JPS6327208A

JPS6327208A - 繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法

Info

Publication number: JPS6327208A
Application number: JP16902986A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kosuda; 小須田　弘幸; Yasuhisa Nagata; 康久永田; Yoshihiro Endo; 善博遠藤
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1986-07-19
Filing date: 1986-07-19
Publication date: 1988-02-04
Also published as: JPH0580331B2

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、強化繊維ストランドまたはシートに熱可ｆ！
竹樹脂を含浸さ１！、加熱）Ｈ融にＪ、　ｒ）　棋諸強
化熱可塑竹樹脂プリプレグを製）告する７Ｊ法に関する
。

〔従来技術〕

強化繊維束に熱可塑すノＦ樹脂を含浸さμたプリプレグ
、すなわら、熱Ｏｒ咽旧樹脂シリ／レグの製造方法とし
て、粉末状熱可塑祠樹脂を強化繊維束にＩＪ肴させる方
法が、樹脂含浸１ノ１の良Ｏｒなプリプレグを１ｑる手
段どじてｉ　［１されている。

このような粉末状熱可塑性樹脂を強化線Ｉｆｆ東に付着
させる方法として（イ）粉末状樹脂を含む床中に繊維束
を通過させる方法、（ロ）粉末状樹脂にＭｉ　＃）Ｉを
加えながら繊維束に接触さ、せる方〃い　（ハ）帯電し
た粉末状樹脂をｕＡＮ束に吹きつ４する方法、（ニ）粉
末状樹脂に気流を流して流動床を作り流動床内に繊維束
を浸漬させる方法等がある。しかし、これらはいずれも
、強化繊維束が粉末状熱可塑性樹脂を含んでいる領域を
通過中または浸漬中に、例えば、強化繊維束に開繊、集
束等の特別な操作をするといったものではなく、繊維束
が単に樹脂含有領域を通過または浸漬することによって
、粉末状熱可塑性樹脂を付着させるというものであった
。

〔従来技術における問題点〕

強化繊維束に特別な操作をすること＜’Ｋ　＜、粉末状
熱可！ｖ！ｔｑ樹脂を含む領域を甲に通過または浸ｉへ
させたのみでは、強化繊維束内部にまで樹脂が入らない
こと、従って、加熱溶融によって１１られるプリプレグ
は、その内部において樹脂含浸性が劣るという欠点があ
った。また一方で繊維束の良さ方向、幅方向、厚み方向
に樹脂の付着斑が大きく、樹脂の付着をコン［−ロール
することが、困難であり、従って得られるプリプレグは
樹脂付着斑が多いという欠点があった。例えば従来技術
の前記（イ）（ロ）の方法においては、樹脂が繊維表面
には比較的均一に付着するが、ｇｉｍ間内部にまで均一
に付着【ノない。

（ハ）の方法においても、帯電゛４ることにＪ：す、樹
脂は付着するが、粉末状樹脂が凝集」ノやすい状態にあ
るため、繊維間内部への侵入が困難である。（ニ）の方
法においても、樹脂付着間が少なく、しかも少量の樹脂
を均一に付着させることが困難である。従って、（イ〉
〜（ニ）の方法により得られたプリプレグは、これを積
層して成形した場合、コンポジット（複合材料）伊、高
い機械的特性を与えることは困難であった。特に、高性
能の炭素ＩＩＮ強化熱可塑性コンポジットが得られる故
に注目されている耐熱性の優れた熱可塑性樹脂の場合、
溶融粘度が高く、粉末が繊維束の内部まで均一に入らな
いため、良好な物性を有するコンポジットを得ることが
一層困九であった。

