JPH05162125A - 熱可塑性樹脂よりなるプリプレグの製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 複数本の炭素繊維を配列してシート状の繊維
集合体Ｎを形成する配列装置１４と、前記繊維集合体Ｎ
を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度に予熱する予熱
装置１６と、前記予熱した繊維集合体Ｎの両面に熱可塑
性樹脂シートＳをそれぞれ配してその両面から加圧して
積層材Ｚを形成する加圧装置６０と、前記積層材を熱可
塑性樹脂の溶融温度より高い温度で加熱する加熱装置６
２とよりなる。 【効果】 繊維集合体を溶融温度よりも高い温度に予熱
して、熱可塑性樹脂シートを繊維集合体の両面に貼り付
けるため、プリプレグを容易に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性樹脂よりなる
プリプレグの製造方法及びその製造装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、熱可塑性樹脂よりなるプリプ
レグ（以下、単にプリプレグという）の製造方法とし
て、下記のような方法がある。

【０００３】すなわち、ほぼ一方向に平行して拡開され
たシート状連続炭素繊維集合体にマトリックス樹脂と同
一の熱可塑性樹脂の溶剤液を含浸付着せしめ、ついで、
未乾燥状態でマトリックス樹脂となる熱可塑性樹脂シー
トと貼着一体化するものである（特公昭６４−１２２０
６号）。

【０００４】この方法は、炭素繊維集合体に、熱可塑性
樹脂シートを貼着してプリプレグを製造する方法である
ため、その製造が容易であり、短時間にして高性能な複
合成形品を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
製造方法においても、シート状連続炭素繊維集合体にマ
ドリックス樹脂と同一の熱可塑性樹脂の溶剤液を含浸付
着する必要がある。このため、その製造装置としては、
溶剤の溶解した樹脂液の浸漬槽を設ける必要があり、そ
の製法が複雑になるとともに、製造装置も複雑となる。

【０００６】

【発明の目的】そこで本発明は、シート状の連続炭素繊
維集合体に容易に熱可塑性樹脂シートを貼着一体化でき
るプリプレグの製造方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１のプリ
プレグの製造方法は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミッ
ク繊維、アラミド繊維等の強化繊維を複数本配列してシ
ート状の繊維集合体を形成し、前記繊維集合体を熱可塑
性樹脂の溶融温度より高い温度に予熱し、前記予熱した
繊維集合体の両面もしくは片面に熱可塑性樹脂シートを
それぞれ配した後、その両面から加圧して積層材を形成
し、前記積層材を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度
で加熱するものである。

【０００８】請求項２のプリプレグの製造方法は、炭素
繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維等の
強化繊維よりなるウエブを熱可塑性樹脂の溶融温度より
高い温度に予熱し、前記予熱したウエブの両面もしくは
片面に熱可塑性樹脂シートをそれぞれ配した後、その両
面から加圧して積層材を形成し、前記積層材を熱可塑性
樹脂の溶融温度より高い温度で加熱するものである。

【０００９】請求項３のプリプレグの製造方法は、請求
項１または請求項２の加熱した積層材を冷却してなるも
のである。

【００１０】請求項４のプリプレグの製造装置は、炭素
繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維等の
強化繊維を複数本配列してシート状の繊維集合体を形成
する配列手段と、前記繊維集合体を熱可塑性樹脂の溶融
温度より高い温度に予熱する予熱手段と、前記予熱した
繊維集合体の両面もしくは片面に熱可塑性樹脂シートを
それぞれ配してその両面から加圧して積層材を形成する
加圧手段と、前記積層材を熱可塑性樹脂の溶融温度より
高い温度で加熱して加熱手段とよりなるものである。

【００１１】請求項５のプリプレグの製造装置は、炭素
繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維等の
強化繊維よりなるウエブを熱可塑性樹脂の溶融温度より
高い温度に予熱する予熱手段と、前記予熱したウエブの
両面もしくは片面に熱可塑性樹脂シートをそれぞれ配し
て、その両面から加圧して積層材を形成する加圧手段
と、前記積層材を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度
で加熱する加熱手段とよりなるものである。

