JPH08132537A - 複合材料の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 メルト滞留時間が短く押出機での樹脂の硬化
トラブルをなくし、又メルト状態のシェアが低くシェア
による発熱を防止し、更に成膜性が良好であって、均一
な樹脂含浸が行なわれ、品質一定のな複合材料を連続的
に得ることのできる複合材料の製造方法を提供する。 【構成】 エポキシ系の樹脂主剤と硬化剤を含む樹脂と
別々に濾過、計量し、混合器４、４’で速やかに混合す
る工程、混合した樹脂組成物を特定の温度、平均滞留時
間、低シェアの下で、ギアポンプ・イン・ダイタイプコ
ータ７で補強材Ａに均一な薄膜状にコーティングする工
程、コーティングした補強材を赤外線ヒーター９により
非接触で加熱して樹脂を含浸させる工程、フローティン
グドライヤ１０により非接触で加熱して半硬化する工
程、コンパクションロール１１、１１’で均一化する工
程を有し、連続的にシート状の繊維強化複合材料Ｂを製
造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維からなるシート状
の補強基材に熱硬化型樹脂からなるマトリクス樹脂を含
浸させた複合材料を製造する方法および製造装置に関
し、特に、ガラスクロスなどのシート状繊維補強基材に
溶媒を用いないで熱硬化型樹脂を含浸させてプリプレグ
のような繊維強化複合材料を製造する方法及び製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリプレグのような繊維強化複合材料を
製造する方法としては、従来から下記に説明するホット
メルト法及びソルベント法が知られている。

【０００３】ホットメルト法は、無溶媒の樹脂を使用
し、樹脂との剥離性の良い塗工紙に一旦コーティング
し、それをシート状繊維補強基材にラミネートする２段
プロセスであり、生産性が悪いためコストも高くつき、
またシート状繊維補強基材が重目付のクロスでは樹脂の
含浸性も良くなかった。

【０００４】また、ソルベント法は、特開平５−３２０
３８２号公報にて開示されているように、例えば電気絶
縁材料に使用するプリント基板使用のガラスクロスエポ
キシプリプレグを製造する場合のように、溶媒を使用し
て樹脂の粘度を小さくし、この樹脂槽にガラスクロスを
浸漬させ、毛細管現象により樹脂を含浸させ、その後樹
脂含浸ガラスクロスを乾燥、半硬化させる方法である。

【０００５】図１０を参照して更に説明すると、連続し
たガラスクロス１０２に樹脂槽１０３において熱硬化性
樹脂を含浸させ、乾燥炉１０５において乾燥、半硬化さ
せてプリプレグ１０２ａとし、これに加圧ロール１０８
によって均一に加圧して表面の凸部を圧潰させ、圧潰後
において遠赤外線炉１１０による輻射加熱を施し、上記
圧潰部およびその近傍のクラック部、白化部を平滑化
し、その直後に冷却ロール１０９によって表面を平滑化
するなどによりプリプレグを得るものである。

【０００６】しかしながら、上記ソルベント法は可燃性
溶媒を使用するため、溶媒回収用設備、防爆設備などの
設備を必要とし、そのため設備コストが高く、かつ、プ
リプレグに微量の溶媒が残存するため、気泡発生による
品質上の問題もあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するとした繊維強化複合材料の製造方法として、特開平
５−２００７４８号公報に記載されるような製造方法が
提案されている。この製造方法を実施する装置は、図１
１及び１２に示すように、複式ベルトプレス２０１を備
え、この複式ベルトプレス２０１の入口の手前には、繰
り出しユニット２０２と押出機２０３とが設けられてい
る。繰り出しユニット２０２には、樹脂含浸されてない
ガラス繊維織布を備えた貯えロール２０４と引継ぎ用の
貯えロール２０５とが位置している。複式ベルトプレス
２０１の背後には、プリプレグウェブ２０６のためのロ
ール２０７と引継ぎロール２０８とを備えた巻取りユニ
ット２０９が設けられている。

【０００８】上記装置において、貯えロール２０４から
樹脂を含浸されてないガラス繊維織布ウェブが連続的に
引き出されて、変向ローラ２１０を介して複式ベルトプ
レス２０１に供給される。繰り出しユニット２０２に
は、さらに別の貯えロール２０５が設けられており、貯
えロール２０４のガラス繊維織布ウェブが終了すると、
他の貯えロール２０５からガラス繊維織布ウェブが繰り
出される。押出機２０３ではエポキシ樹脂が溶融され、
溶融体は押出機２０３の広幅スリットノズルを介して、
フィルムとして変向ローラ２１０の近くでガラス繊維織
布ウェブに被着される。

【０００９】ガラス繊維織布ウェブとエポキシ樹脂のフ
ィルムとからなる層形成物は、次いで複式ベルトプレス
２０１に導入されて、面圧を受けながら加熱される。こ
のときに、エポキシ樹脂溶融体はガラス繊維織布ウェブ
に侵入して、さらにＢ状態にまで硬化する。複式ベルト
プレス２０１の出口では、Ｂ状態にまで前硬化されてエ
ポキシ樹脂を含浸されたプリプレグウェブが、複式ベル
トプレス２０１から付着無しで冷却されて走り出して、
巻取りユニット２０９のロール２０７又は２０８に連続
的に巻取られる。

