JPH03199011A - 長尺ハイブリッドプリプレグの製造方法 - 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、繊維径の小さい炭素繊維などのような強化繊
維と、該強化繊維とは異なる、大きな繊維径（後述する
「換算径」をも含む）を有した、例えばチタン繊維、ア
モルファス繊維、ステンレススチール繊維などの金属繊
維；ボロン繊維、ガラス繊維などの無機繊維；或は種々
の有機繊維のような異種繊維とを強化繊維として有した
長尺のハイブリッドプリプレグの製造方法に関するもの
である。

従ｊＪ口え逅 近年、炭素繊維その他各種の強化繊維を用いたプリプレ
グが種々の技術分野にて広く使用されており、例えば、
ゴルフシャフト、釣り竿の製造に際しても、軽量で且つ
機械的強度も高いという理由から多く利用されており、
極めて良好な成果を納めている。

しかしながら、更に、強度及び弾性率の点で、或は、使
用時の感触の点で改良が望まれており、斯る要望に応え
るべく、繊維強化プリプレグ間に、該プリプレグの強化
繊維とは異なる例えばボロン繊維、チタン繊維、アモル
ファス繊維、ステンレススチール繊維、ガラス繊維、種
々の有機繊維などの異種繊維を強化繊維として用いる使
用法が提案され、そのための研究が盛んに行われている
。

現在、この目的のためのハイブリッドプリプレグとして
は、第８図に図示するような構成のものが提案され又使
用されている。

つまり、第８図のハイブリッドプリプレグは、炭素繊維
などのような強化繊維２を使用したプリプレグ４の上に
、該強化繊維とは異なる異種繊維６を等間隔にて配列す
ることにより形成される。

このようなハイブリッドプリプレグは簡単に製造し得て
、機械的強度の向上及び感触の改善を達成し得るが、プ
リプレグ４と異種繊維６との接合が十分でなく、所望の
機械的強度を十分に発揮し得ないことがあり、問題であ
る。又、ボロン繊維、チタン繊維、アモルファス繊維、
ステンレススチール繊維などの異種繊維６は直径が大で
あり、そのために、一般にハイブリッドプリプレグの厚
さも大とならざるをえず、薄物のハイブリッドプリプレ
グを提供することが困難であるという問題をも有してい
た。

が　′しよ　と 本発明者らは、上記従来のハイブリッドプリプレグを解
決するべく、第２図に図示するような、つまり、繊維径
が５〜３０μｍとされる強化繊維２を使用した一方向繊
維強化ブリブレグ４の中に、繊維径が５０〜５００μｍ
とされる異種繊維６を前記強化繊維と同一方向に所定の
間隔にて配列して構成されるハイブリッドプリプレグｌ
を考案した。このとき、異種繊維６は、第３図のように
僅かに中心部より偏って配置されたとしても同等の作用
効果を発揮し得るが、第２図に図示するように、一方向
繊維強化プリプレグ４の中央部に位置するのが好ましい
。

このような構成のハイブリッドプリプレグｌは、第４図
に図示されるように、離型紙１０に担持された、繊維径
の小さい強化繊維２を使用した２枚の一方向繊維強化ブ
リブレグ４Ａ、４Ｂの間に、繊維径の大きい異種繊維６
を前記強化繊維２と同一方向に所定の間隔にて配列し、
押圧及び／又は加熱することにより一体とすることによ
って好適に形成される。最も好ましい方法としては、ド
ラムワインダを使用する方法がある。その−例が第５図
に図示される。

斯るドラム２０上によれば、所定の直径を有したドラム
２０の周面に、離型紙上に保持された一方向繊維強化ブ
リブレグ４Ａが巻き付けられ、ドラム表面に固定される
。次いで、前記ドラム２０には、ボビン２４から異種繊
維６がトラバース装置２６を介して供給され、前記ドラ
ム２０上に、つまり、該ドラムに巻き付けられた繊維強
化プリプレグ４Ａの上に、一定ピツチにて巻き付けられ
る。

次に、異種繊維６が整列された一方向繊維強化ブリブレ
グ４Ａの表面を覆って、離型紙１０に保持された第２の
一方向繊維強化ブリブレグ（図示せず）がドラム２０の
表面に重ねられ、異種繊維を挟持した態様で前記第１の
繊維強化プリプレグと接合され、一体とされる。