【００１２】請求項６のプリプレグの製造装置は、請求
項４または請求項５の加熱手段により加熱した積層材を
冷却する冷却手段を有してなるものである。

【００１３】

【作 用】請求項１のプリプレグの製造方法は、下記の
ようになっている。

【００１４】炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、
アラミド繊維等の強化繊維を配列してシート状の繊維集
合体を形成する。この繊維集合体を熱可塑性樹脂の溶融
温度より高い温度（以下、単に溶融温度という）に予熱
し、この予熱した繊維集合体の両面もしくは片面に熱可
塑性樹脂シートをそれぞれ配したのち、その両面から加
圧して熱可塑性樹脂シート、繊維集合体、熱可塑性樹脂
シートの三層よりなる積層材を形成し、前記積層材を溶
融温度より高い温度で加熱することによってプリプレグ
を製造する。

【００１５】また、この後、この積層材を常温まで強制
性的に冷却してもよい。

【００１６】請求項２のプリプレグの製造方法である
と、請求項１のシート状の繊維集合体に代えて、強化繊
維よりなるウエブを溶融温度より高い温度に予熱し、こ
の予熱したウエブの両面もしくは片面に熱可塑性樹脂シ
ートを配し、その両面から加圧して積層材を形成し、積
層材を溶融温度より高い温度で加熱する。

【００１７】この場合においても、加熱した積層材を強
制的に冷却してもよい。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１９】図１及び図２は、本実施例のプリプレグ製
造装置１０であって、図１は正面図を、図２は平面図を
示している。

【００２０】このプリプレグ製造装置１０は、 炭素繊維Ｔの巻出し装置１２、 巻出し装置１２から巻出された複数本の炭素繊維Ｔ
を同一平面状に揃えてシート状にする配列装置１４、 シート状に配列した複数本の炭素繊維（以下、繊維
集合体という）Ｎの両面を予熱する予熱装置１６、 予熱した繊維集合体Ｎの両面に熱可塑性樹脂シート
Ｓを貼着して積層材Ｚを形成する熱処理装置１８，２
０、 熱処理装置１８，２０によって加熱した積層材Ｚを
強制的に冷却してプリプレグＢを製造する冷却装置２
２、 プリプレグＢを引張るための一対の駆動用ローラ装
置８８、 プリプレグＢを巻取る巻取り装置２４とよりなるも
のである。

【００２１】以下、各装置を順に説明していく。

【００２２】巻出し装置１２は、炭素繊維Ｔを巻付けた
ボビン１３を複数個有してなり、複数本の炭素繊維Ｔを
同時に巻出すことができる。

【００２３】配列装置１４の構造について、図３〜図６
に基づいて説明する。

【００２４】符号２６は、配列装置１４の本体である。

【００２５】符号２８は、巻出し装置１２から巻き出さ
れた複数本の炭素繊維Ｔを本体２６の走行路へ案内する
案内ローラである。

【００２６】符号３０は、横方向にシート状に並んで走
行する複数本の炭素繊維Ｔを、互いにほぼ平行な状態に
並べる櫛である。この櫛３０は図６に示すように、平面
から見た状態は波型となっており、櫛３０を構成する各
櫛部３０ａが付き合わさる角度θを変化させることによ
って、炭素繊維Ｔの送行方向と直行する方向（以下、幅
方向という）の寸法を変化させることができる。そのた
め、この櫛３０の幅を変化させれば、複数本の炭素繊維
Ｔを幅寸法の異なるシート状に配列できる。

【００２７】符号３２は、櫛３０によって互いにほぼ平
行に揃えられたシート状の炭素繊維Ｔをさらに平行な状
態に配列する振動装置である。

【００２８】この振動装置３２は、炭素繊維Ｔの走行路
上方に沿って設けられた２つの第１固定バー３４，第２
固定バー３６と、両固定バー３４，３６の間に設けられ
たガイドバー３８とよりなる。第１固定バー３４、第２
固定バー３６、ガイドバー３８と炭素繊維Ｔとの接触面
は、炭素繊維Ｔによけいな力がかからないように丸みを
おびている。

【００２９】ガイドバー３８は、幅方向に設けられたレ
ール３７の上を摺動自在に載置され、ガイドバー３８の
端部は、モータ４０の回転軸に設けられたカム３９に取
付けられている。モータ４０が回転することによってガ
イドバー３８は幅方向に沿って振動する。

【００３０】シート状に配された複数本の炭素繊維Ｔ
は、両固定バー３４，３６及び振動するガイドバー３８
との間を、両固定バー３４，３６及び振動するガイドバ
ー３８によって押圧されつつ走行することによって互い
に平行になるように配され、繊維集合体Ｎを形成する。

