JPH0552851B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、繊維強化プラスチツクを成形する
ときに使用する一方向性プリプレグおよびその製
造方法に関する。

＜従来の技術＞ 一方向性のプリプレグ（UDプリプレグ）は、
一方向の配列された補強繊維にＢステージの熱硬
化性樹脂が含浸されているもので、繊維強化プラ
スチツク（FRP）の成形材料として使用される。

そのようなUDプリプレグは、多数のパツケー
ジから補強繊維糸を繰り出しながら互いに並行か
つシート状に引き揃えた後、熱硬化性樹脂を含浸
するとともに補強繊維糸を押し拡げ、同時にＢス
テージ化することによつて製造している。この方
法によれば、補強繊維が長手方向に延びる帯状
UDプリプレグが得られる。

また、特開昭59−114046号公報に記載される方
法もある。この方法は、上述した方法による帯状
UDプリプレグを長手方向に対して斜めに裁断
し、その裁断片を、帯状離型紙上に、補強繊維が
帯状離型紙の長手方向に対して斜めの方向になる
ように並べ換える方法である。この方法によれ
ば、補強繊維が長手方向に対して斜めの方向に延
びる帯状UDプリプレグが得られる。このような
UDプリプレグを必要とするのは、たとえばマン
ドレルを用いるゴルフシヤフトの成形において
は、曲げ強度とねじり強度を得るために、UDプ
リプレグを裁断して得た２種類の矩形状の裁断
片、すなわち、補強繊維の方向が長辺の方向にな
るように裁断したものと、長辺の方向に対して斜
めの方向になるように裁断したものとを用い、そ
れら２種類の裁断片を長辺の方向がマンドレルの
軸方向になるように巻き付けるが、上述した、補
強繊維が長手方向に延びる帯状UDプリプレグか
ら、補強繊維が長辺の方向対して斜めの方向に延
びている裁断片を得るようとすると、帯状UDプ
リプレグをその長手方向に対して斜めに裁断する
ことになり、利用されない、いわゆる裁断くずが
多く発生して有効利用が図れないからである。

ところで、前者の方法は、熱硬化性樹脂の含浸
に先立つて多数の補強繊維紙を一方向に互いに並
行かつシート状に引き揃える必要があり、また、
後者の方法は、プリプレグを裁断して並べ換える
必要があり、いずれも生産性が低い。加えて、前
者の方法は、引き揃えた補強繊維糸同士を拘束す
るものがないために熱硬化性樹脂の含浸時に補強
繊維の配列が乱れやすく、また、後者の方法は、
並べ換えに際して補強繊維間に割れを生じたり裁
断片相互に合わせ目に〓間ができるたりして、い
ずれも均質なUDプリプレグを得るのが難しい。

＜発明が解決しようとする課題＞ この発明の目的は、均質性に優れたUDプリプ
レグを提供するにある。また、この発明の他の目
的は、そのようなUDプリプレグを生産性よく製
造する方法を提供するにある。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、この発明は、帯状
離型紙と、この帯状離型紙上に担持された、上記
帯状離型紙の幅方向（または長手方向に対して斜
めの方向）に延びる補強繊維にＢステージの熱硬
化性樹脂が含浸され、かつ、その熱硬化性樹脂中
に熱可塑性低融点ポリマーが点状または糸状の形
態で含まれている帯状プリプレグとを有すること
を特徴とする一方向性プリプレグを提供する。

また、この発明は、上記プリプレグを製造する
方法として、熱硬化性樹脂を塗布した帯状離型紙
と、熱可塑性低融点ポリマー糸によつて多数の補
強繊維糸を幅方向（または長手方向に対して斜め
の方向）に互いに並行かつシート状に保持してな
る帯状プリプレグ素材とを長手方向を揃えて重ね
合わせ、重ね合せ体を加熱、加圧して上記熱可塑
性低融点ポリマー糸を溶融するとともに上記補強
繊維糸の押し拡げと上記帯状離型紙上の熱硬化性
樹脂の上記帯状プリプレグ素材への転移、含浸と
を行うことを特徴とする、一方向性プリプレグの
製造方法を提供する。熱可塑性低融点ポリマー糸
による補強繊維糸の保持は、好ましくはそれら熱
可塑性低融点ポリマー糸と補強繊維糸とを織成ま
たは編成することによつて行う。また、熱可塑性
低融点ポリマー糸の補強繊維糸に対する量は、好
ましくは0.2〜10重量％の範囲にある。

この発明をさらに詳細に説明するに、この発明
おいては、まず、熱可塑性低融点ポリマー糸によ
つて多数の補強繊維糸を幅方向（また長手方向に
に対して斜めの方向）に互いに並行かつシート状
に保持してなる帯状プリプレグ素材を準備する。
これは、たとえば次のようにして行う。