【００１０】上記押出機２０３は、図１２に示すよう
に、細長いシリンダ２１８を有しており、このシリンダ
内には、減速伝動装置２１９を介してモータ２２０によ
って駆動されるスクリュ２２１が位置している。スクリ
ュ２２１の後側の部分は螺旋状の凹部で、フレークまた
は粉末からなる溶融させたい混合物を収容する。この混
合物は押出機２０３のホッパ２２２に充填される。エポ
キシ樹脂はスクリュ２２１によってさらに搬送されて、
この搬送の間に溶融される。このために、シリンダ２１
８を取り囲むように複数の加熱スリーブ２２３が設置さ
れている。シリンダ２１８を通ってエポキシ樹脂が搬送
されると、エポキシ樹脂は加熱されて溶融され圧縮され
るので、このエポキシ樹脂はスクリュ２２１の前端部で
均質で粘弾性的な溶融体を形成する。エポキシ樹脂溶融
体はシリンダ２１８の前側の部分にフランジ取付けされ
た広幅スリットノズル２２４を通って、ほぼ方形の横断
面を有する平なフィルムとして流出する。そして、前述
のように変向ローラ２１０の近くでガラス繊維織布ウェ
ブに被着され、複式ベルトプレス２０１に導入される。

【００１１】しかしながら、上記装置においては、押出
機２０３内におけるエポキシ樹脂のメルト滞留時間が長
く、そのため押出機での硬化トラブルなどが発生するこ
とがあった。またエポキシ樹脂はメルト状態でのシェア
が高く、シェアによる発熱があった。更に成膜性が良く
ないという問題があった。

【００１２】従って、本発明の目的は、メルト滞留時間
が短く押出機での樹脂の硬化トラブルをなくし、又メル
ト状態のシェアが低くシェアによる発熱を防止し、更に
成膜性が良好であって、均一な樹脂含浸が行なわれ、品
質一定の複合材料を連続的に得ることのできる複合材料
の製造方法及び装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
複合材料の製造方法にて達成される。要約すれば、本発
明は、繊維からなるシート状補強基材に熱硬化型樹脂を
塗工、含浸、平滑化させた複合材料を連続的に製造する
方法において、（ａ）実質的に溶剤を含まない熱硬化型
マトリクス樹脂を溶融状態で、ダイコーターにて繊維か
らなるシート状補強基材の片面に均一に塗工するコーテ
ィング工程、（ｂ）熱硬化型マトリクス樹脂をコーティ
ングした繊維からなるシート状補強基材を非接触タイプ
の加熱ユニットにより加熱し、該マトリクス樹脂を半硬
化させる工程、（ｃ）半硬化させたマトリクス樹脂と繊
維からなるシート状補強基材との複合材シートを一定の
長さにカットするか、またはカットせずに巻取る工程、
を有し、それぞれの工程を連続化させてなる繊維補強シ
ート状複合材料の製造方法である。

【００１４】前記工程（ａ）の後、マトリクス樹脂と繊
維からなるシート状補強基材を、非接触タイプの赤外線
ヒーターで加熱し、マトリクス樹脂を繊維からなるシー
ト状補強基材に含浸させる工程を有することが好まし
い。

【００１５】マトリクス樹脂及び繊維からなるシート状
補強基材を温度を一定に保持した複数個のロールで加圧
するマトリクス樹脂の平滑及び均一化工程を、少なくと
も、（イ）前記コーティング工程と前記半硬化工程の
間、又は、（ロ）前記半硬化工程中、又は、（ハ）前記
半硬化工程の後、に設け、それぞれの工程を連続化させ
てなることが好ましい。

【００１６】組成物（Ａ）及び組成物（Ｂ）は、各々の
貯槽の組成物の送出口からコーターのホッパーに導入す
る間において、各々個別に、または混合後に、それぞれ
の樹脂の粘度１０００センチポイズ〜５０００００セン
チポイズで濾過することが好ましい。

【００１７】本発明による他の態様によれば、繊維シー
ト状補強基材の巻出しユニットと、連続運転を可能とす
べく繊維シート状補強基材の切替え時に作用するアキュ
ムレータユニットと、熱硬化型樹脂を主成分とする組成
物（Ａ）および硬化剤を含む組成物（Ｂ）とを各々一定
温度に流動状態で保管する貯槽と、貯槽からの各組成物
を計量する装置と、計量された組成物（Ａ）と（Ｂ）を
混合してマトリクス樹脂を調製する混合ユニットと、加
熱制御可能なホッパーを有するコーターユニットと、マ
トリクス樹脂をシート状補強基材に含浸させ、且つマト
リクス樹脂を半硬化させる単体又は別体のユニットと、
マトリクス樹脂及びシート状補強基材を加圧して均一か
つ平滑化する、温度を一定に保持した複数個のロールユ
ニットと、シート状複合材料を巻取るためのロールタイ
プの巻取りユニットまたは一定長さに横方向に切断する
カッターユニットとを有し、繊維補強シート状複合材料
を連続的に製造する装置が提供される。前記組成物
（Ａ）及び組成物（Ｂ）の貯槽の前に各々計量装置の
後、または混合ユニットの後に濾過ユニットが配備され
ていることが好ましい。

