JPH05309752A - 傾斜複合材料用素材の製造方法 - Google Patents

傾斜複合材料用素材の製造方法

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JPH05309752A
JPH05309752A JP4101631A JP10163192A JPH05309752A JP H05309752 A JPH05309752 A JP H05309752A JP 4101631 A JP4101631 A JP 4101631A JP 10163192 A JP10163192 A JP 10163192A JP H05309752 A JPH05309752 A JP H05309752A
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惟宏 長塚
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武 北野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 分繊飛動装置を有効に利用し、その分繊飛動
装置における繊維捕集部に、マットの厚さ方向の繊維組
成を次第に異ならしめた傾斜型の繊維強化複合材料用素
材を得る。 【構成】 複数の異種繊維の混合体3を分繊飛動装置1
に供給し、高速回転する分繊飛動ローラ11によりそれ
らの繊維を分繊、飛動させ、走行する捕集ベルト15上
に複数の繊維を混合したマット16として捕集し、繊維
強化複合材料用素材を製造するが、その際、数台の分繊
飛動装置1を捕集ベルト15に沿って並設し、それらの
分繊飛動装置1に、強化用繊維及びマトリックス用熱可
塑性樹脂繊維の混合割合を順次異ならしめた繊維の混合
体3を供給し、それによってマット16の厚さ方向の繊
維組成を次第に異ならしめた傾斜型の繊維強化複合材料
用素材を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、傾斜機能を有する繊維
強化複合材料のための繊維集合体素材を製造する方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、繊維強化複合材料を製造する方法
として、各種方法が提案、実施され、本発明者らも、強
化用繊維を熱可塑性樹脂の粉末または粒状体と混合して
加熱成形する方法を提案している(特公昭51−331
48号公報参照)。しかるに、これらの既提案の方法で
は、マトリックス素材に強化用繊維を均一に混合して成
形することを前提とし、厚さ方向の性質を所期の状態に
おいて次第に異ならしめた傾斜機能を有する複合材料の
製造は困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、分繊飛動装置を有効に利用し、その分繊飛動装置に
おける繊維捕集部に、マットの厚さ方向の繊維組成を次
第に異ならしめた傾斜型の繊維強化複合材料用素材を得
る方法を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の第1の傾斜複合材料用素材製造方法は、強化
用繊維を含む複数の異種繊維の混合体を分繊飛動装置に
供給し、周囲に針布を配して高速回転する分繊飛動ロー
ラによりそれらの繊維を分繊、飛動させ、走行する捕集
ベルトからなる繊維捕集部に複数の繊維を混合したマッ
トとして捕集し、繊維強化複合材料用素材を製造するに
際し、上記分繊飛動装置を単一の捕集ベルトに沿って数
台並設し、それぞれの分繊飛動装置に、強化用繊維及び
マトリックス用熱可塑性樹脂繊維を含む複数の異種繊維
の混合体を供給し、その異種繊維の混合体の中の少なく
とも一種の繊維の混合割合は、並設した数台の分繊飛動
装置において順次増加または減少するものとし、それに
よって上記繊維捕集部にマットの厚さ方向の繊維組成を
次第に異ならしめた傾斜型の繊維強化複合材料用素材を
得ることを特徴とするものである。
【0005】また、本発明の第2の傾斜複合材料用素材
製造方法は、強化用繊維を含む複数の異種繊維の混合体
を分繊飛動装置に供給し、同様にして繊維強化複合材料
用素材を製造するに際し、上記分繊飛動装置に、飛動特
性が異なる複数の異種繊維の混合体を供給し、分繊飛動
装置における繊維の飛動方向に水平方向成分をもたせ
て、分繊飛動した繊維の飛動距離を繊維の飛動特性に応
じて異ならしめ、それによって上記繊維捕集部にマット
の厚さ方向の繊維組成を次第に異ならしめた傾斜型の繊
維強化複合材料用素材を得ることを特徴とするものであ
る。
【0006】
【作用】上記第1の傾斜型複合材料用素材製造方法にお
いては、強化用繊維及びマトリックス用熱可塑性樹脂繊
維を含む複数の異種繊維の混合体を数台の分繊飛動装置
に供給して飛動させ、走行する捕集ベルトからなる繊維
