JPH0841221A - プリプレグ及び繊維強化複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スプレー装置を用いて強化繊維及び／又は裏
打ちシート上にマトリクス樹脂を薄く且つ均一塗布する
ことにより、強化繊維への樹脂の含浸、半硬化を経て得
られるプリプレグ、又は樹脂の含浸、完全硬化を経て得
られる繊維強化複合材を高品質に製造する方法である。 【構成】 気体吐出孔５５に囲まれたキャピラリー管５
６を先端に備えた多数個のスプレーノズル５１を有する
スプレー装置５０を用い、その気体吐出孔５５から吐出
した気流によりキャピラリー管５６の先端から、マトリ
クス樹脂液を一方向に配列された強化繊維上に噴出して
塗布する。 【効果】 強化繊維上にマトリクス樹脂を均一且つ薄く
塗布できるので、プリプレグ、又は繊維強化複合材を高
品質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、プリプレグ及び繊維強
化複合材の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、強化繊維をマトリクス樹脂で固め
た繊維強化複合材が、自動車、航空機、建築材料、スポ
ーツ用品等あらゆる分野で用いられており、その繊維強
化複合材製品の製造のためにプリプレグが盛んに使用さ
れている。

【０００３】このプリプレグは、離型紙等の裏打ちシー
ト上にマトリクス樹脂を含浸した強化繊維を支持し、半
硬化した可撓性のシートからなっており、裏打ちシート
を剥して使用される。

【０００４】プリプレグを用いて繊維強化複合材製品を
製造するには、基本的に、例えば製品の型にプリプレグ
を所望枚数だけ積層し、そのプリプレグ積層体を加圧及
び加熱して形を与えると共にマトリクス樹脂を硬化すれ
ばよく、これにより複合材料製品が容易に得られる。

【０００５】このようなプリプレグは、典型的には、樹
脂塗工紙と離型紙等の裏打ちシートとの間に強化繊維を
一方向に配列して重ね合わせ、その重ね合わせたものを
加圧及び加熱して、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸し
且つベタ着かない程度に半硬化して製造される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、樹脂塗工紙
では、マトリクス樹脂の硬化防止ための低温保管を要し
たり、含浸時のマトリクス樹脂の軟化に温度及び時間を
必要とする欠点がある。そのため既存の樹脂塗工紙を使
用する代わりに、プリプレグの製造工程の前段で裏打ち
シート上にマトリクス樹脂を塗布し、その場で樹脂塗工
紙を作成して用いることも行なわれている。しかしなが
ら、従来は、塗布ローラを用いてマトリクス樹脂を塗布
していたので、離型紙上に薄く且つ均一な樹脂層を得る
ことが難しい問題があった。

【０００７】そこで、本出願人は、特開平１−１９８６
３９号に記載したように、超音波噴霧装置によりマトリ
クス樹脂を噴霧して、強化繊維上に直接、樹脂層を塗布
する方法を開発した。

【０００８】この方法によれば、繊維束の上側に位置し
た強化繊維に樹脂を付着させて、強化繊維上に樹脂層を
薄く形成することができるが、液滴が霧状で細かすぎる
ので、樹脂層を均一に形成することができず、又周囲に
飛散して環境が悪化する問題があった。

【０００９】上記のような問題は、強化繊維にマトリク
ス樹脂を塗布した後、プリプレグに留まらずに、加圧及
び加熱により樹脂の含浸及び完全硬化を行なって、板状
の繊維強化複合材にまで作り上げる際にも同様に生じ
る。

【００１０】このようなことから、本発明者等は、スプ
レー装置により強化繊維又は裏打ちシート上にマトリク
ス樹脂を塗工する方法について鋭意研究を重ねた。その
結果、ノズル先端のキャピラリー管を気体吐出孔に臨ま
せた特殊なスプレー装置を用い、気体吐出孔から吐出し
た気流によりキャピラリー管先端からマトリクス樹脂液
を強化繊維及び／又は離型紙上に噴出させれば、樹脂液
が適当な大きさの液滴になって噴出して強化繊維及び／
又は裏打ちシートに付着し、強化繊維又は裏打ちシート
上に樹脂を薄く且つ均一に塗布することができることを
見出した。

