JPS643974B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は繊維強化プラスチツクの成形用材料と
して用いられる厚みが均一で、毛羽、毛玉、〓
間、フイツシユ・アイ等の外観上の欠陥が少な
く、特に薄物のプリプレグの作成に適した引揃え
繊維束シートの製造方法に関する。 本発明による一方向引揃え繊維束シートは、例
えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
ポリイミド樹脂、エポキシイミド樹脂、ポリアミ
ドあるいはフエノール樹脂等の樹脂を含浸して得
られるプリプレグ・シート、ワインデイング方式
による成型用途など各種用途および新規な用途に
適用できるものである。 プリプレグ製造に於いて樹脂含浸方式について
は、上記の如き樹脂を溶融状態で含浸させるとこ
ろの乾式法あるいは、同樹脂を揮発性有機溶剤に
溶解して含浸させるいわゆる湿式法のいずれかの
方法によつてもよく、この点も本発明の大きな特
徴の１つである。 さらに、例えばプリプレグ・シートに誘導され
る場合にあつては繊維の引揃え、押し拡げ工程を
伴なわず、樹脂含浸工程に専念できる為、操業に
機動性が発揮できること又、例えばガラス布の合
着や繊維束シートの多重化、短繊維との複合化プ
リプレグシート、異種繊維束シートとのハイブリ
ツドプリプレグシート化などの多様化がとれるの
も本発明の特徴である。 本発明の今一つの特徴は、例えばフイラメント
ワインデイング方式の成型に適用することにより
極めて高効率の成型ができることであり又新規の
成型への適応性が高いことが挙げられる 本発明の繊維束シートは、用途に応じて多本数
の繊維束を引揃え、各種巾に押し拡げられること
により製造される。 特に巾広の薄物シートについては、従来空間に
平行に配置した複数個のバー或は回転ローラー等
を交互にくぐらせたり、曲面上に沿わせてローラ
ーで押し付けることにより、或る程度繊維束を押
し拡げている。しかし此様な方法では繊維束とバ
ー、ローラー等との摩擦抵抗が大きく、所望の押
し拡げ巾にするためには、多数本のバー、ローラ
ーをくぐらせ更に可なりの張力を必要とし繊維束
の損傷も大きくなり、毛羽、毛玉、フイツシユ・
アイ等の欠陥をプリプレグに生ずることになる。
又薄物プリプレグの製作に必要な押し拡げ巾にす
ることが不可能な場合もある。 即ち、従来の各種提案されている乾式法では樹
脂の供給に力点が置かれ未含浸繊維束の押し拡げ
は不充分のまま溶融樹脂との含浸が行なわれ含浸
工程と同時に又は含浸工程に次いで繊維束が最終
プリプレグ巾になる迄押し拡げられていた。繊維
束に粘稠樹脂を含浸させるためには、樹脂を加熱
してより低粘度化する方が好ましく、高粘度液の
含浸は含浸不足又は不均一含浸を生じ易い。一
方、樹脂を含浸した繊維束を押し拡げるために
は、或る程度増粘した樹脂液でなければ、樹脂の
みがプリプレグ中を移動して浸み出してしまい均
一な樹脂分布のプリプレグが得られない。 更により薄物のプリプレグを作成するために
は、繊維束を原糸束の数倍の巾に迄押し拡げなけ
ればならない。しかし、このことは非常に困難で
あるのみならず、繊維束同士の引揃え状態に乱れ
を生じ、隙間、糸の乱れ等の欠陥を生じる。 本発明者等は、上記点に鑑み、繊維を傷めるこ
となく繊維の分布の不均一を生ぜずに、毛羽、隙
間のない複数本繊維、引揃え、押し拡げシートを
連続的に製造する方法について鋭意検討した結
果、本発明方法を完成するに至つた。 即ち、複数本の互に一方向に並行して並べた繊
維束を溶剤中、又は溶剤で浸潤させた状態で、円
柱又は円筒類の少なくとも一部の曲面を有する基
材の曲面に沿わせて張力をかけながら連続的に引
取ることにより該繊維束を押し拡げる工程と、押
し拡げられた繊維束を乾燥する工程とを含むこと