【００３１】この場合に、ガイドバー３８は、ガイドバ
ー３８と接触した状態で走行している複数本の炭素繊維
Ｔとともに幅方向に振動する。そのため、もし、炭素繊
維Ｔが幅方向に傾いていても、振動によって矯正されて
走行方向と平行になり、結果的に全ての炭素繊維Ｔが互
いに平行になる。

【００３２】両固定バー３４，３６は、初期状態におい
て、シ―ト状の複数本の炭素繊維Ｔを両固定バー３４，
３６とガイドバー３８とで挾めるようにするために、本
体２６に固定された支持部材３５に上下方向にスライド
自在に設けられている。そして、シ―ト状の複数本の炭
素繊維Ｔを両固定バー３４，３６とガイドバー３８とで
挾む場合には、両固定バー３４，３６を上方に退避させ
て、走行路に複数本のシ―ト状の炭素繊維Ｔがセットさ
れた後は、両固定バー３４，３６を下方へスライドさせ
て、両固定バー３４，３６とガイドバー３８とでシ―ト
状の複数本の炭素繊維Ｔをその上下から押圧するように
挟む。

【００３３】符号４２，４４は、本体２６の上下部にそ
れぞれ設けられた熱可塑性樹脂シートＳを巻いたシート
用ロールである。

【００３４】符号４６は、炭素繊維Ｔにより形成された
ウエブＷを巻いたウエブ用ロールである。このウエブ用
ロール４６は、巻出し装置１２の炭素繊維Ｔを使用せず
にウエブＷを強化繊維として使用する場合に使用する。
このウエブＷは、炭素繊維Ｔを編んだもの、または、織
ったものである。そして、ウエブＷは、一枚のウエブを
そのまま使用してもよいが、複数枚のウエブを積層した
ものを使用してもよい。なお、ウエブＷを使用する場合
には、炭素繊維Ｔの配列の必要がないため、櫛３０及び
振動装置３２は、走行路から退避させておく。

【００３５】予熱装置１６について、図６〜図８に基い
て説明する。図７は予熱装置の正面図であり、図８は側
面図である。

【００３６】予熱装置１６は、走行路の上下に一対配さ
れたヒータ装置４８，５０からなり、繊維集合体Ｎの上
下面へ熱風をそれぞれ吹き付ける。

【００３７】符号５２は、走行路の上方に設けられたヒ
ータ装置４８のヒータ部であり、電熱によって加熱され
た空気をファンで吹き出す。

【００３８】符号５４は、ヒータ装置４８のノズルであ
って、正面から見た状態では先細り状態となり、側面か
ら見た状態では繊維集合体Ｎの幅方向にすべて熱風が当
るように拡開した状態となっている。

【００３９】符号５６は、走行路の下方に設けられたヒ
ータ装置５０のヒータ部である。

【００４０】符号５８は、ヒータ装置５０のノズルであ
る。

【００４１】この一対のヒータ装置４８，５０からの熱
風によって、繊維集合体Ｎは、熱可塑性樹脂の溶融温度
よりも高い温度に予熱される。

【００４２】なお、予熱装置１６の他の実施例として
は、下記の２種類がある。

【００４３】 繊維集合体Ｎの走行路中の上方及び下
方に電熱板を配し、この電熱板の熱によって加熱する。

【００４４】 繊維集合体Ｎの走行路中の上下面に加
熱ローラを配し、この加熱ローラの熱によって加熱す
る。

【００４５】熱処理装置１８，２０の構造について図９
〜図１２に基づいて説明する。

【００４６】熱処理装置１８は、加圧ローラ部６０と加
熱部６２とよりなる。

【００４７】加熱ローラ部６０は、一対の加圧ローラ６
４，６６よりなり、加圧ローラ６４，６６の表面温度
は、熱可塑性樹脂の溶融温度より低い温度、好ましくは
５℃〜２０℃の低い温度に設定されている。このよう
に、溶融温度より低い温度に設定するのは、加圧ローラ
６４，６６の表面に熱可塑性樹脂が溶融してべとつかな
いようにするためである。