【００１８】本発明の実施態様項は次の通りである。

【００１９】（１）繊維からなるシート状補強基材は、
ガラスクロス（織物）であり、その目付は２０ｇ／ｍ²
〜１０００ｇ／ｍ² である。

【００２０】（２）マトリクス樹脂は、臭素を含むビス
フェノール型エポキシ樹脂と、硬化剤及び硬化促進剤と
からなる。

【００２１】（３）実質的に溶剤を含まないマトリクス
樹脂の塗工時の粘度は１０００センチポイズ〜５０００
００センチポイズである。

【００２２】（４）組成物（Ａ）及び組成物（Ｂ）は、
各々の貯槽において、もしくは各々の貯槽からコーター
のホッパーに導入する間において、それぞれの樹脂の粘
度が１０００センチポイズ〜５０００００センチポイズ
で脱泡する。

【００２３】（５）組成物（Ａ）及び組成物（Ｂ）は、
各々の貯槽の樹脂の送出口からコーターのホッパーに導
入する間において、各々個別に、または混合後に、樹脂
の粘度５０００００〜１０００センチポイズで濾過す
る。

【００２４】（６）組成物（Ａ）及び組成物（Ｂ）を混
合器で混合し、コーターで塗工する際、混合器の入口か
らコーターの出口までの樹脂の平均滞留時間が２０分未
満である。

【００２５】（７）コーターユニットとして、樹脂計量
用のギアポンプをコーター内に配設し、ギアポンプにお
ける樹脂流線と塗工部の樹脂流線の比が３未満のギアポ
ンプ・イン・ダイタイプのコーターである。

【００２６】（８）含浸工程の非接触タイプのヒーター
は、波長が約１μｍ〜１０μｍの赤外線ヒーターである
か、又は複数個のノズルから加熱流体を基材の上下から
噴射させるフローティングタイプの加熱ユニットであ
る。

【００２７】（９）半硬化工程の非接触タイプの加熱ユ
ニットは、複数個のノズルから加熱流体を基材の上下か
ら噴射させるフローティングタイプである。

【００２８】（１０）加熱流体は、空気又は窒素であ
る。

【００２９】（１１）フローティングタイプの加熱ユニ
ットにおいて、その前半部で含浸工程を、後半部で半硬
化工程を実施する。

【００３０】（１２）非接触タイプの加熱ユニットによ
る含浸工程では、雰囲気温度１２０〜３００℃、処理時
間３秒〜１２０秒で加熱する。

【００３１】（１３）非接触タイプの加熱ユニットによ
る半硬化工程では、雰囲気温度１２０〜２００℃、処理
時間２０秒〜３００秒で加熱する。

【００３２】

【実施例】以下、本発明に係る複合材料の製造方法及び
その装置を図面に則して更に詳しく説明する。

【００３３】先ず、図１を参照して本発明による複合材
料の製造方法を実施する複合材料製造装置について説明
する。尚、以下の説明においては、ガラスクロス基材に
マトリクス樹脂としてエポキシ樹脂を使用し、含浸させ
てプリプレグを連続的に製造するものとする。

【００３４】図１にはプリプレグを製造するための装置
が概略的に図示されている。本装置は、図中左端部にガ
ラスクロス基材Ａを巻き出す巻出し装置１を備え、同じ
く右端部にプリプレグＢを巻取るための巻取装置１２を
備えている。巻出し装置１はローラ１’及び引継ローラ
１”を備え、同様に巻取装置１２はローラ１２’及びロ
ーラ１２”を備えている。巻出し装置１に隣接して、連
続運転を可能とするためローラ１’、引継ぎローラ１”
間の切替え時に作用するアキュムレータ２が設けられて
おり、更にその隣には硬質クロムメッキされたバックア
ップローラ８が配置されている。

【００３５】一方、本装置は、エポキシ樹脂、硬化剤、
硬化促進剤等を含む樹脂組成物を溶融、混合、計量する
マトリクス樹脂供給装置Ｒを備えており、マトリクス樹
脂供給装置Ｒはホッパー６を介して、ギヤポンプ・イン
・ダイタイプのコーター７に接続されている。さらにコ
ーター７のリップ部に近接対向するようにバックアップ
ローラ８が設けられている。

【００３６】バックアップローラ８において、アキュム
レータ２から供給されてきたガラスクロス基材Ａの一方
の面にコーター７により硬化剤を含むエポキシ樹脂、即
ちマトリクス樹脂が均一な厚さで塗工される。

【００３７】なお、バックアップローラ８は、金属ロー
ラの表面に樹脂と離型性を向上させるためポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン
−パーフルオロアルキルビニールエーテル共重合体（Ｐ
ＦＡ）、ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエ
チレン共重合体（ＦＥＰ）などに代表されるフッソ樹脂
やシリコーンゴムなどの被覆されていることが好ましい
が、これらに限定されない。またバッックアップローラ
８はジャケットタイプとし、ジャケット内に所定の液媒
を循環させることにより一定温度に制御できるようにし
たものが好ましいが、これらに限定されない。

