JPH071451A - 高粘度液体の繊維束への連続的含浸法 - Google Patents
高粘度液体の繊維束への連続的含浸法Info
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- JPH071451A JPH071451A JP18770493A JP18770493A JPH071451A JP H071451 A JPH071451 A JP H071451A JP 18770493 A JP18770493 A JP 18770493A JP 18770493 A JP18770493 A JP 18770493A JP H071451 A JPH071451 A JP H071451A
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- Japan
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- groove
- roll
- reinforcing fiber
- fiber bundle
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Abstract
(57)【要約】
［目的］熱可塑性樹脂の融液のような高粘度液体を強化
繊維束中に高い生産速度のもとで連続的に含浸させる方
法 ［構成］周表面に周方向に沿った溝を有する回転ロール
があり、溝表面部は周方向に沿って加熱域と冷却域とに
分かれており、強化繊維束が張力をかけられつつ高粘度
液体の薄層を介して該加熱域の溝中に供給され、冷却域
の溝から該ローラを離れて出て行くことからなる高粘度
液体の強化繊維束への連続的含浸法
繊維束中に高い生産速度のもとで連続的に含浸させる方
法 ［構成］周表面に周方向に沿った溝を有する回転ロール
があり、溝表面部は周方向に沿って加熱域と冷却域とに
分かれており、強化繊維束が張力をかけられつつ高粘度
液体の薄層を介して該加熱域の溝中に供給され、冷却域
の溝から該ローラを離れて出て行くことからなる高粘度
液体の強化繊維束への連続的含浸法
Description
【発明の詳細な説明】
［０００１］
［産業上の利用分野］本発明によって得られる典型的な
製品は１軸配向した強化繊維束にマトリックスとしての
熱可塑性樹脂が含浸したプリプレグテープ、リボン、ト
ウ状品であり、構造部材または半構造部材に用いられる
有用な成形材料である。 ［０００２］ ［従来の技術］ポリプロピレンやナイロン６などの熱可
塑性樹脂の融液は例えば３０００ポイズと一般に高粘度
である。このような高粘度液体を強化繊維束に均一に連
続的に含浸させることは大変難しい技術である。そのた
めには種々の技術が工夫されてきているが、その生産速
度は例えば５ｍ／分という遅いレベルにとどまってい
る。 ［０００３］ ［発明が解決しようとする課題］本発明は上記のような
高粘度液体を強化繊維束中に高い生産速度のもとで連続
的に含浸させる方法を提供する。 ［０００４］ ［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するた
め、本発明では周表面に周方向に沿った溝を有する回転
ロールがあり、該溝表面には周方向に沿って加熱域と冷
却域とに分かれており、強化繊維束が張力をかけられつ
つ、高粘度液体の薄層を介して該加熱域の溝中に供給さ
れ、冷却域の溝から該ローラを離れて出て行くことによ
って、高粘度液体を強化繊維束へ連続的に均一に含浸さ
せる。 ［０００５］図面を用いつつ以下具体的に説明する。図
１は２個の回転ロールからなる本発明の装置の例の要部
を模式的に示したものである。図２は回転ロール周表面
の溝断面形状を模式的に示したものである。図３は回転
ロールの周表面溝に周方向に沿って加熱域と冷却とを実
現するための具体的構造例を模式的に示したものであ
る。図４は強化繊維束と高粘度液体とを回転ロールに供
給する一例を、図５は回転ロールの溝中で含浸が進行す
る様子を模式的に示したものである。図６は本発明で得
られるプリプレグテープ構造を模式的に示したものであ
る。 ［０００６］図１で１は強化繊維束、２ａ，２ｂは、熱
可塑性樹脂フィルム、３、５は回転ロール、４、６は回
