KR20170051504A

KR20170051504A - 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법 및 제조 장치

Info

Publication number: KR20170051504A
Application number: KR1020177009411A
Authority: KR
Inventors: 나오유키 다시로; 다카야스 후지우라; 가즈야 다카무라; 세이지 젠케
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2017-05-11
Also published as: JP2016055556A; CN106715099A; PL3192644T3; EP3192644A1; US20170252988A1; KR101935700B1; US10099436B2; ES2758983T3; EP3192644A4; CN106715099B; WO2016039081A1; EP3192644B1; JP6198342B2; DK3192644T3

Abstract

섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 방법 및 장치이며, 그 제조 개시 시에 섬유 끊김이 발생하는 것을 방지 가능한 것이 제공된다. 제공되는 방법은, 섬유 다발(8)을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 당해 섬유 다발(8)에 함침시키는 수지 함침 공정과, 노즐(18)에 형성된 슬릿(s)에, 수지 함침 공정을 거친 섬유 다발(8)을 통과시키는 노즐 통과 공정을 포함한다. 노즐 통과 공정은, 제조 개시 시, 슬릿(s)의 간극 치수를 정규 치수보다도 큰 치수로 해 두고, 제조 개시 후, 소정의 조건에 도달하면 슬릿(s)의 간극 치수를 상기 정규 치수로 변경하는 것을 포함한다.

Description

섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법 및 제조 장치{PROCESS AND DEVICE FOR PRODUCING FIBER-REINFORCED THERMOPLASTIC RESIN TAPE}

본 발명은, 열 가소성 수지를 섬유에 함침시켜 이루어지는 섬유 강화 열 가소성 수지를 포함하는 테이프의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

종래, 탄소 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조에 관한 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다. 이 방법에는, 노즐이 사용된다. 이 노즐은, 노즐 상부 부재와 노즐 하부 부재를 가지며, 양자간에 130㎛ 이하의 소정의 간격을 갖는 슬릿을 형성한다. 당해 노즐은, 노즐 상부 부재와 노즐 하부 부재의 간격을 서로 단축하는 방향으로 양쪽 부재를 더 가압하는 가압 수단을 갖는다. 상기 방법은, 상기 노즐의 슬릿에 열 가소성 수지를 함침시킨 탄소 섬유 스트랜드를 통과시킴으로써, 당해 노즐로부터 테이프 두께 130㎛ 이하의 열 가소성 수지 함침 테이프를 인출하는 공정을 갖는다.

상기 특허문헌 1의 명세서 단락 0026에는, 하류측 슬릿 노즐에 있어서 보풀이 축적됨으로써 용융 수지 접촉면의 면압이 상승하고, 이 면압의 상승에 수반하여 상기 가압 수단에 상당하는 압력 실린더의 가압력이 저하되어 노즐 상부 부재의 상승 및/또는 노즐 하부 부재의 하강을 허용하고, 이에 의해 테이프와 함께 보풀이 상기 하류측 슬릿 노즐로부터 인출되어 보풀의 축적이 해소되는 것 및 당해 보풀 축적의 억제가 섬유 절단의 억제를 가능하게 하는 것이 기재되어 있다.

그러나, 상기 특허문헌 1에 기재되는 기술, 즉, 슬릿을 형성하는 노즐 상부 부재와 노즐 하부 부재의 간격을 서로 단축하는 방향으로 양쪽 부재를 가압한다는 기술은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 중인 섬유의 절단을 방지하기 위한 것으로서, 제조 개시 시의 사정은 고려되어 있지 않다. 이에 비해, 본건 발명자들은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 개시 시에 섬유 끊김이 특히 많이 발생한다는 경향을 발견했다. 이러한 섬유 끊김이 발생한 채 운전을 계속하면, 끊어진 섬유가 노즐에 막히고, 테이프를 구성하는 섬유 전체가 절단에 이르는 우려가 있다. 이 문제는, 섬유의 함유율이 높고 또한 테이프 두께가 얇은 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하는 경우에 특히 현저하다.

일본 특허 공개 제2007-118216호 공보

본 발명의 목적은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 방법 및 장치이며, 그 제조 개시 시에 섬유 끊김이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능한 것을 제공하는 것이다.

제공되는 것은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 방법이며, 섬유 다발을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 당해 섬유 다발에 함침시키는 수지 함침 공정과, 노즐에 형성된 슬릿에, 상기 수지 함침 공정을 거친 상기 섬유 다발을 통과시켜 테이프 형상으로 하는 노즐 통과 공정을 포함한다. 상기 노즐 통과 공정은, 제조 개시 시에는 상기 슬릿의 간극 치수를 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 목표 두께 치수에 대응하는 정규 치수보다도 크게 한 상태에서 당해 슬릿에 상기 섬유 다발을 통과시키고, 제조 개시 후, 소정의 조건을 만족시킨 시점에서 상기 슬릿의 간극 치수를 상기 정규 치수로 변경하고 나서 당해 슬릿에 상기 섬유 다발을 통과시키는 것을 포함한다.