捕集部に複数の繊維を混合したマットとして捕集する
が、それぞれの分繊飛動装置に供給する異種繊維の混合
体における少なくとも一種の繊維の混合割合を、並設し
た数台の分繊飛動装置において順次増加または減少する
ものとしているので、繊維捕集部においては、それらが
層状をなして順次堆積し、その結果、厚さ方向の繊維組
成を次第に異ならしめた傾斜型の繊維強化複合材料用素
材を得ることができる。
【0007】また、本発明の第2の傾斜複合材料用素材
製造方法においては、強化用繊維を含む複数の飛動特性
が異なる異種繊維の混合体を分繊飛動装置に供給して飛
動させ、捕集ベルトからなる繊維捕集部に複数の繊維を
混合したマットとして捕集するが、その分繊飛動に際
し、分繊飛動装置において繊維の飛動方向に水平方向成
分をもたせ、各繊維の飛動特性に応じた飛動距離におい
て捕集ベルト上に捕集する。この場合、例えば、重い繊
維は遠くまで飛動し、軽い繊維は近くまでしか飛動せ
ず、遠くまで飛動した繊維と近くまでしか飛動しない繊
維とは、堆積する層が違ってくる。従って、繊維捕集部
においては、マットの厚さ方向の繊維組成を次第に異な
らしめた傾斜型の繊維強化複合材料用素材を得ることが
できる。
【0008】
【実施例】図1は、本発明の第1の傾斜複合材料用素材
製造方法を実施するために用いる製造装置の構成を示し
ている。この装置は、繊維捕集部を構成する後述の単一
の捕集ベルトに沿って、数台の分繊飛動装置1を並設す
ることにより構成したものである。各分繊飛動装置1
は、予め複数の異種繊維を混合した混合体3として用意
された供給繊維を供給するための供給コンベヤ2と、そ
れによって供給された繊維を切断、分繊、飛動させるた
めに、周囲に針布を配して高速回転する分繊飛動ローラ
11とを備え、さらに、分繊飛動させた繊維13をその
飛動方向に空気流と共に放出するための飛動通路12を
備え、この飛動通路12を、繊維捕集部を形成する捕集
ベルト15上に開口させている。
【0009】上記分繊飛動装置1の複数を並設する捕集
ベルト15は、多孔の通気性ベルトにより形成したもの
で、分繊飛動ローラ11の高速回転により分繊、飛動し
て、飛動通路12に放出され、一本一本に近い状態に分
繊された繊維13は、その捕集ベルト下の吸引ダクト1
4の吸引によって生起せしめられる飛動通路12の空気
流により、走行する捕集ベルト15上に複数の繊維を混
合した平板状のマット16として捕集される。
【0010】上記構成を有する装置によって傾斜複合材
料用素材を製造するに際しては、強化用繊維とマトリッ
クス用熱可塑性樹脂繊維とを含む複数の異種繊維の混合
体3を各分繊飛動装置1の供給コンベヤ2により供給し
て分繊、飛動させるが、この強化用繊維としては、ガラ
ス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等をはじめとして、各
種繊維を用いることができる。
【0011】なお、ガラス繊維や炭素繊維のように、分
繊飛動ローラ11で切断可能なものは、連続繊維として
供給することができるが、アラミド繊維のように分繊飛
動ローラ11では切断不能なものは、予め切断した不連
続繊維として供給される。一方、マトリックス用の繊維
としては、強化用繊維との関連において適切な熱可塑性
樹脂繊維が用いられるが、この場合も同様に、分繊飛動
ローラで切断可能なものは連続繊維として、切断が困難
な場合には予め切断した不連続繊維として供給される。
【0012】捕集ベルト15に沿って並設した各分繊飛
動装置1に供給する繊維の混合体3は、異種繊維の混合
体の中の少なくとも一種の繊維の混合割合を、並設した
数台の分繊飛動装置1において順次増加または減少させ
る必要がある。例えば、強化用繊維3aとマトリックス
用熱可塑性樹脂繊維3bとの各1種の繊維を混合して分
繊飛動ローラ11に供給する場合に、図1の三つの分繊
飛動ローラ11に供給する繊維の混合体3は、図2A〜
Cに模式的に例示するように、強化用繊維3aの混合割
合が順次低下すると同時に、マトリックス用熱可塑性樹
脂繊維3bの混合割合が順次増加するものとし、これら
のA〜Cのものを図1の3台の分繊飛動装置の右端から
左端のものに順次対応させる。
【0013】このような繊維の混合体3を分繊飛動ロー
ラ11の高速回転(径20mm、回転数2000〜500
0rpm )の作用により分繊、飛動させると、走行する捕
集ベルト15上にはそれらが層状をなして順次堆積し、
複数の繊維を混合したマット16として捕集される。そ
の結果、厚さ方向の繊維組成を次第に異ならしめた傾斜
型の繊維強化複合材料用素材を得ることができる。
【0014】図3は、本発明の第2の傾斜複合材料用素
材製造方法を実施するために用いる製造装置の構成を示
している。この製造装置における分繊飛動装置21は、