このようにドラムワインダを使用すれば、第２図に図示
するようなハイブリッドプリプレグを極めて好適に製造
し得るが、プリプレグの長さはドラムの直径で決定され
る。しかしながら、ドラムの直径を大きくするにも限度
があり、通常は、せいぜい長くて数ｍ程度であって、連
続した長尺のハイブリッドプリプレグを製造することが
不可能である。又、各製造毎に製造条件が僅かに異なる
ことがあり、製品の品質にバラツキが生じることがあっ
た。

従って、本発明の目的は、従来のハイブリッドプリプレ
グに比較して、機械的強度などの物性の向上を図ること
ができ、品質が一定した、且つ薄物のプリプレグを提供
することのできる、繊維径の小さな強化繊維と、繊維径
の大きな異種繊維とを使用した長尺のハイブリッドプリ
プレグの製造方法を提供することである。

更に、本発明の他の目的は、後で詳しく説明されるよう
に、繊維径の小さな強化繊維と、繊維径の大きな異種繊
維とを繊維の長さ方向の乱れがなく配列し、プリプレグ
の機械的物性が良く、且つ、美感的にも好ましい長尺の
ハイブリッドプリプレグの製造方法を提供することであ
る。

を　　　るための 上記諸層的は本発明に係る長尺ハイブリッドプリプレグ
の製造方法にて達成される。要約すれば本発明は、繊維
径が５〜３０μｍとされる強化繊維の中に、繊維径が５
０〜５００μｍとされる異種繊維を前記強化繊維と同一
方向に所定の間隔にて配列した長尺ハイブリッドプリプ
レグの製造方法であって、（ａ）繊維径が５０〜５００
ｕｍとされる異種繊維を所定間隔に整列して連続的に供
給すること、（ｂ）開繊手段にて開繊した繊維径が５〜
３０μｍとされる強化繊維を、前記異種繊維の両側から
前記異種繊維に添わせて連続的に供給すること、（ｃ）
前記異種繊維及び強化繊維を挟持する態様で、第１及び
第２樹脂塗工紙を前記異種繊維及び強化繊維に添わせて
連続的に供給すること、（ｄ）前記第１樹脂塗工紙、異
種繊維及び強化繊維、並びに第２樹脂塗工紙を加圧加熱
して一体とし、前記異種繊維及び強化繊維に前記第１及
び第２樹脂塗工紙中のマトリクス樹脂を含浸させること
、を特徴とする長尺ハイブリッドプリプレグの製造方法
である。好ましくは、前記第１樹脂塗工紙、異種繊維及
び強化繊維、並びに第２樹脂塗工紙は互に、前記第１樹
脂塗工紙及び第２樹脂塗工紙の合計厚みの０．７〜０．
８倍の厚みにまで押圧され、且つ前記第１及び第２樹脂
塗工紙中のマトリクス樹脂の粘度が１０００〜５０００
０ｃｐとなるまで加熱される。

実ＪＬ例 次に、本発明に係る長尺ハイブリッドプリプレグの製造
方法を図面に即して更に詳しく説明する。

第１図に本発明に係る長尺ハイブリッドプリプレグの製
造方法を実施するための製造装置の一実施例が図示され
る。

本実施例にて、異種繊維６は、−平面内にて平行に所定
の間隔にて配列された状態にてプレスロール３４Ａ、３
４Ｂの間に供給され、一方、本実施例で強化繊維２とし
て使用される炭素繊維は、一連の開繊バーなどとされる
開繊手段６０にて開繊され、次いで、該開繊された炭素
繊維２は前記異種繊維６の両側から前記異種繊維に添わ
せてプレスロール３４Ａ、３４Ｂの間へと連続的に供給
される。

又、離型紙１０にマトリクス樹脂１２が塗布されて形成
された第１及び第２の樹脂塗工紙１４が、巻ロールの形
態でアンワインダ（巻出し部）３２Ａ、３２Ｂに取付け
られている。該巻出し部３２Ａ、３２Ｂから引き出され
た樹脂塗工紙１４は、異種繊維６及び炭素繊維２を挟持
する態様で、プレスロール３４Ａ、３４Ｂの間へと送給
される。

従って、巻出し部３２Ａ、３２Ｂから引き出された樹脂
塗工紙１４は、異種繊維６及び炭素繊維２を間に挟持し
た態様にて、該異種繊維６及び炭素繊維２に添ってプレ
スロール３４Ａ、３４Ｂの間を通ることとなる。