또한, 제공되는 것은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 장치이며, 이 장치는, 섬유 다발을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 당해 섬유 다발에 함침시키는 수지 함침 장치와, 상기 수지 함침 장치의 용기의 출구부에 설치되고, 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발이 통과 가능한 슬릿을 형성하고, 이 슬릿의 통과에 의해 상기 섬유 다발을 테이프 형상으로 하는 노즐을 구비한다. 상기 노즐은, 이 노즐이 형성하는 상기 슬릿의 간극 치수를, 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 목표 두께 치수에 상당하는 정규 치수와, 이 정규 치수보다도 큰 제조 개시용 치수로 전환하는 것을 가능하게 하는 치수 전환 기구를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치의 모식도.
도 2는 상기 제조 장치에 포함되는 조출기의 확대도.
도 3a는 상기 제조 장치에 포함되는 노즐을 확대한 도면.
도 3b는 상기 제조 장치에 포함되는 상기 노즐을 도 1의 화살표 A1의 방향으로부터 본 도면.
도 4는 제조 개시 시의 상기 노즐 상태를 상기 화살표 A1의 방향으로부터 본 도면.
도 5는 상기 제조 장치에 포함되는 홈 구비 롤러를 상기 화살표 A1의 방향으로부터 본 도면.
도 6은 상기 제조 장치의 평면도.
도 7a는 변형예에 따른 노즐을 나타내는 일부 단면 측면도이며 도 3a에 상당하는 도면.
도 7b는 상기 변형예에 따른 노즐을 도시하는 정면도이며 도 3b에 상당하는 도면.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 구체적으로는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치의 구성에 대해 설명하면서, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법에 대해 설명한다.

(섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치에 대해서)

도 1은, 상기 실시 형태에 따른 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치(100)를 나타낸다. 이 제조 장치(100)는, 섬유 다발(8)의 반송을 행하면서 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조를 행하는 것이며, 그 반송 방향의 상류 측으로부터 순서대로 배열되는, 조출기(1), 예열기(2), 수지 함침 장치(3), 노즐(18), 냉각 롤러부(4), 냉각부(5), 인출기(6) 및 권취기(7)를 구비하고 있다.

<조출기>

조출기(1)는, 보빈(11), 가이드 바(12), 댄서 롤러(13), 가이드 롤러(14) 및 도 2에 도시되는 장력 조정 기구(31)를 구비하고 있다.

상기 보빈(11)에는, 예를 들어 12000개 정도의 섬유를 묶은 섬유 다발(8)이 권취되어 있다. 본 실시 형태에 따른 상기 섬유 다발(8)을 구성하는 섬유는 탄소 섬유이지만, 본 발명은 이것에 한정되지는 않는다. 본 발명에 따른 섬유 다발을 구성하는 섬유에는, 예를 들어 유리 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹스 섬유, 금속 섬유, 폴리 벤조티아졸이나 폴리벤조옥사졸 등을 포함하는 복소환 함유 중합체로부터 얻어지는 섬유 등의 연속 섬유를 사용할 수 있다. 또한, 비연속의 섬유를 방적하여 실로 한 천연식물 섬유도 사용할 수 있다. 또한, 탄소 섬유로서는, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계, 석유ㆍ석탄 피치계, 레이온계, 리그닌계 등의 탄소 섬유를 사용할 수 있다.

상기 가이드 바(12)는, 원형의 단면을 갖지만, 그 중심축 주위에는 회전하지 않도록 배치된다. 한편, 댄서 롤러(13) 및 가이드 롤러(14)는, 원형의 단면을 갖고, 또한, 그 중심축 주위에 회전 가능하도록 배치된다. 또한, 댄서 롤러(13)는, 그 회전 중심축이 상하 방향으로 가동이 되도록 승강 가능하게 배치된다.

상기 섬유 다발(8)은, 상기 보빈(11)으로부터 조출되어, 상기 가이드 바(12), 상기 댄서 롤러(13) 및 상기 가이드 롤러(14)에 각각 접촉하면서 반송된다. 이 때, 섬유 다발(8)에는 일정한 장력이 부가된다. 당해 장력은, 댄서 롤러(13) 및 상기 장력 조정 기구(31)에 의해 조정된다. 섬유 다발(8)의 반송(주행)을 위한 힘은, 인출기(6)에 의한 인출에 의해 부여된다. 즉, 섬유 다발(8)은, 일정한 장력을 부여되면서, 인출기(6)에 인출된다.

상기 장력 조정 기구(31)는, 상기 섬유 다발(8)에 작용하는 장력을 일정하게 유지하도록 작동한다. 이 장력 조정 기구(31)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 댄서 롤러(13)의 중심축에 접속된 막대 부재(32)와, 막대 부재(32)에 설치된 텐션 부가 추(33)와, 막대 부재(32)에 설치된 각도 검출기(34)와, 보빈(11)을 회전시키는 모터(35)와, 컨트롤러(36)를 갖고 있다.

상기 막대 부재(32)는, 상기 댄서 롤러(13)에 접속되는 선단부와, 그 반대측의 단부인 기단부를 갖고, 상기 댄서 롤러(13)의 승강을 허용하도록 상기 기단부를 중심으로 회동 가능하게 배치된다. 상기 텐션 부가 추(33)는, 당해 텐션 부가 추(33)에 작용하는 중력에 의해, 상기 댄서 롤러(13)에 일정한 크기의 하향 가압력을 가한다. 상기 각도 검출기(34)는, 상기 기단부를 중심으로 하는 상기 막대 부재(32)의 회동 각도를 검출한다.