本発明者らは、上記のごとき欠点を克服した繊維強化熱
可塑性樹脂プリプレグの製造方法について検討した結果
、本発明に至ったものである。

〔発明が解決すべき課題〕

本発明は、粉末状熱可塑性樹脂の床を用いて、熱可塑性
樹脂を強化Ｍ！ｉＨストランドまたはシートに含浸させ
るに当り、強化繊維間に、均一に内部にまで樹脂粉末を
付着せしめ、高いコンポジット性能を与える繊維強化熱
可塑□性樹゛脂プリプレグを！ＩＩ造する方法を提供す
るものである。

〔発明の構成）本発明は、強化繊維スト−ランドまたはシートに熱可塑
性樹脂を含浸させて繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを
製造するに当り、強化繊維ス］へランドよＩこはシート
を粉末状可塑性樹脂の床中に連続的に導入し、該ストラ
ンドまたはシー］・を、その最大幅（Ｗ　ｍａｘ）と最
小幅（Ｗ　５ｈｉｎ）の比Ｗ　ｎ＋ａｘ／Ｗ　ｍｉｎが
少なくとも３以上となるよう、集束と開繊を行いつつ通
過させて含浸を行い、次いで熱処理することを特徴とす
る繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグの製造方法である。

本発明の好ましい実施態様は、この製造方法において、
Ｗｌａ×が、強化繊結の直径をＤ（ミクロン）、５１１
ｍフィラメン１〜数をＮ（本）としたとき次式０．２５
　’Ｄ　Ｎ≦Ｗ　ｍａｘを満足゛Ｊる方法であり、また
、集束と開繊を２麿以上繰り返す方法であり、さらに、
粉末状熱可塑性樹脂が強化繊維直径（Ｄ）の２０倍以下
の粒子径のものである方法である。

本発明によれば、熱可塑性樹脂を強化繊維間内部まで均
一に１つ容易に付着させることが可能であり、これによ
り得られるコンポジットも機械的特性が優れている。

本発明に用いられる強化繊維は、炭素繊維、ガラ２４Ｍ
維、アスベス］・繊維、金属ｌｌｌ１維などの無機繊維
や、ポリ■チレンデレフタレート繊維、ポリアミド繊維
すどのイ１機繊繊維、既知の強化繊維フィラメントであ
′す、本数は、数百〜数十万本、好ましくは、１　、０
００〜３０，０００本の連続繊維である。

これら繊＃１１は、床中に導入される前においては開繊
、未開繊のいずれの状態で６よく、また単独もしくは複
合で使用してもよい。これらは、熱可塑性樹脂との密着
性を良くするため、表面処理されていてもよい。

本発明で用いられる熱可塑性樹脂は、適当な粘度特性を
右する溶融加工可能な熱可塑性樹脂であれば、いかなる
ものであってもよいが、芳香ｆｆＡ熱凸１塑性樹脂を用
いる場合、本発明の効果が特に著しい。

そのＪ：うな熱可塑性樹脂は、ポリスルホン、ホ０り丁
−テルスルホン、ポリエステル玉−？）レケトン、ポリ
アリーレンオキシド、ポリアリーレンスルフィド、芳香
族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボ
ネート、ポリニーデルイミド等である。これらの熱可塑
性樹脂は、例えば、耐熱剤、耐候剤、紫外線劣化防止剤
、帯電防止剤、滑剤、分散剤、離けい剤、染料、顔料、
結晶化仇ｊ進剤および勤燃剤などを含右していてし、よ
い。

本発明では、強化繊頼ストランドまたはシートを粉末状
熱可塑性樹脂の床中を通過さけ、粉末状樹脂をＩｌｌ紺
にイ］＠さける。　床どは、わ）末状熱可塑性樹脂が（
ｒ−７ｆ　ｌる領域である。床は適当４ｉ気体の供給源
を連続することによって流動化床とすることができる。

気体としては、空気、窒素、二酸化炭素、ヘリウムまた
はアルゴンのような不活性気体がある。

本発明において、熱可塑ｆｉ１樹脂は粉末状であること
が必用である。ぞの理由は、樹脂が粉末であると、繊維
を個々の繊維に分繊し、楳賄間に樹脂が容易に侵入でき
、繊維間が樹脂で１〜分満たされるようになり、このよ
うな効果を粉末状樹脂がｍｕに対１）（持っているから
である。

