KR102253926B1

KR102253926B1 - 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법과 부분 분섬 섬유 다발, 및 부분 분섬 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료와 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR102253926B1
Application number: KR1020187037905A
Authority: KR
Inventors: 데츠야 모토하시; 다카후미 하시모토; 마사루 다테야마; 미츠키 후세; 아키히코 마츠이; 치아사 사토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2021-05-20
Also published as: CN109312505B; CA3023637A1; JPWO2017221658A1; KR20190017821A; US10907280B2; EP3476988A4; WO2017221658A1; EP3476988A1; US20190153632A1; MX2018013779A; CN109312505A; TW201807277A; JP7001998B2

Abstract

섬유 다발의 길이 방향을 따라서, 복수의 돌출부를 구비하는 분섬 수단을 섬유 다발에 찔러 넣어 분섬 처리부를 생성함과 함께, 분섬 수단을 섬유 다발로부터 발취하고, 다시 분섬 수단을 섬유 다발에 찔러 넣는, 복수의 다발로 분할된 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간을 교대로 형성하는 부분 분섬 처리 공정을 가지는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법으로서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 어느 타이밍에서, 사이징제를 부여하는 것을 특징으로 하는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법, 및 그것에 의해 얻어지는 부분 분섬 섬유 다발, 그리고 그것을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료와 그의 제조 방법. 성형 재료에 있어서 가는 다발의 섬유 다발과 굵은 다발의 섬유 다발을 최적의 상태에서 혼재시키는 것이 가능해져, 성형 시의 유동성과 성형품의 역학 특성을 양호한 밸런스로 발현시킬 수 있다.

Description

부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법과 부분 분섬 섬유 다발, 및 부분 분섬 섬유 다발을 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료와 그의 제조 방법

본 발명은, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법, 및 그것에 의해 얻어지는 부분 분섬 섬유 다발에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 분섬하는 것을 상정하지 않은, 단사수가 많은 저렴한 라지 토우를 포함하는 섬유 다발에, 복합 재료 성형에 사용되는 성형 재료 제작을 위해 최적인 형태의 부분 분섬 섬유 다발로 형성 가능한 특정한 부분 분섬 처리를 실시할 때, 적절한 타이밍에서 사이징제 부여(원래 섬유 다발에 사이징제가 부여되어 있는 경우에는 추가의 사이징제 부여가 된다.)를 행하도록 한 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법과 그것에 의해 얻어지는 부분 분섬 섬유 다발, 그리고 해당 부분 분섬 섬유 다발을 매트화하여 수지를 함침시킨 섬유 강화 수지 성형 재료와, 그것을 제작할 때까지의 일련의 공정을 구비한 제조 방법에 관한 것이다.

불연속 강화 섬유(예를 들어, 탄소 섬유)의 다발상 집합체(이하, 섬유 다발이라는 경우도 있다.)와 매트릭스 수지를 포함하는 성형 재료를 사용하여, 가열, 가압 성형에 의해, 원하는 형상의 성형품을 제조하는 기술은 널리 알려져 있다. 이러한 성형 재료에 있어서, 단사수가 많은 섬유 다발을 포함하는 성형 재료에서는 성형 시의 유동성은 우수하지만, 성형품의 역학 특성은 떨어지는 경향이 있다. 이에 대해, 성형 시의 유동성과 성형품의 역학 특성의 양립을 겨냥하여, 성형 재료 내의 섬유 다발로서, 임의의 단사수로 조정한 섬유 다발이 사용되고 있다.

섬유 다발의 단사수를 조정하는 방법으로서, 예를 들어 특허문헌 1, 2에는, 복수의 섬유 다발을 사전에 권취한 복수 섬유 다발 권취체를 사용하여, 분섬 처리를 행하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이들 방법은, 사전 처리의 섬유 다발의 단사수의 제약을 받기 때문에, 조정 범위가 한정되어, 원하는 단사수로 조정하기 어려운 것이었다.

또한, 예를 들어 특허문헌 3 내지 5에는, 원반상의 회전날을 사용하여 섬유 다발을 원하는 단사수로 세로 슬릿하는 방법이 개시되어 있다. 이들 방법은, 회전날의 피치를 변경함으로써 단사수의 조정이 가능하기는 하지만, 길이 방향 전체 길이에 걸쳐 세로 슬릿된 섬유 다발은 수속성이 없기 때문에, 세로 슬릿 후의 실을 보빈에 권취하거나, 권취한 보빈으로부터 섬유 다발을 권출하는 것과 같은 취급이 곤란해지기 쉽다. 또한, 세로 슬릿 후의 섬유 다발을 반송할 때에는, 세로 슬릿에 의해 발생한 지모(枝毛) 형상의 섬유 다발이, 가이드 롤이나 이송 롤 등에 감겨, 반송이 용이하지 않게 될 우려가 있다.

또한, 특허문헌 6에는, 섬유 방향에 평행한 세로 슬릿 기능이 있는 세로 날에 더하여, 섬유 방향에 수직인 가로 날을 가진 분섬 커터에 의해, 세로 슬릿과 동시에 섬유를 소정 길이로 절단하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법이면, 세로 슬릿 후의 섬유 다발을 일단 보빈에 권취하여 반송하는 것이 불필요해져, 취급성은 개선된다. 그러나, 분섬 커터는 세로 날과 가로 날을 구비하기 때문에, 한쪽 날이 먼저 절단 수명에 달하면, 날 전체를 교환해야만 하는 폐해가 발생하는 것이었다.

또한, 예를 들어 특허문헌 7, 8에는, 외주면에 복수의 돌기를 가지는 롤을 구비하고, 롤의 돌기를 섬유 다발에 압입하여 부분적으로 분섬시키도록 한 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법에서는, 기본적으로 롤의 주속과 섬유 다발의 반송 속도가 동기한 동일한 속도이기 때문에, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간의 길이 등의 제어를 할 수 없어, 최적 형태의 부분 분섬 섬유 다발을 얻는 것은 곤란하다.

또한, 특허문헌 9에는, 섬유 다발과 직교하는 방향으로 연장되는 모노 필라멘트에 의해, 섬유 다발 중에, 수지 함침 용이화를 위해 단속적으로 펴지는 유로를 형성하는 특수한 방법이 기재되어 있다. 그러나 이 방법은, 섬유 다발 중에 수지 함침 용이화를 위한 유로를 형성하는 기술에 관한 것이고, 라지 토우 등의 섬유 다발의 분섬과는 기본적으로 다른 기술이다.

일본 특허 공개 제2002-255448호 공보 일본 특허 공개 제2004-100132호 공보 일본 특허 공개 제2013-49208호 공보 일본 특허 공개 제2014-30913호 공보 일본 특허 제5512908호 공보 국제 공개 제2012/105080호 공보 일본 특허 공개 제2011-241494호 공보 미국 특허 공개 제2012/0213997A1호 공보 유럽 특허 공개 제2687356A1호 공보

상술한 바와 같이, 성형 시의 유동성과 성형품의 역학 특성을 양립시키기 위해서는, 임의의 최적인 단사수로 조정된 섬유 다발이 필요하다. 또한, 라지 토우를 포함하는 섬유 다발을 예를 들어 최적인 단사수의 가는 다발의 섬유 다발로 분섬할 수 있었다고 해도, 어떠한 원인으로 분섬된 섬유 다발이 재응집되는 경우가 있고, 재응집되면, 최적인 단사수로 조정된 섬유 다발의 형태를 유지하는 것이 곤란해진다. 최적인 단사수로 조정된 섬유 다발의 형태로 유지할 수 없으면, 해당 분섬 섬유 다발을 절단/살포하고, 수지를 함침시킴으로써 얻어지는 섬유 강화 수지 성형 재료로 할 때, 최적인 형태의 성형 재료로 하는 것이 곤란해지고, 성형 시의 유동성과 성형품의 역학 특성을 양호한 밸런스로 발현시키는 것이 곤란해진다.

또한, 상기한 바와 같이 섬유 다발의 분섬이 적절하게 행해지지 않으면, 해당 분섬 섬유 다발을 절단/살포하고, 수지를 함침시킴으로써 얻어지는 섬유 강화 수지 성형 재료로 할 때, 절단을 위해 해당 분섬 섬유 다발을 보빈 등으로부터 권출할 때에 안정된 권출이 곤란해지거나, 반송 롤러나 절단날로의 권취가 발생하거나 하는 등의 문제가 발생할 우려가 있다.

그래서, 본 발명의 과제는, 복합 재료 성형에 사용되는 성형 재료 제작을 위해 최적인 단사수의 섬유 다발을 형성 가능한 특정한 부분 분섬 처리를 실시함과 함께, 제작되는 부분 분섬 섬유 다발에 부적절한 재응집 등이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 또한 부분 분섬 섬유 다발을 절단 등의 처리에 제공하는 경우도 우수한 공정 안정성이 얻어져, 생산성의 향상이 가능한 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 하나의 과제는, 상기 제조 방법에 의해 얻어지는 부분 분섬 섬유 다발을 매트화하여 수지를 함침시킨 섬유 강화 수지 성형 재료와, 그것을 제작할 때까지의 일련의 공정을 구비한 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 갖는다.

(1) 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발을 길이 방향을 따라서 주행시키면서, 복수의 돌출부를 구비하는 분섬 수단을 상기 섬유 다발에 찔러 넣어 분섬 처리부를 생성함과 함께, 적어도 하나의 상기 분섬 처리부에 있어서의 상기 돌출부와의 접촉부에 상기 단사가 교락되는 락합부를 형성하고, 그런 후에 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발로부터 발취하고, 상기 락합부를 포함하는 락합 축적부를 경과한 후, 다시 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발에 찔러 넣는, 복수의 다발로 분할된 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간을 교대로 형성하는 부분 분섬 처리 공정을 가지는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법으로서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 어느 타이밍에서, 사이징제를 부여하는 것을 특징으로 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법. 또한, 원래 섬유 다발에 사이징제가 부여되어 있는 경우에는 추가의 사이징제 부여가 된다. 이하의 방법에 있어서도, 동일하다.

(2) 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발에 복수의 돌출부를 구비하는 분섬 수단을 상기 섬유 다발에 찔러 넣어, 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발의 길이 방향을 따라서 주행시키면서 분섬 처리부를 생성함과 함께, 적어도 하나의 상기 분섬 처리부에 있어서의 상기 돌출부와의 접촉부에 상기 단사가 교락되는 락합부를 형성하고, 그런 후에 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발로부터 발취하고, 상기 락합부를 포함하는 락합 축적부를 경과하는 위치까지 상기 분섬 수단을 주행시킨 후, 다시 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발에 찔러 넣는, 복수의 다발로 분할된 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간을 교대로 형성하는 부분 분섬 처리 공정을 가지는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법으로서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 어느 타이밍에서, 사이징제를 부여하는 것을 특징으로 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.

