて、加圧、加熱、成形、冷却
の所定プロセスを介して繊維強化複合材料を形成する製
造装置において、供給される該強化繊維を整列させると
共にそのテンシゴンを調整するローラ群を設け、このロ
ーラ群から送り出される該強化繊維の開繊部分に、該マ
トリックス樹脂を霧化して、直接に噴霧する超音波霧化
装置を設けたことを特徴とする繊維強化複合材料の製造
装置であり、また、本発明は１強化ｆＪ！ＩＩにマトリ
ックス樹脂を含浸させて、加圧、加熱、成形、冷却の所
定プロセスを介して繊維強化複合材料を形成する製造装
置において、供給される該強化ＨＡ維を整列させると共
にそのテンションを調整するローラ群を設け、このロー
ラ群がら送り出される該強化繊維の開繊部分に該マトリ
ックス樹脂を霧化して、直接に噴霧する超音波霧化装置
を設けると共にこの樹脂が噴霧された該強化繊維の下流
に微振動ロッドを設けて、通過する該強化繊維に微振動
を与えるようにしたことを特徴とする繊維強化複合材料
の製造装置である。

実ｊＬ例 以下、本発明を、その実施例に基づいて添付図面を参照
して説明する。

第１図を参照すると、本発明による、プリプレグのよう
な炭素繊維強化複合材料を製造する製造装置１０が示さ
れている。この製造装置１０は、供給されるべき、例え
ばガラス繊維、炭素繊維又はアラミド繊維のような強化
繊維を巻取っているボビンを保持するためのクリールス
タンド１２を備えている。このクリールスタンド１２の
下流には、クリールスタンド１２から供給される強化繊
維を揃えると共にそのテンションを調整するためのロー
ラ群１４を介して超音波噴射弁１６が、供給される強化
繊維の上下位置にそれぞれ配設されている。

これらの超音波噴射弁１６は、マトリックス樹脂として
供給されるエポキシ樹脂などのような粘性を有する樹脂
を微細粒径に霧化ないし微粒化して、供給されてくる強
化繊維に、その両側から霧化ないし微粒化した樹脂を噴
霧、含浸させる。この時、必要に応じて、供給されてく
る強化繊維の片側だけから霧化ないし微粒化した樹脂を
噴霧、含浸させても良く、その噴霧、含浸形態は、必要
に応じて種々の形態を取り得る。

超音波噴射弁１６の下流には、樹脂が噴霧、含浸された
強化繊維に微振動を与えて含浸効果の向上、気泡の排出
及び過剰な樹脂の除去を行なう微振動ロッド１８が配設
されており、そして、この微振動ロッド１８を通過した
樹脂含浸強化繊維に、上下方向からそれぞれ離型紙を供
給するための離型紙供給ローラ２０．２２がそれぞれ配
設されている。すなわち微振動ロッド１８は、強化繊維
に樹脂を噴霧した下流に配設され、樹脂が噴霧された強
化繊維に、その進行方向に対し垂直に微振動が与えられ
るものである。微振動ロッド１８の下流には、離型紙が
上下方向から供給され、樹脂含浸強化ｔａｍを、所定の
厚さに成形するために、それらの離型紙を介して押圧す
る一対のプレスローラ２４．２６が配設されている。

この一対のプレスローラ２４．２６の下流には、離型紙
を介して押圧された樹脂含浸強化繊維を加熱し、所定の
柔らかさを持たしめ、プリプレグを作製するための加熱
プレート２８が設けられている。

この加熱プレート２８の下流には、所定の柔らかさを有
した樹脂含浸強化繊維すなわち、プリプレグを所定厚さ
に成形するために、これを押圧する一対のプレスローラ
３０．３２が配設されており、この一対のプレスローラ
３０．３２の後段には、所定厚さに成形された樹脂含浸
強化繊維すなわちプリプレグを冷却するための冷却プレ
ート３４が設けられている。

この冷却プレート３４の下流には、所定厚さに成形され
た樹脂含浸強化繊維すなわちプリプレグの上側離型紙を
剥離するための剥離用ローラ３６が配設され、剥離用ロ
ーラ３６の下流には、この剥離用ローラ３６によって剥
離された上側離型紙を巻取るための上側離型紙巻取リロ
ーラ３８が配設されていると共にこの剥離用ローラ３６
によって上側離型紙と分離された下側離型紙及び樹脂含
浸強化ｍ　Ｍすなわちプリプレグにフィルムを供給する
フィルム供給ローラ４６が配設され、そして、上記剥離
用ローラ３６の下流には、さらに、下側離型紙及び樹脂
含浸強化繊維すなわちプリプレグにフィルム供給ローラ
４６から供給されるフィルムを押圧する一対のプレスロ
ーラ４０，４２が配設されており、この一対のプレスロ
ーラ４０．４２により、１記プリプレグにフィルムを寒
竹させることができる。