繊維がただＩｌｌに粉末状樹脂中を通過刀るだ＆Ｊでは
、繊維内部にまで十分に樹脂を満１．：″ＬＪことは困
ｊ！ｕであるが、本発明においては、繊１１が樹脂の床
中を通過中に繊維の集束と開繊を繰り返りことにより、
初めて、繊維間内部にまで十分に樹脂を満たづことが可
能となる。なぜなら、繊維の集束と開繊の動作により、
粉末状樹脂は繊維間にピックアップされ、これを繰り返
すことにより、繊維間内部へさらに侵入してゆくからで
ある。この動作は、また樹脂付着量を均一にする効果を
持っている。

本発明においては、さらに、繊維束の幅のその最大幅（
Ｗ　ｍａｘ）と最小幅（Ｗｍｉｎ）の比が３以上となる
ことが必要である。３未満だと繊維間内部への粉末状樹
脂の付着が期待できない。

また、本発明の範囲内で繊維の最大幅と最小幅の比を任
意に変えることで、必要な樹脂付着量を調整することが
可能である。

繊維の集束と開繊の動作は、凸側が同じ方向になるよう
に樹脂床中に設けられた彎曲（した）バーの上下を交互
に繰り返すように繊維束を通すことで通常は達成される
。しかし、この集束と開繊の動作が可能であれば、必ず
しも彎曲バーを使用する必要はない。また、繊維の最大
幅ど最小幅の比は、彎曲バーの曲率と引張り力（Ｊンシ
−１ン）により任意に調整される。この場合、繊維の最
大幅は、強化４Ａｌｉ紐のｉｉ！＋　ｆＹ召［）（ミク
ロン）、繊維フイラメン］へ数をＮ（本）トシタトキ次
式（１，２！＋　ｌ）　Ｎ　＜　Ｗｎ＋ａｘを満）Ｌｌ
（）ることが繊維間内部に粉末状樹脂をイ４肴Ｊる１で
好ましい。彎曲バーは、金属、陶器、プラスブックス等
任意の材料でつくられ、イれを固定（）て〜６１軸のま
わりに回転してもよい。彎曲バーは、繊維の最大幅と昼
小幅の比が３以１−１にイにるごとく調整されるならば
曲率の異なるバーを自由に組合わせることも可能であり
、場合にＪ：　−、）では、ストレー１へバーを中に相
み入れることも可能である。

繊維束にかかる張力は、樹脂の溶融結電、付着ｍ１バ一
本数、ストランド数ににってらソシなるが、繊維束がた
るまない稈痘から繊維の毛羽が増大しない程度の範ｕｆ
Ｉが適当であり、通常フィラメント　１本当り　０．０
０２〜０．２５（ｌが適用される。

繊維束の引張り速度は、任意の適当な速度で引張っても
よいが、通常は、１００ＩｌｌＩｌｌ／分から５００Ｗ
ａＩｌｌＺ分の間の引張り速度が適用される。

本発明においては、ｍ緒束の集束と開繊は２反収１繰り
返寸ことが、繊瞳間内部に粉末状樹脂を付着させ、口つ
付着状態を均一にする上で好ましい。

その際、集束と開繊の動作の順序には制限がなく、換言
すれば、繊維束は、床に導入される前の状態に制限がな
く、あらかじめ開繊された繊維束を集束し再び開繊して
もよく、あるいは、集束された繊維束を開繊し再び集束
してもよい。

前記したように、本発明における熱可塑性樹脂は、粉末
状であることが特に重要である。粉末状熱可塑性樹脂の
粒子径は、強化１１８Ｍの直径の２０倍以下が、さらに
好ましくは、７倍以下が繊維間内部に粉末状樹脂を付着
する」−で好ましい。また、粉末状熱可塑性樹脂の粒子
は、それが滑らかな球形のものより、むしろ、不規則な
形状のものの方が、粉末が繊維間に入り込みやすく、付
着効果が大きい。