(3) 상기 섬유 다발의 폭을 확폭하고 나서 해당 섬유 다발을 상기 부분 분섬 처리 공정에 공급하는 것을 특징으로 하는, (1) 또는 (2)에 기재된 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.

(4) 상기 폭을 확폭한 섬유 다발에 사이징제를 부여하고 나서, 해당 섬유 다발을 상기 부분 분섬 처리 공정에 공급하는 것을 특징으로 하는, (3)에 기재된 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.

(5) 상기 사이징제의 부여 처리가 적어도 하기 공정 [1], [2]를 가지고, 각각의 공정을 개별로 임의의 타이밍에서 행하는 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.

[1] 사이징제의 도포 공정

[2] 건조 공정

(6) 상기 공정 [1]을 거쳐서 건조 전의 섬유 다발의 폭을 확폭하고, 확폭된 섬유 다발을 상기 공정 [2]에 제공하고, 사이징제의 부여 처리 및 확폭 처리 완료된 섬유 다발을, 상기 부분 분섬 처리 공정에 공급하는 것을 특징으로 하는, (5)에 기재된 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.

(7) (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 부분 분섬 섬유 다발.

(8) (7)에 기재된 부분 분섬 섬유 다발을 절단·살포하여 얻어지는 강화 섬유 매트와, 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료.

(9) 상기 매트릭스 수지가 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는, (8)에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

(10) 상기 섬유 강화 수지 성형 재료가 시트 몰딩 컴파운드인 것을 특징으로 하는, (8) 또는 (9)에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료.

(11) (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법으로서, 적어도 하기 공정 [A] 내지 [C]를 가지는 것을 특징으로 하는, 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.

[A] 복수의 단사를 포함하는 강화 섬유 다발의 길이 방향을 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리부와 미분섬 처리부를 교대로 형성하여 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발을 얻는 공정이며, 상기 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정에 있어서의 어느 타이밍에서 사이징제를 부여하는 부분 분섬 공정.

[B] 상기 부분 분섬 섬유 다발을 절단하여 살포하고, 강화 섬유 매트를 얻는 매트화 공정.

[C] 상기 강화 섬유 매트에 매트릭스 수지를 함침시키는 수지 함침 공정.

(12) 적어도 상기 공정 [A] 내지 [C]를 하나의 프로세스 내에서 연속적으로 행하는 것을 특징으로 하는, (11)에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.

(13) 상기 공정 [B]에 있어서는, 부분 분섬 섬유 다발을 그의 길이 방향에 대하여, 각도 θ(0<θ<90°)로 절단하는 것을 특징으로 하는, (11) 또는 (12)에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.

본 발명에 따른 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 의하면, 섬유 다발을 주행시키면서 분섬하거나, 또는 분섬 수단을 주행시키면서 분섬하는, 특정한 최적인 부분 분섬 처리를 실시하는, 특정한 부분 분섬 섬유 다발의 제조에 있어서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 어느 타이밍에서, 사이징제를 부여하도록 하였으므로, 최적인 부분 분섬 처리가 실시된 부분 분섬 섬유 다발에 재응집이 일어나지 않도록 할 수 있어, 최적인 부분 분섬 처리 상태를 유지하는 것이 가능해진다. 그 결과, 최적인 부분 분섬 처리 상태로 유지된 부분 분섬 섬유 다발을 절단/살포하고, 수지를 함침시킴으로써 얻어지는 섬유 강화 수지 성형 재료로 하였을 때, 가는 다발의 섬유 다발과 굵은 다발의 섬유 다발을 최적인 비율의 범위 내에서 혼재시키는 것이 가능해지고, 그것에 의해 성형 시의 유동성과 성형품의 역학 특성을 양호한 밸런스로 발현시킬 수 있다.

또한, 상기 부분 분섬 섬유 다발을 예를 들어 커터로 절단할 때, 보빈으로부터의 권출성의 향상, 닙 롤러, 커터날로의 권취 저감과 같은 효과가 얻어져, 생산성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 절단된 섬유 다발이 깨지거나 단사 분산되는 것을 억제할 수 있어, 소정의 다발 형태로의 유지성이 향상된다. 이에 의해, 절단된 섬유 다발이 살포된 매트 내에서 섬유 다발이 면 배향되기 때문에, 더욱 역학 특성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 채용하는 특정한 최적인 부분 분섬 처리에 의하면, 섬유 다발을 연속해서 안정적으로 슬릿 가능하며, 최적인 형태의 부분 분섬 섬유 다발을 용이하게 효율적으로 제조할 수 있다. 특히, 꼬임이 포함되는 섬유 다발이나, 라지 토우의 단사수가 많은 섬유 다발이어도, 회전날의 교환 수명을 신경쓰지 않고, 연속된 슬릿 처리를 가능하게 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법을 제공할 수 있다. 또한, 저렴한 라지 토우의 연속 슬릿 처리가 가능해져, 성형품의 재료 비용, 제조 비용의 저감을 도모하는 것도 가능해진다.

또한, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료에 의하면, 상기와 같은 성형 시의 유동성과 성형품의 역학 특성을 양호한 밸런스로 발현할 수 있는 부분 분섬 섬유 다발을 절단·살포하여 얻어지는 강화 섬유 매트와, 매트릭스 수지를 포함하므로, 성형 시에도 가는 다발의 섬유 다발과 굵은 다발의 섬유 다발을 최적인 범위 내의 비율이나 최적인 분포 상태에서 혼재시킬 수 있고, 확실하게 성형 시의 유동성과 성형품의 역학 특성을 양호한 밸런스로 발현시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법에 의하면, 일련의 공정 [A] 내지 [C]를 하나의 프로세스에서 연속적으로 행하는 것이 가능해지고, 효율적이며 원활하게 게다가 우수한 생산성으로 원하는 섬유 강화 수지 성형 재료를 제조할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 있어서의 부분 분섬 처리를 섬유 다발에 실시한 부분 분섬 섬유 다발의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.
도 2는 주행하는 섬유 다발에 분섬 수단을 찔러 넣는 일례를 나타내는 (A) 개략 평면도와 (B) 개략 측면도이다.
도 3은 섬유 다발에 이동하는 분섬 수단을 찔러 넣는 이동 사이클의 일례를 나타내는 (A) 개략 평면도와 (B) 개략 측면도이다.
도 4는 섬유 다발에 이동하는 분섬 수단을 찔러 넣는 이동 사이클의 다른 예를 나타내는 개요 설명도이다.
도 5는 회전 분섬 수단을 찔러 넣는 이동 사이클의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명에 따른 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서의 사이징제 부여 공정의 타이밍 예를 나타내는 공정도이다.
도 7은 본 발명에 따른 섬유 다발 확폭 공정을 포함하는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서의 사이징제 부여 공정의 타이밍 예를 나타내는 공정도이다.
도 8은 본 발명에 따른 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서의, 사이징제 도포 공정과 건조 공정을 포함하는 사이징제 부여 공정의 타이밍 예를 나타내는 공정도이다.
도 9는 본 발명에 따른 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서의, 사이징제 도포 공정과 건조 공정을 포함하는 사이징제 부여 공정의 다른 타이밍 예를 나타내는 공정도이다.
도 10은 본 발명에 따른 섬유 다발 확폭 공정을 포함하는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서의, 사이징제 도포 공정과 건조 공정을 포함하는 사이징제 부여 공정의 타이밍 예를 나타내는 공정도이다.
도 11은 본 발명에 따른 섬유 다발 확폭 공정을 포함하는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서의, 사이징제 도포 공정과 건조 공정을 포함하는 사이징제 부여 공정의 다른 타이밍 예를 나타내는 공정도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법을 나타내는 개략 구성도이다.
도 13은 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발을 그의 길이 방향에 대하여 비스듬히 절단하는 경우의 일례를 나타내는 개략 사시도이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명은 당해 도면의 양태에 전혀 한정되는 것은 아니다.

먼저, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 발명에 있어서의 섬유 다발로 분섬 처리를 실시한 부분 분섬 섬유 다발의 일례를 나타내고, 도 2는, 그 분섬 처리의 일례를 나타내고 있다. 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 대해서, 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2는, 주행하는 섬유 다발에 분섬 수단을 찔러 넣은 일례를 나타내는 (A) 개략 평면도, (B) 개략 측면도이다. 도면 중의 섬유 다발 주행 방향 A(화살표)가 섬유 다발(100)의 길이 방향이며, 도시되지 않는 섬유 다발 공급 장치로부터 연속적으로 섬유 다발(100)이 공급되고 있음을 나타낸다.

분섬 수단(200)은, 섬유 다발(100)에 찔러 넣기 쉬운 돌출 형상을 가지는 돌출부(210)를 구비하고 있으며, 주행하는 섬유 다발(100)에 찔러 넣어, 섬유 다발(100)의 길이 방향으로 대략 평행한 분섬 처리부(150)를 생성한다. 여기서, 분섬 수단(200)은, 섬유 다발(100)의 측면을 따르는 방향으로 찔러 넣는 것이 바람직하다. 섬유 다발의 측면이란, 섬유 다발의 단면이, 가로로 긴 타원 또는 가로로 긴 직사각형과 같은 편평 형상인 것으로 한 경우의 단면 단부에 있어서의 수직 방향의 면(예를 들어, 도 2에 나타내는 섬유 다발(100)의 측 표면에 상당함)이다. 또한, 구비하는 돌출부(210)는, 하나의 분섬 수단(200)에 대해서 1개여도 되고, 또한 복수여도 된다. 하나의 분섬 수단(200)에서 돌출부(210)가 복수인 경우, 돌출부(210)의 마모 빈도가 줄어드는 점에서, 교환 빈도를 저감시키는 것도 가능해진다. 또한, 분섬하는 섬유 다발수에 따라서, 복수의 분섬 수단(200)을 동시에 사용하는 것도 가능하다. 복수의 분섬 수단(200)을 병렬, 엇갈림, 위상을 어긋나게 하거나 하여, 복수의 돌출부(210)를 임의로 배치할 수 있다.

복수의 단사를 포함하는 섬유 다발(100)을 분섬 수단(200)에 의해 개수가 보다 적은 분섬 다발로 나누어 가는 경우, 복수의 단사는, 실질적으로 섬유 다발(100) 내에서 정렬된 상태가 아니라, 단사 레벨에서는 교락되어 있는 부분이 많기 때문에, 분섬 처리 중에 접촉부(211) 부근에 단사가 교락되는 락합부(160)을 형성하는 경우가 있다.