상기 컨트롤러(36)는, 상기 모터(35) 및 상기 각도 검출기(34)에 전기적으로 접속되어 있다. 컨트롤러(36)는, 각도 검출기(34)가 검출한 각도를 소정의 범위 내에 수용하도록 모터(35)의 회전 속도를 조절한다. 이에 의해, 보빈(11)으로부터 조출되는 섬유 다발(8)의 장력을 일정하게 유지한다. 이 장력의 제어는, 후술하는 수지 함침 장치(3)에 있어서 섬유 다발(8)이 안정적으로 개섬하는 것을 돕는다. 섬유 다발(8)에 부여하는 장력은 예를 들어 300g이 바람직하고, 섬유 다발(8)의 주행 속도는, 예를 들어 3m/분이 바람직하다.

상기 보빈(11)으로부터 조출되는 섬유 다발(8)의 장력을 일정하게 하는 수단은, 상기 장력 조정 기구(31)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 섬유 다발(8)의 주행 속도와, 보빈(11)의 회전수를 이용하여, 보빈(11)에 권취되어 있는 섬유 다발(8)의 직경을 산출하는 수단과, 파우더 브레이크 등을 포함하여 상기 보빈(11)의 브레이크 토크를 조정하는 수단을 갖는 것으로도, 섬유 다발(8)의 장력을 일정하게 할 수 있다.

<섬유 예열기>

조출기(1)로부터 조출된 섬유 다발(8)은, 예열기(2)에 보내진다. 예열기(2)는, 섬유 다발(8)을 예를 들어 약 100℃로 가열한다(예열 공정). 이에 의해, 섬유 다발(8)에 부착되어 있는 수속제를 연화시키고, 다음 공정에서의 섬유 다발(8)의 개섬 및 섬유 다발(8)에의 열 가소성 수지의 함침을 용이하게 한다. 예열기(2)에는 공지의 것이 사용 가능한 상기 수속제는 복수의 섬유를 수속시켜 취급하기 쉽게 하기 위한 것이다.

<수지 함침 장치 및 노즐>

예열기(2)로부터 나온 섬유 다발(8)은, 가이드 롤러(15)를 거쳐 수지 함침 장치(3)에 보내진다. 수지 함침 장치(3)는, 섬유 다발(8)을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 섬유 다발(8)에 함침시킨다. 이 수지 함침 장치(3)에서, 섬유 다발(8)이 개섬됨과 함께, 용융된 열 가소성 수지가 섬유 다발(8)에 함침된다(수지 함침 공정).

수지 함침 장치(3)는, 용기(3a)와, 압출기(17)와, 복수의 함침 롤러(16)를 갖는다. 용기(3a)는, 섬유 다발(8)의 반송 방향으로 긴 통 형상을 하고, 용융된 열 가소성 수지를 저류한다. 그 용융된 열 가소성 수지의 온도는, 예를 들어 230℃이다. 상기 압출기(17)는, 용기(3a)에 접속되어, 당해 용기(3a) 내에 용융된 열 가소성 수지를 공급한다.

본 실시 형태에 있어서 사용되는 열 가소성 수지는 폴리프로필렌이지만, 이것에 한정되지는 않는다. 당해 열 가소성 수지에는, 예를 들어 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리아미드(나일론 6, 나일론 66 등), 폴리아세탈, 폴리카르보네이트, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄 저밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리스티렌, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤 등을 사용할 수 있다.

상기 복수의 함침 롤러(16)는, 상기 용기(3a) 내에서, 섬유 다발(8)의 반송 방향을 따라서 소정의 간격으로 배치되어 있다. 각 함침 롤러(16)는, 원형의 단면을 갖고, 그 중심축 주위에 회전 가능하게 배치되어, 상기 섬유 다발(8)에 접촉하면서 회전함으로써 섬유 다발(8)을 하류측에 반송한다. 상기 각 함침 롤러(16) 대신 가이드 바를 사용해도 된다. 가이드 바는, 원형의 단면을 갖지만 그 중심축을 중심으로 회전하지 않도록 배치되는 것이다.

섬유 다발(8)은, 상기한 바와 같이 용융된 열 가소성 수지를 저류하는 용기(3a) 내에서 복수의 함침 롤러(16)에 각각 접촉하면서, 용기(3a) 내를 지그재그로 통과한다. 즉, 섬유 다발(8)의 하면으로의 함침 롤러(16)의 접촉과, 섬유 다발(8)의 상면으로의 함침 롤러(16)의 접촉이 교대로 행해지면서, 섬유 다발(8)이 용기(3a) 내를 통과한다. 또한, 각 함침 롤러(16)는 상기 접촉에 의해 섬유 다발(8)을 개섬하고, 용융된 열 가소성 수지가 섬유 다발(8)에 함침된다.