からなる一方向引揃えシートの連続製造方法であ
る。 従来の乾式で行なう押し拡げ方法に比べ、本発
明方法の如く溶剤中又は溶剤で湿潤させた状態で
張力をかけながら押し拡げを行なうことは、糸張
力で基材の曲面に押し付けられることにより繊維
束は順次押し拡げられると同時に、原料繊維束に
付着している集束剤を溶解して拘束力を解き放す
効果をも生ずる。又溶剤中又は溶剤で湿潤させた
状態の方が繊維束と基材の曲面との摩擦抵抗が極
めて小さくなり僅かの張力で少数及び少量だけ基
材の曲面に沿わせるだけで所望の押し拡げ巾に押
し拡げることが出来るのみならず、繊維束の損傷
も極めて軽微に押えられる。繊維束の押し拡げ巾
は使用繊維束の集束剤含量、円柱又は円筒類の少
なくとも一部の曲面を有する基材の径、個数、組
み合せ形式、空間配置、表面仕上げ、材質、繊維
束との接触状態（基材が固定式又は自由回転式）、
引取り張力、引取り速度等によつて変化し、一義
的には規定しえないが、押し拡げ巾と繊維束の損
傷とのバランスを考慮して選択することが必要で
ある。よつて単位繊維束当りの押し拡げ巾は特に
規定しないが、所望シートの最終巾及び厚みに相
当する繊維分布量に対して50％以上出来れば100
％以上単位繊維束を押し拡げることが好ましい。
即ち、溶融樹脂を含浸後再度、単位繊維束当り可
なりの倍率で押し拡げることは生成プリプレグ中
に隙間、糸の乱れ等の欠陥を生じ易く樹脂、繊維
分布の不均一を生じ易い故に出来るだけ溶融樹脂
含浸前に繊維束を押し拡げておくことが望まし
い。 一方、所望シートの最終巾及び厚みに相当する
繊維分布量に対して単位繊維束を100％以上押し
拡げることは押し拡げた単位繊維束の一部を交互
に重ね合わせて最終的には、所望の巾及び厚みに
仕上げることにより、隙間のない繊維束間の結合
力を強めたシートを製作することが出来る点で更
に有効である。即ち、複数個互に一方向に並行し
て隣接させた繊維束例を位置決めしてから単位繊
維束を一ツ置きに取り分け各々の繊維列を溶剤中
又は溶剤で湿潤させた状態で空間に配置した円柱
又は円筒類の少なくとも一部の曲面を有する基材
の曲面に沿わせて張力をかけながら連続的に引取
ることにより所望シートの最終巾及び厚みに相当
する繊維分布量に対して100％以上単位繊維束を
押し拡げた後、（しかし、単位繊維束同士が接触
しないために200％未満の巾にすることが必要で
ある）各々の繊維束列を互に重ね合わせることに
より隙間のない繊維束シートが作成できる。又実
用的な繊維束の重ね合わせ方法としては、複数本
の繊維束を100％未満迄は、同一基材曲面に沿わ
せて押し拡げた後、単位繊維束を一ツ置きに取り
分け各々別の基材曲面か又は同一基材曲面の表裏
に沿わせて100％以上押し拡げた後、各々の繊維
束列を互に重ね合わせることも有効である。 又、上記様に溶剤中又は溶剤で湿潤させた状態
で原料繊維束に付着している集束剤を取り去つた
後、押し拡げられた繊維束が押し拡げられた状態
を保持させるために更に集束剤を溶解した溶液中
に浸漬したり、溶液を吹付けた後、充分に加熱乾
燥して溶剤を取除く、又は溶融樹脂を塗布するこ
とにより押し拡げられた繊維束シートを固定する
ことも本発明方法に含まれ極めて有効な結果をも
たらす。更に実用性を加味した有効な方法として
は、本発明方法の押し拡げ工程に用いる溶剤に集
束剤を予め溶解しておいた溶液を使用することで
ある。集束剤の溶解量は特に規定しないが概ね
20wt％以下の溶液が好ましい。 押し拡げられた繊維束シートを溶融樹脂で固着
させる方法は、例えば上部にドクターナイフと溶
融樹脂供給部を有する上部ロールと下から押えつ
ける下部ロールの２本からなる簡易な構造をもつ
熱ロールの間を通すことにより行なわれる。 これら集束剤によるシートの固着は、繊維束シ
ートの用途分野によつては行なわないこともある
が、一般的には、ある程度の固着化を行なつた方