転ロールの冷却部、７は半含浸テープ、８は含浸が殆ど
完遂したプリプレグテープである。４、６の部分を除く
回転ロールの他の部分は加熱域になっている。１、２は
該フィルムの流動開始温度よりやや低い（例えば２０度
低い）温度にまで余熱してロール３の溝中に重ね合わさ
った状態で供給される。１、２、７、８の走行速度とロ
ール３、５の周速は実質的に同一である。１、７、８に
は張力がかけられてある。そのため１の供給部には糸張
力をかけるためのブレーキ手段が必要である。 ［０００７］溝は図２のように１条であってもよく、多
条であってもよい。溝幅は得ようとするプリプレグの幅
と実質的に同一にすればよい。なお図２で ９は回転ロ
ール、１０は溝である。 ［０００８］図３で１はロールの溝表面を形成する金属
板で回転する。２は回転部と３、５、７、８等の固定部
との間に介在する耐熱性潤滑油の薄層、３はロール固定
部の骨格体、４、７は硬質の断熱材、５は冷却室体、８
は加熱室体、６は冷却媒体、９は加熱媒体である。 ［０００９］また加熱域と冷却域とを実現するための別
の方法は回転ロールの外側より、加熱域では例えば赤外
線ヒーター等で該ロールを加熱し、冷却域では冷却風を
吹き付ける等して冷却する方法もある。この場合図３の
２に当たる部分は空気層または真空層にすることが望ま
しい。また回転ロール表面を内部からと外部からの加
熱、冷却を併用する方法もある。 ［００１０］図１では樹脂フィルムが該樹脂の流動温度
に加熱された溝中にはいると速やかに流動温度にまで昇
温しロールと繊維束間に薄い高粘度液体層が形成され
る。図４はこうした液体層の形成の別例を示したもので
あり、１１は強化繊維束、１２は回転ロールの溝表面、
１３は熱可塑性樹脂融液のスリット孔を有するダイから
吐出された融液層である。 ［００１１］本発明で使用される強化繊維束として炭素
繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの高強力高弾性率
有機繊維、金属繊維、無機繊維のロービング、フィラメ
ントヤーン、紡績糸が挙げられる。ロール溝中では図６
のように溝一杯に拡がって開繊された状態であることが
好ましい。 ［００１２］高粘度液体の典型例は熱可塑性樹脂の融液
であるが、特にこれに限定されるわけではない。熱可塑
性樹脂としてはポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン
６６、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルイミドポ
リスルホン、ポリフエニレンサルファイド、ポリエーテ
ルケトン等が挙げられるが、特にこれらに限定されるわ
けではない。 ［００１３］ ［作用］図５で１５は強化繊維束、１６は高粘度液体
層、１７はロール溝表面である。１５にかかっている張
力によって、ロール表面との間で圧縮力が発生し、図５
で模式的に示されているように、強化繊維束内に液は浸
透して行き、含浸が進行して行く。同時に繊維束中に含
まれていた空気の大部分は下面からの液の浸透によって
上面方向に押し出されて排出される。こうした作用の結
果図６の例で示される構造を有するプリプレグテープが
得られる。 ［００１４］本発明では繊維束がロールに接続している
時間の間は常に圧縮力が働いているので、その間含浸が
進行する。すなわち接触長を大きく取りさえすれば、走
行速度を上げても含浸を進行させるに必要な時間を容易
に確保できる。 ［００１５］本発明では大がかりな機械的加圧機穫を必
要とせず、単に繊維束に張力を掛けることによって含浸
進行に必要な圧縮力を生み出すことができる。 ［００１６］本発明ではロール表面が回転しているの
で、接触長が長くなっても 又走行速度が上がっても糸
条にかかる張力の上昇は僅少である。 従来の含浸装置
でよく使用されている固定ピンの場合、含浸進行時間を
確保するため接触長を大きく取ったり、又速行速度を上
げるとプリプレグに加わる張力は急上昇し、糸条の破断
などにつながる。したがってこのような方式では高い走
行速度を取ることは難しい。 ［００１７］本発明ではロールの加熱部で糸条の昇温と
含浸進行を行い、冷却部ではロールに接触している糸条