【００４８】一対の加圧ローラ６４，６６の間に熱可塑
性樹脂シートＳ、繊維集合体Ｎ、熱可塑性樹脂シートＳ
を挟んで加圧、加熱することにより、繊維集合体Ｎの両
面に位置する熱可塑性樹脂シートＳが、繊維集合体Ｎの
間に溶融して一体となり三層構造の積層材Ｚを形成す
る。なお、予熱装置１６によって繊維集合体Ｎは予め溶
融温度よりも高い状態に予熱されているため、熱可塑性
樹脂シートＳはその上下面に容易に貼着する。

【００４９】加熱部６２のトランク６３内部には、積層
材Ｚの上下方向から溶融温度よりも高く加熱された空気
を噴射する一対のノズル６８，６８が設けられている。

【００５０】ノズル６８は、図１０及び図１１に示すよ
うに、パイプ状のノズル部７０を幅方向に所要間隔毎に
配列し、各ノズル部７０の両端部をパイプ７２で接続し
ている。パイプ７２の上部にある空気の吸気口７３から
加熱した空気を送り込み、ノズル部７０の下面に設けら
れた噴射口７４から加熱した空気を走行する積層材Ｚに
向かって噴射する。

【００５１】このようにして、積層材Ｚを加熱した空気
で溶融温度よりも高く加熱することによって繊維集合体
Ｎの間に熱可塑性樹脂を含浸させる。

【００５２】熱処理装置２０においても、熱処理装置１
８と同様の加熱ローラ部７６、加熱部７８を有してい
る。熱処理工程を熱処理装置１８と同様に繰り返すこと
により、繊維集合体Ｎに熱可塑性樹脂をより完全に含浸
させる。

【００５３】冷却装置２２の構造について説明する。

【００５４】冷却装置２２は、加圧ローラ部８０と冷却
部８２とからなる。

【００５５】加圧ローラ部８０は、一対の加圧ローラ８
４，８６からなり、これら加圧ローラ８４，８６の表面
は前記加熱ローラ部７６と同じ温度となっている。そし
て、一対の加圧ローラ８４，８６の間に積層材Ｚを加圧
しつつ走行させる。

【００５６】冷却部８２のトランク８３内部にも、熱処
理装置１８と同様に、走行路の上下にノズルが設けら
れ、このノズルから常温の空気が吹き出されて、積層材
Ｚを強制的に冷却しプリプレグＢを製造する。

【００５７】なお、符号８８は、プリプレグＢを引張る
ための一対の駆動用ローラであって、一対の駆動用ロー
ラ８９の間にプリプレグＢを挟んで駆動させる。

【００５８】以上の各装置よりなるプリプレグ製造装置
１０によって、プリプレグＢが製造される。

【００５９】次に、そのプリプレグＢがプリプレグ製造
装置１０によって製造されるまでの状態を図１３〜図１
５の縦断面図に基づいて説明する。

【００６０】巻出し装置１２から巻出された複数本の炭
素繊維Ｔは、配列装置１４によって、図１３に示すよう
に互いにほぼ平行に配列されて繊維集合体Ｎとなる（図
１３参照）。

【００６１】予熱装置１６によって繊維集合体Ｎの上下
面が熱可塑性樹脂の溶融温度よりも高い温度に予熱され
る。

【００６２】この予熱された繊維集合体Ｎの上下面に熱
可塑性樹脂シートＳが配される。この場合に、繊維集合
体Ｎは予め溶融温度よりも高い状態に予熱されているた
め、熱可塑性樹脂シートＳはその上下面に容易に貼着す
る（図１４参照）。

【００６３】積層材Ｚが、熱処理装置１８、２０を通過
することにより、熱可塑性樹脂シートＳが繊維集合体Ｎ
の間に含浸する。熱処理工程は、熱処理装置１８の一度
だけでも十分であるが、熱処理装置１８、２０によって
２度繰返すことにより繊維集合体Ｎの間に溶融した熱可
塑性樹脂がより完全に含浸する。

【００６４】加熱された状態の積層材Ｚを冷却装置２２
で常温に強制的に冷却することによって、プリプレグＢ
が製造される（図１５参照）。

【００６５】上記構成のプリプレグ製造装置１０である
と、熱可塑性樹脂シートＳを繊維集合体Ｎまたはウエブ
Ｗの上下面に貼り付ける前に、予め溶融温度よりも高い
温度に予熱しているため、その上下面に容易に熱可塑性
樹脂シートＳが貼り付き、この後の熱処理工程を容易に
することができる。この場合に、装置としては予熱装置
１６だけであるため、その構造が簡単である。