여기서, 섬유 다발(8)의 개섬이란, 당해 섬유 다발(8)을 구성하는 복수의 섬유를 당해 섬유 다발(8)의 길이 방향(반송 방향)과 직교하는 폭 방향으로 확장하도록 배열하여 당해 섬유 다발(8)을 평평하게 하는 가공을 의미한다. 따라서, 당해 개섬의 진행에 따라 섬유 다발(8)의 폭이 증대하고 또한 두께가 감소한다.

상기 함침 롤러(16)의 개수는, 섬유 다발(8)의 개섬 상태 및 섬유 다발(8)에의 열 가소성 수지의 함침 상태에 따라 조정된다. 함침 롤러(16)의 개수가 지나치게 많은 경우에는, 섬유 다발(8)이 지나치게 개섬되어, 섬유 다발(8)의 폭 방향의 양단에서의 섬유 밀도가 높아진다. 또한, 함침 롤러(16)의 개수가 지나치게 많은 경우에는, 섬유 다발(8)의 장력이 지나치게 커져서, 섬유 끊김을 일으키기 쉽다. 반대로, 함침 롤러(16)의 개수가 지나치게 적은 경우에는, 섬유 다발(8)의 개섬이 불충분해져, 섬유 다발(8)의 폭 방향의 중앙에서 섬유 밀도가 높아지거나, 섬유 다발(8)에의 열 가소성 수지의 함침이 불충분해지거나 한다.

상기 노즐(18)은, 상기 용기(3a)의 출구부에 설치되어, 상기 용기(3a) 내로부터 배출되는 섬유 다발(8)의 형상을 정형한다. 노즐(18)은, 직사각형의 슬릿을 포함하는 개구를 둘러싸고, 이 슬릿을 상기 수지 함침 공정을 거친 섬유 다발(8)이 통과한다(노즐 통과 공정). 노즐(18)을 통과한 섬유 다발(8)은, 폭을 넓히면서 또한 축소된 두께를 갖는 테이프 형상이 된다. 즉, 노즐(18)은, 열 가소성 수지를 함침시킨 섬유 다발(8)을 테이프 형상으로 하면서 그 통과를 허용한다. 이하, 노즐(18)을 통과하여 테이프 형상으로 정형된 섬유 다발(8)을 테이프(9)라고 하는 경우가 있다. 노즐(18)의 온도는, 예를 들어 230℃가 바람직하다.

도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, 노즐(18)은, 제1 노즐 부재(18a)와, 제2 노즐 부재(18b)와, 좌우 한 쌍의 심판(제1 심판)(41)과, 좌우 한 쌍의 가이드판(42)과, 상기 한 쌍의 심판(41)과는 다른 좌우 한 쌍의 심판(제2 심판)(43)을 갖는다.

이 실시 형태에 따른 상기 제1 노즐 부재(18a) 및 제2 노즐 부재(18b)는, 서로 상하 방향으로 대향하도록 상하에 각각 배치된다. 상기 한 쌍의 심판(41) 및 상기 한 쌍의 심판(43)은, 노즐(18)의 폭 방향(좌우 방향)의 양단의 위치에서 상기 제1 노즐 부재(18a) 및 상기 제2 노즐 부재(18b) 사이에 택일적으로 넣는 것이 가능하고, 이에 의해, 제1 노즐 부재(18a)와 제2 노즐 부재(18b) 사이에, 직사각형의 슬릿 s를 형성한다. 따라서, 당해 슬릿 s의 간극 치수는, 상기 한 쌍의 심판(41)이 갖는 제1 두께 치수에 상당하는 정규 치수 L1과, 상기 한 쌍의 심판(43)이 갖는 제2 두께 치수에 상당하는 제조 개시용 치수 L0(>L1) 사이에서 선택된다. 상기 한 쌍의 심판(41) 및 상기 한 쌍의 심판(43)은, 모두, 노즐(18)을 통과하는 섬유 다발(8)에 맞닿지 않는 위치에 배치되어 있다. 즉, 심판(41)끼리의 간격 및 심판(43)끼리의 간격은, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭보다도 크다.

상기 한 쌍의 가이드판(42)은, 상기 노즐(18)의 선단 개구의 좌우 양단부를 덮도록 배치되어, 상기 제1 및 제2 노즐 부재(18a, 18b)에 나사 등으로 장착되어 있다. 한 쌍의 가이드판(42)은, 제조하는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭과 동일 치수의, 즉 당해 폭을 규정하는, 간격 Wg를 두고 배치되어 있다. 이에 의해, 노즐(18)의 개구를 통과한 테이프(9)의 폭은 제조되어야 할 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭에 합쳐진다. 당해 한 쌍의 가이드판(42)의 간격 Wg, 즉, 제조되는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프가 가져야 할 폭은, 예를 들어 15㎜이다.