여기서, 락합부(160)을 형성한다는 것은, 예를 들어 분섬 처리 구간 내에 미리 존재하고 있던 단사끼리의 교락을 분섬 수단(200)에 의해 접촉부(211)에 형성(이동)시키는 경우나, 분섬 수단(200)에 의해 새롭게 단사가 교락된 집합체를 형성(제조)시키는 경우 등을 들 수 있다.

임의의 범위에 분섬 처리부(150)를 생성한 후, 분섬 수단(200)을 섬유 다발(100)로부터 발취한다. 이 발취에 의해 분섬 처리가 실시된 분섬 처리 구간(110)이 생성되고, 그와 동시에 상기와 같이 생성된 락합부(160)가 분섬 처리 구간(110)의 단부 부위에 축적되고, 락합부(160)가 축적된 락합 축적부(120)가 생성된다. 또한, 분섬 처리 중에 섬유 다발로부터 발생한 보풀은 보풀 집합소(140)로서 분섬 처리 시에 락합 축적부(120) 부근에 생성된다.

그 후 다시 분섬 수단(200)을 섬유 다발(100)에 찔러 넣음으로써, 미분섬 처리 구간(130)이 생성되고, 섬유 다발(100)의 길이 방향을 따라서, 분섬 처리 구간(110)과 미분섬 처리 구간(130)이 교대로 배치되어 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발(180)이 형성된다. 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발(180)에서는, 미분섬 처리 구간(130)의 함유율이 3％ 이상 50％ 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 미분섬 처리 구간(130)의 함유율이란, 섬유 다발(100)의 단위 길이에 있어서의 미분섬 처리 구간(130)의 합계 생성 길이의 비율로서 정의한다. 미분섬 처리 구간(130)의 함유율이 3％ 미만이면, 부분 분섬 섬유 다발(180)을 절단/살포하여, 불연속 섬유의 섬유 다발의 중간 기재로서 성형에 사용할 때의 유동성이 부족해지고, 50％를 초과하면 그것을 사용하여 성형한 성형품의 역학 특성이 저하된다.

또한, 개개의 구간의 길이로서는, 상기 분섬 처리 구간(110)의 길이가 30mm 이상 1500mm 이하인 것이 바람직하고, 상기 미분섬 처리 구간(130)의 길이가 1mm 이상 150mm 이하인 것이 바람직하다.

섬유 다발(100)의 주행 속도는 변동이 적은 안정된 속도가 바람직하고, 일정한 속도가 보다 바람직하다.

분섬 수단(200)은, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위라면 특별히 제한이 없고, 금속제의 바늘이나 얇은 플레이트 등의 예리한 형상과 같은 형상을 구비한 것이 바람직하다. 분섬 수단(200)은, 분섬 처리를 행하는 섬유 다발(100)의 폭 방향에 대하여 복수의 분섬 수단(200)을 설치하는 것이 바람직하고, 분섬 수단(200)의 수는, 분섬 처리를 행하는 섬유 다발(100)의 구성 단사 개수 F(개)에 의해 임의로 선택할 수 있다. 분섬 수단(200)의 수는, 섬유 다발(100)의 폭 방향에 대하여 (F/10000-1)개 이상 (F/50-1)개 미만으로 하는 것이 바람직하다. (F/10000-1)개 미만이면, 후속 공정에서 강화 섬유 복합 재료로 하였을 때에 역학 특성의 향상이 발현되기 어렵고, (F/50-1)개 이상이면, 분섬 처리 시에 실 끊어짐이나 보풀 일어남의 우려가 있다.

본 발명에 있어서 사용하는 섬유 다발(100)은, 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발이면 섬유 종류는 특별히 한정되는 것은 아니다. 이 중, 강화 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 그 중에서도 탄소 섬유, 아라미드 섬유 및 유리 섬유로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 이들은 단독으로 사용해도 되고 2종류 이상을 병용할 수도 있다. 그 중에서도 탄소 섬유는, 경량이며 또한 강도가 우수한 복합 재료를 제공하는 것이 가능해지므로, 특히 적합하다. 탄소 섬유로서는 PAN계, 피치계 중 어느 것이어도 되고, 그의 평균 섬유 직경은 3 내지 12㎛가 바람직하고, 6 내지 9㎛가 보다 바람직하다.

탄소 섬유의 경우에는, 통상적으로 연속 섬유를 포함하는 단사가 3000 내지 60000개 정도 집속된 섬유 다발을, 보빈에 권취한 권사체(패키지)로서 공급된다. 섬유 다발은 꼬임이 없는 것이 바람직하지만, 꼬임이 들어 있는 스트랜드여도 사용 가능하고, 반송 중에 꼬임이 생겨도, 본 발명에는 적용 가능하다. 단사수에도 제약은 없고, 단사수가 많은, 소위 라지 토우를 사용하는 경우에는, 섬유 다발의 단위 중량당 가격은 저렴하기 때문에, 단사수가 많을수록, 최종 제품의 비용을 저감시킬 수 있어 바람직하다. 또한, 라지 토우로서, 섬유 다발끼리를 하나의 다발로 통합하여 권취한, 소위 합사한 형태를 사용해도 된다.

강화 섬유를 사용할 때는, 강화 섬유 복합 재료로 할 때의 매트릭스 수지와의 접착성을 향상시키는 등의 목적으로 표면 처리되어 있는 것이 바람직하다. 표면 처리의 방법으로서는, 전해 처리, 오존 처리, 자외선 처리 등이 있다. 또한, 강화 섬유의 보풀 일어남을 방지하거나, 강화 섬유 스트랜드의 수속성을 향상시키거나, 매트릭스 수지와의 접착성을 향상시키는 등의 목적으로 사이징제가 부여되어 있어도 상관없다. 단, 이 사이징제의 부여는, 후술하는, 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 어느 타이밍에서 행해지는 사이징제의 부여와는 다른 공정에서 행해지는 것이다. 사이징제로서는 특별히 한정되지 않지만, 에폭시기, 우레탄기, 아미노기, 카르복실기 등의 관능기를 가지는 화합물을 사용할 수 있고, 이들은 1종 또는 2종 이상을 병용해도 된다. 후술하는 본 발명에 있어서의 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 어느 타이밍에서 부여되는 사이징제에 대해서도, 동등한 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서 사용하는 섬유 다발은, 미리 집속된 상태인 것이 바람직하다. 여기에서 미리 집속된 상태란, 예를 들어 섬유 다발을 구성하는 단사끼리의 교락에 의해 집속된 상태나, 섬유 다발에 부여된 사이징제에 의해 집속된 상태, 섬유 다발의 제조 공정에서 함유되어 이루어지는 꼬임에 의해 집속된 상태를 가리킨다.

본 발명에서는, 섬유 다발이 주행하는 경우에 한정되지 않고, 도 3에 도시한 바와 같이, 정지 상태의 섬유 다발(100)에 대하여, 분섬 수단(200)을 찔러 넣고(화살표 (1)), 그 후, 분섬 수단(200)을 섬유 다발(100)을 따라서 주행(화살표 (2))시키면서 분섬 처리부(150)를 생성하고, 그 후, 분섬 수단(200)을 발취하는(화살표 (3)) 방법이어도 된다. 그 후에는 도 4의 (A)에 나타내는 바와 같이, 정지하고 있던 섬유 다발(100)을 화살표 (3), (4)로 나타내는 타이밍에서 일정 거리 이동시킨 후에, 분섬 수단(200)을 원래 위치(화살표 (4))로 되돌려도 되고, 도 4의 (B)에 나타내는 바와 같이, 섬유 다발(100)은 이동시키지 않고, 분섬 수단(200)이 락합 축적부(120)를 경과할 때까지 이동(화살표 (4))시켜도 된다.

섬유 다발(100)을 일정 거리 이동시키면서 분섬 처리를 행하는 경우에는, 도 3의 (B) 또는 도 4의 (A)에 나타내는 바와 같이, 분섬 수단(200)을 찔러 넣은 분섬 처리 시간(화살표 (2)로 나타내는 동작의 시간)과, 분섬 수단(200)을 발취하여, 다시 섬유 다발에 찔러 넣을 때까지의 시간(화살표 (3), (4), (1)로 나타내는 동작의 시간)이, 제어되는 것이 바람직하다. 이 경우, 분섬 수단(200)의 이동 방향은 도의 (1) 내지 (4)의 반복이 된다.

또한, 섬유 다발(100)은 이동시키지 않고, 분섬 수단(200)이 락합 축적부(120)를 경과할 때까지 분섬 수단(200)을 이동시키면서 분섬 처리를 행하는 경우에는, 도 4의 (B)에 나타내는 바와 같이, 분섬 수단을 찔러 넣는 분섬 처리 시간(화살표 (2) 또는 화살표 (6)으로 나타내는 동작의 시간)과, 분섬 수단(200)을 발취하여, 다시 섬유 다발에 찔러 넣을 때까지의 시간(화살표 (3), (4), (5) 또는 화살표 (3), (4), (1)로 나타내는 동작의 시간)이, 제어되는 것이 바람직하다. 이 경우에도, 분섬 수단(200)의 이동 방향은 도의 (1) 내지 (4)의 반복이 된다.

이와 같이, 분섬 수단(200)에 의해, 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간이 교대로 형성되고, 미분섬 처리 구간이 섬유 다발의 단위 길이에 대하여 소정 범위 내의 비율이 되게 부분 분섬 섬유 다발이 제조된다.

또한, 섬유 다발(100)을 구성하는 단사의 교락 상태에 따라서는, 임의 길이의 미분섬 처리 구간을 확보(예를 들어 도 2에 있어서, 분섬 처리 구간(110)을 처리 후, 일정 길이의 미분섬 처리 구간(130)을 확보한 후에 다음 분섬 처리부(150)를 처리함)하지 않고, 분섬 처리 구간의 종단부 근방으로부터, 이어서 분섬 처리를 재개할 수도 있다. 예를 들어, 도 4의 (A)에 나타내는 바와 같이, 섬유 다발(100)을 간헐적으로 이동시키면서 분섬 처리를 행하는 경우에는, 분섬 수단(200)이 분섬 처리를 행한(화살표 (2)) 후, 섬유 다발(100)의 이동 길이를, 직전에 분섬 처리한 길이보다 짧게 함으로써, 다시 분섬 수단(200)을 찔러 넣는 위치(화살표 (1))가, 직전에 분섬 처리한 분섬 처리 구간에 겹칠 수 있다. 한편, 도 4의 (B)에 나타내는 바와 같이 분섬 수단(200) 자체를 이동시키면서 분섬 처리를 행하는 경우에는, 일단, 분섬 수단(200)을 발취한 후(화살표 (3)), 일정 길이를 이동시키지(화살표 (4)) 않고, 다시 분섬 수단(200)을 섬유 다발에 찔러 넣을(화살표 (5)) 수 있다.