このに−うにしてｔ’＋られる繊維束は、粉末状熱可塑
性樹脂付着量１（）〜１０容聞％がプリプレグ製造の面
から好ましい。より好ましくは、４０〜６０容聞％であ
る。

ここに、客用％は下式で定義される量である。

Ｗｆ／ρｆ客間％−Ｘ　１００％Ｗ醜　／ρｍ＋Ｗｆ／ρ「式中の記号は下記の意味である。

Ｗ「：繊維の質ｔｉｔ　　ρ「：繊維の比重ｗｎ＋　：
樹脂の質ｍ　ρＩｌ：樹脂の比重本発明を添付図面を参
照１ノで説明するが、本発明はこｈに限定されるもので
はない。

第１図において、強化ｔｌＡＭストランドまたはシート
　１は、粉末状熱可塑性樹脂３が入っている金属性の箱
２を通過する。直径１０ｍｍの湾曲した少なくとも３本
のバー４はＷＮ２を横切って伸びており、第２図に示１
ごとく、凸側が同じ方向になるように取りつ番Ｊられて
いる。

ス［・ランドまたはシートは、粉末状熱可塑性樹脂の床
中に設けられでいる各バーの上下を交ｌ−１に通過する
ことにより、集束、開繊を交互に繰り返し、この１）作
によって繊維間内部は粉末状樹脂で充満される。この際
、ストランドまたはシート・の幅は、彎曲バー及びテン
ションにより調整されるが、その最大幅と最小幅の比が
３以、１−となることが必要である。これ未満だと繊維
間内部への粉末状樹脂の付着が十分に期待できない。粉
末状樹脂で満たされたストランドまたはシートは、樹脂
材＠聞調整バー５を通り、引張り１１−ラー６で樹脂を
ざらに繊維間になじませる。ｌｌｆｌ間に付着した粉末
状熱可塑性樹脂は、熱処理によって繊鮒間に含浸される
。

寸なねり、樹脂の融点あるいは軟化点以上に加熱された
加熱溶融ローラーまたはプレート１を通り、ここで粉末
状樹脂は、溶融、流動して、繊Ｈ＠内部に含浸したマト
リックスを形成する。

熱可塑性樹脂を溶融させる方法としては、上記の他に、
炭素ＩＡＩ紺すどのようにＩ＆！雑の通電加熱による方
法、不活性ガス等を含む加熱雰囲気を利用する方法等が
採用できる。

〔発明の効果〕

本発明の方法は、強化＃Ａ維ストランドまたはシートが
粉末状熱可塑性樹脂を含む床中を通過する際、ストラン
ドまたはシートが樹脂を取り込むのに十分イ１能力を発
揮するよう、集束と開繊の動作を繰り返すことにより、
ストランドまたはシートの幅が調整され、その結果、粉
末状樹脂が繊維間内部にあるｉｌ　Ｉ　１間に入り込む
と共に繊維束全体に均一に付着される。従って、加熱溶
融によって得られるプリプレグは、樹脂の付着斑が少な
く、樹脂と繊維の接着性が良好であって、コンポジット
を作製した際に、良好な機械的性質を与える。

