JPS63162204A - ホットメルトプレプレグトウの工程及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は強化繊維を含浸させる方法に間する。

特に、本発明は合成樹脂で強化繊維糸又はトウを含浸さ
せるための溶媒を用いない方法及び樹脂含浸トウを造る
装置に間する。

樹脂マトリックス中に埋められた強化繊維から成る複合
材はよく知られている。有機及びｗ！、ＪＲ織繊維も別
々にあるいは組合せて、その様な複合材を作るのに用い
られうる。ヤーン、トウ、ロービ応用例に有効であり、
又、切断された繊維に基ずいた、広く種々の類似の複合
材が成型された品々を作るのに用いられている。複合材
を作るための一般的に用いられる方法の１つは硬化でき
る樹脂ストランドを含浸させるのに現在使われろ方法は
低粘度液状樹脂、あるいは更に高粘度の液状樹脂や固体
ポリマーの溶液及び分散液を用いる湿式方法である。湿
式方法は繊維束の更に完全な浸透を確実にする傾向にあ
ることが信頼されている理由の一部である。湿式含浸さ
れたストランドは、直ちにフィラメント巻き取り操作に
用いられようとも、あるいはその後の加工のためプレプ
レグの形で保存されようとも、通常熱及び／又は真空の
適用によって、残った溶媒の様ないかなる揮発性成分を
もとり除くことが必要である。プレプレグ中で残った溶
媒、あるいは別の揮発性物質のわずかな量の存在さえも
が、次の硬化の段階中に空所を作ったり、類似の欠陥を
つくる傾向にあり、複合材の完全性をおびやかす。熱硬
化性樹脂に於いては、硬化度を意味ある程に上げろこと
なくして、これらの揮発性物質をとり除くことは困難で
ある。

［従来の技術］ ストランド及びフィラメントの表面に溶融樹脂を適用す
るメルト−コーティング及び押出しコーティング工程は
、針金やケーブル被覆工程によって、並びにＵ、Ｓ、３
，８７４，８３３に記載される様にラミネーティングウ
エブにコーティングを適用するためのカレンダーにかけ
る操作によって代表されろ様に、よく知られている。コ
ーティング工程は、フィラメントやストランドへの含浸
用途にも峰正使用されている。一般に熱せられても熱的
に硬化しない様な熱可塑性樹脂がこれらの工程での使用
に好ましい。これらの方法及び装置の設計は、又例えば
米国特許ＮＯ，４，４３９，３８７に示されたものを含
めて、熱可塑性樹脂マトリックス中に直接ストランドを
埋込むのに役立て得る。熱硬化性樹脂マトリックス中に
埋められた繊維から成る、繊維強化された構造の成形物
は、引出し成型工程によりつくられ、その場合に繊維及
び熱硬化性液体樹脂を一緒にし、ダイを通して引っばっ
てｌ−ビームチャンネル、バー、ロッドの様な連続形状
物品を与えろ。硬化は形成操作の間に熱的になされる。

近年、繊維樹脂含有量の調整を併った、繊維ストランド
に熱硬化性樹脂を高い割合で含浸させる方法が知られる
ようになった。例えば、米国特許Ｎｏ、３．９０８，０
４２に示されろ工程に於いては、樹脂は調整された厚み
の樹脂フィルムを運んでいる接触ロールあるいはキスロ
ールにより繊維ストランドの各々の側に連続して適用さ
れる。ロールは加熱した樹脂浴中に部分的に浸され、そ
れが回転すると樹脂の表面皮膜が得られる。キスロール
の表面上の樹脂フィルムの厚さ、及びそれによってスト
ランドに適用されろ樹脂の量は繊維ストランドとの接触
点より先でロールと接触しているドクターブレードによ
って調節されている。繊維ストランドに用いられる樹脂
の量を調節するための別の慣用の方法は、ストランド ランドから過剰の樹脂をぬぐい去るためのダイの使用を
含んでいる。例えば、米国特許Ｎｏ．４，２１１。

８１８を参照されたい。

［発明が解決しようとする問題点コ ワイビング（ぬぐいさる）操作によろストランドあり、
そして非常に繊細でカーボンの様なもろい場合が多い繊
維から作られたストランドが使用されろ時には更に困難
になる。毛羽あるいは毛玉とよばれる様な半ばな繊維が
ダイ表面で形成され、蓄積する傾向にあり、又繊維スト
ランドをこわし易い。更にキスロールによって、あるい
は樹脂浴中に浸すかのいずれかで樹脂を適用することは
、実質的な量の樹脂が加熱され、高められた温度に維持
され、樹脂が進行したり、あるいは硬化する可能性が増
大することとなる。早すぎる硬化は、増加した樹脂精度
により含浸をそこなうし、不完全なかつ受け入れ難いプ
レプレグを造る。