表面を冷却することによってロールからの糸条の離型を
容易にしている。ロールから離れる際のロールと接触し
ている糸条の表面温度はその樹脂の流動温度より十分低
い例えば４０℃低いことが必要である。 ［００１８］ ［実施例］断面直径１３μｍ のＥガラス単糸１６００
本から構成されるシランカップリング剤とバインダーと
で表面処理されたガラス繊維ロービング１本と、１７．
５μｍ の厚みを有する幅４ｍｍのポリプロピレンフイ
ルム２枚とを、１６０ｃの温度に予熱して図１のように
［０００９］記載の併用法による加熱域、冷却域とを有
する直径２５０ｍｍの回転ロールに供給し、８（図１）
での張力１０．５ｋｇ下で走行させた。加熱域のロール
溝の表面温度は２００℃、冷却域の溝表面の温度は４０
℃であった。ロールの直径は３２０ｍｍ、走行速度は６
０ｍ／分であった。溝の深さｈ（図２）は３ｍｍ、溝幅
は４．５ｍｍである。 ［００１９］その結果図６に模式的に示されている、厚
み７８μｍ、幅４．５ｍｍのプリプレグトウが得られ
た。１８はガラス繊維、１９はポリプロビレンである。
本プリプレグの含有するボイド率は２．７％であった。
なお本ボイド率の値は下記の連立方程式からボイド率υ
αを算出した。プリプグトウの比重ρｐは密度勾配管法
より実測した。またガラス繊維とフイルムの供給重量比
Ｒとしてはそれぞれの単位時間当りの供給重量の実測値
の比を取った。 一方、対比例として冷却域のロール表面温度を１７０℃
にして、他の条件は実施例と全く同一にして走行テスト
したところ、糸条がロールに粘着して走行が不能であっ
た。 ［００２０］ ［発明の効果］本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されているような効果を有す
る。 ［００２１］含浸度の高い（ボイド率の低い）プリプレ
グテープ、リボン、トウを高い生産速度下で作り得る。 ［００２２］得られるプリプレグの幅は一定でばらつき
が極めて少ない。また幅端部でのおわゆるバリは全く存
在しない。 ［００２３］表面の溝形状を変えることにより種々の幅
のもの、溝数を変えることによって種々の本数のプリプ
レグを作ることができる。プリプレグの組成として繊維
の種類とマトリックスの種類はいろいろな組合せが自由
度高く選択でき、組成の切り替えも簡単である。 ［００２４］装置は極めてシンプルな構造であり、設備
投資が安くてすむ。 ［００２５］本発明で得られる熱可塑性樹脂をマトリッ
クスとするプリプレグから、いわゆるロングファイバー
エンプラ成形材や、織物・組物等のテキスタイル加工品
を作ることができる。前者は射出成形等で射出成形品を
作ることができる。後者は直ちに型を用いた加熱圧縮操
作による成形を行い成形品を作ることができる。またこ
れらプリプレグより直接フィラメントワインデイング、
プルトルージョン成形、テープレイイング成形、オート
クレーブ成形等の方法を用いて種々の成形の形状の成形
品を得ることができる。こうした意味で本プリプレグは
熱可塑性コンポジットの基幹となりうる材料といえる。
製品は１軸配向した強化繊維束にマトリックスとしての
熱可塑性樹脂が含浸したプリプレグテープ、リボン、ト
ウ状品であり、構造部材または半構造部材に用いられる
有用な成形材料である。 ［０００２］ ［従来の技術］ポリプロピレンやナイロン６などの熱可
塑性樹脂の融液は例えば３０００ポイズと一般に高粘度
である。このような高粘度液体を強化繊維束に均一に連
続的に含浸させることは大変難しい技術である。そのた
めには種々の技術が工夫されてきているが、その生産速
度は例えば５ｍ／分という遅いレベルにとどまってい
る。 ［０００３］ ［発明が解決しようとする課題］本発明は上記のような
高粘度液体を強化繊維束中に高い生産速度のもとで連続
的に含浸させる方法を提供する。 ［０００４］ ［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するた
め、本発明では周表面に周方向に沿った溝を有する回転
ロールがあり、該溝表面には周方向に沿って加熱域と冷
却域とに分かれており、強化繊維束が張力をかけられつ
つ、高粘度液体の薄層を介して該加熱域の溝中に供給さ
れ、冷却域の溝から該ローラを離れて出て行くことによ