상기 노즐(18)에 형성되어 섬유 다발(8)의 통과를 허용하는 상기 슬릿 s의 간극 치수는, 제1 및 제2 노즐 부재(18a, 18b) 사이에 넣어지는 심판의 교환에 의해 변경이 가능하다. 도 4는, 제조 개시 시에 있어서의 노즐(18)을 도 1의 화살표 A1의 방향으로부터 본 도면이며, 도 3b는 제조 개시 후, 소정의 조건을 만족시킨 단계로부터의 당해 노즐(18)을 당해 화살표 A1의 방향으로부터 본 도면이다. 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 개시 시에는, 도 4에 도시되는 한 쌍의 심판(43)이며 도 3b에 나타내는 심판(41)이 갖는 제1 두께 치수보다도 큰 제2 두께 치수를 갖는 심판(43), 즉 제2 심판이 사용된다. 이들 심판(43)이 갖는 제2 두께 치수는, 제조되어야 할 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 두께 치수, 즉 목표 두께 치수 보다도 크다. 즉, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 개시 시에는, 도 4에 예시한 바와 같이, 슬릿 s의 간극 치수는 상기 목표 두께에 상당하는 치수 L1보다도 큰 제조 개시용 치수 L0(>L1)로 설정된다. 그리고, 제조 개시 후, 소정의 조건에 도달하면, 심판(43)이 심판(41)으로 교환되어, 이에 의해, 슬릿 s의 간극 치수는 상기 제조 개시용 치수 L0에서 도 3b에 예시되는 정규 치수 L1, 즉 상기 목표 두께 치수에 상당하는 치수로 변경된다. 이와 같이, 당해 제1 및 제2 노즐 부재(18a, 18b) 및 심판(41, 43)은, 상기 슬릿 s의 간극 치수를 정규 치수 L1과 이것보다도 큰 제조 개시용 치수 L0의 사이에서 전환하는 것을 가능하게 하는 치수 전환 기구를 구성한다.

상기 「소정의 조건」이란, 예를 들어 「제조 개시 후, 소정의 시간이 경과한 것」이다. 즉, 「소정의 조건에 도달하면」이란, 예를 들어 「소정의 시간이 경과하면」이라고 환언할 수 있다. 또한, 노즐의 슬릿 s의 간극 치수를 가변으로 하는 구조는, 본 실시 형태의 것으로 한정되는 것은 아니다.

수지 함침 장치(3)의 용기(3a) 내에 섬유 다발(8)을 통과시킨 단계, 즉 제조 개시 전의 단계에서는, 섬유 다발(8)은 충분히 개섬하지 않는다. 이 상태에서, 얇은 슬릿으로부터 섬유 다발(8)을 빼내면, 슬릿 부분에서 섬유와 노즐(18)은 강하게 접촉하여 섬유 끊김이 발생하기 쉽고, 당해 섬유 끊김이 발생한 채로 운전을 계속하면 끊어진 섬유가 노즐(18)에 막혀, 섬유 전체(테이프)가 절단에 이를 우려가 있다. 이것을 방지하기 위하여, 상기 슬릿 s의 간극 치수의 변경이 행해진다.

「제조 개시 시」란, 인출기(6)에 의해 섬유 다발(8)의 인출를 개시했을 때를 의미한다. 정규 치수 L1은, 제조하는(원하는) 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프가 가져야 할 두께 치수, 즉 목표 두께 치수에 대응되는 치수이다.

상기 「소정의 조건」은, 예를 들어 노즐(18)의 슬릿 s 부분에 섬유 다발(8)이 도달하기 전의 위치에서(예를 들어, 수지 함침 장치(3)의 용기(3a) 내에서), 제조하는(원하는) 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭까지 섬유 다발(8)이 개섬해도 된다. 제조하는(원하는) 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭 및 두께, 재료인 섬유의 종류 및 열 가소성 수지의 종류에 기초하여, 슬릿 s로 통하는 섬유 다발(8)을 구성하는 섬유의 개수(예를 들어 12000개)가 결정된다. 그로 인해, 제조하는(원하는) 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭까지 섬유 다발(8)이 개섬하면, 열 가소성 수지를 함침시킨 섬유 다발(8)의 두께는 거의 제조하는(원하는) 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 두께로 되어 있다.

혹은, 상기한 「소정의 조건」은, 인출기(6)에 의한 테이프(9)의 인출 속도에 기초하는 것이어도 된다. 당해 인출 속도, 즉, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 속도는, 상기 테이프(9)의 절단을 방지하기 위하여, 그 제조 개시 시(장치의 운전 개시 시), 정규의 인출 속도(제조를 위한 속도)보다도 작은 속도로 설정된다. 그리고, 어느 정도의 시간이 경과하고 나서, 테이프(9)의 인출 속도가 소정의 인출 속도까지 증가된다. 이와 같이, 테이프(9)의 인출 속도가 시간의 경과와 함께 증가되는 것을 전제로 하면, 「소정의 조건」은, 테이프(9)의 인출 속도가 소정의 인출 속도에 도달하는 것이어도 된다.

혹은, 상기한 「소정의 조건」은, 제조하는(원하는) 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프가 가져야 할 폭, 즉 목표 폭을 얻을 수 있을 때까지 섬유 다발(8)이 개섬하고, 또한 테이프(9)의 인출 속도가 소정의 인출 속도에 도달하는 것이어도 된다.

또한, 상기한 「소정의 시간이 경과하면」이라는 것은, 시간 설정에 특히 근거를 마련하지 않고, 임의로 설정한 시간이 경과하면 이라는 것이어도 된다.