均一かつ高い割合で、強化繊維糸（ヤーン）又はトウを
樹脂て含浸させる実用的方法は、それ故に複合材産業に
尚必要とされている。現在実施される溶媒を使うこと及
び長い期間、熱硬化性樹脂を熱することによフておこる
問題点は減じるであろうし、さけられるであろう。生し
ンたプレプレグの樹脂含有量，品質，及び均一性に関し
てのより正確な調整は本技術に於いて実質的な前進とな
る。

［問題を解決する手段］ 本発明は、含浸された強化繊維を調整するための改良方
法及び装置であり、その場合、繊維ストランドは高いτ
り合で加熱された溶媒のいらない熱硬化性あるいは熱可
塑性樹脂の調整された量でまず被覆することにより含浸
され、次にストランドに樹脂を十分に分配するよう操作
され、次いで、調整された前もって決められた断面をも
つテープあるいはバンドとして含浸された繊維ストラン
ドになるように冷やされる。樹脂の長い加熱時間がさけ
られるし、繊維ストランド内での樹脂分配の高い均一性
が達成される。皮膜の薄さや樹脂含浸の程度を調整する
手段は、繊維の破損や毛羽の蓄積に寄与することなく、
広い範囲にわたり正確に管理されうる。

本発明の実施に於いて用いられた装置は、操作区域，含
浸区域，及び冷却区域から成る。完全に含浸させろライ
ンは繊維の供給あるいはストランドの支出の区域，樹脂
配給システム、巻き付は区域，及び適切な品質管理装置
及び手段をも又含んでいる。

供給される繊維糸（ヤーン）又はトウは、一般に横断面
に於いてち密で円形である。ストランドを均一に含浸さ
せることは単にストランドの表面あるいは外側の層を皮
膜することより困難である。

本発明の実施にあたり、ストランドの繊維はまずテープ
やバンドを形成するために横にひろげられ含浸させる段
階で樹脂によりよく接近することができるように横断面
が薄くされる。バンドは、コーティングホイールを使っ
て溶融樹脂で表面を最初にコーティングすることにより
含浸される。各表面に使われる樹脂の量は、バンドの各
表面上に順々に溶融樹脂にドクターブレードをあてるこ
とにより調節される。被覆されたバンドは次に、更に個
々の１７ａ維間に樹脂を押し込むためのこねロールによ
り操作され、バンドに均一に樹脂を分配する。樹脂て含
浸したバンドは、次にストランドを更にひろげるために
、ニップロールを通り、生じたテープは広くなり、平に
なるかあるいは薄くなる。これらのこね操作の間、スト
ランド、コーティングロール、及びこねロールをとりま
く加熱された環境を維持することにより、樹脂は溶融状
態に保たれる。次いでテープ又はバンドは、その最終断
面に形成され、そしてすばやく冷却され、樹脂を固くす
るか又は半固体とし、テープに固定した断面を与えろ。

これらの操作は連続的に高速度でテープの短い距離の間
上で成しとげられ、そのため樹脂はほんのわずかの時間
だけ高温度に保持されるだけである。コーティング区域
は溶融樹脂の非常にわずかな量のみを必要と１．ており
、それは急速に消費され、そして加熱樹脂の小さな貯蔵
器から供給することにより、連続的に補充される。

［実施例］ 本発明の装置に於いて、図１に示される様にストランド
（１）はまずストランドを操作し広げるための一連のロ
ーラー（１１）からなるワーキングセクション（操作区
域）（１０）を通り、個々の繊維は分離され、はぼ平た
い薄い横断面を有するストランドを与える。高度にみが
かれたローラー（１１）は、約３０〜１８０’の範囲の
ストランド巻き付き角度で、ストランドが進む道筋にそ
って配列されている。

操作の程度及び生じたひろがりの量はストランドの厚さ
、個々の繊維の数及び標準寸法、及びストランドをつく
る有機及び無機繊維の種類によって変わるであろう。

横断面の平たくされたｉａ！維ストストランド操作区域
（１０）を出て行き、ガイドロール（１２）を越えて含
浸区域（２０）へ移る。図２かられかる様に含浸段階（
２０）は２つの被覆ロール（２１）及び（２２）　、混
練ロール（２３）　、ニップロール（２４）、及びバン
ドコントロール（２５）の成分から成る。被覆ロール（
２１）及び（２２）、　卯ちローリングダイは、それぞ
れコーティングブレード又はドクターブレード（２９）
に接しているなめらかな、高度に磨かれたロール（２６
）から成る。先行技術の装置とは違って、平らにした繊
維ストランド（２）が通り、ドクタープレイド（２９）
に最も近い表面上で被覆がなされることとなる。