第１及び第２樹脂塗工紙１４は、異種繊維６及び炭素繊
維２を挟み込むようにしてプレスロール３４Ａ、３４Ｂ
を通った後、引き続いて、ホットプレート３６及び第２
段目のプレスロール３８Ａ、３８Ｂへと通される。この
過程で異種繊維６及び炭素繊維２は、第１及び第２樹脂
塗工紙１４のマトリクス樹脂１２内へと埋没して含浸さ
れ、マトリクス樹脂１２、炭素繊維２及び異種繊維６が
一体となったハイブリッドの繊維強化複合樹脂層４が形
成される。

次いで、該ハイブリッド繊維強化複合樹脂層４を挟持し
た両畦型紙はコールドプレートなどの冷却手段（図示せ
ず）で冷却した後、ワインダ５０によって、本実施例で
は上側の離型紙１０のみが繊維強化複合樹脂層４から剥
離される。下側離型紙１０上に付着している繊維強化複
合樹脂層４の表面には、アンワインダ５２から供給され
るカバーフィルム５４が貼着され、その後ハイブリッド
プリプレグ製品としてワインダ５６に巻取られる。

本発明に従えば、上記構成の製造装置にて、プレスロー
ル３４Ａ、３４Ｂ及び／又は３８Ａ、３８Ｂの間隔は、
第１及び第２樹脂塗工紙１４の合計厚みの０．７〜０．
８倍の厚みに設定され、又、ホットプレート３６は、前
記第１及び第２樹脂塗工紙１４中のマトリクス樹脂１２
の粘度が１０００〜５００００ｃｐとなるように該第１
及び第２樹脂塗工紙１４を加熱するのが好ましい。

これによって、異種繊維６及び炭素繊維２は第１及び第
２樹脂塗工紙１４のマトリクス樹脂１２内へと極めて好
適に埋没して含浸され、第１及び第２樹脂塗工紙１４の
マトリクス樹脂１２、炭素繊維２、及び異種繊維６が一
体とされる。斯る設定条件を選択することにより、炭素
繊維２及び異種繊維６の長手方向への整列に乱れが生じ
ることなく、特に、異種繊維６がマトリクス樹脂層の中
心部へと好適に進入することができる。更に、第１及び
第２樹脂塗工紙１４のマトリクス樹脂１２の接合界面が
十分に融合することができ、後でこの接合界面から剥離
が生じるようなことはない。

上記実施例の製造装置にて、第２図に図示されるような
ハイブリッドプリプレグ、即ち、繊維径が５〜３０μｍ
とされる炭素繊維２中に、繊維径が５０〜５００μｍと
される異種繊維６を前記炭素繊維と同一方向に所定の間
隔にて配列して構成されるハイブリッドプリプレグを連
続的に製造することができる。

本実施例によると、上述したように、異種繊維６は、第
１図に図示するように、一方向炭素繊維プリプレグ４の
中央部に位置しており、且つ異種繊維６及び炭素繊維２
共に長平方向に平行に整列していて、乱れはなかった。

本発明で使用される炭素繊維２は、異種繊維６の各側に
て、同じ炭素繊維を使用することもでき、又、強度の異
なる炭素繊維とすることもできる。

更には、異種繊維６の各側には、互いに異なる強化繊維
を配置することができる。

このように、異種繊維６の各個に配置される強化繊維２
は、炭素繊維に限定されるものではなく、他に、繊維径
の小さなボロン繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化
珪素繊維、窒化珪素繊維などの無機繊維；アラミド繊維
、ボリアリレート繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊
維；或は、繊維径の小さなチタン繊維、アモルファス繊
維、ステンレススチール繊維などの金属繊維などを任意
に使用することができる。強化繊維２は繊維径が５〜３
０ｕｍとされ、好ましくは６〜１２μｍとされる。

異種繊維６としては、強化繊維２に比較して繊維径が大
きいボロン繊維などの無機繊維、及びチタン繊維、アモ
ルファス繊維、ステンレススチール繊維などの金属繊維
が好適に使用され、通常斯る繊維の径は５０〜１５０μ
ｍとされ、好ましくは７０〜１２０μｍとさ、れる。

更に、本発明に従えば、異種繊維６としてガラス繊維、
アルミナ繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維などの無機
繊維；アラミド繊維、ボリアリレート繊維、ポリエチレ
ン繊維などの有機繊維をも使用することができる。ただ
、一般にこれら繊維は、繊維径、即ち、モノフィラメン
トの径（ｄ）は５〜５０μｍと小さいため、このように
繊維径の小さな繊維を異種繊維６として使用する場合に
は、第６図に図示するように繊維６ａを多数本束ねたス
トランド（繊維束）６の形態にて使用される。