って、高粘度液体を強化繊維束へ連続的に均一に含浸さ
せる。 ［０００５］図面を用いつつ以下具体的に説明する。図
１は２個の回転ロールからなる本発明の装置の例の要部
を模式的に示したものである。図２は回転ロール周表面
の溝断面形状を模式的に示したものである。図３は回転
ロールの周表面溝に周方向に沿って加熱域と冷却とを実
現するための具体的構造例を模式的に示したものであ
る。図４は強化繊維束と高粘度液体とを回転ロールに供
給する一例を、図５は回転ロールの溝中で含浸が進行す
る様子を模式的に示したものである。図６は本発明で得
られるプリプレグテープ構造を模式的に示したものであ
る。 ［０００６］図１で１は強化繊維束、２ａ，２ｂは、熱
可塑性樹脂フィルム、３、５は回転ロール、４、６は回
転ロールの冷却部、７は半含浸テープ、８は含浸が殆ど
完遂したプリプレグテープである。４、６の部分を除く
回転ロールの他の部分は加熱域になっている。１、２は
該フィルムの流動開始温度よりやや低い（例えば２０度
低い）温度にまで余熱してロール３の溝中に重ね合わさ
った状態で供給される。１、２、７、８の走行速度とロ
ール３、５の周速は実質的に同一である。１、７、８に
は張力がかけられてある。そのため１の供給部には糸張
力をかけるためのブレーキ手段が必要である。 ［０００７］溝は図２のように１条であってもよく、多
条であってもよい。溝幅は得ようとするプリプレグの幅
と実質的に同一にすればよい。なお図２で ９は回転ロ
ール、１０は溝である。 ［０００８］図３で１はロールの溝表面を形成する金属
板で回転する。２は回転部と３、５、７、８等の固定部
との間に介在する耐熱性潤滑油の薄層、３はロール固定
部の骨格体、４、７は硬質の断熱材、５は冷却室体、８
は加熱室体、６は冷却媒体、９は加熱媒体である。 ［０００９］また加熱域と冷却域とを実現するための別
の方法は回転ロールの外側より、加熱域では例えば赤外
線ヒーター等で該ロールを加熱し、冷却域では冷却風を
吹き付ける等して冷却する方法もある。この場合図３の
２に当たる部分は空気層または真空層にすることが望ま
しい。また回転ロール表面を内部からと外部からの加
熱、冷却を併用する方法もある。 ［００１０］図１では樹脂フィルムが該樹脂の流動温度
に加熱された溝中にはいると速やかに流動温度にまで昇
温しロールと繊維束間に薄い高粘度液体層が形成され
る。図４はこうした液体層の形成の別例を示したもので
あり、１１は強化繊維束、１２は回転ロールの溝表面、
１３は熱可塑性樹脂融液のスリット孔を有するダイから
吐出された融液層である。 ［００１１］本発明で使用される強化繊維束として炭素
繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの高強力高弾性率
有機繊維、金属繊維、無機繊維のロービング、フィラメ
ントヤーン、紡績糸が挙げられる。ロール溝中では図６
のように溝一杯に拡がって開繊された状態であることが
好ましい。 ［００１２］高粘度液体の典型例は熱可塑性樹脂の融液
であるが、特にこれに限定されるわけではない。熱可塑
性樹脂としてはポリプロピレン、ナイロン６、ナイロン
６６、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルイミドポ
リスルホン、ポリフエニレンサルファイド、ポリエーテ
ルケトン等が挙げられるが、特にこれらに限定されるわ
けではない。 ［００１３］ ［作用］図５で１５は強化繊維束、１６は高粘度液体
層、１７はロール溝表面である。１５にかかっている張
力によって、ロール表面との間で圧縮力が発生し、図５
で模式的に示されているように、強化繊維束内に液は浸
透して行き、含浸が進行して行く。同時に繊維束中に含
まれていた空気の大部分は下面からの液の浸透によって
上面方向に押し出されて排出される。こうした作用の結
果図６の例で示される構造を有するプリプレグテープが
得られる。 ［００１４］本発明では繊維束がロールに接続している
時間の間は常に圧縮力が働いているので、その間含浸が
進行する。すなわち接触長を大きく取りさえすれば、走
行速度を上げても含浸を進行させるに必要な時間を容易
に確保できる。 ［００１５］本発明では大がかりな機械的加圧機穫を必