도 1, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 함침 롤러(16) 중의 노즐(18)에 가장 가까운 위치의 함침 롤러(16)는, 홈 구비 롤러(19)이며, 이 홈 구비 롤러(19)에 도 5에 도시한 바와 같은 홈(19a)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에 따른 홈 구비 롤러(19)는 하나이지만, 노즐(18)에 가까운 측에 2개 이상의 홈 구비 롤러가 설치되어 있어도 된다. 또한, 함침 롤러(16) 대신에 가이드 바가 사용되어 그 가이드 바에 홈이 마련되어도 된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 상기 홈(19a)은, 상기 홈 구비 롤러(19)의 축방향 중앙 부위에 형성되어, 제조되어야 할 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭, 즉 목표 폭과 동등한 폭 Wc를 갖는다. 홈 구비 롤러(19)는, 이 홈(19a)의 부분을 섬유 다발(8)이 통과하는 것을 허용하고, 이에 의해, 개섬된 섬유 다발(8)의 폭이 제조되어야 할 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭(목표 폭)을 상회하는 것을 방지한다. 이 홈(19a)의 폭 Wc는, 도 3b에 도시한 한 쌍의 가이드판(42)의 간격 Wg와 동일 치수이다.

이 실시 형태에서는, 제조하는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭을 변경할 때의 편리성으로부터, 홈 구비 롤러(19)보다도 상류측의 함침 롤러(16)는, 홈이 없는 원통 형상의 외주면을 갖는 평 롤러로 되어 있다. 혹은, 함침 롤러(16)의 모두가 홈 구비 롤러(19)여도 된다.

도 6에 도시한 바와 같이, 홈 구비 롤러(19)를 포함하는 복수의 함침 롤러(16)의 폭 방향의 중심 및 노즐(18)의 폭 방향의 중심은 평면에서 볼 때 단일 직선 위에 배치된다. 이것은, 당해 직선 위를 섬유 다발(8)이 주행하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해, 제조하는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프 내의 섬유의 밀도에 치우침이 발생하는 것을 억제한다.

<냉각 롤러부>

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 노즐(18)을 통과한 테이프(9)는, 상기 냉각 롤러부(4)에 보내진다. 냉각 롤러부(4)는, 테이프(9)의 반송 방향의 상류부터 하류에 걸쳐 순서대로 배열되는, 냉각 롤러(20) 및 냉각 롤러(21)를 갖는다. 냉각 롤러(20, 21)는, 로터리 조인트(도시하지 않음)로부터 공급되는 냉각수에 의해 일정 온도(예를 들어 20℃ 전후)로 유지되어 있다. 냉각 롤러(20, 21)는, 테이프(9)를 하류측으로 보내면서 냉각한다(냉각 공정).

상기 노즐(18)을 통과한 테이프(9)의 온도는, 열 가소성 수지의 융점 이상이다. 따라서, 노즐(18)을 통과한 직후의 테이프(9)에 있어서는, 함침되어 있는 열 가소성 수지는 고화되어 있지 않고, 주행 중에 폭 방향으로 섬유의 소밀이 발생하는 경향이 있다. 냉각 롤러(20)는, 상기 노즐(18)을 통과한 직후의 테이프(9)를 급속하게 냉각한다. 상세하게는, 냉각 롤러(20)는, 상기 테이프(9)의 표면, 도면에서는 상면을 냉각한다. 다음에, 냉각 롤러(21)는, 상기 테이프(9)의 이면(도면에서는 하면)을 냉각한다. 이들 냉각에 의해, 테이프(9)의 폭 방향에 섬유의 소밀이 발생하기 전에, 테이프(9)에 포함되는 열 가소성 수지는 고화된다.

<냉각부>

상기 냉각 롤러부(4)에서 냉각된 테이프(9)는, 도 1에 도시하는 상기 냉각부(5)에 보내진다. 냉각부(5)는, 테이프(9)를 수랭한다. 냉각부(5)는 예를 들어 수랭 풀이다. 냉각부(5)는 테이프(9)를 공랭하는 것이여도 된다. 또한, 냉각 롤러부(4)에 의한 냉각이 충분하면, 냉각부(5)를 생략해도 된다.

<인출기 및 권취기>

냉각부(5)에서 냉각된 테이프(9)는, 인출기(6)에 보낸다. 인출기(6)는, 냉각된 테이프(9)를 인출한다. 권취기(7)는, 인출기(6)에 인출된 테이프(9)를 권취한다.

(검증 실험)

도 1에 도시되는 제조 장치와 동등한 장치를 사용하여, 상기 효과, 즉, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 개시 시에 슬릿 s의 간극 치수를 정규 치수보다도 크게 해 두고, 제조 개시 후, 소정의 시간이 경과하면 슬릿 s의 간극 치수를 상기 정규 치수로 변경하는 것에 의한, 섬유 끊김 방지 효과의 검증 실험을 행했다. 구체적으로, 이 검증 실험은, 후술하는 실시예 및 비교예에 대해 행해졌다.

상기 실시예 및 상기 비교예의 어느 것에서도, 상기 섬유 다발(8)을 구성하는 섬유에는, 필라멘트 개수 12000개, 섬도 800g/1000m, 밀도 1.76의 탄소 섬유가 사용되고, 상기 열 가소성 수지에는 폴리프로필렌 수지가 사용되었다. 슬릿 s의 통상의 간극 치수(정규 치수)는 0.06㎜이다.