ダイ孔２８を持っているローリングダイをドクターブレ
ード（２９）とローラー（２６）が協力して形成する。

ストランドは２つの操作で被覆される。つまり最初のロ
ーリングダイ（２１）で、樹脂（３０）はストランド（
２）の最初の表面（３）上に直接ぬぐうようにこすりつ
ける、即ちドクターブレードにより付けられる。次いで
ストランド（２）は、同じような第２のローリングダイ
（２２）まで進み、そこでストランド（２）は同様の方
法で第二の表面（４）に被覆される。

樹脂（３０）のローリングバンクは樹脂供給装置によっ
て各ローリングダイ領域中に維持される。一般に供給装
置は、粘性の樹脂を加熱された貯蔵所（４１）から、ダ
イ開口（２８）に隣接した領域へ移動させろための、少
なくとも１つのポンプ手段（４０）を含んでいるものと
して記載出来る。供給ラインとポンプ手段は樹脂を溶融
状態に維持するための加熱手段を備えている。ボンピン
グは最小限の効果的水準でローリング樹脂バンクを維持
しつつ消費する樹脂を置き換える速度で調節される。

コーティングの薄さはローラー（２６）とドクターブレ
ード（２９）の間のダイ間隙又は孔（２８）により調節
されており、また品質管理測定に応じて、手動あるいは
自動的に調節スクリュー（図示なし）により調整できる
。せまくなっていくダイ孔（２８）を通った樹脂の流れ
は、カレンダーにかける操作に対してｌＪ、ｓ、３，７
６５．８１７に記載されている工程と類似の工程により
、水圧で実質的な増加を生む。水圧、これは樹脂の粘度
、及び流速あるいは被覆速度で変化し、ストランド表面
で個々の繊維間に樹脂のいくらかの浸透をひき起し、更
にストランドが被覆ロールを出て行く時、樹脂皮膜の良
好な粘着を確実にする。

被覆ロールを出て行くストランドは被覆されたバンドあ
るいはテープとして記載されるかもしれない。繊維を含
浸させることは、樹脂がストランド中へ均一に押込まれ
ることを要求し、こうして厨々の繊維間に浸透する。繊
維の含浸を完成するために、ストランド（２）は次いで
、更にストランドを操作するために混練ロール（２３）
を通りぬける。

混練ロール（２３）は、ストランドにかなりの作用を与
えろようストランドの進む線にそって配列されており、
示される様に六つのロールが使われており、３０’より
大きく、好ましくは１８０６あるいはそれ以上大きい巻
き付き角度を与えるように位置する。混練ロールは例え
ばテフロン又はテフロン被覆金属の様な樹脂で被覆した
ストランドとくっつかないｔ屓なｔ才質で構成されてい
る。この様なローラーの表面は、装置に用いられている
すべてのローラーについてもそうであるように、高度の
なめらかさ、一般に８ミクロインチ（２０，３２ミクロ
センナメーター）よりも大きく仕上げられるであろう。

混練ロールから出るストランドは、２つのロールの圧縮
区域（２４）のニップに入り、そこで更に操作し広い平
らな横断面にストランドをひろげる。圧縮ロール（２４
）は混練ロールに似た構造である。圧縮ロールの圧力は
、ストランド°張力により又は、ジヤツキスクリュー（
図示なし）によって維持されており、そこで重い圧力が
非常に広い平らなトウを作るのに必要である。

含浸されたトウの樹脂部分は、混練ロール（２３）及び
圧縮ロール（２４）を通る間、輻射加熱器又は加熱空気
を使うように、外から加熱することにより溶融状態に維
持される。コーティング領域も、高温環境を維持するこ
とを更に助けるため周囲を囲ってもよい。

操作の結果、樹脂で均一に含浸されたストランドは樹脂
温度を急速に下げるため冷却器（５０）に送られ、かく
して樹脂は固まり、ストランドを最終的な形状に凍結す
る。最終的な形状又はストランドの債断面は一部間隙（
５１）の形状あるいは図３で更にはっきりと示されてい
るような含浸されたストランドを受けるよう設計されて
いる冷却ロール（５２）の表面にあるみそにより決定さ
れろであろう。