要とせず、単に繊維束に張力を掛けることによって含浸
進行に必要な圧縮力を生み出すことができる。 ［００１６］本発明ではロール表面が回転しているの
で、接触長が長くなっても 又走行速度が上がっても糸
条にかかる張力の上昇は僅少である。 従来の含浸装置
でよく使用されている固定ピンの場合、含浸進行時間を
確保するため接触長を大きく取ったり、又速行速度を上
げるとプリプレグに加わる張力は急上昇し、糸条の破断
などにつながる。したがってこのような方式では高い走
行速度を取ることは難しい。 ［００１７］本発明ではロールの加熱部で糸条の昇温と
含浸進行を行い、冷却部ではロールに接触している糸条
表面を冷却することによってロールからの糸条の離型を
容易にしている。ロールから離れる際のロールと接触し
ている糸条の表面温度はその樹脂の流動温度より十分低
い例えば４０℃低いことが必要である。 ［００１８］ ［実施例］断面直径１３μｍ のＥガラス単糸１６００
本から構成されるシランカップリング剤とバインダーと
で表面処理されたガラス繊維ロービング１本と、１７．
５μｍ の厚みを有する幅４ｍｍのポリプロピレンフイ
ルム２枚とを、１６０ｃの温度に予熱して図１のように
［０００９］記載の併用法による加熱域、冷却域とを有
する直径２５０ｍｍの回転ロールに供給し、８（図１）
での張力１０．５ｋｇ下で走行させた。加熱域のロール
溝の表面温度は２００℃、冷却域の溝表面の温度は４０
℃であった。ロールの直径は３２０ｍｍ、走行速度は６
０ｍ／分であった。溝の深さｈ（図２）は３ｍｍ、溝幅
は４．５ｍｍである。 ［００１９］その結果図６に模式的に示されている、厚
み７８μｍ、幅４．５ｍｍのプリプレグトウが得られ
た。１８はガラス繊維、１９はポリプロビレンである。
本プリプレグの含有するボイド率は２．７％であった。
なお本ボイド率の値は下記の連立方程式からボイド率υ
αを算出した。プリプグトウの比重ρｐは密度勾配管法
より実測した。またガラス繊維とフイルムの供給重量比
Ｒとしてはそれぞれの単位時間当りの供給重量の実測値
の比を取った。 一方、対比例として冷却域のロール表面温度を１７０℃
にして、他の条件は実施例と全く同一にして走行テスト
したところ、糸条がロールに粘着して走行が不能であっ
た。 ［００２０］ ［発明の効果］本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されているような効果を有す
る。 ［００２１］含浸度の高い（ボイド率の低い）プリプレ
グテープ、リボン、トウを高い生産速度下で作り得る。 ［００２２］得られるプリプレグの幅は一定でばらつき
が極めて少ない。また幅端部でのおわゆるバリは全く存
在しない。 ［００２３］表面の溝形状を変えることにより種々の幅
のもの、溝数を変えることによって種々の本数のプリプ
レグを作ることができる。プリプレグの組成として繊維
の種類とマトリックスの種類はいろいろな組合せが自由
度高く選択でき、組成の切り替えも簡単である。 ［００２４］装置は極めてシンプルな構造であり、設備
投資が安くてすむ。 ［００２５］本発明で得られる熱可塑性樹脂をマトリッ
クスとするプリプレグから、いわゆるロングファイバー
エンプラ成形材や、織物・組物等のテキスタイル加工品
を作ることができる。前者は射出成形等で射出成形品を
作ることができる。後者は直ちに型を用いた加熱圧縮操
作による成形を行い成形品を作ることができる。またこ
れらプリプレグより直接フィラメントワインデイング、
プルトルージョン成形、テープレイイング成形、オート
クレーブ成形等の方法を用いて種々の成形の形状の成形
品を得ることができる。こうした意味で本プリプレグは
熱可塑性コンポジットの基幹となりうる材料といえる。
【図面の簡単な説明】
［図１］
本発明の装置例の要部の模式図である。
［図２］
回転ロール周表面の溝断面形状例の模式図である。
［図３］
回転ロールの加熱域と冷却域の構造例の模式図である。
［図４］
強化繊維束と高粘度液体とを回転ロールに供給する例示
模式図である。 ［図５］ 回転ロールの溝中で含浸の進行する模式図である。 ［図６］ 本発明で得られるプリプレグの構造を示す模式図であ
る。