【００６６】なお、上記実施例では、熱可塑性樹脂シー
トＳを繊維集合体ＮまたはウエブＷの上下面に貼り付け
たが、これに代えて繊維集合体ＮまたはウエブＷの片面
だけに熱可塑性樹脂シートＳを貼り付けてもよい。

【００６７】

【発明の効果】以上により、本発明のプリプレグの製造
方法及びそのプリプレグ製造装置であると、繊維集合体
またはウエブを予め溶融温度よりも高い温度に予熱し
て、熱可塑性樹脂シートを繊維集合体の両面もしくは片
面に貼り付けるため、プリプレグを容易に製造すること
ができる。

【００６８】また、プリプレグ製造装置では、予熱手段
を設けるだけ熱可塑性樹脂シートを繊維集合体の両面も
しくは片面に貼り付けられ、その構造が簡単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すプリプレグ製造装置の
正面図である。

【図２】プリプレグ製造装置の平面図である。

【図３】配列装置の正面図である。

【図４】振動装置の側面図である。

【図５】振動装置の正面図である。

【図６】配列装置における要部拡大平面図である。

【図７】予熱装置の正面図である。

【図８】予熱装置の側面図である。

【図９】熱処理装置の正面図である。

【図１０】熱処理装置のノズルの斜視図である。

【図１１】加熱部の平面図である。

【図１２】加熱部の正面図である。

【図１３】繊維集合体の縦断面図である。

【図１４】予熱した繊維集合体の上下面に、熱可塑性樹
脂シートをそれぞれ貼着した状態の縦断面図である。

【図１５】プリプレグの縦断面図である。

【符号の説明】

１０……プリプレグ製造装置 １２……巻出し装置 １４……配列装置 １６……予熱装置 １８……熱処理装置 ２０……熱処理装置 ２２……冷却装置 ３２……振動装置 ６０……加圧ローラ部 ６２……加熱部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、
   アラミド繊維等の強化繊維を複数本配列してシート状の
   繊維集合体を形成し、 前記繊維集合体を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度
   に予熱し、 前記予熱した繊維集合体の両面もしくは片面に熱可塑性
   樹脂シートをそれぞれ配した後、その両面から加圧して
   積層材を形成し、 前記積層材を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度で加
   熱することを特徴とする熱可塑性樹脂よりなるプリプレ
   グの製造方法。
2. 【請求項２】炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、
   アラミド繊維等の強化繊維よりなるウエブを熱可塑性樹
   脂の溶融温度より高い温度に予熱し、 前記予熱したウエブの両面もしくは片面に熱可塑性樹脂
   シートをそれぞれ配した後、その両面から加圧して積層
   材を形成し、 前記積層材を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度で加
   熱することを特徴とする熱可塑性樹脂よりなるプリプレ
   グの製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２の加熱した積層材
   を冷却してなることを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の熱可塑性樹脂よりなるプリプレグの製造方法。
4. 【請求項４】炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、
   アラミド繊維等の強化繊維を複数本配列してシート状の
   繊維集合体を形成する配列手段と、 前記繊維集合体を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度
   に予熱する予熱手段と、前記予熱した繊維集合体の両面
   もしくは片面に熱可塑性樹脂シートをそれぞれ配してそ
   の両面から加圧して積層材を形成する加圧手段と、 前記積層材を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度で加
   熱して加熱手段とよりなることを特徴とする熱可塑性樹
   脂よりなるプリプレグの製造装置。
5. 【請求項５】炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、
   アラミド繊維等の強化繊維よりなるウエブを熱可塑性樹
   脂の溶融温度より高い温度に予熱する予熱手段と、 前記予熱したウエブの両面もしくは片面に熱可塑性樹脂
   シートをそれぞれ配してその両面から加圧して積層材を
   形成する加圧手段と、 前記積層材を熱可塑性樹脂の溶融温度より高い温度で加
   熱する加熱手段とよりなることを特徴とする熱可塑性樹
   脂よりなるプリプレグの製造装置。
6. 【請求項６】請求項４または請求項５の加熱手段により
   加熱した積層材を冷却する冷却手段を有してなることを
   特徴とする請求項４または請求項５記載の熱可塑性樹脂
   よりなるプリプレグの製造装置。