【００１１】従って本発明の目的は、スプレー装置を用
いて強化繊維又は裏打ちシート上にマトリクス樹脂を薄
く且つ均一に塗布することにより、塗布した樹脂の強化
繊維への含浸及び半硬化を経て得られるプリプレグを高
品質に製造する方法を提供することである。

【００１２】本発明の他の目的は、スプレー装置を用い
て強化繊維及び／又は裏打ちシート上にマトリクス樹脂
を薄く且つ均一に塗布することにより、塗布した樹脂の
強化繊維への含浸及び硬化を経て得られる平板状の繊維
強化複合材を高品質に製造する方法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
プリプレグ及び繊維強化複合材の製造方法にて達成され
る。要約すれば本発明は、強化繊維及び／又は第１の裏
打ちシートにマトリクス樹脂を塗布した後、強化繊維を
第１の裏打ちシートと第２の裏打ちシートとの間に挟み
込んで加熱及び加圧することにより、強化繊維にマトリ
クス樹脂を含浸させてプリプレグとなすプリプレグの製
造方法において、前記マトリクス樹脂の塗布を、気体吐
出孔に囲まれたキャピラリー管を先端に備えた多数個の
スプレーノズルを有するスプレー装置を用い、前記気体
吐出孔から吐出した気流によりキャピラリー管先端から
マトリクス樹脂液を、強化繊維及び／又は第１の裏打ち
シート上に噴出することによって行なうことを特徴とす
るプリプレグの製造方法である。本発明の好ましい態様
では、第１及び第２の裏打ちシートが離型紙である。

【００１４】本発明の他の態様は、強化繊維及び／又は
第１の裏打ちシート上にマトリクス樹脂を塗布した後、
強化繊維を第１の裏打ちシートと第２の裏打ちシートと
の間に挟み込んで加熱及び加圧することにより、強化繊
維にマトリクス樹脂を含浸及び硬化して平板状の繊維強
化複合材となす繊維強化複合材の製造方法において、前
記マトリクス樹脂の塗布を、気体吐出孔に囲まれたキャ
ピラリー管を先端に備えた多数個のスプレーノズルを有
するスプレー装置を用い、前記気体吐出孔から吐出した
気流によりキャピラリー管先端からマトリクス樹脂液
を、強化繊維及び／又は第１の離型シート上に噴出する
ことによって行なうことを特徴とする繊維強化複合材の
製造方法である。本発明の好ましい態様では、第１及び
第２の裏打ちシートが離型フィルムである。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明のプリプレグの製造方法の一
実施例を示す説明図、図２は、図１の方法により製造さ
れるプリプレグを示す断面図である。

【００１６】図２に示すように、本実施例で製造される
プリプレグ１１は、一方向に配列された強化繊維１４に
マトリクス樹脂１３を含浸し、半硬化してなっており、
プリプレグ１１は離型紙１２上に支持され、プリプレグ
１１の表面にはカバーフィルム１５が被されている。

【００１７】図１に示すように、先ず、複数の供給ロー
ラ３０から繊維束とされた強化繊維１４が巻き出され、
強化繊維１４はブレーキローラ３１を経て１対の重ね合
わせローラ３２に向けて供給され、その途上でスプレー
装置５０により強化繊維１４上にマトリクス樹脂液１３
を塗布して、マトリクス樹脂層が形成される。

【００１８】本実施例は、強化繊維１４上に直接、マト
リクス樹脂１３を塗布したことが特徴であるが、特殊な
スプレー装置５０を用いることにより、マトリクス樹脂
層を薄く且つ均一に形成することが可能になった。

【００１９】従来、細長いスリットを設けたノズルが知
られているが、このスリットノズルを用いたスプレー装
置で樹脂液を塗布しようとすると、樹脂液が高粘度であ
るためノズルスリットからぼた落ち、強化繊維１４上に
マトリクス樹脂を均一且つ薄く塗布することが難しかっ
た。一方、前述した特開平１−１９８６３９号のよう
に、超音波噴霧装置を用いてマトリクス樹脂液を噴霧す
ると、樹脂の液滴が霧状で細かすぎるので、強化繊維上
に樹脂を均一に塗布することができず、又周囲に飛散し
て環境が悪化する。又通常のノズルを用いたスプレー装
置の場合にも、圧縮空気等で溶剤に溶解した樹脂液を圧
送して吐出させるので、同様に、噴出する樹脂の液滴が
霧状となって、マトリクス樹脂の不均一塗布及び環境の
悪化の問題が生じる。