이러한 분섬 처리는, 섬유 다발(100)을 구성하는 복수의 단사끼리가 교락되어 있는 경우, 섬유 다발 내에서 단사가 실질적으로 정렬된 상태는 아니기 때문에, 섬유 다발(100)의 폭 방향에 대하여, 이미 분섬 처리된 위치나, 분섬 수단(200)을 발취한 개소와 동일한 위치에 다시 분섬 수단(200)을 찔러 넣어도, 단사 레벨에서 찔러 넣는 위치가 어긋나기 쉽고, 직전에 형성된 분섬 처리 구간과는 분섬된 상태(공극)가 연속되지 않고, 개개의 분섬 처리 구간으로서 존재시킬 수 있다.

분섬 처리 1회당 분섬하는 분섬 처리 구간의 길이(분섬 거리(170))는, 분섬 처리를 행하는 섬유 다발의 단사 교락 상태에 따라서도 다르지만, 30mm 이상 1500mm 미만이 바람직하다. 30mm 미만이면 분섬 처리의 효과가 불충분하고, 1500mm 이상이 되면 강화 섬유 다발에 따라서는 실 끊어짐이나 보풀 일어남의 우려가 있다.

또한, 분섬 수단(200)이 복수 설치되는 경우에는, 교대로 형성되는 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간을, 섬유 다발의 폭 방향에 대하여, 대략 평행하게 복수 설치할 수도 있다. 이 때, 전술한 바와 같이, 복수의 분섬 수단(200)을 병렬, 엇갈림, 위상을 어긋나게 하거나 하여, 복수의 돌출부(210)를 임의로 배치할 수 있다.

또한 추가로, 복수의 돌출부(210)를 독립적으로 제어할 수도 있다. 상세한 것은 후술하지만, 분섬 처리에 소요되는 시간이나, 돌출부(210)가 검지하는 압박력에 의해, 개개의 돌출부(210)가 독립적으로 분섬 처리하는 것도 바람직하다.

어느 경우에도, 섬유 다발 주행 방향 상류측에 배치한, 섬유 다발을 권출하는 권출 장치(도시하지 않음) 등으로부터 섬유 다발을 권출한다. 섬유 다발의 권출 방향은, 보빈의 회전축과 수직으로 교차하는 방향으로 인출하는 횡출 방식이나, 보빈(지관)의 회전축과 동일한 방향으로 인출하는 종출 방식을 생각할 수 있지만, 해제 꼬임이 적은 것을 감안하면 횡출 방식이 바람직하다.

또한, 권출 시의 보빈의 설치 자세에 대해서는, 임의의 방향으로 설치할 수 있다. 그 중에서도, 크릴에 보빈을 찌른 상태에 있어서, 크릴 회전축 고정면이 아닌 측의 보빈의 단부면이 수평 방향 이외의 방향을 향한 상태에서 설치하는 경우에는, 섬유 다발에 일정한 장력이 가해진 상태에서 유지되는 것이 바람직하다. 섬유 다발에 일정한 장력이 없을 경우에는, 섬유 다발이 패키지(보빈에 섬유 다발이 권취된 권체)로부터 어긋나 떨어져 패키지로부터 이격되거나, 또는 패키지로부터 이격된 섬유 다발이 크릴 회전축에 감김으로써, 권출이 곤란해지는 것을 생각할 수 있다.

또한, 권출 패키지의 회전축 고정 방법으로서는, 크릴을 사용하는 방법 외에도, 평행하게 배열된 2개의 롤러 상에, 롤러와 평행하게 패키지를 적재하고, 배열된 롤러 상에서 패키지를 굴리도록 하여, 섬유 다발을 권출하는 서피스 권출 방식도 적용 가능하다.

또한, 크릴을 사용한 권출의 경우, 크릴에 벨트를 걸어, 그의 한쪽을 고정시키고, 다른 한쪽에 추를 매달아, 스프링으로 인장하거나 하여, 크릴에 브레이크를 거는 것으로, 권출 섬유 다발에 장력을 부여하는 방법을 생각할 수 있다. 이 경우, 감기 직경에 따라서, 브레이크력을 가변시키는 것이, 장력을 안정시키는 수단으로서 유효하다.

또한, 분섬 후의 단사 개수의 조정에는, 섬유 다발의 폭을 확폭하는 방법과, 섬유 다발의 폭 방향으로 배열하여 배치한 복수의 분섬 수단의 피치에 의해 조정이 가능하다. 분섬 수단의 피치를 작게 하고, 섬유 다발 폭 방향으로 보다 많은 분섬 수단을 설치함으로써, 보다 단사 개수가 적은, 소위 가는 다발로 분섬 처리가 가능해진다. 또한, 분섬 수단의 피치를 좁히지 않고도, 분섬 처리를 행하기 전에 섬유 다발의 폭을 확폭하고, 확폭한 섬유 다발을 보다 많은 분섬 수단으로 분섬함으로써도, 단사 개수의 조정이 가능하다.

여기서 확폭이란, 섬유 다발(100)의 폭을 넓히는 처리를 의미한다. 확폭 처리 방법으로서는 특별히 제한이 없고, 진동 롤을 통과시키는 진동 확폭법, 압축한 공기를 분사하는 에어 확폭법 등이 바람직하다.

본 발명에서는 분섬 수단(200)의 찔러 넣기와 발취를 반복하여 분섬 처리부(150)를 형성한다. 그 때, 다시 찔러 넣는 타이밍은, 분섬 수단(200)을 발취한 후의 경과 시간으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 다시 발취하는 타이밍도, 분섬 수단(200)을 찔러 넣은 후의 경과 시간으로 설정하는 것이 바람직하다. 찔러 넣기 및/또는 발취의 타이밍을 시간으로 설정함으로써, 소정 거리 간격의 분섬 처리 구간(110) 및 미분섬 처리 구간(130)을 생성하는 것이 가능해지고, 분섬 처리 구간(110)과 미분섬 처리 구간(130)의 비율도 임의로 결정하는 것이 가능해진다. 또한, 소정 시간 간격은 상시 동일해도 되지만, 분섬 처리를 진행시킨 거리에 따라서 길게 해가거나 또는 짧게 해가는 것이나, 그 때마다의 섬유 다발의 상태에 따라서, 예를 들어 섬유 다발이 원래 가지고 있는 보풀이나 단사의 교락이 적은 경우에는, 소정 시간 간격을 짧게 하는 등, 상황에 따라서 변화시켜도 된다.

섬유 다발(100)에 분섬 수단(200)을 찔러 넣으면, 분섬 처리의 경과에 따라서, 생성되는 락합부(160)가 돌출부(210)를 계속 누르기 때문에, 분섬 수단(200)은 락합부(160)로부터 압박력을 받는다.

전술한 바와 같이, 복수의 단사는 실질적으로 섬유 다발(100) 내에서 정렬된 상태가 아니라, 단사 레벨에서 교락되어 있는 부분이 많으며, 또한 섬유 다발(100)의 길이 방향에 있어서는, 교락이 많은 개소와 적은 개소가 존재하는 경우가 있다. 단사 교락이 많은 개소는 분섬 처리 시의 압박력의 상승이 빨라지고, 반대로, 단사 교락이 적은 개소는 압박력의 상승이 느려진다. 따라서, 본 발명의 분섬 수단(200)에는, 섬유 다발(100)로부터의 압박력을 검지하는 압박력 검지 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 분섬 수단(200)의 전후에서 섬유 다발(100)의 장력이 변화되는 경우가 있기 때문에, 분섬 수단(200)의 부근에는 섬유 다발(100)의 장력을 검지하는 장력 검지 수단을 적어도 하나 구비해도 되고, 복수 구비하여 장력차를 연산해도 된다. 이들 압박력, 장력, 장력차의 검지 수단은, 개별로 구비할 수도 있고, 임의의 것을 조합하여 설치할 수도 있다. 여기서, 장력을 검지하는 장력 검지 수단은, 분섬 수단(200)으로부터 섬유 다발(100)의 길이 방향을 따라서 전후의 적어도 한쪽 10 내지 1000mm 이격된 범위에 배치하는 것이 바람직하다.

이들 압박력, 장력, 장력차는, 검출한 값에 따라서 분섬 수단(200)의 발출을 제어하는 것이 바람직하다. 검출한 값의 상승에 수반하여, 임의로 설정한 상한값을 초과한 경우에 분섬 수단(200)을 발출하도록 제어하는 것이 더욱 바람직하다. 상한값은, 압박력, 장력의 경우에는 0.01 내지 1N/mm의 범위, 장력차는 0.01 내지 0.8N/mm의 범위에서 상한값을 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 상한값은, 섬유 다발의 상태에 따라서 ±10％의 폭으로 변동시켜도 된다. 여기서, 압박력, 장력, 장력차의 단위(N/mm)는 섬유 다발(100)의 폭당 작용하는 힘을 나타낸다.

압박력, 장력, 장력차의 상한값 범위를 하회하면, 분섬 수단(200)을 찔러 넣고 즉시, 분섬 수단(200)을 발취하는 압박력이나 장력, 장력차에 도달하기 때문에, 충분한 분섬 거리가 떨어지지 않고, 분섬 처리 구간(110)이 너무 짧아져, 본 발명에서 얻고자 하는 분섬 처리가 실시된 섬유 다발이 얻어지지 않게 된다. 한편, 상한값의 범위를 상회하면, 분섬 수단(200)을 찔러 넣은 후, 분섬 수단(200)을 발취하는 압박력이나 장력, 장력차에 도달하기 전에 섬유 다발(100)에 단사의 절단이 증가하기 때문에, 분섬 처리가 실시된 섬유 다발이 지모 형상으로 튀어나오는 것이나, 발생하는 보풀이 증가하는 등의 문제가 발생하기 쉬워진다. 튀어나온 지모는, 반송 중의 롤에 감기거나, 보풀은 구동 롤에 퇴적되어 섬유 다발에 미끄럼을 발생시키거나 하는 등, 반송 불량을 발생시키기 쉽게 한다.

분섬 수단(200)의 발취 타이밍을 시간으로 제어하는 경우와는 달리, 압박력, 장력, 장력차를 검지하는 경우에는, 분섬 처리 시에 섬유 다발(100)을 절단할 정도의 힘이 가해지기 전에 분섬 수단(200)을 발취하기 때문에, 섬유 다발(100)에 무리한 힘이 가해지지 않게 되어, 연속된 분섬 처리가 가능해진다.