が好ましい。 シート固着のための樹脂は、特に規定しないが
概ね繊維との重量比で10wt％以下が好ましく、
一般には繊維束シートの形状を保てる最少限量に
設定されることが多い。 固着のための樹脂溶液、あるいは溶融樹脂中
に、例えば繊維表面変性剤あるいは触媒成分など
を含有させてもよい。 猶、本発明方法を実施するにあたり用いられる
繊維束としては、単繊維が多数本集合してなる繊
維の束であつて連続した長繊維の束からなるヤー
ン又はトウ等が好ましい。例示すれば、ポリアミ
ド、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリ
ビニルアルコール他の有機繊維、芳香族ポリアミ
ド（例ケブラー（米デユポン社）他）、ポリフル
オロカーボン、フエノール樹脂（例カイノール
（米カーボランダム社）、ポリアミドイミド、ポリ
イミド他の有機耐熱性繊維、レーヨン他の天然繊
維、ガラス、窒化ホウ素、炭素（炭素質、黒鉛
質、耐炎質を含む）、窒化ケイ素、シリコンカー
バイド、アルミナ、ジルコニア、アスベスト他の
無機繊維、銅、タングステン合金、鉄、アルミニ
ウム、ステンレス他の金属繊維、ホウ素（芯線−
タングステン）、炭化ホウ素（芯線−タングステ
ン）、シリコンカーバイド（芯線−タングステン、
ホウ素）他の複合繊維等全ゆる繊維形状を有する
ものが含まれる。又、上記各種繊維のうち２種以
上組み合わせたものから構成される繊維束も使用
できる。 又、本発明方法に用いられる溶剤としてはアセ
トン、メチルエチルケトン他のケトン類、メチル
アルコール、エチルアルコール、イソプロピルア
ルコール他のアルコール類、酢酸エチル、メチル
セロソルブ、他のエステル類、エチルエーテル、
メチルイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラ
ン他のエーテル類、メチレンクロリド、クロロホ
ルム他のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシ
レン、ヘキサン、ヘプタン他の炭化水素類、ジメ
チルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメ
チルスルホキシド等から選ばれる１種又は２種以
上の混合溶剤が用いられる。 又、集束剤としてはエポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、ビニル樹脂、フエノール樹脂、及
び各種変性フエノール樹脂、メラミン樹脂及び各
種変性メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビ
ニルアルコール及びポリビニルブチラール樹脂、
ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、シリコ
ーン樹脂（各種シランカツプリング剤等を含む）、
ジアリルフタレート樹脂等の熱硬化性樹脂及び上
記の原料樹脂又は低分子量物が主として用いられ
る。更にポリスチレン、エチレン−酢酸ビニル共
重合体、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリ（メタ）
アクリル酸エステル、ポリアミド、ポリカーボネ
ート、ポリエステル、ポリエーテルスルホン、ポ
リフエニレンオキシド、ポリフエニレンスルフイ
ド等の熱可塑性樹脂及びこれらの低重合物を単独
又は前記熱硬化性樹脂と２種以上の混合物として
使用することも出来る。 猶、複数個互に一方向に並行して並べた繊維束
は最終押し拡げシート巾に相当する間隙に配置す
る為に植立した櫛状物を予め通過させて位置決め
を行なう方が好ましい。更に円柱又は円筒類の少
なくとも一部の曲面を有する基材としては中実及
び中空の円柱及び円筒であり、大径の円柱又は同