【００３８】またバックアップローラ８に隣接して、マ
トリクス樹脂をガラスクロス基材Ａに含浸するための赤
外線ヒーター９が設けられている。赤外線ヒーター９は
上部と下部にヒーターを配備し、その中間部を被加熱材
を通過させる、非接触式ヒーターである。尚、赤外線ヒ
ーター９は、その波長が約１μｍ〜１０μｍであること
が好ましい。

【００３９】更に、赤外線ヒーター９の隣には、温度が
一定に保持されたコンパクションローラー１５、１５’
が設けられており、赤外線ヒーター９によりマトリクス
樹脂が含浸されたガラスクロス基材を加圧し、均一かつ
平滑化する。

【００４０】尚、ローラー１５、１５’への樹脂付着を
抑制する必要があり、ローラー１５、１５’と樹脂との
接着性を軽減するため、ローラー１５、１５’にはテフ
ロンコーティングやシリコーンゴムカバリングなどによ
る特殊加工が施されている。

【００４１】次いで、ガラスクロス基材Ａに含浸したマ
トリクス樹脂を半硬化するためのフローティングドライ
ヤー１０が配置されている。

【００４２】フローティングドライヤー１０は、非接触
タイプであって、図８に示すように、複数個のノズル１
０ａから加熱流体を基材Ａの上下から噴射させ、基材Ａ
を浮上させた状態で加熱を行なうものである。又、加熱
流体としては空気又は窒素が好ましい。

【００４３】そして、フローティングローラ１０の隣り
には複合材シートＢを所定の長さにカットするための図
に示さないカッター装置が設けられている。

【００４４】本装置に採用されたギヤポンプ・イン・ダ
イタイプのコーター７は、図９に示すように、ギヤポン
プの樹脂流線Ｌ₁ とコーターリップ部の樹脂流線Ｌ₂ の
比が０．９＜Ｌ₂ ／Ｌ₁ ＜３に設定されている。

【００４５】これにより、ダイ内部での樹脂の幅方向の
流れをなくし、リップ部での吐出を均一としている。ギ
ヤポンプがリップ部に極めて近接して配置されているた
め、樹脂の内圧の上昇が早く、すばやい塗工の立ち上が
りを有する。従来のダイコーターに比して立ち上げに要
する基材ロスはおよそ１／３〜１／５である。また、ポ
ンプより先のコーティング材は吐出することができなく
全てロスとなるが、コーティング材のロスも少なくて済
む。更に、一体型の構造であるため熱媒等による均一な
加熱も容易である、等の数多くの利点を有している。

【００４６】次に、上記のように構成されたプリプレグ
製造装置によるプリプレグの製造方法について説明す
る。

【００４７】先ず、マトリクス樹脂供給装置Ｒよりエポ
キシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤等を含む樹脂組成物を溶
融、混合、計量したマトリクス樹脂が、ホッパー６を介
してギヤポンプ・イン・ダイタイプのコーター７に供給
される。

【００４８】一方、巻出し装置１に巻き付けられていた
ガラスクロス基材Ａがアキュムレータ２を介してバック
アップローラ８に供給され、ここでコーター７から吐出
された上記マトリクス樹脂がガラスクロス基材Ａの一方
の面に均一に塗布される。

【００４９】尚、ガラスクロス基材としては、２０ｇ／
ｍ² 〜１０００ｇ／ｍ² の目付を適用することができ
る。

【００５０】また、エポキシ樹脂の主剤と、硬化剤及び
硬化促進剤などを含む樹脂との混合後、この混合物がコ
ーター７のリップ部から排出されるまでの滞留時間は２
０分未満であることが好ましい。これは、２０分間を超
えた場合、硬化反応が一部進み、品位の均一化、安定製
造が困難になるためであり、より好ましくは１５分未満
である。

【００５１】また、上記塗工時における樹脂の粘度は１
０００センチポイズ（以下ｃＰと略す）〜５０００００
ｃＰであることが好ましい。これは１０００ｃＰ以下で
はギヤポンプによる樹脂の計量安定性が悪くなり、かつ
あまりにも低粘度過ぎて繊維からなるシート状補強基材
への含浸性が大き過ぎて裏面まで浸透し、バックアップ
ロールに樹脂が付着し安定走行が困難になるためであ
る。また、５０００００ｃＰを超えると樹脂の拡展性が
悪くなるため、繊維からなるシート状補強材への均一な
塗工が困難となるためである。

【００５２】次に、マトリクス樹脂が塗布されたガラス
クロス基材Ａが赤外線ヒーター９内を通過する間に、マ
トリクス樹脂はガラスクロス基材Ａに含浸し、更に、コ
ンパクションローラー１５、１５’により加圧され、均
一且つ平滑化される。この場合、樹脂への熱履歴が少な
く、硬化反応が進まない段階で、低圧力で加圧平滑化で
きるため、ガラスクロスの目曲りを抑制できる。