すなわち、織機を用い、熱可塑性低融点ポリマ
ー糸を経糸とし、補強繊維糸を緯糸として両者を
平組織に織成する。すると、第３図に示すよう
な、熱可塑性低融点ポリマー糸１を経糸とし、補
強繊維２を緯糸とする帯状平織物が得られ、補強
繊維糸２が幅方向に互いに並行かつシート状に配
列され、その配列が熱可塑性低融点ポリマー糸１
によつて保持されている帯状プリプレグ素材３が
得られる。この方法において、平織物のいずれか
一方の耳の位相をずらせば、補強繊維糸が長手方
向に対して斜めの方向に配列された帯状プリプレ
グ素材が得られる。なお、熱可塑性低融点ポリマ
ー糸は、補強繊維糸の配列を保持していればそれ
でよいので、朱子組織や綾組織等の他の組織に織
成してもよいものである。また、編成して編組織
にすることも可能である。

熱可塑性低融点ポリマー糸は、ナイロン、共重
合ナイロン、ポリエステル、塩化ビニリデン、塩
化ビニル等のモノフイラメント、マルチフイラメ
ント、スリツトヤーンのようなものである。なか
でも、後述する、FRPのマトリクスとなる熱硬
化成樹脂、とりわけエポキシ樹脂との接着性がよ
く、また、熱硬化性樹脂の含浸時の温度で溶融す
る共重合ナイロンからなるものであるのが好まし
い。そのような共重合ナイロンとしては、ナイロ
ン６および12の共重合体、ナイロ６および66の共
重合体、ナイロン６、66および610の共重合体、
ナイロン６、12、66および610の共重合体等があ
る。なお、熱可塑性低融点ポリマー糸は、上述し
たように補強繊維糸の配列を保持するだけの役目
をもつものであり、本質的にFRPのマトリクス
を形成するものではないから、可能な限り少ない
うほうがよい。そのため、使用量は、補強繊維糸
の太さや配列密度、保持組織等によつて異なるも
のの、補強繊維糸に対して0.2〜10重量％の範囲
にするのが好ましい。また、熱可塑性低融点ポリ
マーは、補強繊維糸の保持に際してそれを著しく
屈曲させることがないよう、可能な限り細いもの
であるのが好ましい。というのも、補強繊維糸が
屈曲すると、その部分への応力集中が起こつて補
強効果が減殺されるようになるからである。

補強繊維糸を構成する補強繊維は、FRPにお
いて通常使用されている、炭素繊維、ガラス繊
維、有機高弾性率繊維（ポリアラミド繊維等）、
シリコンカーバイド繊維、アルミナ繊維、アルミ
ナーシリカ繊維、ボロン繊維等の高強度、高弾性
率繊維のマルチフイラメントである。もつとも、
補強繊維は、異なる補強繊維糸を交互に配列する
などして２種以上のものを併用することができ
る。

さて、この発明においては、次に、上記帯状プ
リプレグ素材を加熱して熱可塑性低融点ポリマー
糸を溶融するとともに熱硬化性樹脂を含浸して
UDプリプレグとする。これは、たとえば次のよ
うにして行う。

すなわち、第１図において、上述した帯状プリ
プレグ素材３に、その上下から、一面に熱硬化性
樹脂を塗布した帯状離型紙４，５を塗布面がプリ
プレグ素材３側を向くように重ね合わせた後、重
ね合せ体を加熱した一対の含浸ロール６に通して
熱可塑性低融点ポリマー糸を溶融するとともに補
強繊維糸の押し拡げと帯状離型紙４，５上の熱硬
化性樹脂の帯状プリプレグ素材３への転移、含浸
とを行い、プリプレグ化する。熱硬化性樹脂の含
浸に先立つて重ね合せ体を予熱するのも好まし
い。プリプレグ化した後は、上側の帯状離型紙５
は剥ぎ取るが下側の帯状等型紙４はそのまま残
し、プリプレグとともに巻芯７に巻き取る。

このようにして得られる帯状UDプリプレグ
は、剥ぎ取らなかつた下側の帯状離型紙上に、第
２図に示すようなプリプレグ、すなわち、図示し
ない帯状離型紙の幅方向（または長手方向に対し
て斜めの方向）に延びる補強繊維糸２にＢステー
ジの熱硬化性樹脂８が含浸されている帯状プリプ
レグを担持したものとなる。もつとも、補強繊維
糸２はプリプレグ化時に押し拡げられてほとんど
単糸ごとに分離しており、もはや当初のマルチフ
イラメントの形態は実質上保つていない。そし
て、熱硬化性樹脂中には、帯状プリプレグ素材に
使用していた熱可塑性低融点ポリマー糸が溶融し
てポリマー９として存在している。この熱可塑性
低融点ポリマーは、使用した熱可塑性ポリマー糸
の種類や太さ、プリプレグ化時の温度条件等によ
つて、点状の形態で存在している場合もあり、糸
状の形態で存在している場合もある。