従って、金属繊維でも繊維径の小さいものをストランド
の形態として使用することも可能である。

このようなストランドの形態とされる場合の異種繊維６
の繊維径としては、本明細書では、次式で示される換算
径Ｄ０を意味するものとする。

Ｄ。＝ＦＷ−ｄ ｎ：収束本数 ｄ：繊維径 又、斯るストランドを異種繊維６として使用した場合に
は、該ストランドは、撚りの有無に拘らず、第７図に図
示されるように、ハイブリッドプリプレグｌの中におい
て換算径り。を有した円形断面の形態で存在することは
なく、通常、偏平に変形された状態とされる。従って、
上述したように異種繊維６として繊維径の大きいなボロ
ン繊維、チタン繊維、アモルファス繊維、ステンレスス
チール繊維などを使用した場合と同様の厚さ（Ｔ）を有
したハイブリッドプリプレグｌを製造するには、ストラ
ンドを異種繊維６として使用した場合の繊維径、即ち、
換算径Ｄ０は、最大５００ｔＬｍとされるのが好適であ
る。

例えば、繊維径ｄが２３μｍとされるボリアリレート繊
維のような有機繊維は、３００本収束することにより換
算径Ｄ０は３９８μｍとされ、又、繊維径ｄが１３μｍ
とされるガラス繊維は、８００本収束することにより換
算径Ｄ０は３６８μｍとされ、これら両ストランドも又
、異種繊維６として好適に使用し、第７図に図示される
ようなハイブリッドプリプレグ１を製造することができ
る。

第１及び第２塗工紙のマトリクス樹脂としては、エポキ
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、
ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化
性マトリクス樹脂が使用可能である。又、更に、硬化温
度が５０〜５００℃となるように硬化剤その他の付与剤
、例えば可撓性付与剤などが適当に添加される。

好ましい一例を挙げれば、マトリクス樹脂としてはエポ
キシ樹脂が好ましく、使用可能のエポキシ樹脂としては
、例えば、（１）グリシジルエーテル系エポキシ樹脂（
ビスフェノールＡ、Ｆ。

Ｓ系エポキシ樹脂、ノボラック系エポキシ樹脂、臭素化
ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂）；（２）環式脂肪族
エポキシ樹脂；　（３）グリシジルエステル系エポキシ
樹脂；　（４）グリシジルアミン系エポキシ樹脂；　（
５）複素環式エポキシ樹脂；その他種々のエポキシ樹脂
から選択される１種又は複数種が使用され、特に、ビス
フェノールＡ、Ｆ％Ｓグリシジルアミン系エポキシ樹脂
が好適に使用される。又、硬化剤としてはジアミノフェ
ニルスルフォン（ＤＤＳ）　　ジアミノジフェニルメタ
ン（ＤＤＭ）などが好適に使用される。

又、本発明に従って製造されるハイブリッドプリプレグ
における強化繊維、異種繊維、マトリクス樹脂の配合割
合は任意に調整し得るが、一般に、重量％で、強化繊維
：異種繊維：マトリクス樹脂＝（４０〜８０）：　　（
２〜２０）：　　（２０〜６０）とされるであろう。又
、本発明に従えば、ブリブｌノグの厚さ（Ｔ）は、使用
される異種繊維の繊維径程度のものを作製し得るが、通
常８０〜２００ｕｍ程度とされるであろう。

上記実施例の製造方法を更に具体的に数値な挙げてその
一実施例を説明すると次の通りである。

使用した第１及び第２塗工紙１４は同じ構成のものとさ
れ、厚さｌ　２０　Ｉｔ　ｍの離型紙ｌＯの上に厚み３
５μｍにてエポキシ樹脂が塗布されたものであった。強
化繊維としての炭素繊維２は、繊維径が６．５μｍとさ
れるＰＡＮ系の炭素繊維（東し株式会社製：商品名ｒＭ
４０Ｊ）を使用し、異種繊維の各側に５３本ずつ平行に
配置した。該炭素繊維は、開繊手段６０にて一様に幅方
向に開繊され、３００ｍｍ幅にわたって一様の密度にて
整列された。