筒の曲面の一部を切り取つたものも用いられる。
材質は特に規定しないが繊維束との摩擦で極端に
変形及び摩耗せず、摩擦係数の小さいものを選定
することが好ましい。通常はステンレススチール
が用いられるが、テフロン樹脂他の合成樹脂張り
の金属、鉄、銅、他の金属基材、ガラス、アルミ
ナ、他の無機物基材等が挙げられる。径、個数、
組み合せ形式、空間配置は押し拡げ巾と繊維束の
損傷とのバランスから選定され一義的に決められ
ないが、弾性率の高い繊維束にはより大径の基材
を用い、基材の個数、組み合せ形式、空間配置は
繊維束と曲面との接触距離と引取り張力に依る基
材への押し付け力を考慮して選定することが望ま
しい。又基材が固定式であるか自由回転式である
か又は繊維束の進行方向に周速差を与えて駆動す
る形式、繊維束の進行方向又は進行方向に垂直な
方向に振動する形式であるかは押し拡げ効果（押
し拡げ巾と繊維束の損傷）に多大の影響をもたら
す。即ち、固定式では押し拡げ巾は大きくなるが
損傷も比較的大きくなり、自由回転式では損傷は
軽微になるが、押し拡げ巾が少ない。他の形式は
これに準じた結果となる。よつて本発明方法を実
施するに当つては上記効果を考慮して固定式、自
由回転式、駆動式、振動式を単独で或は２形式以
上を組み合せて用いることが望ましい。更に繊維
束の引取り張力及び引取り速度は繊維束の乱れが
起らない為に各々均一であることは言うまでもな
いが、押し拡げ効果との相関で選定される。 一方、押し拡げられた繊維束を乾燥する工程
は、極めて重要な工程である。押し拡げられた繊
維束シートが熱的な影響をうけて乱れる傾向をな
くすべく色々な工夫がなされる。その中の一つと
して収束剤として適量の樹脂で固着させるのは有
力な方法である。 特にこのシートがプリプレグシートとして用い
られる場合には押し拡げられた繊維束を充分に乾
燥し製作されたプリプレグ・シートに溶剤分が全
く残存しないことが必須となる。乾燥方法は特に
規定しないが、押し拡げられた繊維束の乱れ、毛
羽の発生を少なくし、引取り時、溶剤の凝集力に
より押し拡げ繊維束が再凝集するのを防ぐ為に送
風式よりも加熱基材に沿わせて乾燥する形式が好
ましい。 本発明により製造される繊維束シートは、一般
的には、離型紙上に沿わせて巻き取られるが、こ
の時、離型紙にサンドイツチにしてもよく離型紙
の代りにプラスチツクフイルムを使用してもよ
い。 又、用途によつてはある一定の長さに栽断する
こともありうる。 本発明方法の一実施態様は第１図の工程説明図
に示される通りである。複数本の繊維束を連続的
に供給する複数個のクリール２から張力を制御し
ながら繊維束１を供給し押し拡げ装置３を経て
後、乾燥装置４で充分に乾燥される。 一方張力をかけながら巻出された離型紙上に沿
わせて巻取り装置７で引取る。 押し拡げ繊維束シートの集束剤による固着の方
法としては、例えば (1) 繊維束の押し拡げ装置３の溶剤中に集束剤を
溶解しておく。 (2) 押し拡げ装置３の次に溶剤にとかした集束剤
の溶液槽を置きその液中に押拡げシートを通過
させる。あるいは、 (3) 乾燥装置４の次に溶融した集束剤を塗布する
簡単な熱ロールを挿入する。などがある。 第２図は押し拡げ工程の溶剤中又は溶剤で湿潤
させた状態で引取る工程を示した図であり、第２
図の１は溶剤中に浸漬した例を示し、第２図の２
は溶剤滴下装置８により繊維束列を均等に湿潤す
る方法の一例を示したものである。 第３図は空間に配置した円柱又は円筒類の少な
くとも一部の図面を有する基材に繊維束を沿わせ
る方法を例示したものである。無印の円は固定式
バーであり、矢印付の円は自由回転式又は駆動式
のローラを示す。 以上本発明方法を実施するにあたり各工程の主
たる例を挙げて説明したが上記方法の組み合せで
実施されることは言うまでもない。 猶、本発明方法は繊維束をシート状に予め押し
拡げ、充分に乾燥させる方法を示したもので一方