【００２０】本発明で使用するスプレー装置５０は、図
３及び図４に示すように、ノズルプレート５２にノズル
５１を１列又は複数列に等間隔で設け、ノズルプレート
５２との間で気体通路５４を形成するように隔置したエ
アープレート５３の気体吐出孔５５に、ノズル５１先端
に取付けたキャピラリー管５６を突出させている。ノズ
ルプレート５２上には樹脂入口５８を有するダイ上蓋６
２が被され、ダイ上蓋６２の上面から挿通した止めボル
ト６３により、ノズルプレート５２とエアープレート５
３とが固定される。このダイ上蓋６２とノズルプレート
５２との間には、樹脂入口５８に繋がるフィルター５９
を取付けた樹脂導入室６３が区画され、ノズル５１は、
ノズルプレート５２の底面から樹脂導入室６３に臨むよ
うに取付けられる。又スプレー装置５０の周囲には、樹
脂入口５８及び気体通路５４の空気入口６１を除く全面
にプレートヒータ５７が設けられ、装置５０の下面を除
くプレートヒータ５７の表面には断熱材６０が貼り付け
られている。

【００２１】一例を挙げれば、ノズル５１同士の長手方
向の配置間隔ｐは１８．０ｍｍ、ノズル列同士の間隔ｔ
は１５．６ｍｍであり、キャピラリー管５６の内径は
０．１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．２〜０．５ｍｍ、
長さは５〜５０ｍｍ、好ましくは１０〜４０ｍｍであ
る。気体吐出孔５５の孔径は０．７〜５ｍｍ、好ましく
は１．０〜４ｍｍ、その深さは０．５〜１０ｍｍであ
り、キャピラリー管５６の外径と気体吐出孔５５の孔径
差は０．１〜８ｍｍ、好ましくは０．２〜２．０ｍｍで
ある。キャピラリー管５６の先端は、プレート５３の下
面からの突出量が−２ｍｍ〜＋５ｍｍとされ、好ましく
は０〜＋２ｍｍである。

【００２２】このようなノズル５１の樹脂導入室６３に
マトリクス樹脂液を導入してキャピラリー管５６に導
き、その樹脂液の温度をヒータ５７により３０〜１７０
℃、好ましくは４０〜１５０℃の所定温度範囲に維持し
ながら、樹脂液を気体通路５４を通って吐出孔５５から
吐出される気流に乗せて、吐出圧力（ゲージ圧）０．２
〜１５．０ｋｇ／ｃｍ² 、好ましくは１．０〜５ｋｇ／
ｃｍ² でキャピラリー管５６の先端から噴出させると、
樹脂液は５μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２０〜５０
０μｍの液滴となって噴出する。

【００２３】このような大きさの液滴によれば、樹脂液
が霧状となることも又ぼた落ちることもなく、繊維束の
上側に位置した強化繊維１４に均一に付着させることが
できる。従って強化繊維１４上にマトリクス樹脂層１３
を所定厚さに均一に形成することができ、樹脂液も少量
で済む。又樹脂液の液滴の一部は繊維束の内部に浸透す
るので、後の加熱・加圧部４０におけるマトリクス樹脂
１３の強化繊維１４への含浸に対し有利である。

【００２４】マトリクス樹脂１３としては、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂等を
使用することができる。又強化繊維１４としては、ピッ
チ系炭素繊維、ボロン繊維、ＰＡＮ系炭素繊維、アラミ
ド繊維、ガラス繊維、スチール繊維、ポリエステル繊
維、ポリエチレン繊維等が使用できる。

【００２５】上記のようにしてマトリクス樹脂層１３が
形成された強化繊維１４には、図１に示すように、供給
ローラ３３から巻き出された第１の裏打ちシートとして
の離型紙３５が上から供給され、供給ローラ３６から巻
き出された第２の裏打ちシートとしての離型紙１２が下
から供給される。そして重ね合わせローラ３２により強
化繊維１４を離型紙３５と離型紙１２との間に、マトリ
クス樹脂１３を離型紙３５側にして挟み込んで重ね合わ
せる。