複合材料の強化用繊維を含む複数の異種繊維の混合体2
3を供給するための供給コンベヤ22、予備分繊飛動ロ
ーラ25の導入口まで繊維の混合体23を誘導する供給
ローラ24を備え、予備分繊飛動ローラ25及びその後
段の分繊飛動ローラ31において、供給した繊維の混合
体23を切断、分繊し、飛動させるようにしている。
【0015】上記予備分繊飛動ローラ25は、ローラの
円周上に針布を配したもので、ここに供給された繊維混
合体23は、該分繊飛動ローラ25の高速回転の作用を
受けて、切断、分繊され、さらに飛動して飛動補助ブロ
ワー27の作用を受けると同時に、排気用ブロワー28
による吸引の作用を受けて、多孔のケージローラ26上
に各種繊維がほぼ均一に混合したウェブ29として堆積
する。排気用ブロワー28は、多孔のケージローラ26
の内部の空気を吸引してその内部を低圧化し、飛動した
繊維をケージローラ26の表面に吸着、堆積させるもの
である。また、このケージローラ26は、駆動装置によ
り緩回転するため、ケージローラ26上に堆積したウェ
ブ29は、逐次、次段の分繊飛動ローラ31に供給され
る。
【0016】分繊飛動ローラ31は、前記予備分繊飛動
ローラ25と同様の構成を有するものであり、この分繊
飛動ローラ31に供給された繊維のウェブ29は、前記
と同様の分繊、飛動により、繊維が一本一本に近い状態
に分繊されて、飛動通路32に放出される。上記飛動通
路32は、分繊飛動ローラ31により飛動した繊維33
の飛動方向に水平方向成分をもたせ、且つ繊維33の飛
動距離を各繊維の飛動特性に応じて確保できる程度に内
部空間を保持させたものである。吸引ダクト34の吸引
によって生起せしめられる飛動通路32の空気流中に飛
動した繊維33は、その飛動通路32の出口側において
繊維捕集部を形成する走行する捕集ベルト35上に、平
板状のマット36として捕集される。
【0017】上記構成を有する装置によって傾斜複合材
料用素材を製造するに際しては、強化用繊維を含む複数
の異種繊維の混合体23を分繊飛動装置21の供給コン
ベヤ22により供給するが、この強化用繊維としては、
分繊飛動装置における飛動特性が異なる複数の異種繊維
の混合体を使用する。
【0018】飛動特性が異なる複数の異種繊維として
は、具体的には、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維
等をはじめとして、各種強化用繊維を用いることができ
が、同一の繊維素材であっても、太さや長さ、表面処理
等の差異により、分繊飛動ローラ31による飛動時に平
均的な飛動距離が相違するものも、飛動特性が異なる異
種繊維として用いることができる。また、必要に応じて
マトリックス用の繊維を混合体23に加えておくことも
できる。ガラス繊維や炭素繊維などのように、予備分繊
飛動ローラ25で切断可能なものは、必要に応じて連続
繊維として供給することもできるが、アラミド繊維のよ
うに切断不能なものは、予め切断した不連続繊維として
供給する必要がある。
【0019】供給コンベヤ22を通じて供給した複数の
異種繊維の混合体23は、供給ローラ24にガイドされ
て予備分繊飛動ローラ25に達し、該ローラ25の高速
回転(径20mm、回転数2000〜5000rpm )の作
用を受けて、切断、分繊、飛動し、多孔のケージローラ
26上にほぼ均一に混合したウェブ29として堆積して
次段の分繊飛動ローラ31に供給され、この分繊飛動ロ
ーラ31において、分繊飛動ローラ31の高速回転(径
20mm、回転数2000〜5000rpm )により分繊、
飛動し、繊維が一本一本に近い状態に分繊されて、飛動
通路32に放出され、その飛動通路32の出口側におい
て走行する捕集ベルト35上に平板状のマット36とし
て捕集される。
【0020】このようにして、分繊飛動ローラ31によ
り飛動した繊維33の飛動方向に水平方向成分をもた
せ、飛動特性を異にする複数の繊維を分繊飛動ローラ3
1により飛動させると、繊維33の飛動距離が各繊維の
飛動特性に応じて異なるため、例えば、重い繊維は分繊
飛動ローラ31から離れた遠い位置まで飛動し、逆に軽
い繊維は分繊飛動ローラ31に近い位置までしか飛動し
ない。従って、分繊飛動した繊維33の飛動距離を繊維
の飛動特性に応じて異ならしめ、その結果、遠くまで飛
動した繊維はマット36の上層に、近くまでしか飛動し
ない繊維は下層に堆積させ、それによって、上記繊維捕
集部にマットの厚さ方向の繊維組成を次第に異ならしめ
た傾斜型の繊維強化複合材料用素材を得ることができ
る。
【0021】分繊飛動装置21に供給する複数の異種繊
維の混合体23には、前述したように、マトリックス用
の熱可塑性樹脂繊維を加えておくことができるが、この
マトリックス用の繊維もその飛動特性に応じて飛動し、
他の強化用繊維と均一に混合させることは困難である。
従って、均一な混合を期待する場合には、他の各強化用