【００５３】次いで、フローティングドライヤー１０内
を通過する間にマトリクス樹脂が半硬化される。

【００５４】尚、フローティングドライヤー１０におけ
る雰囲気温度は１２０℃〜２００℃、処理時間は２０秒
〜３００秒が許容範囲である。

【００５５】次いで、フロティングドライヤー１０を経
て得られた複合材シートＢは図に示さないシートカット
装置により所定のサイズに切断される。

【００５６】尚、上記の如く複合材シートＢをカットす
る他に、ロール状に巻取ることもできる。

【００５７】なお、上記のマトリクス樹脂供給装置Ｒの
代わりに、図２に示すような構成としてもよい。すなわ
ち、エポキシ樹脂の主剤を収容するための主貯槽３、及
び硬化剤及び硬化促進剤などを含む樹脂を収容する副貯
槽３’を備え、それぞれの槽３、３’に主剤及び硬化剤
を計量するための計量ポンプ４、４’を接続する。さら
に計量ポンプ４、４”にエポキシ樹脂主剤及び硬化剤含
む組成物を均一に混合し、所望のマトリクス樹脂を得る
ための１２〜２４段のスタチックミキサーを備えた静止
型混合器５を接続する。また混合器５に、ホッパー６を
介して、ギヤポンプ・イン・ダイタイプのコーター７を
接続する構成である。その他の構成は図１に示す装置の
構成と同一である。

【００５８】このような構成において、主貯槽３にエポ
キシ樹脂の主剤を、副貯槽３’に硬化剤及び硬化促進剤
などを含む樹脂をそれぞれ流動状態にて収容し、主貯槽
３及び副貯槽３’にそれぞれ接続された計量ポンプ４、
４’により所定量を計量した後、静止型混合器５にて均
一に混合しマトリクス樹脂を得る。このマトリクス樹脂
を更にホッパー６を介してギヤポンプ・イン・ダイタイ
プのコーター７に供給する。

【００５９】ところで、本発明に使用するダイコーター
としては、リップ部から樹脂が均一な分布状態で吐出さ
れるようにコントロールできるものが好ましく、上述の
ギヤポンプ・イン・ダイタイプのダイコーターの他に、
ウルトラコートダイタイプのダイコーターでもよい。

【００６０】このウルトラコートダイタイプのコーター
は、ダイリップのリップ面と被塗工材（ガラスクロス基
材）とが極めて近接しているが接触しておらず、両者間
に常に塗工液（マトリクス樹脂）が介在し流動している
点に特徴がある。リップスロットから吐出されたマトリ
クス樹脂は、リップ面とガラスクロス基材との間に流れ
出る。この時、ガラスクロス基材は常に一定方向へ一定
速度で動いているので、事実上、マトリクス樹脂は、リ
ップ面とガラスクロス基材との間を通過していく。即ち
マトリクス樹脂は、リップ面とガラスクロス基材との間
隙を、ある流速で通過する際に大きな剪断応力がかけら
れ、急激な粘度変化を起こして一定の成膜力を与えられ
て、ガラスクロス基材の上にスムースに塗布される。こ
の時の、マトリクス樹脂の流速は、ポンピング量とガラ
スクロス基材の速度によって決定される。

【００６１】尚、コンパクションローラ等のロールユニ
ットは半硬化工程の前、後、あるいは分割した半硬化工
程の間、のいずれの箇所に配置してもよい。又その複数
箇所に同時に配置してもよい。

【００６２】また、マトリクス樹脂をシート状補強基材
に含浸させる工程に使用できる非接触式の加熱ユニット
として赤外線ヒーターの他に熱風循環式のヒーター等も
使用することができる。

【００６３】マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂の
他に不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニ
ルエステル樹脂等の熱硬化型樹脂も使用できる。

【００６４】また、シート状補強材としては、ガラス繊
維のクロスの他に芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエ
ステル繊維等の有機繊維やガラス繊維、炭素繊維等のク
ロス及び一方向配列繊維シート、ランダム配列不織布シ
ートも使用できる。

【００６５】実施例１ 次に、図２に示すように構成された装置による製造方法
の実施例１について、詳しく説明する。

【００６６】厚さ１８０μｍ、目付２０５ｇ／ｍ² のガ
ラスクロス基材（日東紡績株式会社製ＷＥ−１８Ｋ−Ｂ
Ｙ−５８）を巻出し装置１からアキュムレータ２を経由
して、コーターの塗布のためバックアップローラ８に供
給した。

【００６７】一方、主貯槽３で６０℃で液状に保持され
た臭素を含むビスフェノールエポキシ樹脂を主成分とす
る組成物Ａを計量ポンプ４で計量したものと、副貯槽
３’で６０℃に保持された硬化剤ジシアンジアミド（Ｄ
ＩＣＹ）を含むエポキシ樹脂組成物、更には硬化促進剤
を含むエポキシ樹脂組成物Ｂを計量ポンプ４’で計量し
たものとを混合器５で混合器内の滞留時間を１分で混合
してマトリクス樹脂を調整し、６０℃に保温されたホッ
パー６に供給した。