【００２６】次いでこれらの重ね合わせたものを１対の
加圧ローラ３８及びその前後に加熱器３９を設けた加熱
・加圧部４０に送り込んで、加熱及び加圧する。これに
より強化繊維１４の繊維束を軽度にバラし、その繊維１
４にマトリクス樹脂１３を含浸し、樹脂１３を半硬化、
つまりべた着かない程度に硬化する。

【００２７】次いで巻取りローラ４２によりガイドロー
ラ４１のところから離型紙３５を巻取って剥離した後、
供給ローラ４５から離型フィルム１５を供給して、ガイ
ドローラ４４によって被せれば、図２に示したプリプレ
グ１１が得られる。得られたプリプレグ１１は巻取りロ
ーラ４６に巻取られる。

【００２８】以上においては、第１及び第２の裏打ちシ
ート３５、１２として離型紙を用いたが、離型フィルム
等を用いることもできる。

【００２９】以上において、マトリクス樹脂１３には、
主剤、硬化剤及び硬化促進剤が既に混合されたもの、例
えばビスフェノールＡタイプのエポキシ樹脂＋潜在性硬
化剤／硬化促進剤であるＤｉｃｙ／ＤＣＭＵ系の樹脂が
使用される。しかし、本発明はこれに限られず、加熱・
加圧部４０での樹脂１３の含浸を速くするために、ビス
フェノールＡタイプのエポキシの低粘度樹脂を用い、ス
プレー装置５０での塗工時に、インラインミキシングに
より室温硬化剤（例えば変性ＤＤＭ等）を混合し、加熱
及び加圧終了後に、マトリクス樹脂１３を室温養生によ
り増粘させて、プリプレグ化することもできる。

【００３０】従来の樹脂塗工紙を用いた方法では、樹脂
塗工紙の製造の室温硬化剤を混合した時点からマトリク
ス樹脂の増粘が始まるので、製造した樹脂塗工紙を短時
間で使用して強化繊維への樹脂の含浸を行なう必要があ
り、上記のような増粘法によるプリプレグの製造は実質
上難しかったが、本発明によればこれが可能である。

【００３１】以上では、スプレー装置５０により強化繊
維１４にマトリクス樹脂１３を塗布したが、同様なスプ
レー装置を用いて、強化繊維１４でなく第１の裏打ちシ
ートとしての離型紙３５の方にマトリクス樹脂１３を塗
布することもできる。離型紙３５上にマトリクス樹脂を
薄く且つ均一に塗布でき、同様に、高品質なプリプレグ
を製造することができる。

【００３２】図５は、本発明の繊維強化複合材の製造方
法を示す説明図である。本実施例では、強化繊維にマト
リクス樹脂を塗布し、加圧及び加熱によりプリプレグに
留まらずに、平板状の繊維強化複合材にまで作り上げた
場合を示す。

【００３３】図６に示すように、平板状の繊維強化複合
材（平板ＦＲＰ）２１は、一方向に配列された強化繊維
２４に熱硬化性のマトリクス樹脂２３を含浸し、樹脂２
３を完全硬化してなっている。

【００３４】図５に示すように、複数の供給ローラ３０
から繊維束状の強化繊維２４が巻き出され、はブレーキ
ローラ３１を経た後１対の重ね合わせローラ３２に向け
て供給され、その途上で図３及び図４に示したスプレー
装置５０を用い、先の実施例のときと同様にして、強化
繊維２４上にマトリクス樹脂２３が塗工される。

【００３５】マトリクス樹脂２３が塗布された強化繊維
２４には、供給ローラ３４、３６から巻き出された第１
及び第２の裏打ちシートとしての離型フィルム３４ａ、
３４ｂが上下から供給される。そして重ね合わせローラ
３２により強化繊維２４を離型フィルム３４ａ及び３４
ｂとの間に挟み込み重ね合わせる。