上記において、離型紙は、厚みが0.05〜0.2mm
程度のクラフト紙、ロール紙、グラシン紙等の両
面にクレー、でんぷん、ポリエチレン、ポリビニ
ルアルコール等の目止剤を塗布し、その塗布層の
上にシリコーン系または非シリコーン系の離型剤
を塗布したようなものである。

また、そのような離型紙に塗布される熱硬化性
樹脂は、FRPにしたときにそのマトリクスを形
成するもので、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステ
ル樹脂、フエノール樹脂、ポリイミド樹脂のよう
なものである。離型紙への塗布量は、補強繊維糸
の太さや配列密度などによつて異なるものの、10
〜350ｇ／m²の範囲がよい。厚みにすると0.008〜
0.3mmの範囲である。塗布量をこの範囲にすると、
熱硬化性樹脂の含有率が20〜60重量％のUDプリ
プレグが得られる。なお、熱硬化性樹脂を塗布し
た離型紙は、UDプリプレグ表裏で樹脂量に差が
できにくいよう、第１図に示したようにプリプレ
グ素材の上下両面から重ね合わせるのが好ましい
が、いずれか一面のみから重ね合わせるようにし
てもよい。

プリプレグ化は、120〜170℃の範囲で行うよう
にする。この温度は、熱可塑性低融点ポリマー糸
が溶融する温度であり、熱硬化性樹脂の粘度が一
旦低くなつて補強繊維糸に対する含浸が容易に行
える温度でもある。また、加圧力は、線圧で３〜
８Kg／cmの範囲がよい。

＜実施例＞ 東レ株式会社製の炭素繊維“トレカ”T300の
糸（単糸数：6000本、繊度：1800デニール）と、
同社製の共重合ナイロン糸“エルダー”（単糸
数：10本、繊度：50デニール、融点：約120℃）
とを準備した。

次に、レピア織機を用い、経糸として上記共重
合ナイロン糸を用い、緯糸として上記炭素繊維糸
を用いて両者を平組織し、１ｍ幅の、炭素繊維の
糸が幅方向に配列された帯状プリプレグ素材を織
成して巻芯に巻き取つた。なお、経糸と緯糸の密
度は、いずれも３本／cmとした。

次に、巻芯にブレーキをかけながら５Kgの張力
下に上記帯状プリプレグ素材を繰り出し、第１図
に示す工程に供給した。

すなわち、上記帯状プリプレグ素材に、その上
下から、東レ株式会社製プリプレグ用エポキシ樹
脂＃2500を43ｇ／m²の割合で塗布した帯状離型紙
を重ね合わせ、約120℃に予熱した後、温度125
℃、線圧４Kg／cm、周速５ｍ／分の含浸ロールに
通し、共重合ナイロン糸の溶融、炭素繊維糸の押
し拡げと、エポキシ樹脂の転移、含浸とを行つ
た。

かくして得られた帯状UDプリプレグは、炭素
繊維の配列の乱れがなく、また、共重合ナイロン
が点状の形態で、しかし、全体としてみるとUD
プリプレグの長手方向に線状に存在していた。

＜発明の効果＞ この発明は、熱硬化樹脂を塗布した帯状離型紙
と、熱可塑性低融点ポリマー糸によつて多数の補
強繊維糸を幅方向（または長手方向に対して斜め
の方向）に互いに並行かつシート状に保持してな
る帯状プリプレグ素材とを長手方向を揃えて重ね
合わせ、重ね合せ体を加熱、加圧して上記熱可塑
性低融点ポリマー糸を溶融するとともに上記補強
繊維糸の押し拡げと上記帯状離型紙上の熱硬化性
樹脂の上記帯状プリプレグ素材への転移、含浸と
を行うから、従来の方法のように熱硬化性樹脂の
含浸に先立つて補強繊維糸を一方向に互いに並行
かつシート状に引き揃える必要がなく、生産性が
高い。また、補強繊維糸の配列方向を選ぶことに
よつて、従来の方法のようにプリプレグの裁断、
並べ換えといつた工程を経なくても、帯状離型紙
上に担持された、その帯状離型紙の幅方向（また
は長手方向に対して斜めの方向）に配列された補
強繊維にＢステージの熱硬化性樹脂が含浸され、
かつ、その熱硬化性樹脂中に熱可塑性低融点ポリ
マーが点状または糸状の形態で含まれている帯状
プリプレグとを有するUDプリプレグを得ること
ができる。しかも、補強繊維糸の配列が熱可塑性
低融点ポリマー糸によつて保持されており、ま
た、熱可塑性低融点ポリマー糸の溶融とともに熱
硬化性樹脂の転移、含浸を行うので補強繊維糸の
配列の乱れを防止でき、しかも、熱可塑性低融点
ポリマー糸の溶融によつて補強繊維糸の拡がりが
促進されて単糸間に熱硬化性樹脂がよく入り込む
ので、均質性に優れたUDプリプレグを得ること
ができる。