【００６８】ホッパー６に供給された樹脂をギアポンプ
・イン・ダイコーター（Ｌ₂ ／Ｌ₁＝１．１）７で計量
してコーターのリップ部でガラスクロス基材に樹脂粘度
１００００ｃＰで樹脂量１４５ｇ／ｍ² を均一な厚さに
塗工し、バックアップローラ８で赤外線ヒーター９に送
り出した。この時、混合器の入口からコーターの出口ま
での樹脂の滞留時間は１０分であった。

【００６９】次に、赤外線ヒーター９において、その中
心部の雰囲気温度を１５０±３℃に制御し、ヒーター９
の中を５秒間走行させ、ガラスクロス基材Ａの上面に塗
工された樹脂をガラスクロス内部から下面に含浸させ
た。

【００７０】次いで、表面温度５０±３℃に制御された
コンパクションローラ１５、１５’により圧力５ｋｇ／
ｃｍ² で加圧し、機械的圧力を付与することにより均一
化を行なった。

【００７１】更に、図８に示すような上下に加温気体を
噴射する複数個のノズル１０ａを配備し、雰囲気温度を
１６０±１℃に制御されたフローティングドライヤー１
０の中を、樹脂を６０秒間走行させ、半硬化工程を実施
した。

【００７２】これにより、ガラスクロス基材に熱硬化型
樹脂を含浸させた繊維補強シート状複合材、所謂プリプ
レグを得て、続いて巻取装置１２で巻取った。

【００７３】本装置において、エポキシ樹脂主剤と硬化
剤を含む組成物とは別々に計量、供給され、静止型混合
器により速やかに混合されるため、メルト滞留時間が短
縮され、コーターでの硬化トラブルを防止することがで
きる。

【００７４】また、押出し機が、従来のような細長いシ
リンダ、スクリュを備えない、ギヤポンプ・イン・ダイ
タイプのコーターであるため、メルト状態でのシェアが
低く、シェアによる発熱がなく、又、成膜性が良好であ
る。

【００７５】また、得られたシート状複合材は厚みの均
一性、ガラスクロス基材への樹脂の含浸性が良好で、表
面を３０倍の拡大鏡で観察したところ、ボイドは全く認
められなかった。また、半硬化の程度を示す硬化反応率
は４８％でタック性は良好であった。

【００７６】比較例１、２、３ 次に、上記実施例１との比較例として、ギヤポンプ・イ
ン・ダイタイプのコーターによる塗工法の代わりに図１
３に示すようなトップフィードリバースロールコータに
よる塗工法を採用した場合について説明する。

【００７７】本比較例の場合、有効長５５０ｍｍの３本
のロール（溶融・計量ロール８ａ、コーターロール８
ｂ、バックアップロール８）からなるトップフィードリ
バースロールコータを使用し、実施例１で使用したもの
と同一の臭化エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂主剤とジ
シアンジアミドとイミダゾール系化合物からなる硬化剤
を含む組成物を溶融温度を変えることにより、溶融粘度
を８０００ｃＰ、２００００ｃＰ、５００００ｃＰと変
えて実施例１で使用したものと同種の厚さ１８０μｍ、
目付２０５ｇ／ｍ² のガラスクロス基材（日東紡績株式
会社製ＷＥ−１８Ｋ−ＢＹ−５８）を巻出し装置からロ
ールコーター部に供給し、塗工幅５００ｍｍ、走行速度
１０ｍ／ｍｉｎで、樹脂塗工量１４５ｇ／ｍ² 塗布させ
て、巻取った。

【００７８】塗布状態、ガラスクロス裏面への樹脂抜け
及びバックアップロールへの付着と走行巻取性は、下記
の表１に示す結果を得た。いずれの条件でも安定塗工が
困難であった。

【００７９】

【表１】

【００８０】実施例２〜１０；比較例４〜７ 実施例１と同じ方法を図２及び図３に示す装置に実施
し、含浸工程を行なうヒーターの種類、温度、処理時間
のみ変更し、他は実施例１と全く同じ条件でプリプレグ
を製造した。図３の装置は、図２の赤外線ヒーター９の
代わりにフローティングドライヤー９’を適用したもの
である。それにより表２に示す結果を得た。

【００８１】

【表２】

【００８２】実施例１１〜１４；比較例８、９ 実施例１４では、実施例１と同じ方法で、半硬化時の雰
囲気温度、処理時間を変更して、他は実施例１と同条件
で製造した。フローティングヒーターとして図８に示し
たフローティングノズルを上下各２０個ずつ配設した装
置を使用し、熱風温度変更により雰囲気温度及び走行速
度を変更することにより熱処理時間を変えてプリプレグ
を製造した。それにより、下記の表３に示す結果を得
た。

【００８３】

【表３】

【００８４】実施例１５ 実施例１５の装置は、実施例１と概略同様な構成の装置
であるが、図４に示すように、含浸工程を行なうための
赤外線ヒーター９の次のコンパクションローラー１５、
１５’を省略し、実施例１におけるフローティングロー
ラー１０の次にコンパクションローラー１１、１１’を
配設したことを特徴とする。

【００８５】このような構成により、フローティングド
ライヤー１０内を通過する間にマトリクス樹脂が半硬化
されたガラスクロス基材は、コンパクションローラー１
１、１１’により加圧され、均一且つ平滑化されて、繊
維補強シート状複合材、所謂プリプレグが得られる。