一般に、長四角形のＵ−型を持つ間隙（５りの使用は長
方形の横断面をもつ平らなストランドを生じ、ストラン
ドの幅はニップロール（２４）に加えられた圧力により
、最初だいたいの寸法が決められ、次いで間隙（５１）
により最終的寸法が決められる。ストランドはバンド調
節ホイール（２５）により、間隙（５１）の中央に正確
におかれる。冷却ロール（５２）は金属でつくられても
粘着をさけるために例えば、テフロンで被覆されていて
もよいものだが、低温で、一般的には一２０℃〜３０℃
の範囲で、例えば、冷却ロールの閉鎖された内部通路を
通して冷却された流体を循環させることによるような、
冷却手段によってＩＩＩ持されている。望むならホイー
ルとストランドの外の表面上を冷却した空電を循環させ
ることによって、冷却を更に補助することが出来る。

ストランドの樹脂含量の測定と調整はいろいろの方法に
より達成することができる。便利な、適当に目盛られた
通例のガンマ線後方散乱ゲージで±１％以内で樹脂含量
の正確な測定ができる。この様なＨａの出力結果は、樹
脂やストランドの供給速度、並びにローリングダイに於
けるブレード間隙によって決定されろ皮膜の厚さを調整
するのに用いられる。

ストランドの供給は高いトルクブラー（６０）により成
し遂げられろ。示される様にブラー（６０）はシリコン
ゴム表面を持つ２つのロールの装置からなる。これらの
及び類似の慣用のブラーは、特にトルクとスピードが広
い範囲で調整できる場合にこれらの目的に合っている。

ブラーを出て行くストランドはふつうワインダー（巻付
器”）　（７０）で取り上げられるが、種々の慣用の織
物繊維まき取器（ワインダー）が本目的に使われうる。

本発明の実施は、次の実施例を考慮することにより更に
理解されろであろう。そしてそれは例示のために提供さ
れ、本発明を限定するものではない。

実施例 はぼここに記述される様に、かつ図１と図２に概略的に
示される様に構成された装置を、１２．０００フイラメ
ントカーボンフアイバー系をエポキシ樹脂で含浸させ、
０．１３０（０，３３ｃｍ）インチ巾のプレプレグトウ
をつくるために１史用した。糸（ヤーン）は、Ｔｈｏｒ
ｎｅｌ　Ｔ　４０１２にカーボンファイバーとしてアモ
コパーフォーマンスブロダクツ、インコーホレイテッド
（Ａｍｏｋｏ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｐｒｏｄｕｃ
ｔｓ、Ｉｎｃ、）から人手し、エポキシ樹脂は、同様の
入手先から得たＥＲＬＸ　１９０８である。２つのロー
ラーをワーキング区域で用いほぼｔｅａ’の各ローラー
上の（巻き付き）角度が得られる様に配置した。６５℃
で、約２．５００センチポアズの粘度をもつ加熱された
樹脂は、２つの加熱されたポンプによって含浸区域の２
つの被覆ロールへ供給された。グイ間隙は、各ローラー
ダイに対して０．００５”にセットされた。

次いて被覆されたストランドを混練機及び６５℃に維持
された圧縮ロールのニップを通した。被覆されたストラ
ンドは、次に０．１３０インチ（０，３ｃｍ）の巾で３
０°Ｆに保たれた四角形のＵ−型溝又は間隙をもつ冷却
ロールを使って一定の形にされた。含浸されたストラン
ドを寸法安定性を維持するために冷却ロールを通して十
分冷却し、−力積出用の芯上におくためにブラーと巻取
器を通して進める。

ブラーは５００〜５６０フイ一ト／分（１５２，５〜１
７０．８ｍ／分）の範囲のスピードで動き、巻取器は通
常の繊維技術で用いられる通常の典型的な装置である。

含浸されたストランドの最初のロール又は芯は、３０重
量パーセントの平均樹脂含量の８．１６ボンドの重さの
１９，０２０フイートのブレグレルを含有した。

この実験で作られる次の５つのロールは平均樹脂含量３
０．２０，２０．２り、及び３０パーセントを持ち、本
工程の再現性を実証している。

この装置は、長方形の横断面を持つ平らなよりのないス
トランドの製造用として記述されているが、含浸区域に
ある平らなストランドを容易に撚ることが出来、あるい
は冷却する前に、例えば適当な横断面をもつ形成みそや
間隙（５１）を用いることによって、及び／又は、ニッ
プロール及びニップロールがつくるストランドの広がり
作業を排除することにより、コンパクトで丸や円形の横
断面をもつストランドにつくりかえられてもよいという
ことが認められるであろう。しかしながら、多くのプレ
プレグの応用に対しては、平らなストランド゛形状又は
テープが非常に望まれている。