또한, 섬유 다발(100)이 부분적으로 절단된 가지 절단(枝切)이나 보풀 일어남의 발생을 억제하면서, 분섬 처리 구간(110)이 길고, 또한 락합 축적부(120)의 형상이 길이 방향으로 안정적인 섬유 다발(100)을 얻기 위해서는, 압박력은 0.04 내지 0.4N/mm, 장력은 0.02 내지 0.2N/mm 범위, 장력차는 0.05 내지 0.5N/mm의 범위로 하는 것이 바람직하다.

섬유 다발(100)에 찔러 넣은 분섬 수단(200)으로부터 섬유 다발(100)의 길이 방향을 따른 전후의 적어도 한쪽 10 내지 1000mm 이격된 범위에 있어서, 섬유 다발(100)의 꼬임의 유무를 검지하는 촬상 수단을 구비하는 것도 바람직하다. 이 촬상에 의해, 꼬임의 위치를 미리 특정하고, 꼬임에 분섬 수단(200)을 찔러 넣지 않도록 제어함으로써, 찔러 넣기 미스를 방지할 수 있다. 또한, 찔러 넣은 분섬 수단(200)에 꼬임이 근접했을 때, 분섬 수단(200)을 발출하는 것, 즉, 꼬임을 분섬 처리하지 않음으로써, 섬유 다발(100)의 협폭화를 방지할 수 있다. 여기서, 찔러 넣기 미스란, 꼬임에 분섬 수단(200)을 찔러 넣어버려, 섬유 다발(100)을 분섬 수단(200)의 찔러 넣기 방향으로 눌러 움직이게 하는 것만으로, 분섬 처리되지 않는 것을 말한다.

분섬 수단(200)이 섬유 다발(100)의 폭 방향으로 복수 존재하며, 또한 등간격으로 배치되는 구성에서는, 섬유 다발(100)의 폭이 변화되면, 분섬된 단사 개수도 변화되기 때문에, 안정된 단사 개수의 분섬 처리를 행할 수 없게 되는 경우가 있다. 또한, 꼬임을 무리하게 분섬 처리하면, 섬유 다발(100)을 단사 레벨에서 절단하여 보풀을 많이 발생시키기 때문에, 락합부(160)가 집적되어 이루어지는 락합 축적부(120)의 형상이 커진다. 큰 락합 축적부(120)를 남겨 두면, 권체로부터 해서(解舒)되는 섬유 다발(100)에 걸리기 쉬워진다.

섬유 다발(100)의 꼬임을 검지한 경우, 전술한 꼬임에 분섬 수단(200)을 찔러 넣지 않도록 제어하는 것 이외에도, 섬유 다발(100)의 주행 속도를 변화시켜도 된다. 구체적으로는, 꼬임을 검지한 후, 분섬 수단(200)이 섬유 다발(100)로부터 발출하고 있는 타이밍에서, 꼬임이 분섬 수단(200)을 경과할 때까지의 사이에, 섬유 다발(100)의 주행 속도를 빠르게 함으로써 효율적으로 꼬임을 회피할 수 있다.

또한, 촬상 수단으로 얻어진 화상을 연산하는 화상 연산 처리 수단을 더 구비하고, 화상 연산 처리 수단의 연산 결과에 기초하여, 분섬 수단(200)의 압박력을 제어하는 압박력 제어 수단을 더 구비해도 된다. 예를 들어, 화상 연산 처리 수단이 꼬임을 검지한 경우, 분섬 수단이 꼬임을 경과할 때의 꼬임의 통과성을 높게 할 수 있다. 구체적으로는, 촬상 수단에 의해 꼬임을 검지하고, 돌출부(210)가 검지한 꼬임에 접촉하기 직전부터 통과할 때까지, 압박력이 저감되도록 분섬 수단(200)을 제어하는 것이 바람직하다. 꼬임을 검지했을 때, 압박력의 상한값의 0.01 내지 0.8배의 범위로 저감시키는 것이 바람직하다. 이 범위를 하회하는 경우, 실질적으로 압박력을 검지할 수 없게 되어, 압박력의 제어가 곤란해지거나, 제어 기기 자체의 검출 정밀도를 높일 필요가 발생한다. 또한, 이 범위를 상회하는 경우에는, 꼬임을 분섬 처리하는 빈도가 많아져, 섬유 다발이 가늘어진다.

돌출부(210)를 구비한 분섬 수단(200)을 단순히 섬유 다발(100)에 찔러 넣는 것 이외에도, 분섬 수단으로서 회전 가능한 회전 분섬 수단(220)을 사용하는 것도 바람직한 양태이다. 도 5는, 회전 분섬 수단을 찔러 넣는 이동 사이클의 일례를 나타내는 설명도이다. 회전 분섬 수단(220)은, 섬유 다발(100)의 길이 방향에 직교하는 회전축(240)을 구비한 회전 기구를 가지고 있으며, 회전축(240)의 표면에는 돌출부(210)가 마련되어 있다. 도면 중의 섬유 다발 주행 방향 B(화살표)를 따라서 섬유 다발(100)이 주행하는 것과 함께, 회전 분섬 수단(220)에 설치된 돌출부(210)가 섬유 다발(100)에 찔러 넣어져, 분섬 처리가 시작된다. 여기서, 도시는 생략하지만, 회전 분섬 수단(220)은, 압박력 검지 기구와 회전 정지 위치 유지 기구를 가지고 있는 것이 바람직하다. 양쪽 기구에 의해, 소정의 압박력이 회전 분섬 수단(220)에 작용할 때까지는, 도 5의 (A)의 위치에서 회전 정지 위치를 유지하여 분섬을 계속한다. 돌출부(210)에 락합부(160)가 발생하는 등, 소정의 압박력을 초과하면, 도 5의 (B)와 같이, 회전 분섬 수단(220)이 회전을 시작한다. 그 후, 도 5의 (C)와 같이, 돌출부(210)(검정색 동그라미 표시)가 섬유 다발(100)로부터 발취되고, 다음 돌출부(210)(흰색 동그라미 표시)가 섬유 다발(100)에 찔러 넣어지는 동작을 행한다. 도 5의 (A) 내지 도 5의 (C)의 동작이 짧으면 짧을수록, 미분섬 처리 구간은 짧아지기 때문에, 섬유 다발의 분섬 처리 구간의 비율을 많게 하고 싶은 경우에는 도 5의 (A) 내지 도 5의 (C)의 동작을 짧게 하는 것이 바람직하다.

회전 분섬 수단(220)에 돌출부(210)를 많이 배치함으로써, 분섬 처리 비율이 많은 섬유 다발(100)이 얻어지거나, 회전 분섬 수단(220)의 수명을 길게 하거나 할 수 있다. 분섬 처리 비율이 많은 섬유 다발이란, 섬유 다발 내에 있어서의 분섬 처리된 길이를 길게 한 섬유 다발, 또는 분섬 처리된 구간과 미분섬 처리의 구간의 발생 빈도를 높인 섬유 다발을 말한다. 또한, 하나의 회전 분섬 수단에 마련된 돌출부(210)의 수가 많을수록, 섬유 다발(100)과 접촉하여 돌출부(210)가 마모되는 빈도를 저감시킴으로써, 수명을 길게 할 수 있다. 돌출부(210)를 마련하는 수로서는, 원반상의 외측 테두리에 등간격으로 3 내지 12개 배치하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 4 내지 8개이다.

이와 같이, 분섬 처리 비율과 돌출부의 수명을 우선시키면서, 섬유 다발 폭이 안정된 섬유 다발(100)을 얻고자 하는 경우, 회전 분섬 수단(220)에는, 꼬임을 검지하는 촬상 수단을 가지고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 촬상 수단이 꼬임을 검지할 때까지의 통상 시에는, 회전 분섬 수단(220)은 회전 및 정지를 간헐적으로 반복함으로써 분섬 처리를 행하고, 꼬임을 검지한 경우에는, 회전 분섬 수단(220)의 회전 속도를 통상 시보다 높고/높거나 정지 시간을 짧게 함으로써, 섬유 다발 폭을 안정시킬 수 있다.

상기 정지 시간을 제로로, 즉, 정지하지 않고 연속해서 계속 회전할 수도 있다.

또한, 회전 분섬 수단(220)의 간헐적인 회전과 정지를 반복하는 방법 이외에도, 항상 회전 분섬 수단(220)을 계속 회전해도 된다. 그 때, 섬유 다발(100)의 주행 속도와 회전 분섬 수단(220)의 회전 속도를, 상대적으로 어느 한쪽을 빠르게 하거나, 또는 늦게 하는 것이 바람직하다. 속도가 동일한 경우에는, 돌출부(210)를 섬유 다발(100)에 찌르는/발출하는 동작이 행해지기 때문에, 분섬 처리 구간은 형성할 수는 있지만, 섬유 다발(100)에 대한 분섬 작용이 약하기 때문에, 분섬 처리가 충분히 행해지지 않는 경우가 있다. 또한 어느 한쪽의 속도가 상대적으로 너무 빠르거나, 또는 너무 늦는 경우에는, 섬유 다발(100)과 돌출부(210)가 접촉하는 횟수가 많아지고, 찰과에 의해 실이 끊어질 우려가 있어, 연속 생산성이 떨어지는 경우가 있다.

본 발명에서는, 분섬 수단(200), 회전 분섬 수단(220)의 찔러 넣기와 발취를, 분섬 수단(200), 회전 분섬 수단(220)의 왕복 이동에 의해 행하는 왕복 이동 기구를 더 가져도 된다. 또한, 분섬 수단(200), 회전 분섬 수단(220)을 섬유 다발(100)의 조출 방향을 따라서 왕복 이동시키기 위한 왕복 이동 기구를 더 가지는 것도 바람직한 양태이다. 왕복 이동 기구에는, 압공이나 전동의 실린더나 슬라이더 등의 직동 액추에이터를 사용할 수 있다.