一対のプレスローラ４０，４２の下流には、剥離用ロー
ラ３６によって下側離型紙と分離された下側離型紙及び
４＆Ｉ脂含浸強化繊維すなわちプリプレグがロール状に
巻取られたときに、下側離型紙の間に樹脂含浸強化繊維
すなわちプリプレグ及びフィルム供給ローラ４６から巻
出されたフィルムが介在するように巻取るプリプレグ巻
取リローラ４４が配設されている。

以上のような構成になる本発明の繊維強化複合材料の製
造ｘ置の作用を以下に述べる。

いま、上記Ｍ＆維強化複合材料の製造装置１０が作動状
態にあるとき、クリールスタンド１２からローラ群１４
に向って１例えば直径７１Ｌの強化繊維を１分当り２ｍ
の速さで供給し、ローラ群１４において、ローラ群１４
の各ローラの巾よりも少ない巾、例えば巾２０ｃｍで強
化繊維を整列すると共にそのテンションを調整する。

そして、整列され、テンションが調整された強化繊維を
一対のプレスローラ２４．２６に向って送り、その開織
部分を形成しながら、１分当り３０ｇで供給されるマト
リックス樹脂として下記の如く調製された、例えばエポ
キシ樹脂液を、振動数６０ｋ）（ｚで、樹脂霧化処理量
０　、５　ｇ　／　ｓ　ｅｃの超音波霧化装置１６によ
って、例えば粒径数十μの微細粒径に霧化ないし微粒化
して、ローラ群１４から供給されてくる強化繊維に、そ
の両側から霧化ないし微粒化された樹脂を噴霧、含浸さ
せて微振動ロッド１８に向って送る。

エポキシ　′ エポキシ樹脂のタイプはビスフェノールＡ系８２８（油
化シェル）　　３０部 １００１　（油化シェル）　　　７０部ジシアンジアミ
ド　　　　　　４部 ジクロロメチルウレア　　　　４部 ここで、上記した振動数等は、強化繊維の太さ、量及び
霧化、微粒化される樹脂量ならびに成形速度等により最
適値が選定される。

微振動ロッド１８では、樹脂含浸強化繊維の進行方向に
対して、樹脂含浸強化繊維に１例えば振＠Ｏ，１ｍｍ、
振動数０．１〜１ｋＨｚの微振動を与え、樹脂の強化繊
維への含浸効果の向上を図り、かつ樹脂含浸強化ｌ！維
からの気泡の排出を促進すると共に強化１ｌＪｌｌ維へ
噴霧、供給された過剰な樹脂を除去する。

このようにして微振動ロッド１８を通過した樹脂含浸強
化繊維には、この樹脂含浸強化繊維が一対のプレスロー
ラ２４．２６に入る前、上下の離型紙供給ローラ２０．
２２から離型紙が供給され、その結果、樹脂含浸強化繊
維は、上下の離型紙によって挟まれた状態となって、一
対のプレスローラ２４．２６に入って、例えばＩ　Ｋ　
ｇ　／　ｃ　ｒｎ’で押圧され、所定の厚さ、例えば０
．３ｍｍに形成される。一対のプレスローラ２４．２６
を通過して所定の厚さに形成された樹脂含浸強化繊維は
、加熱プレート２８によって、例えば１００゜Ｃに加熱
されて所定の柔らかさを持つプリプレグになる。

このように作製されたプリプレグは、一対のプレスロー
ラ３０．３２を通過することによって、所定の厚さ１例
えば０．１５ｍｍに形成され、その後、冷却プレート３
４によって作製されたプリプレグが冷却される。この冷
却プレート３４を通過したプリプレグは、剥離用ローラ
３６によって上側離型紙が剥離され、この剥離された下
側離型紙は、上側離型紙巻取リローラ３８によって巻取
られ、また、剥離用ローラ３６によって上側離型紙と分
離された下側離型紙及び樹脂含浸強化繊維すなわちプリ
プレグは、一対のプレスローラ４０．４２に送られて、
これらのプレスローラによってフィルム供給ローラ４６
から供給されるフィルムと密着され、その後、プリプレ
グ巻取りローラ４４によって巻取られ、その結果、プリ
プレグ巻取リローラ４４において下側離型紙の上に樹脂
含浸強化繊維すなわちプリプレグ及びフィルム供給ロー
ラ４６から巻出されるフィルムがＴ：着されて巻きとら
れ、プリプレグ成形品が作製される。