상기 실시예에서는, 제조 개시 시는, 도 4에 도시되는 한 쌍의 두꺼운 심판(43)이 사용됨으로써, 슬릿 s의 간극 치수가 제조 개시용 치수인 0.15mm로 설정되었다. 그리고, 제조 개시 후, 소정의 시간이 경과한 시점에서, 일단 섬유 다발(8)의 반송을 멈출 수 있고, 그 후에 상기 한 쌍의 심판(43)이 이것보다도 얇은 한 쌍의 심판(41)으로 교환됨으로써, 슬릿 s의 간극 치수가 정규 치수인 0.06㎜로 변경되어 제조가 재개되었다. 이 실시예는, 합계 5회 행하여져, 어느 예에서도 섬유 끊김은 발생하지 않았다.

상기 비교예에서는, 제조 개시 시부터 슬릿 s의 간극 치수가 0.06㎜인 채로 운전이 계속되었다. 이 비교예도, 합계 5회 행해졌지만, 그 중 4회에 섬유 끊김이 발생했다. 이 결과는, 제조 개시 시에 슬릿 s의 간극 치수를 정규 치수보다도 크게 해 두는 것이, 섬유 끊김의 빈도가 현저한 저하를 가능하게 하는 것을 나타내고 있다.

(노즐의 변형예)

도 7a 및 도 7b는, 변형예에 따른 노즐(22)을 나타낸다. 당해 노즐(22)은, 서로 대향하여 배치되는 제1 노즐 부재(22a)와 제2 노즐 부재(22b)를 갖는다. 상기 제1 노즐 부재(22a)에는 홈(22d)이 형성되고, 당해 홈(22d)은 폭 치수 W 및 정규의 간극 치수에 상당하는 간극 치수 T를 갖는 슬릿 s를 구성한다. 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 개시 시는, 홈(22d)의 폭 방향의 양 외측의 위치에서 제1 노즐 부재(22a)와 제2 노즐 부재(22b) 사이이며 도시하지 않은 한 쌍의 심판이 넣어짐으로써, 슬릿 s의 간극 치수가 정규 치수보다도 확대된다. 그리고, 소정의 조건을 만족시킨 단계에서 상기 심판이 제거되어 상기 간극 치수가 상기 정규 치수까지 축소되어, 이 상태에서 장치의 운전이 재개됨으로써, 당해 정규 치수에 대응하는 두께를 가진 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프가 제조된다.

이상과 같이, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 방법 및 장치이며, 그 제조 개시 시에 섬유 끊김이 발생하는 것을 억제하는 것이 가능한 것이 제공된다.

제공되는 것은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 방법이며, 섬유 다발을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 당해 섬유 다발에 함침시키는 수지 함침 공정과, 노즐에 형성된 슬릿에, 상기 수지 함침 공정을 거친 상기 섬유 다발을 통과시켜 테이프 형상으로 하는 노즐 통과 공정을 포함하고, 상기 노즐 통과 공정은, 제조 개시 시에는 상기 슬릿의 간극 치수를 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 목표 두께 치수에 대응하는 정규 치수보다도 크게 한 상태에서 당해 슬릿에 상기 섬유 다발을 통과시키고, 제조 개시 후, 소정의 조건을 만족시킨 시점에서 상기 슬릿의 간극 치수를 상기 정규 치수로 변경하고 나서 당해 슬릿에 상기 섬유 다발을 통과시키는 것을 포함한다.

이 방법에 의하면, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 개시 시, 섬유 다발의 개섬이 불충분한 상태에서도, 슬릿의 간극 치수를 상기 테이프의 목표 두께 치수에 상당하는 정규 치수보다도 크게 함으로써, 섬유와 노즐이 슬릿 부분에서 강하게 접촉하여 섬유가 끊어지는 것을 억제할 수 있고, 더욱이, 그 끊어진 섬유가 노즐에 막히고, 섬유 전체(테이프)가 절단되어 버린다는 것을 방지할 수 있다. 제조 개시 후, 소정의 조건을 만족하는 단계, 예를 들어 소정의 시간이 경과한 후는 섬유 다발의 개섬이 진행되고 있으므로, 이 시점에서 슬릿의 간극 치수를 상기 정규 치수로 변경해도 섬유 끊김은 발생하기 어렵다.

상기 「소정의 조건」은, 예를 들어 상기 섬유 다발의 폭이 제조되어야 할 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭인 목표 폭에 도달할 때까지 상기 섬유 다발이 개섬된 것이 바람직하다.

이 조건을 만족시킨 단계에서는, 섬유 다발이 충분히 개섬된 상태로 되어 있으므로, 당해 조건을 만족시킨 시점에서 슬릿의 간극 치수를 정규 치수로 변경해도, 섬유와 노즐이 슬릿 부분에서 강하게 접촉하여 섬유가 끊어지는 것을 피할 수 있다.

혹은, 상기 노즐 통과 공정이, 제조 개시부터 시간의 경과와 함께 상기 섬유 다발이 상기 슬릿을 통과하는 속도인 제조 속도를 증가시키는 것을 포함하는 경우, 상기 소정의 조건은, 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 속도가 소정의 속도에 도달한 것이어도 된다. 예를 들어, 당해 테이프의 인출 속도가 소정의 인출 속도에 도달하면, 슬릿의 간극 치수를 소정의 치수로 해도 된다.