（実施例と比較例）実施例１〜２直ｔ！　７μ、フィラメント数１２，０００本、サイズ
処理しない未開繊連続炭素繊維１０本束からなるシート
を、第１図に示した型の装置を通して、引張り機構によ
り引張った。この時、引張り速１１３２０ｍｍ／分、テ
ンション１０００Ｑであった。箱には、第１表の実施例
１と実施例２の各欄に示すごとき粒子径を有するポリエ
ーテルエーテルケトン（添加剤を含まない）が入ってい
る。床中には直径１０ｍ１ｌｌの７本の金属製彎曲バー
が７５ｍｍ間隔で設けてあり、シートの最大幅と最小幅
のヒ比が３以上であるどｌく、彎曲バーは上に凸の方向に設
けである。炭素繊維シートを彎曲バーの１−下を交ηに
通過させることにより、シートは、間繊次いで集束の動
作を繰り返し、粉末状樹脂はｍＨ間内部に付着した。こ
の時のシートの最大幅及び最小幅はそれぞれ第１表に示
す通りであった。粉末状樹脂を含む該シートは、バー５
及びローラー６で、さらに樹脂の調整がなされ、次いで
３８０℃にコントロールされた長さ２００１１１１１１
、プレート間隔０．４ｍｍのホットプレート中を通過さ
せ、空冷することでプリプレグが得られた。

得られたプリプレグ内にお【ノる樹脂の分散の程度を評
価Ｍるｔｃめに、プリプレグ中の任意の場所を選び、カ
ミソリの刃を用いて、厚さ約２ＩＩｍの断面切片を切り
出し、顕微鏡で観察した。イの結果によると、ボイドが
なく、樹脂も１ｌｆ１間内部によく分散していた。また
得られたプリプレグは繊維目付１５０ｇ／ｍ　’　、樹
脂含有量５２容石％であった。プリプレグ中ド定の司法
ＩＪカットし、２０枚Ｗ４層した後、金型内に入れ、調
度３８０℃、保持時間１０分、圧力３５ｋｇ／　ａｍ２
の成形条件にて第１表のごとく積層板を作製ｔノ／、：
。この積層板より試験片を切り出し、（１０−１１８８
（層間せん断強度）、０°　−１１縮特、ｔ’ｌを評価
した。結果を第１表に示す。

比較例１〜３炭素繊維シートの最大幅／Ｒ小幅の比が第１表に示すご
とく　３未満であり、ポリ１−チルＴ−チルケトンの粒
子径が第１表に示すごときものであることを除い（は、
実施ＰＡ　１〜２″Ｃ：述べたと同様の条件で実験を繰
り返した。繊維間内部への樹脂の付着は悪く、＝１ンボ
ジット性能は劣った。結果を第１表に示す。

１７一

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いられる装置の側面概念図、第
２図は第１図の箱の斜視図である。１：繊維ストランドまたはシート　２二箱３：粉末状熱
可塑性樹脂　４：彎曲バー５：樹脂調整用ガイドバー　
６＝樹脂調整兼引張り１１−ラー　　ｌ：ホソトプレー
ト８：引張り−ラー特許出願人　　東邦し−ヨン樟六会ネ１代理人弁理士　
　土　居　三　部手続補正書（方式）昭和６１年１０月１８日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）強化繊維ストランドまたはシートに熱可塑性樹脂
を含浸させて繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグを製造す
るに当り、強化繊維ストランドまたはシートを粉末状熱
可塑性樹脂の床中に連続的に導入し、該ストランドまた
はシートを、その最大幅（Ｗｍａｘ）と最小幅（Ｗｍｉ
ｎ）の比Ｗｍａｘ／Ｗｍｉｎが少なくとも３以上となる
よう、集束と開繊を行いつつ通過させて含浸を行い、次
いで熱処理することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂
プリプレグの製造方法。
（２）Ｗｍａｘが、強化繊維の直径をＤ〔ミクロン〕、
繊維フィラメント数をＮ〔本〕としたとき次式０．２５
ＤＮ≦Ｗｍａｘを満足する特許請求範囲（１）項記載の
方法。
（３）集束と開繊を２度以上繰り返すことを特徴とする
特許請求の範囲（１）項または（２）項記載の方法。
（４）粉末状熱可塑性樹脂が強化繊維直径（Ｄ）の２０
倍以下の粒子径のものである特許請求の範囲（１）〜（
３）項記載の方法。