開繊手段６０は、通常の開繊バーによる構成とされ、本
実施例では、直径３０ｍｍのステンレススチール製バー
６２を６０ｍｍ間隔にて、平行に３本配置したものであ
り、斯るバーを波状に、且ツ張力５００　ｇ　／　１ス
トランドを掛けて通すことにより開繊した。

異種繊維６としては、ボロン繊維及びチタン繊維を使用
した。

ボロン繊維は、繊維径１１００ｕとされるものを１ｍｍ
の間隔に配置して使用した。又、チタン繊維は、繊維径
ｌＯＯμｍとされるものを２ｍｍの間隔に配置して使用
した。

プレスロール３４Ａ、３４Ｂ及び３８Ａ１３８Ｂの間隔
は３．０ｍｍとされ、第１及び第２塗工紙１４の合計厚
みの０．８倍の厚みに設定された。又、ホットプレート
３６は１００℃に加熱されており、第１及び第２塗工紙
１４中のマトリクス樹脂の粘度は２０００ｃｐとなって
いた。

このようにして幅３００ｍｍの長尺のハイブリッドプリ
プレグｌを製造速度３ｍ／分にて連続して製造すること
ができた。

又、このようにして製造したハイブリッドプリプレグの
機械的強度などを測定したが、本発明に係るハイブリッ
ドプリプレグは、厚みが薄いにも拘らず圧縮強度及び弾
性率共に、第８図の従来のハイブリッドプリプレグより
優れており、使用時の感触も良好であった。

更に又、本発明に従ったハイブリッドプリプレグの製造
方法は、繊維径の大きな異種繊維を繊維径の小さな強化
繊維と平行に整列することが容易に達成されるので、作
業性が良く、又、繊維の長さ方向の乱れが発生せず、プ
リプレグの機械的物性がより良くなり、且つ、美感的に
も好ましいものであった。

免艶立激１ 本発明に係る長尺ハイブリッドプリプレグの製造方法は
、以上説明したように構成されるために、従来のハイブ
リッドプリプレグに比較すると、機械的強度などの物性
の向上を図ることができ、品質が一定した、且つ薄物の
プリプレグを提供することができるという特長を有し、
更に、本発明の製造方法に従えば、繊維径の小さな強化
繊維と、繊維径の大きな異種繊維とを繊維の長さ方向の
乱れがなく配列し、プリプレグの機械的物性が良く、且
つ、美感的にも好ましいパイプリッドプリプレグを提供
することができるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る長尺ハイブリッドプリプレグの
製造方法を説明する概略構成図である。 第２図及び第３図は、本発明に従って製造されるハイブ
リッドプリプレグの断面図である。 第４図及び第５図は、ハイブリッドプリプレグの製造方
法の例を説明する概略構成図及び斜視図である。 第６図は、本発明に使用される異種繊維の一つの形態を
示すストランドの断面図である。 第７図は、本発明に従って製造されるハイブリッドプリ
プレグの他の実施例の断面図である。 第８図は、従来のハイブリッドプリプレグの断面図であ
る。 ６０：開繊手段 １：ハイブリッドプリプレグ ２：強化繊維 ６：異種繊維 １４：第１、第２樹脂塗工紙 ３４Ａ、Ｂ、３８Ａ、Ｂ　ニブレスローラ３６：ホット
プレート 第２図 １ 第３図 第４図 ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）繊維径が５〜３０μｍとされる強化繊維の中に、繊
   維径が５０〜５００μｍとされる異種繊維を前記強化繊
   維と同一方向に所定の間隔にて配列した長尺ハイブリッ
   ドプリプレグの製造方法であって、 （ａ）繊維径が５０〜５００μｍとされる異種繊維を所
   定間隔に整列して連続的に供給すること、 （ｂ）開繊手段にて開繊した繊維径が５〜３０μｍとさ
   れる強化繊維を、前記異種繊維の両側から前記異種繊維
   に添わせて連続的に供給すること、 （ｃ）前記異種繊維及び強化繊維を挟持する態様で、第
   １及び第２樹脂塗工紙を前記異種繊維及び強化繊維に添
   わせて連続的に供給すること、 （ｄ）前記第１樹脂塗工紙、異種繊維及び強化繊維、並
   びに第２樹脂塗工紙を加圧加熱して一体とし、前記異種
   繊維及び強化繊維に前記第１及び第２樹脂塗工紙中のマ
   トリクス樹脂を含浸させること、 を特徴とする長尺ハイブリッドプリプレグの製造方法。