このように、上記実施例において示されたように、強化
繊維に噴霧されるべき樹脂を、超音波霧化装置によって
微細粒径に霧化、微粒化して強化繊維に直接、噴霧する
ので、樹脂を極めて微細な粒径に微粒化できると共に粒
径分布の均一化を図ることができ、かつ、気泡の混入を
招くことなく均一な噴霧を行なうことができる。また、
この超音波霧化装置によって樹脂を霧化して強化繊維に
噴霧する噴霧量は、噴霧量が増減しても超音波霧化装置
の噴霧特性が安定しているので、その調整を容易に行な
うことができる。

さらに、微振動ロッドを配設して強化繊維に樹脂を噴霧
した後に微振動を与えることにより、樹脂と強化繊維と
を良くなじませることができ、換言すれば樹脂と強化繊
維との含浸効果の一層の向上を図ることができ、その結
果、樹脂と強化繊維との良好な接着性を得ることができ
、また、気泡が混入した場合にも気泡を排出することが
可能となり、そして、強化繊維に噴霧された余分な噴霧
樹脂を除去することによって適切な樹脂量に調節するこ
ともできる。

主ＪＬ例」１釆 以と説明してきたように１本発明の繊維強化複合材料の
製造装置によれば、樹脂を極めて微細な粒径に微粒化で
きると共に粒径分布の均一化を図ることができ、かつ、
気泡の混入を招くことなくしかも強化繊維の繊維部れも
生じることなく、強化繊維に直接、均一な噴霧を行なう
ことができ。

高強度、高密度の繊維強化複合材料を製造することがで
きる。また、本発明のＭ７Ａ維強化複合材料の製造装置
では、超音波霧化装置を用いており、その噴霧特性が安
定しているので、噴霧量が増減しても強化繊維に樹脂を
噴霧する噴霧量を容易に調整することもできる。

そして、本発明のＨｈｍ強化複合材料の製造袋に１では
、微振動ロー７ドを配設して強イヒ繊維に樹脂を噴霧し
た後に微振動を与えるようにされていることにより、さ
らに、樹脂と強化繊維とを良くなじませることができ、
すなわち樹脂と強化繊維との含浸効果の一層の向上を図
ることができ、その結果、樹脂と強化繊維との良好な接
着性を得ることができると共に気泡が混入した場合にも
気泡を排出することが可能となり、高強度、高密度の繊
維強化複合材料を製造することができ、さらに、強化ｔ
ａ維に噴霧された余分な噴霧樹脂も、微振動ロッドの振
動を与えることにより除去し、適切な樹脂量に調節子る
ことができる さらに、本発明によれば、従来では必要とされた樹脂塗
工装置、すなわちコータが、不要となる効果も有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による繊維強化複合材料の製造装置の
１実施例の概略フローチャート図である。 第２図は、従来の繊維強化複合材料の製造装置のうち樹
脂塗工装置の要部を簡略的に示した図である。 １２：クリールスタンド １４：ローラ群 １６：超音波霧化装置 １８：微振動ロッド ２０．２２：ｔ！ｌ型紙供給ローラ ２４．２６．３０．３２．４０．４２ニブレスローラ ２８：加熱プレート ３４：冷却プレート ３６：剥離用ローラ ３８：上側離型紙巻取リローラ ４４ニブリプレグ巻取リローラ ４６：フィルム供給ローラ 二二」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させて、加圧、
   加熱、成形、冷却の所定プロセスを介して繊維強化複合
   材料を形成する製造装置において、該強化繊維の開繊部
   分に、該マトリックス樹脂を霧化して、直接に該マトリ
   ックス樹脂を該強化繊維に含浸、塗工する超音波霧化装
   置を設けたことを特徴とする繊維強化複合材料の製造装
   置。 ２）前記強化繊維の開繊部分に前記マトリックス樹脂を
   含浸、塗工する前に、前記強化繊維を整列させると共に
   そのテンションを調整するローラ群が設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の繊維強化
   複合材料の製造装置。 ３）強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させて、加圧、
   加熱、成形、冷却の所定プロセスを介して繊維強化複合
   材料を形成する製造装置において、該強化繊維の開繊部
   分に該マトリックス樹脂を霧化して、直接に該マトリッ
   クス樹脂を該強化繊維に含浸、塗工する超音波霧化装置
   を設け、樹脂が噴霧された該強化繊維の下流に微振動ロ
   ッドを設けて、通過する該強化繊維に微振動を与えるよ
   うにしたことを特徴とする繊維強化複合材料の製造装置
   。 ４）前記強化繊維の開繊部分に前記マトリックス樹脂を
   含浸、塗工する前に、前記強化繊維を整列させると共に
   そのテンションを調整するローラ群が設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の繊維強化
   複合材料の製造装置。