【００８６】実施例１６ 実施例１６の装置は、実施例１５と概略同様な構成を装
置であるが、図５に示すように、半硬化工程を実施する
フローティングドライヤーを前後部分１０ａ、１０ｂに
分割し、その間にコンパクションローラー１６、１６’
を付設したことを特徴としたものである。

【００８７】このような構成により、樹脂をコーティン
グした繊維からなるシート状補強基材を赤外線ヒーター
９で加熱し、樹脂を基材に含浸させた後、前部フローテ
ィングローラー１０ａで半硬化し、温度を一定に保持し
た複数のローラー１６、１６’により加圧して均一かつ
平滑化し、更に、フローティングローラー１０ｂにより
再度半硬化を実施する。

【００８８】本実施例の場合、コンパクションローラー
による加圧圧力を適度に保ち、かつコンパクションロー
ラーへの樹脂の付着を抑制する効果がある。

【００８９】実施例１７ 実施例１７の装置は、実施例１と概略同様な構成を備え
た装置であるが、図６に示すように、静止型混合器５
と、ギヤポンプ・イン・ダイタイプのコーター７に接続
するホッパー６との間に濾過ユニット１４を付設したこ
とを特徴とする。

【００９０】この濾過ユニット１４において、混合器５
にて生じた泡の排除、即ち脱泡を行ない樹脂内のボイド
発生を防止し、同時に不純物を排除するための濾過を行
なう。これにより、製造されるプリプレグの品質を改善
することができる。

【００９１】尚、濾過ユニット１４を通過する樹脂の粘
度は１０００ｃＰ〜５０００００ｃＰであることが好ま
しい。これは、樹脂の粘度を１０００ｃＰ以下にするに
は溶融温度を高くする必要があり、溶融温度が高くなり
すぎると、溶融滞留中に硬化が始まり、品質の均一化及
び安定的製造が困難になるためである。又、５００００
０ｃＰを超えると、樹脂移送時、脱泡時及び濾過時の圧
力損失が大きくなり過ぎ、スムースな移送、効率的な脱
泡、及び濾過ができなくなるためである。

【００９２】また、上記濾過ユニットは、主貯槽３及び
副貯槽３’に樹脂を充填する前に濾過を行なうように配
置してもよい。

【００９３】実施例１８ 実施例１８の装置は、実施例１５と概略同様な構成を備
えた装置であるが、図７に示すように、実施例１におけ
る赤外線ヒーター９を省略し、フローティングドライヤ
ー１０が、含浸工程及び半硬化工程を兼ねて実施する構
成としたことを特徴とする。この場合、フローティング
ドライヤー１０の前半部で含浸工程、後半部で半硬化工
程を実施する。

【００９４】比較的低目付のガラスクロス（約２０〜２
００ｇ／ｍ² ）に低めの樹脂粘度１０００〜１００００
ｃＰで塗工した場合には、赤外線ヒーター９を省略して
も樹脂の含浸が進み、フローティングドライヤー１０の
入口近傍での加熱効果も加味されて含浸性が良好であ
る。

【００９５】実施例１９ 実施例１９においては、実施例１と同様のガラスクロス
基材、樹脂組成物、及び装置を使用し、ギアポンプ・イ
ン・ダイタイプのコーターのギアポンプの樹脂流線Ｌ₁
とコーターリップ部の樹脂流線Ｌ₂ との比を種々変更し
てコーター内での樹脂の異常滞留の有無について検証し
た。

【００９６】なお、コーター内の樹脂の異常滞留の有無
の判定は、樹脂組成物に０．１重量％の青色染料を均一
に混合した樹脂組成物を使用した後、無着色の樹脂組成
物をギアポンプの出からコーターリップ部の樹脂の滞留
容積の３倍の量の樹脂容積を吐出させた後、コーター部
を開放し、色の分布で肉眼判定した。その結果は、下記
の通りであった。

【００９７】

【表４】

【００９８】上記の表４より明らかなように、コーター
のギアポンプの樹脂流線Ｌ₁ とコーターリップ部の樹脂
流線Ｌ₂ との比Ｌ₂ ／Ｌ₁ は、１．１が最も好ましいこ
とがわかる。

【００９９】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
による複合材料の製造方法によれば、メルト滞留時間が
短く押出機での樹脂の硬化トラブルをなくし、又メルト
状態のシェアが低くシェアによる発熱を防止し、更に成
膜性が良好であって、均一な樹脂含浸が行なわれ、品質
一定の複合材料を連続的に得ることができる。

【０１００】本発明による複合材料の製造装置によって
も、同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複合材料の製造方法を実施するた
めの製造装置を示す構成図である。