【図面の簡単な説明】

図１はトウを含浸した樹脂を製造するために使われる設
備のフローシートである。 図２は図１の工程の樹脂を含浸させる区域の透視図であ
る。 図３は図１の線分３−３にそった冷却ロールの紳（円周
）からみた図であり、冷却ロールの縁の間隙を示してい
る。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）次の（ａ）〜（ｆ）の段階を含むプレプレグの製
   造方法。 （ａ）連続繊維ストランドを長手方向に運搬し移動させ
   る。 （ｂ）繊維をその横断方向にひろげるように、動いてい
   る繊維ストランドを操作し、そ れによりバンドを作る。 （ｃ）移動させながら溶融した、流動できる溶媒のない
   樹脂で上記バンドの対抗する表 面を皮覆する。 （ｄ）動いている被覆したバンドをこね、バンドの繊維
   間に上記樹脂皮膜を分散させ、 樹脂含浸バンドをつくる。 （ｅ）動いている樹脂含浸バンドを圧縮し、それを薄く
   し、樹脂含浸テープを作る。 （ｆ）動いている樹脂含浸テープを冷却して、上記樹脂
   を固め、寸法的に安定したプレ プレグテープを作る。
2. （２）冷却する段階の前の段階に於て冷却前に上記樹脂
   含浸テープの幅をへらすことを含む特許請求の範囲１の
   方法。
3. （３）冷却段階の間に樹脂含浸テープの横断面を新しい
   形にする特許請求の範囲１の方法。
4. （４）上記バンドの対立した面の皮膜を溶融した、流動
   できる溶媒のない樹脂の層を各面上に別々にドクターブ
   レードで加えることにより達成する特許請求の範囲の方
   法。
5. （５）連続ストランドを供給するためのストランド供給
   手段，ワーキング区域，含浸区域，冷却区域、及び作ら
   れたプレプレグを受け取るための取り上げ手段を含み、
   前記ワーキング区域はバンドを作る繊維ストランドを操
   作してある形に形成するために繊維ストランドと係合す
   る複数のロール手段から成り、前記含浸区域は上記バン
   ドの両側表面を溶融した流動性の溶媒のない樹脂で被覆
   するための複数のローリングダイ手段，含浸したバンド
   を作るために被覆されたバンドと係合し混練するための
   複数のロール手段，及び含浸したテープを作るために上
   記の含浸したバンドを受け取り圧縮するニップ開口を形
   成するよう配置された一対の逆方向に回転するロールか
   ら成り、そして上記冷却区域は樹脂を冷却し固くするた
   めに上記含浸されたテープと係合し、寸法的に安定した
   プレプレグテープを提供する少なくとも１つの冷却ロー
   ル手段から成る連続繊維ストランドからプレプレグを作
   るための装置。
6. （６）上記ローリングダイ手段が、ロール及び上記ロー
   ルの表面に対して実質的に垂直に上記ロールの円筒形の
   巾にそって位置して孔を形成しているドクターブレード
   から成り、上記ロールは上記バンドと係合しており、上
   記バンドは上記孔を通過している特許請求の範囲５の装
   置。
7. （７）上記ロール及びドクターブレード間の間隙を上記
   被覆されたバンドの表面の皮膜の厚みを制御可能に限定
   するため調整できる特許請求の範囲６の装置。
8. （８）上記ドクターブレードの上流側に溶融流動樹脂を
   供給する手段を含む特許請求の範囲６の装置。
9. （９）溶融流動樹脂の回転バンクは上記ドクターブレー
   ドの上流側で維持されている特許請求の範囲８の装置。
10. （１０）冷却ロール手段が、含浸されたテープを受け取
    り、同時にある形に形成しかつ冷却するために、その円
    筒形の表面にみぞを持つロールから成る特許請求の範囲
    ５の装置。
11. （１１）含浸区域の繊維ストランドの温度を樹脂の融解
    温度以上に維持するための加熱手段を含む特許請求の範
    囲５の装置。
12. （１２）プレプレグテープの樹脂含量を連続的に決定す
    るための測定手段，及び上記ローリングダイ手段の被覆
    割合を調節するために上記測定手段に応答する調節手段
    を含む特許請求の範囲５の装置。