模式図である。 ［図５］ 回転ロールの溝中で含浸の進行する模式図である。 ［図６］ 本発明で得られるプリプレグの構造を示す模式図であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ［請求項１］ 周表面に周方向に沿った溝を有する回転
ロールがあり、溝表面部は周方向に沿って加熱域と冷却
域とに分かれており、強化繊維束が張力をかけられつつ
高粘度液体の薄層を介して該加熱域の溝中に供給され、
冷却域の溝から該ローラを離れて出て行くことからなる
高粘度液体の強化繊維束への連続的含浸法 ［請求項２］ 複数個の回転ロールを使用する請求項１
の方法 ［請求項３］ 高粘度液体が熱可塑性樹脂の融液である
請求項１の方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18770493A JPH071451A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 高粘度液体の繊維束への連続的含浸法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18770493A JPH071451A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 高粘度液体の繊維束への連続的含浸法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH071451A true JPH071451A (ja) | 1995-01-06 |
Family
ID=16210708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18770493A Pending JPH071451A (ja) | 1993-06-17 | 1993-06-17 | 高粘度液体の繊維束への連続的含浸法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071451A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5647769A (en) * | 1995-01-25 | 1997-07-15 | Yazaki Corporation | Electrical connection box |
| EP0810470A1 (en) * | 1996-05-31 | 1997-12-03 | Eastman Kodak Company | Glass fiber/thermoplastic polymer composite for use as a photographic paper |
| CN113802299A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-17 | 浙江绿宇纺织科技有限公司 | 一种羊毛针织物染色方法及设备 |
-
1993
- 1993-06-17 JP JP18770493A patent/JPH071451A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5647769A (en) * | 1995-01-25 | 1997-07-15 | Yazaki Corporation | Electrical connection box |
| EP0810470A1 (en) * | 1996-05-31 | 1997-12-03 | Eastman Kodak Company | Glass fiber/thermoplastic polymer composite for use as a photographic paper |
| CN113802299A (zh) * | 2021-09-29 | 2021-12-17 | 浙江绿宇纺织科技有限公司 | 一种羊毛针织物染色方法及设备 |
| CN113802299B (zh) * | 2021-09-29 | 2023-12-12 | 浙江绿宇纺织科技有限公司 | 一种羊毛针织物染色方法及设备 |
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