【図２】本発明による複合材料の製造方法を実施するた
めの製造装置を示す構成図であって、実施例１〜６、比
較例４、５の方法が適用される。

【図３】実施例７〜１０、比較例６、７の方法が適用さ
れる製造装置を示す構成図である。

【図４】製造装置の実施例１５を示す構成図である。

【図５】製造装置の実施例１６を示す構成図である。

【図６】製造装置の実施例１７を示す構成図である。

【図７】製造装置の実施例１８を示す構成図である。

【図８】上記実施例の製造装置に適用されるフローティ
ングヒーターのノズルを示す断面概略図である。

【図９】図１におけるコーターのギアポンプにおける樹
脂流線と塗工部の樹脂流線の比を示すための説明図であ
る。

【図１０】従来の製造装置の第１例を示す概略構成図で
ある。

【図１１】従来の製造装置の第２例を示す斜視図であ
る。

【図１２】図１０の製造装置の要部断面図である。

【図１３】比較例１、２、３にて使用するトップフィー
ドリバースロールコータの要部構成図である。

【符号の説明】

１ 巻出しユニット ２ アキュムレータユニット ３ 主貯槽 ３’ 副貯槽 ４ 計量ポンプ（計量装置） ４’ 計量ポンプ（計量装置） ５ 混合器（混合ユニット） ６ ホッパー ７ ギヤポンプ・イン・ダイタイプコーター（コー
ターユニット） ８ バックアップローラ ９ 赤外線ユニット（含浸ユニット） １０ フローティングドライヤ（加熱ユニット） １１ コンパクションローラ（ロールユニット） １２ 巻取りユニット １４ 濾過ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 孝之 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡１−３−１ 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 戸島 宏 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡１−３−１ 東燃株式会社総合研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維からなるシート状補強基材に熱硬化
   型樹脂を塗工、含浸、平滑化させた複合材料を連続的に
   製造する方法において、（ａ）実質的に溶剤を含まない
   熱硬化型マトリクス樹脂を溶融状態で、ダイコーターに
   て繊維からなるシート状補強基材の片面に均一に塗工す
   るコーティング工程、（ｂ）熱硬化型マトリクス樹脂を
   コーティングした繊維からなるシート状補強基材を非接
   触タイプの加熱ユニットにより加熱し、該マトリクス樹
   脂を半硬化させる工程、（ｃ）半硬化させたマトリクス
   樹脂と繊維からなるシート状補強基材との複合材シート
   を一定の長さにカットするか、またはカットせずに巻取
   る工程、を有し、 それぞれの工程を連続化させてなる繊維補強シート状複
   合材料の製造方法。
2. 【請求項２】 前記工程（ａ）の後、マトリクス樹脂と
   繊維からなるシート状補強基材を、非接触タイプの赤外
   線ヒーターで加熱し、マトリクス樹脂を繊維からなるシ
   ート状補強基材に含浸させる工程を有することを特徴と
   する請求項１の製造方法。
3. 【請求項３】 マトリクス樹脂及び繊維からなるシート
   状補強基材を温度を一定に保持した複数個のロールで加
   圧するマトリクス樹脂の平滑及び均一化工程を、少なく
   とも、（イ）前記コーティング工程と前記半硬化工程の
   間、又は、（ロ）前記半硬化工程中、又は、（ハ）前記
   半硬化工程の後、に設け、それぞれの工程を連続化させ
   てなることを特徴とする請求項１の製造方法。
4. 【請求項４】 熱硬化樹脂として、１種又は２種以上の
   成分からなるエポキシを主成分とするエポキシ樹脂組成
   物（Ａ）と、少なくとも硬化剤を含むエポキシ組成物
   （Ｂ）とを、各々流動状態に保ち、各々を計量したした
   後、均一に混合してマトリクス樹脂とし、このマトリク
   ス樹脂をコーターに供給することを特徴とする請求項１
   の製造方法。
5. 【請求項５】 組成物（Ａ）及び組成物（Ｂ）は、各々
   の貯槽の組成物の送出口からコーターのホッパーに導入
   する間において、各々個別に、または混合後に、それぞ
   れの樹脂の粘度１０００センチポイズ〜５０００００セ
   ンチポイズで濾過することを特徴とする請求項４の製造
   方法。
6. 【請求項６】 請求項１を実施するための装置であり、
   繊維シート状補強基材の巻出しユニットと、連続運転を
   可能とすべく繊維シート状補強基材の切替え時に作用す
   るアキュムレータユニットと、熱硬化型樹脂を主成分と
   する組成物（Ａ）および硬化剤を含む組成物（Ｂ）とを
   各々一定温度に流動状態で保管する貯槽と、貯槽からの
   各組成物を計量する装置と、計量された組成物（Ａ）と
   （Ｂ）を混合してマトリクス樹脂を調製する混合ユニッ
   トと、加熱制御可能なホッパーを有するコーターユニッ
   トと、マトリクス樹脂をシート状補強基材に含浸させ、
   且つマトリクス樹脂を半硬化させる単体又は別体のユニ
   ットと、マトリクス樹脂及びシート状補強基材を加圧し
   て均一かつ平滑化する、温度を一定に保持した複数個の
   ロールユニットと、シート状複合材料を巻取るためのロ
   ールタイプの巻取りユニットまたは一定長さに横方向に
   切断するカッターユニットとを有し、繊維補強シート状
   複合材料を連続的に製造する装置。
7. 【請求項７】 前記組成物（Ａ）及び組成物（Ｂ）の貯
   槽の前に各々計量装置の後、または混合ユニットの後に
   濾過ユニットが配備されていることを特徴とする請求項
   ６の装置。