섬유 다발에 강화 섬유를 사용하는 경우의 분섬 처리 구간의 수는, 어떤 폭 방향의 영역에 있어서 적어도 (F/10000-1)개소 이상 (F/50-1)개소 미만의 분섬 처리 구간수를 가지는 것이 바람직하다. 여기서, F는 분섬 처리를 행하는 섬유 다발을 구성하는 총 단사 개수(본)이다. 분섬 처리 구간의 수는, 어떤 폭 방향의 영역에 있어서 적어도 (F/10000-1)개소 이상 분섬 처리 구간을 가짐으로써, 부분 분섬 섬유 다발을 소정의 길이로 커트하여 불연속 섬유 강화 복합 재료로 하였을 때, 불연속 섬유 강화 복합 재료 중의 강화 섬유 다발 단부가 미세하게 분할되기 때문에, 역학 특성이 우수한 불연속 섬유 강화 복합 재료를 얻을 수 있다. 또한, 부분 분섬 섬유 다발을 커트하지 않고 연속 섬유로서 사용할 때는, 후속 공정에서 수지 등을 함침시켜 강화 섬유 복합 재료로 할 때, 분섬 처리 구간이 많이 포함되는 영역으로부터, 강화 섬유 다발 내에 수지가 함침되는 기점이 되어, 성형 시간을 단축시킬 수 있음과 함께, 강화 섬유 복합 재료 중의 보이드 등을 저감시킬 수 있다. 분섬 처리 구간수를 (F/50-1)개소 미만으로 함으로써, 얻어지는 부분 분섬 섬유 다발이 실 끊어짐을 일으키기 어려워, 섬유 강화 복합 재료로 하였을 때의 역학 특성의 저하를 억제할 수 있다.

분섬 처리 구간을, 섬유 다발(100)의 길이 방향으로 주기성이나 규칙성을 가지게 하여 설치하면, 후속 공정에서 부분 분섬 섬유 다발을 소정의 길이로 커트한 불연속 섬유로 하는 경우, 소정의 분섬 섬유 다발 개수로 제어하기 쉽게 할 수 있다.

이어서, 상술한 바와 같은 특정한 최적인 부분 분섬 처리를 실시하는, 특정한 부분 분섬 섬유 다발의 제조에 있어서, 해당 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중 어느 타이밍에서 행해지는 사이징제의 부여에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서, 사이징제의 부여 수단으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 공지된 수단을 사용할 수 있다. 예를 들어, 사이징제를 용매(분산시키는 경우의 분산매를 포함함) 중에 용해(분산도 포함함)시킨 사이징 처리액을 조제하고, 해당 사이징 처리액을 섬유 다발에 도포한 후에, 용매를 건조·기화시켜 제거함으로써, 사이징제를 섬유 다발에 부여하는 것이 일반적으로 행해진다. 여기서, 후에 상세하게 설명하는 대로, 이 도포 공정과 건조 공정 사이에 부분 분섬 처리나, 섬유 다발의 확폭 처리를 행해도 된다.

사이징 처리액을 섬유 다발에 부여하는 방법으로서는, 예를 들어, 롤러를 통해 섬유 다발을 사이징 처리액에 침지시키는 방법, 사이징 처리액이 부착된 롤러에 섬유 다발을 접촉시키는 방법, 사이징 처리액을 안개 상태로 하여 섬유 다발에 분사하는 방법 등이 있다. 이 때, 섬유 다발에 대한 사이징제 유효 성분의 부착량이 적정 범위 내에서 균일하게 부착되게, 사이징 처리액 농도, 온도, 사조 장력 등을 컨트롤하는 것이 바람직하다. 또한, 사이징제 부여 시에 섬유 다발을 초음파로 가진시키는 것은 보다 바람직하다.

여기서, 사이징제의 부착량은 특별히 한정하지 않지만, 사이징제 부여 후의 섬유 다발 100중량％ 중에, 사이징제 0.01 내지 10중량％가 바람직하다. 원래 섬유 다발에 사이징제가 부여되어 있는 경우에는, 사이징제의 총 부착량이 상기 범위 내에서 있는 것이 바람직하다.

또한, 건조 온도와 건조 시간은 사이징제의 성분과 부착량에 의해 조정해야 하지만, 사이징제의 부여에 사용하는 용매의 완전한 제거, 건조에 소요되는 시간을 짧게 하고, 한편, 사이징제의 열 열화를 방지하는 관점에서, 건조 온도는 150℃ 이상 350℃ 이하인 것이 바람직하고, 180℃ 이상 250℃ 이하인 것이 보다 바람직하다.

다음으로 본 발명에 있어서의 사이징제 부여의 타이밍에 대해서, 상세하게에 설명한다.

도 6은, 본 발명에 따른 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 사이징제 부여 공정의 타이밍 예를 나타내고 있다. 도 6에는, 섬유 다발(100)이 부분 분섬 처리 공정(300)을 거쳐서 부분 분섬 섬유 다발(180)로 형성되는 공정 중에 있어서, 사이징제 부여 공정(400)이 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 앞에 행해지는 패턴 A와, 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 후에 행해지는 패턴 B가 나타나 있다. 패턴 A, 패턴 B의 어느 타이밍도 가능하다.

도 7은, 본 발명에 따른 섬유 다발 확폭 공정(301)을 포함하는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 사이징제 부여 공정(400)의 타이밍 예를 나타내고 있다. 도 7에는, 섬유 다발(100)이 섬유 다발 확폭 공정(301)과 부분 분섬 처리 공정(300)을 이 순서대로 거쳐서 부분 분섬 섬유 다발(180)로 형성되는 공정 중에 있어서, 사이징제 부여 공정(400)이 섬유 다발 확폭 공정(301)보다도 앞에 행해지는 패턴 C와, 섬유 다발 확폭 공정(301)과 부분 분섬 처리 공정(300) 사이에서 행해지는 패턴 D와, 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 후에 행해지는 패턴 E가 나타나 있다. 패턴 C, 패턴 D, 패턴 E의 어느 타이밍도 가능하지만, 최적의 부분 분섬 처리를 달성할 수 있는 관점에서, 패턴 D의 타이밍이 가장 바람직하다.

도 8은, 본 발명에 따른 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의, 사이징제 도포 공정과 건조 공정을 포함하는 사이징제 부여 공정의 타이밍 예를 나타내고 있다. 사이징제 부여 공정(400)은 사이징제 도포 공정(401)과 건조 공정(402)을 포함하지만, 도 8에는, 이들 사이징제 도포 공정(401)과 건조 공정(402)을 포함하는 사이징제 부여 공정(400)이, 섬유 다발(100)이 부분 분섬 처리 공정(300)을 거쳐서 부분 분섬 섬유 다발(180)로 형성되는 공정 중에 있어서, 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 앞에 행해지는 패턴 F와, 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 후에 행해지는 패턴 G가 나타나 있다. 패턴 F, 패턴 G의 어느 타이밍도 가능하다. 패턴 F는 도 6에 있어서의 패턴 A와, 패턴 G는 도 6에 있어서의 패턴 B와 실질적으로 동일하다.

도 9는, 본 발명에 따른 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의, 사이징제 도포 공정과 건조 공정을 포함하는 사이징제 부여 공정의 다른 타이밍 예를 나타내고 있다. 도 9에 나타내는 타이밍 예에 있어서의 패턴 H에서는, 사이징제 부여 공정(400)에 있어서의 사이징제 도포 공정(401)과 건조 공정(402)이 분리되어 각각 별도의 타이밍에서 행해진다. 사이징제 도포 공정(401)은 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 앞에 행해지고, 건조 공정(402)은 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 후에 행해진다.

도 10은, 본 발명에 따른 섬유 다발 확폭 공정을 포함하는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서의, 사이징제 도포 공정과 건조 공정을 포함하는 사이징제 부여 공정의 타이밍 예를 나타내고, 섬유 다발(100)이 섬유 다발 확폭 공정(301)과 부분 분섬 처리 공정(300)을 이 순서대로 거쳐서 부분 분섬 섬유 다발(180)로 형성되는 공정 중에 있어서, 사이징제 부여 공정의 사이징제 도포 공정(401)이 섬유 다발 확폭 공정(301)보다도 앞에 행해지고, 건조 공정(402)에 대해서는, 섬유 다발 확폭 공정(301)과 부분 분섬 처리 공정(300) 사이에서 행해지는 패턴 I와, 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 후에 행해지는 패턴 J가 나타나 있다.

도 11은, 본 발명에 따른 섬유 다발 확폭 공정을 포함하는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서의, 사이징제 도포 공정과 건조 공정을 포함하는 사이징제 부여 공정의 다른 타이밍 예를 나타내고, 섬유 다발(100)이 섬유 다발 확폭 공정(301)과 부분 분섬 처리 공정(300)을 이 순서대로 거쳐서 부분 분섬 섬유 다발(180)로 형성되는 공정 중에 있어서, 사이징제 부여 공정의 사이징제 도포 공정(401)이 섬유 다발 확폭 공정(301)과 부분 분섬 처리 공정(300) 사이에서 행해지고, 건조 공정(402)이 부분 분섬 처리 공정(300)보다도 후에 행해지는 패턴 K가 나타나 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법에 있어서는, 각종 타이밍에서 사이징제를 부여하는 것이 가능하다.

이어서, 본 발명에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서의 섬유 강화 수지 성형 재료는, 상술한 부분 분섬 섬유 다발을 절단·살포하여 얻어지는 강화 섬유 매트와, 매트릭스 수지를 포함하는 것이다.

여기서, 본 발명에 따른 절단된 상기 부분 분섬 섬유 다발의 평균 섬유 길이로서는, 5 내지 100mm의 범위에 있는 것이 바람직하고, 10 내지 80mm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 또한, 섬유 길이의 분포로서는, 단일의 섬유 길이의 분포여도 상관없고, 2종류 이상의 혼합이어도 상관없다.

또한, 매트릭스 수지로서는 특별히 제한은 없고, 열경화성 수지, 열가소성 수지를 모두 사용 가능하고, 성형품으로서의 기계 특성을 크게 저하시키지 않는 범위에서 적절히 선택할 수 있다. 예시한다면, 열경화성 수지라면, 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 우레탄아크릴레이트 수지, 페녹시 수지, 알키드 수지, 우레탄 수지, 말레이미드 수지, 시아네이트 수지 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 비닐에스테르 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지 중 어느 것, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 열가소성 수지라면, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지 등의 폴리올레핀계 수지, 나일론 6 수지, 나일론 6,6 수지 등의 폴리아미드계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리페닐렌술피드 수지, 폴리에테르케톤 수지, 폴리에테르술폰 수지, 방향족 폴리아미드 수지 등의 수지를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 폴리아미드 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리페닐렌술피드 수지 중 어느 것을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 매트릭스 수지의 함침성이나, 함침 공정에 대한 적용성의 관점에서, 열경화성 수지를 보다 바람직하게 사용할 수 있다.

도 12는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법을 나타내고 있다. 도 12에 있어서, 1은 본 발명에 있어서의, 적어도 강화 섬유 매트와 매트릭스 수지를 포함하는 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 공정 전체를 나타내고, 해당 제조 공정(1)은 적어도, 복수의 단사를 포함하는 강화 섬유 다발의 길이 방향을 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리부와 미분섬 처리부를 교대로 형성하여 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발(7)을 얻는 공정이며, 상술한 바와 같이, 그 공정의 어느 타이밍에 있어서 사이징제를 부여하는 부분 분섬 공정 [A](2)와, 부분 분섬 섬유 다발(7)을 절단하여 살포하고, 강화 섬유 매트(10)를 얻는 매트화 공정 [B](3)와, 강화 섬유 매트(10)에 매트릭스 수지(본 실시 양태에서는, 열경화성 수지(11))을 함침시키는 수지 함침 공정 [C](4)를 가지고 있다.