繊維と飛動特性がほぼ近似する数種のマトリックス用繊
維を混合体23に加えておくことが必要である。
【0022】なお、上述した装置により得られたマット
15,35は、必要に応じてマトリックス用の熱可塑性
合成樹脂を加え、加熱成形により所要形状の繊維強化複
合材料とするが、特に、強化用繊維とマトリックス用の
熱可塑性樹脂繊維とを飛動させてマットを形成したとき
は、両者が繊維状であるため、そのマットが形態保持性
にすぐれ、強化用繊維とマトリックス樹脂の分離も起こ
りにくく、従って、その取扱いも容易に行うことができ
る。
【0023】次に、試作した傾斜型複合材料についての
特性を計測した結果について説明する。測定に供する傾
斜型複合材料の成形には、強化繊維として炭素繊維を用
いると共に、マトリックス樹脂繊維としてナイロン樹脂
繊維を用い、表1に示す CF-10〜CF-13 の4種類の繊維
含有率を有するマットを作成し、これらを15cm角の金
型枠の中に重量を各1/4の状態になるようにして傾斜
型に積層し、熱プレスにより成形した。
【0024】成形した材料は、顕微鏡写真により所期の
傾斜型複合材料になっていることが確認された。また、
傾斜型複合材料の特徴が出ると思われる3点曲げ試験を
行った結果、図4に示すように、炭素繊維含有率が大き
い側を上にした場合aと、それを下にした場合bで明確
な差が現われ、素材の性質にマッチしたaの場合の方が
高い耐荷重性を示した。
【0025】表1は、各種繊維含有率の繊維強化複合材
料についての特性値を示すものであるが、この表1から
わかるように、上記aの場合は、表中のCF-30 よりも曲
げ強度が高く、従って、材料の使用方法によっては少な
い強化繊維の含有率で効果を上げ得ることがわかる。ま
た、強化繊維の含有率により熱伝達率も異なるため、そ
の方面の利用も考えられる。
【0026】
【0027】
【発明の効果】以上に詳述した本発明の方法によれば、
分繊飛動装置を有効に利用し、極めて簡易な手段によ
り、その分繊飛動装置における繊維捕集部に、マットの
厚さ方向の繊維組成を次第に異ならしめた傾斜型の繊維
強化複合材料用素材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の方法を実施する装置の構成図で
ある。
【図2】A〜Cはそれぞれ図1の分繊飛動ローラに供給
する繊維の混合体における繊維の混合割合を模式的に示
す説明図である。
【図3】本発明の第2の方法を実施する装置の構成図で
ある。
【図4】試作した傾斜型複合材料の曲げ荷重−たわみ曲
線の計測結果を示すグラフである。
【符号の説明】
1,21 分繊飛動装置、 3,23 混合
体、11,31 分繊飛動ローラ、 15,35
捕集ベルト、16,36 マット。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】強化用繊維を含む複数の異種繊維の混合体
    を分繊飛動装置に供給し、周囲に針布を配して高速回転
    する分繊飛動ローラによりそれらの繊維を分繊、飛動さ
    せ、走行する捕集ベルトからなる繊維捕集部に複数の繊
    維を混合したマットとして捕集し、繊維強化複合材料用
    素材を製造するに際し、 上記分繊飛動装置を単一の捕集ベルトに沿って数台並設
    し、 それぞれの分繊飛動装置に、強化用繊維及びマトリック
    ス用熱可塑性樹脂繊維を含む複数の異種繊維の混合体を
    供給し、 その異種繊維の混合体の中の少なくとも一種の繊維の混
    合割合は、並設した数台の分繊飛動装置において順次増
    加または減少するものとし、 それによって上記繊維捕集部にマットの厚さ方向の繊維
    組成を次第に異ならしめた傾斜型の繊維強化複合材料用
    素材を得る、ことを特徴とする傾斜複合材料用素材の製
    造方法。
  2. 【請求項2】強化用繊維を含む複数の異種繊維の混合体
    を分繊飛動装置に供給し、周囲に針布を配して高速回転
    する分繊飛動ローラによりそれらの繊維を分繊、飛動さ
    せ、走行する捕集ベルトからなる繊維捕集部に複数の繊
    維を混合したマットとして捕集し、繊維強化複合材料用
    素材を製造するに際し、 上記分繊飛動装置に、飛動特性が異なる複数の異種繊維
    の混合体を供給し、 分繊飛動装置における繊維の飛動方向に水平方向成分を
    もたせて、分繊飛動した繊維の飛動距離を繊維の飛動特
    性に応じて異ならしめ、 それによって上記繊維捕集部にマットの厚さ方向の繊維
    組成を次第に異ならしめた傾斜型の繊維強化複合材料用
    素材を得る、ことを特徴とする傾斜複合材料用素材の製
    造方法。
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