【００３６】次いでこれらの重ね合わせたものを加熱・
加圧部４０に送り込んで、前後の加熱器３９及びその間
の加圧ローラ３８により加熱及び加圧する。これにより
強化繊維２４の繊維束を軽度にバラし、その繊維２４に
マトリクス樹脂２３を含浸し、樹脂２３を完全硬化す
る。マトリクス樹脂２３として光硬化型の熱硬化性樹脂
を用いた場合には、加熱・加圧部４０に紫外線ランプ４
７を設置して、上記の加熱及び加圧に加えて紫外線照射
による硬化を行なわせる。次いで巻取りローラ４２、４
３によりガイドローラ４１のところから離型フィルム３
４ａ、３４ｂを巻取って剥離し、電動カッター４８によ
り所定寸法に切断すれば、図６に示した平板の強化繊維
複合材２１が得られる。

【００３７】以上では、マトリクス樹脂２３は、主剤、
硬化剤及び硬化促進剤が既に混合された樹脂を使用した
が、先の実施例のときと同様、インラインミキシングに
よって塗布直前に混合することも可能である。同様に、
マトリクス樹脂２３を強化繊維２４にでなく、第１の裏
打ちシートとしての離型フィルム３４ａに塗布すること
もできる。又離型フィルムの代わりに離型紙を用いるこ
ともできる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
気体吐出孔に囲まれたキャピラリー管を先端に備えた多
数個のスプレーノズルを有するスプレー装置を用い、そ
の気体吐出孔から吐出した気流によりキャピラリー管先
端から、樹脂液を一方向に配列された強化繊維又は裏打
ちシート上に噴出するので、強化繊維又は裏打ちシート
上にマトリクス樹脂を均一に塗布でき、塗布した樹脂の
強化繊維への含浸及び半硬化を経て、高品質なプリプレ
グを製造することができる。

【００３９】本発明の他の態様によれば、上記のスプレ
ー装置を用いて強化繊維又は裏打ちシート上にマトリッ
クス樹脂を均一に塗布して、塗布した樹脂の強化繊維へ
の含浸及び硬化を経て、高品質な平板状の繊維強化複合
材を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリプレグの製造方法の一実施例を示
す説明図である。

【図２】図１の方法により製造されるプリプレグを示す
断面図である。

【図３】本発明で使用するスプレー装置を示す斜視図で
ある。

【図４】スプレー装置の断面図である。

【図５】本発明の繊維強化複合材の製造方法の一実施例
を示す説明図である。

【図６】図５の方法により製造される繊維強化複合材を
示す断面図である。

【符号の説明】

１１ プリプレグ １２ 離型紙 １３、２３ マトリクス樹脂層 １４、２４ 強化繊維 ２１ 繊維強化複合材 ５０ スプレー装置 ５１ ノズル ５６ キャピラリー管 ５４ 気体通路 ５５ 気体吐出孔 ５７ プレートヒータ ６１ 空気入口 ６２ ダイ上蓋 ６３ 樹脂導入室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強化繊維及び／又は第１の裏打ちシート
   にマトリクス樹脂を塗布した後、強化繊維を第１の裏打
   ちシートと第２の裏打ちシートとの間に挟み込んで加熱
   及び加圧することにより、強化繊維にマトリクス樹脂を
   含浸させてプリプレグとなすプリプレグの製造方法にお
   いて、前記マトリクス樹脂の塗布を、気体吐出孔に囲ま
   れたキャピラリー管を先端に備えた多数個のスプレーノ
   ズルを有するスプレー装置を用い、前記気体吐出孔から
   吐出した気流によりキャピラリー管先端からマトリクス
   樹脂液を、強化繊維及び／又は第１の裏打ちシート上に
   噴出することによって行なうことを特徴とするプリプレ
   グの製造方法。
2. 【請求項２】 強化繊維及び／又は第１の裏打ちシート
   上にマトリクス樹脂を塗布した後、強化繊維を第１の裏
   打ちシートと第２の裏打ちシートとの間に挟み込んで加
   熱及び加圧することにより、強化繊維にマトリクス樹脂
   を含浸及び硬化して平板状の繊維強化複合材となす繊維
   強化複合材の製造方法において、前記マトリクス樹脂の
   塗布を、気体吐出孔に囲まれたキャピラリー管を先端に
   備えた多数個のスプレーノズルを有するスプレー装置を
   用い、前記気体吐出孔から吐出した気流によりキャピラ
   リー管先端からマトリクス樹脂液を、強化繊維及び／又
   は第１の離型シート上に噴出することによって行なうこ
   とを特徴とする繊維強化複合材の製造方法。