복수의 크릴(5)로부터 조출된 복수의 단사의 강화 섬유(6a)를 포함하는 강화 섬유 다발(6)이 부분 분섬 공정 [A](2)에 공급되어, 그 공정(2)에서 상술한 바와 같이 부분 분섬 처리가 행해지고, 부분 분섬 섬유 다발(7)이 제작된다. 제작된 부분 분섬 섬유 다발(7)은, 이어서(연속해서) 매트화 공정 [B](3)에 공급되고, 그 공정(3)에서 커터 유닛(8)으로 불연속인 섬유 다발로 절단된 후, 살포 기구(9)를 통해서, 예를 들어 주회되는 벨트(13) 상에, 강화 섬유 매트(10)가 형성되도록 살포된다. 이 강화 섬유 매트(10)에 매트릭스 수지로서의 열경화성 수지(11)가 함침되지만, 본 실시 양태에서는, 강화 섬유 매트(10)와 공급된 함침되어야 할 열경화성 수지(11)가, 강화 섬유 매트(10)의 상하 양측에 순차 공급되는 필름(12)에 끼워지고, 끼워진 상태에서 예를 들어 복수의 수지 함침 롤러(14) 사이에서 가압됨으로써, 수지 함침 공정 [C](4)에 있어서의 수지 함침이 촉진된다. 매트릭스 수지가 함침된 강화 섬유 매트(10)는, 연속된 시트상의 섬유 강화 수지 성형 재료(15)로서, 도면에 나타내는 바와 같이 겹쳐 포개지거나, 권취되거나 하여, 일련의 연속된 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 공정(1)이 종료된다. 섬유 강화 수지 성형 재료(15)는, 예를 들어 시트 몰딩 컴파운드(SMC)로서 제조된다.

이와 같이, 우선 부분 분섬 섬유 다발(7)을 제작하고, 해당 부분 분섬 섬유 다발(7)을 절단, 살포하여 부분 분섬 섬유 다발 유래의 강화 섬유 매트(10)를 제작하고, 거기에 매트릭스 수지(11)를 함침시켜 섬유 강화 수지 성형 재료(15)를 얻도록 하였으므로, 부분 분섬 섬유 다발(7)을 절단/살포하여 불연속 섬유의 섬유 다발의 중간 기재로서의 강화 섬유 매트(10)로 하였을 때, 가는 다발의 섬유 다발과 굵은 다발의 섬유 다발을 최적인 비율의 범위 내에서 혼재시키는 것이 가능해지고, 거기에 매트릭스 수지(11)를 함침시킨 섬유 강화 수지 성형 재료(15)에서는, 성형 시의 유동성과 성형품의 역학 특성을 양호한 밸런스로 발현시키는 것이 가능해진다. 특히, 부분 분섬 섬유 다발(7)의 제작 공정에서는, 상술한 바와 같이, 섬유 다발을 연속해서 안정적으로 슬릿 가능하여, 최적 형태의 부분 분섬 섬유 다발(7)을 용이하게 효율적으로 제조할 수 있다. 특히, 꼬임이 포함되는 섬유 다발이나, 라지 토우의 단사수가 많은 섬유 다발이어도, 회전날의 교환 수명을 신경쓰지 않고, 연속된 슬릿 처리를 가능하게 할 수 있다. 또한, 저렴한 라지 토우의 연속 슬릿 처리가 가능해지고, 그것에 의해 최종적인 성형품의 재료 비용, 제조 비용의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.

여기서, 상술한 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 공정(1)에서는, 효율적이며 원활하게 게다가 우수한 생산성으로 원하는 섬유 강화 수지 성형 재료(15)를 제조할 수 있다는 관점에서, 바람직한 예로서 일련의 공정 [A] 내지 [C]를 하나의 프로세스에서 연속적으로 행하는 양태를 나타내고 있지만, 반드시 일련의 공정 [A] 내지 [C]를 하나의 프로세스에서 연속적으로 행할 필요는 없고, 예를 들어 공정 [A]를 거쳐 얻어진 부분 분섬 섬유 다발을 일단 권취한 후에, 공정 [B]에 제공해도 된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 도 12에 도시한 것과 같은 매트화 공정 [B](3)에 있어서 부분 분섬 섬유 다발(7)을 절단하는 경우, 부분 분섬 섬유 다발(7)을 그의 길이 방향에 대하여, 각도 θ(0<θ<90°)로 절단하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 도 13에 나타내는 바와 같이, 부분 분섬 섬유 다발(7)의 길이 방향(도에 있어서의 섬유 다발의 주행 방향)에 대하여, 각도 θ(0<θ<90°)로 기울인 절단날(8a)에 의해 부분 분섬 섬유 다발(7)을 절단한다. 이와 같이 하면, 절단날(8a)에 의한 절단선이 분섬 처리부(150)와 미분섬 처리부(181)에 걸쳐 연장될 기회가 많아지고, 부분 분섬 섬유 다발(7)을 절단하여 불연속 섬유의 섬유 다발로 할 때, 해당 불연속 섬유 다발이 미분섬 처리부(181)만으로 형성될 기회가 감소되므로, 보다 가는 다발의 불연속 섬유 다발을 포함하는 매트의 형성이 가능해진다. 이러한 매트를 사용한 섬유 강화 수지 성형 재료에서는, 특히 성형품의 역학 특성의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예, 비교예에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명은 본 실시예나 비교예에 의해 제한되는 것은 전혀 아니다.

[사용 원료]

섬유 다발 [A-1]:

섬유 직경 7.2㎛, 인장 탄성률 240GPa, 단사수 50,000개가 연속된 탄소 섬유 다발(ZOLTEK사제, "PANEX(등록 상표) 35")을 사용하였다.

사이징제 [S-1]:

반응성 우레탄 수지 에멀션(다이이찌 고교 세야꾸(주)제, "슈퍼플렉스(등록 상표) R5000")을 사용하였다.

매트릭스 수지 [M-1]:

비닐에스테르 수지(다우·케미컬(주)제, "데라켄(등록 상표) 790")를 100중량부, 경화제로서 tert-부틸퍼옥시벤조에이트(니혼 유시(주)제, "퍼부틸(등록 상표) Z")를 1중량부, 증점제로서 산화마그네슘(교와 가가꾸 고교(주)제, MgO#40)을 4중량부, 내부 이형제로서 스테아르산아연(사까이 가가꾸 고교(주)제, SZ-2000)을 2중량부를, 충분히 혼합·교반하여 얻어진 수지 컴파운드를 사용하였다.

[사이징제 부착량의 측정 방법]

사이징제 부여한 섬유 다발을 길이 1m로 절단하고, 450℃에서 회화(灰化) 처리를 행하였다. 얻어진 회화 처리 후의 섬유 다발 중량을 측정하고, 회화 처리 전후의 중량 감량율로부터 사이징제의 부착량을 산출하였다. 측정은 10개의 섬유 다발에 대하여 행하고, 그 평균값을 산출하였다.

[역학 특성의 평가 방법]

섬유 강화 수지 성형 재료를 평판 금형의 중앙부에 배치(차지율로서 50％)한 후, 가압형 프레스기에 의해 10MPa의 가압 하에, 약 140℃×5분간의 조건에 의해 경화시켜 300×400mm의 평판을 얻었다. 평판의 길이 방향을 0°로 하고, 얻어진 평판으로부터 0°와 90° 방향으로부터, 각각 100×25×1.6mm의 시험편을 5편(합계 10편)을 잘라내고, JIS K7074(1988년)에 준거하여 측정을 실시하였다. 역학 특성으로서는, 굽힘 강도, 굽힘 탄성률, 굽힘 탄성률의 CV값(％)을 구하였다(CV: 변동 계수).

(실시예 1)

섬유 다발 [A-1]을, 와인더를 사용하여 일정 속도 10m/min으로 권출하고, 10Hz에서 축 방향으로 진동하는 진동 확폭 롤에 통과시켜, 확폭 처리를 실시한 후에, 60mm폭의 폭 규제 롤을 통과함으로써 60mm로 확폭한 확폭 섬유 다발을 얻었다.

얻어진 확폭 섬유 다발을, 사이징제 [S-1]을 정제수로 희석한 사이징 처리액에 연속적으로 침지시켜, 확폭 섬유 다발에 사이징제를 도포하고, 이어서 150℃의 핫 롤러와 200℃의 건조로에 사이징제를 도포한 상기 확폭 섬유 다발을 제공하고, 건조시켜 수분을 제거하였다. 얻어진 사이징제 부여 완료 확폭 섬유 다발을 전술한 사이징제 부착량의 측정 방법에 기초하여 산출한 바, 3.2％였다. 또한, 이것은 원래 섬유 다발에 부여되어 있던 사이징제를 포함하는 총 부착량이다. 또한, 사이징 처리액에 침지시켰을 때, 확폭 섬유 다발의 섬유 다발 폭이 표면 장력에 의해 줄어들지 않도록, 섬유 다발에 걸리는 장력을 조정하면서 실시하였다.

얻어진 사이징제 부여 완료 확폭 섬유 다발에 대하여, 두께 0.2mm, 폭 3mm, 높이 20mm의 돌출 형상을 구비하는 분섬 처리용 철제 플레이트를, 강화 섬유 다발의 폭 방향에 대하여 3.5mm 등간격으로 병행하여 세트한 분섬 처리 수단을 준비하였다. 이 분섬 처리 수단을 확폭 섬유 다발에 대하여, 간헐식으로 뽑아 꽂기하여, 보빈에 권취함으로써 부분 분섬 섬유 다발을 얻었다.

이 때, 분섬 처리 수단은 일정 속도 10m/min으로 주행하는 확폭 섬유 다발에 대하여, 3sec간 분섬 처리 수단을 찔러 분섬 처리 구간을 생성하고, 0.2sec간에 분섬 처리 수단을 뽑아, 다시 찌르는 동작을 반복해서 행하였다.