向引揃え繊維束シートの連続製作に有用であるば
かりでなく、一方向引揃えプリプレグ・シートお
よびそれを片面に配したシートモールデイング・
コンパウンド（SMC）用のシートの製作法及び
一方向引揃えプリプレグを幾重にも積層したもの
と考えられるプルトルージヨン法による丸棒、角
棒、異形棒の連続製作法への応用も充分に可能で
ある。又、一方向引揃えプリプレグ・シートの異
方性を解消する為の一方向引揃えプリプレグ・シ
ートを適当な角度をつけて積層した様な積層シー
ト類の製作及び此様な積層プリプレグ・シートの
製作へも容易に応用できる。 以下に本発明方法の具体的な実施例を示すが下
記方法のみに限定されないことは言うまでもな
い。 実施例 １ 6000フイラメントの炭素数維（引張束強度20.1
Kg／本、集束剤0.4wt％）のフイラメント・ヤー
ン12本を櫛を通して引揃える。引揃えたヤーンを
テトラヒドロフランを満した槽の中に導き、槽中
で繊維方向に直角で各々20mm間隔で平行に配置さ
れた固定バー（12mm直径、ステンレス・スチール
製）を交互にくぐらせて押し拡げる。次いで押し
拡げられたヤーン列をドラム・ドライヤー（300
mm直径、140℃加熱）の2/3周沿わせて乾燥し１又
は８ｍ／minで連続的に引取る。

【表】 比較例 １ 実施例１に使用したのと同一の炭素繊維をテト
ラヒドロフランを満した槽を使用せずに大気下に
繊維方向に直角で各々20mm間隔で平行に配置され
た固定バー（12mm直径、ステンレス・スチール
製）を交互にくぐらせて押し拡げながら１又は８
ｍ／minで連続的に引取る。

【表】 実施例 ２ 実施例１と同様に6000フイラメントの炭素繊維
（引張束強度20.1Kg／本、集束剤付着量0.4wt％）
のフイラント・ヤーン12本を8.2mmピツチの櫛を
通して引揃える。引揃えたヤーンをビスフエノー
ルＡとエピクロルヒドリンとの縮合物よりなるエ
ポキシ樹脂（住友化学社登録商標名スミエポキシ
ESA−011）を5wt％溶解したテトラヒドロフ
ランを満した槽の中に導き、槽中で、繊維方向に
直角で各々20cm間隔で平行に配置された５本の固
定バー（12mm直径、ステンレンス・スチール製）
を交互にくぐらせて押し拡げる。次いで隙間なく
押て拡げられたヤーン列をドラムドライヤー
（300mm直径、140℃加熱）の2/3周沿わせて乾燥し
引取張力差12Kg／で巾100mmの一方向引揃えシー
トを８ｍ／minの速度で引取ることにより連続引
揃えシート製作した。 この場合、乾燥したヤーン列を50cm間隔に６本
の自由回転ロール（40mm直径ステンレス・スチー
ル製）上を８ｍ／minの速度で走行させたがヤー
ン列の乱れは殆んど見られなく集束剤の効果が十
分に発揮されていることが伺われた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の引揃えプリプレグ・シートの
連続製造方法の一実施態様の工程説明図、第２〜
第３図は空間に配置した円柱又は円筒類の少なく
とも一部の曲面を有する押し拡げ工程の為の基材
及び繊維束の配置図を示す。 １……繊維束、２……クリール、３……押し拡
げ装置、４……乾燥装置、５……引取ローラー
（あるいは、集束剤付着装置兼用）、６……離型紙
巻出し機、７……巻取り装置、８……溶剤滴下装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数本互に一方向に並行して並べた繊維束を
   溶剤中又は溶剤で湿潤させた状態で円柱又は円筒
   類の少なくとも一部の曲面を有する基材の曲面に
   沿わせて張力をかけながら連続的に引取ることに
   より該繊維束を押し拡げる工程と、押し拡げられ
   た繊維束を乾燥する工程とを含むことを特徴とす
   る一方向引揃え繊維束シートの連続製造方法。