この発明の、補強繊維が帯状離型紙の幅方向に
延びているUDプリプレグは、所望の長さになる
ように幅方向に裁断するだけで、補強繊維が幅方
向に配列された矩形状の裁断片を得ることができ
る。そのような裁断片は、たとえばマンドレルを
用いる釣竿の成形において、長辺の方向がマンド
レルの軸方向になるように巻き付けると、補強繊
維が釣竿の周方向に配列されて、曲げ座屈強度を
向上させることができる。また、補強繊維が帯状
離型紙も長手方向に対して斜めの方向に延びてい
るものは、やはり幅方向に裁断するだけで、補強
繊維が長辺の方向に対して斜めの方向に配列され
た矩形状の裁断片を得ることができる。そのよう
な裁断片は、たとえばマンドレルを用いるゴルフ
シヤフトの成形において、長辺の方向がマンドレ
ルの軸方向になるように巻き付けると、補強繊維
がゴルフシヤフトの長手方向に対して斜めに配列
されて、ねじり強度を向上させることができる。
しかも、いずれの場合も、利用されない。裁断く
ずの発生を最小限に抑えることができ、UDプリ
プレグの有効利用が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法を実施している様子
を示す概略工程図、第２図は、この発明の一方向
性プリプレグを示す概略斜視図、第３図は、この
発明において使用するプリプレグ素材を示す概略
斜視図である。 １：熱可塑性低融点ポリマー糸、２：補強繊維
糸、３：プリプレグ素材、４：離型紙、５：離型
紙、６：含浸ロール、７：巻芯、８：Ｂステージ
の熱硬化性樹脂、９：熱可塑性低融点ポリマー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 帯状離型紙と、この帯状離型紙上に担持され
   た、上記帯状離型紙の幅方向に延びる補強繊維に
   Ｂステージの熱硬化性樹脂が含浸され、かつ、そ
   の熱硬化性樹脂中に熱可塑性低融点ポリマーが点
   状または糸状の形態で含まれている帯状プリプレ
   グとを有することを特徴とする一方向性プリプレ
   グ。 ２ 帯状離型紙と、この帯状離型紙上に担持され
   た、上記帯状離型紙の長手方向に対して斜めの方
   向に延びる補強繊維にＢステージの熱硬化性樹脂
   が含浸され、かつ、その熱硬化性樹脂中に熱可塑
   性低融点ポリマーが点状または糸状の形態で含ま
   れている帯状プリプレグとを有することを特徴と
   する一方向性プリプレグ。 ３ 熱硬化性樹脂を塗布した帯状離型紙と、熱可
   塑性低融点ポリマー糸によつて多数の補強繊維糸
   を幅方向に互いに並行かつシート状に保持してな
   る帯状プリプレグ素材とを長手方向を揃えて重ね
   合わせ、重ね合せ体を加熱、加圧して上記熱可塑
   性低融点ポリマー糸を溶融するとともに上記補強
   繊維糸の押し拡げと上記帯状離型紙上の熱硬化性
   樹脂の上記帯状プリプレグ素材への転移、含浸と
   を行うことを特徴とする、一方向性プリプレグの
   製造方法。 ４ 熱硬化性樹脂を塗布した帯状離型紙と、熱可
   塑性低融点ポリマー糸によつて多数の補強繊維糸
   を長手方向に対して斜めの方向に互いに並行かつ
   シート状に保持してなる帯状プリプレグ素材とを
   長手方向を揃えて重ね合わせ、重ね合せ体を加
   熱、加圧して上記熱可塑性低融点ポリマー糸を溶
   融するとともに上記補強繊維糸の押し拡げと上記
   帯状離型紙上の熱硬化性樹脂の上記帯状プリプレ
   グ素材への転移、含浸とを行うことを特徴とす
   る、一方向性プリプレグの製造方法。 ５ 熱可塑性低融点ポリマー糸による補強繊維糸
   の保持を、それら熱可塑性低融点ポリマー糸と補
   強繊維糸とを織成または編成することによつて行
   う、特許請求の範囲第３項または第４項の、一方
   向性プリプレグの製造方法。 ６ 熱可塑性低融点ポリマー糸の補強繊維糸に対
   する量が0.2〜10重量％の範囲にある、特許請求
   の範囲第３項、第４項または第５項の、一方向性
   プリプレグの製造方法。