얻어진 부분 분섬 섬유 다발은, 분섬 처리 구간에서 섬유 다발이 폭 방향에 대하여 17 분할로 분섬되어 있으며, 적어도 하나의 분섬 처리 구간의 적어도 하나의 단부에, 단사가 교락된 락합부가 축적되어 이루어지는 락합 축적부를 가지고 있었다. 부분 분섬 섬유 다발을 1500m 제작한 바, 한번도 실 끊어짐, 감김을 일으키지 않고, 섬유 다발 내에 존재한 섬유의 꼬임은 분섬 처리 수단을 뽑아 꽂을 때에 주행 방향으로 통과하고, 안정된 폭으로 분섬 처리를 행할 수 있었다.

계속해서, 얻어진 부분 분섬 섬유 다발을, 로터리 커터에 연속적으로 삽입하여 섬유 다발을 섬유 길이 25mm로 절단, 균일 분산되도록 살포함으로써, 섬유 배향이 등방적인 불연속 섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 불연속 섬유 부직포의 단위 면적당 중량은 1kg/m²였다.

매트릭스 수지 [M-1]을 닥터 블레이드를 사용하여 균일하게 폴리프로필렌제의 이형 필름 2매 각각에 도포하고, 2매의 수지 시트를 제작하였다. 이들 2매의 수지 시트로 상기 얻어진 불연속 섬유 부직포를 상하로부터 끼워 넣고, 롤러로 수지를 부직포 중에 함침시킴으로써, 시트상의 섬유 강화 수지 성형 재료를 얻었다. 이 때, 섬유 강화 수지 성형 재료의 강화 섬유 중량 함유율이 47％가 되도록, 수지 시트 제작의 단계에서 수지의 도포량을 조정하였다. 얻어진 섬유 강화 수지 성형 재료에 대해서, 전술한 역학 특성의 평가 방법에 기초하여, 섬유 강화 수지 성형 재료를 성형하고, 역학 특성을 평가하였다. 그 결과, 굽힘 강도 440MPa, 굽힘 탄성률 28GPa, 굽힘 탄성률의 CV 6％였다.

(실시예 2)

섬유 다발 [A-1]을, 와인더를 사용하여 일정 속도 10m/min으로 권출하고, 10Hz에서 축방향으로 진동하는 진동 확폭 롤에 통과시켜, 확폭 처리를 실시한 후에, 60mm폭의 폭 규제 롤을 통과시킴으로써 60mm로 확폭한 확폭 섬유 다발을 얻고, 해당 확폭 섬유 다발로 분섬 처리를 실시하여 부분 분섬 섬유 다발을 얻은 후에, 사이징제 부여를 행한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 그 결과, 사이징제 부착량 3.3％, 굽힘 강도 430MPa, 굽힘 탄성률 27GPa, 굽힘 탄성률의 CV 8％였다.

(실시예 3)

섬유 다발 [A-1]을, 와인더를 사용하여 일정 속도 10m/min으로 권출하고, 사이징제 처리액에 침지한 후에, 5Hz에서 축방향으로 진동하는 진동 확폭 롤에 통과시켜, 사이징제 도포 완료 확폭 섬유 다발을 얻고, 해당 사이징제 도포 완료 확폭 섬유 다발로 분섬 처리를 실시하고, 사이징제 도포 완료 부분 분섬 섬유 다발로 한 것을 건조 공정에 제공하여, 부분 분섬 섬유 다발을 얻은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 평가를 행하였다. 그 결과, 사이징제 부착량 3.2％, 굽힘 강도 435MPa, 굽힘 탄성률 28GPa, 굽힘 탄성률의 CV 7％였다.

상기한 바와 같이, 실시예 1 내지 3에 있어서 모두 우수한 역학 특성(굽힘 강도, 탄성률), 저변동을 양립시켜 발현하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 모두 부분 분섬 섬유 다발을 권출하고, 커터에 삽입할 때, 보빈에 권취되지 않고, 안정되게 권출할 수 있었다. 또한, 불연속 섬유 부직포에 있어서, 절단된 섬유 다발이 다발로서의 수속성을 유지하고, 단사 보풀의 발생이 억제되어 있었다.

또한, 실시예 1에 있어서는, 사이징제를 부여하고 나서 부분 분섬 처리를 실시하였기 때문에, 분섬 처리 수단에 보풀의 퇴적이 거의 보이지 않고, 안정되게 분섬 처리를 실시할 수 있었다. 실시예 2에 있어서는, 부분 분섬 처리를 실시한 후에 사이징제를 부여하였기 때문에, 분섬 처리에 의해 분할된 분섬 처리 구간의 섬유 다발의 수속성이 높고, 불연속 섬유 부직포를 얻었을 때의 단사 보풀의 발생이 가장 억제되어 있었다. 실시예 3에 있어서는, 사이징제 도포하고, 건조 전의 소위 젖은 실의 상태에서 확폭 처리를 행하였기 때문에, 섬유 다발 내의 단사간 마찰이 완화되고, 또한 사이징제가 윤활제의 역할을 하여, 저진동수에서도 목적으로 하는 확폭 폭으로 확폭할 수 있었다.

본 발명은, 복수의 단사를 포함하는 섬유 다발을 2개 이상의 가는 다발로 분섬할 것이 요망되는 모든 섬유 다발에 적용할 수 있고, 사이징제를 적절한 타이밍에서 부여함으로써, 적절한 부분 분섬 형태로 유지할 수 있다. 특히 강화 섬유를 사용할 때는, 얻어진 부분 분섬 섬유 다발은 매트릭스 수지를 함침시켜, 모든 강화 섬유 복합 재료에 사용할 수 있다.

1 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 공정
2 부분 분섬 공정 [A]
3 매트화 공정 [B]
4 수지 함침 공정 [C]
5 크릴
6 강화 섬유 다발
6a 강화 섬유
7 부분 분섬 섬유 다발
8 커터 유닛
8a 절단날
9 살포 기구
10 강화 섬유 매트
11 열경화성 수지
12 필름
13 벨트
14 수지 함침 롤러
15 섬유 강화 수지 성형 재료
100 섬유 다발
110 분섬 처리 구간
120 락합 축적부
130 미분섬 처리 구간
140 보풀 집합소
150 분섬 처리부
160 락합부
170 분섬 거리
180 부분 분섬 섬유 다발
181 미분섬 처리부
200 분섬 수단
210 돌출부
211 접촉부
220 회전 분섬 수단
240 회전축
300 부분 분섬 처리 공정
301 섬유 다발 확폭 공정
400 사이징제 부여 공정
401 사이징제 도포 공정
402 건조 공정

Claims

복수의 단사를 포함하는 섬유 다발을 길이 방향을 따라서 주행시키면서, 복수의 돌출부를 구비하는 분섬 수단을 상기 섬유 다발에 찔러 넣어 분섬 처리부를 생성함과 함께, 적어도 하나의 상기 분섬 처리부에 있어서의 상기 돌출부와의 접촉부에 상기 단사가 교락되는 락합부를 형성하고, 그런 후에 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발로부터 발취하고, 상기 락합부를 포함하는 락합 축적부를 경과한 후, 다시 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발에 찔러 넣는, 복수의 다발로 분할된 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간을 교대로 형성하는 부분 분섬 처리 공정을 가지는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법으로서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 어느 타이밍에서, 사이징제를 부여하는 것을 특징으로 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.
복수의 단사를 포함하는 섬유 다발에 복수의 돌출부를 구비하는 분섬 수단을 상기 섬유 다발에 찔러 넣어, 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발의 길이 방향을 따라서 주행시키면서 분섬 처리부를 생성함과 함께, 적어도 하나의 상기 분섬 처리부에 있어서의 상기 돌출부와의 접촉부에 상기 단사가 교락되는 락합부를 형성하고, 그런 후에 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발로부터 발취하고, 상기 락합부를 포함하는 락합 축적부를 경과하는 위치까지 상기 분섬 수단을 주행시킨 후, 다시 상기 분섬 수단을 상기 섬유 다발에 찔러 넣는, 복수의 다발로 분할된 분섬 처리 구간과 미분섬 처리 구간을 교대로 형성하는 부분 분섬 처리 공정을 가지는 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법으로서, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정 중에 있어서의 어느 타이밍에서, 사이징제를 부여하는 것을 특징으로 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 섬유 다발의 폭을 확폭하고 나서 해당 섬유 다발을 상기 부분 분섬 처리 공정에 공급하는 것을 특징으로 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 폭을 확폭한 섬유 다발에 사이징제를 부여하고 나서, 해당 섬유 다발을 상기 부분 분섬 처리 공정에 공급하는 것을 특징으로 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 사이징제의 부여 처리가 적어도 하기 공정 [1], [2]를 가지고, 각각의 공정을 개별로 임의의 타이밍에서 행하는 것을 특징으로 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.
[1] 사이징제의 도포 공정
[2] 건조 공정
제5항에 있어서, 상기 공정 [1]을 거쳐서 건조 전의 섬유 다발의 폭을 확폭하고, 확폭된 섬유 다발을 상기 공정 [2]에 제공하여, 사이징제의 부여 처리 및 확폭 처리 완료된 섬유 다발을, 상기 부분 분섬 처리 공정에 공급하는 것을 특징으로 하는, 부분 분섬 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는, 부분 분섬 섬유 다발.
제7항에 기재된 부분 분섬 섬유 다발을 절단·살포하여 얻어지는 강화 섬유 매트와, 매트릭스 수지를 포함하는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
제8항에 있어서, 상기 매트릭스 수지가 열경화성 수지인 것을 특징으로 하는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
제8항에 있어서, 상기 섬유 강화 수지 성형 재료가 시트 몰딩 컴파운드인 것을 특징으로 하는, 섬유 강화 수지 성형 재료.
제8항에 기재된 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법으로서, 적어도 하기 공정 [A] 내지 [C]를 가지는 것을 특징으로 하는, 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.
[A] 복수의 단사를 포함하는 강화 섬유 다발의 길이 방향을 따라서, 복수의 다발로 분섬된 분섬 처리부와 미분섬 처리부를 교대로 형성하여 이루어지는 부분 분섬 섬유 다발을 얻는 공정이며, 상기 부분 분섬 섬유 다발의 제조 공정에 있어서의 어느 타이밍에서 사이징제를 부여하는 부분 분섬 공정.
[B] 상기 부분 분섬 섬유 다발을 절단하여 살포하고, 강화 섬유 매트를 얻는 매트화 공정.
[C] 상기 강화 섬유 매트에 매트릭스 수지를 함침시키는 수지 함침 공정.
제11항에 있어서, 적어도 상기 공정 [A] 내지 [C]를 하나의 프로세스 내에서 연속적으로 행하는 것을 특징으로 하는, 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 공정 [B]에 있어서는, 부분 분섬 섬유 다발을 그의 길이 방향에 대하여, 각도 θ(0<θ<90°)로 절단하는 것을 특징으로 하는, 섬유 강화 수지 성형 재료의 제조 방법.