이 방법에서는, 제조 속도가 저속으로부터 기동될 수 있는 것에 의해, 제조 개시 시에 섬유와 노즐이 슬릿 부분에서 강하게 접촉하는 것이 완화된다. 즉, 제조 개시 시는, 소정의(통상의) 제조 속도보다도 저속으로 하고, 또한 슬릿의 간극 치수를 소정의 치수보다도 크게 해 두고, 소정의 속도까지 제조 속도가 상승한 시점에서 슬릿의 간극 치수를 정규 치수로 변경함으로써, 제조 개시 시의 섬유 끊김을 보다 확실하게 억제할 수 있다.

또한, 제공되는 것은, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 장치이며, 섬유 다발을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 당해 섬유 다발에 함침시키는 수지 함침 장치와, 상기 수지 함침 장치의 용기의 출구부에 설치할 수 있고, 상기 열 가소성 수지를 함침시킨 상기 섬유 다발이 통과 가능한 슬릿을 형성하고, 이 슬릿의 통과에 의해 상기 섬유 다발을 테이프 형상으로 하는 노즐을 구비한다. 상기 노즐은, 이 노즐이 형성하는 상기 슬릿의 간극 치수를, 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 목표 두께 치수에 상당하는 정규 치수와, 이 정규 치수보다도 큰 제조 개시용 치수로 전환하는 것을 가능하게 하는 치수 전환 기구를 갖는다.

이 장치에 의하면, 상기 슬릿의 간극 치수로서, 제조 개시 시에는 상기 정규 치수보다도 큰 상기 제조 개시용 치수를 선택하고, 제조 개시 후, 소정의 조건을 만족시킨 시점에서 당해 간극 치수를 당해 정규 치수로 변경함으로써, 제조 개시 시의 섬유 끊김을 방지하면서 양호한 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조할 수 있다.

상기 노즐은, 예를 들어 상기 슬릿을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되는 제1 노즐 부재 및 제2 노즐 부재와, 상기 정규 치수에 상당하는 제1 두께 치수를 갖고, 상기 슬릿의 폭 방향으로 서로 간격을 두고 제1 노즐 부재와 제2 노즐 부재 사이에 넣어짐으로써 당해 슬릿의 간극 치수를 상기 제1 두께 치수에 상당하는 치수로 규정하는 한 쌍의 제1 심판과, 상기 제1 두께 치수보다도 큰 두께 치수이며 상기 제조 개시용 치수에 상당하는 제2 두께 치수를 갖고, 상기 슬릿의 폭 방향으로 서로 간격을 두고 제1 노즐 부재와 제2 노즐 부재 사이에 넣어짐으로써 당해 슬릿의 간극 치수를 상기 제2 두께 치수에 상당하는 치수에 규정하는 한 쌍의 제2 심판을 포함하는 것이 바람직하다. 이 노즐에 의하면, 제조 개시 시에는 상기 제1 노즐 부재 및 제2 노즐 부재 사이에 상기 제2 두께 치수를 갖는 제2 심판을 사이에 넣음으로써 상기 슬릿의 간극 치수를 상기 제조 개시용 치수로 하여 섬유 끊김을 방지할 수 있고, 그 후, 상기 제2 심판을 상기 제1 두께 치수를 갖는 제1 심판으로 교환하여 상기 슬릿의 간극 치수를 상기 정규 치수로 변경함으로써, 목표 두께 치수를 갖는 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조할 수 있다.

Claims

섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 방법이며,
섬유 다발을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 당해 섬유 다발에 함침시키는 수지 함침 공정과,
노즐에 형성된 슬릿에, 상기 수지 함침 공정을 거친 상기 섬유 다발을 통과시켜 테이프 형상으로 하는 노즐 통과 공정을 포함하고,
상기 노즐 통과 공정은, 제조 개시 시에는 상기 슬릿의 간극 치수를 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 목표 두께 치수에 대응하는 정규 치수보다도 크게 한 상태에서 당해 슬릿에 상기 섬유 다발을 통과시키고, 제조 개시 후, 소정의 조건을 만족시킨 시점에서 상기 슬릿의 간극 치수를 상기 정규 치수로 변경하고 나서 당해 슬릿에 상기 섬유 다발을 통과시키는 것을 포함하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 소정의 조건이, 제조 개시 후에 소정의 시간이 경과한 것인, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 소정의 조건이, 상기 섬유 다발의 폭이 제조되어야 할 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 폭인 목표 폭에 달할 때까지 상기 섬유 다발이 개섬된 것인, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 노즐 통과 공정에서는, 제조 개시부터 시간의 경과와 함께 상기 섬유 다발이 상기 슬릿을 통과하는 속도인 제조 속도를 증가시키는 것을 포함하고, 상기 소정의 조건이, 상기 제조 속도가 소정의 속도에 도달한 것인, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 방법.
섬유 강화 열 가소성 수지 테이프를 제조하기 위한 장치이며,
섬유 다발을 개섬함과 함께, 용융된 열 가소성 수지를 당해 섬유 다발에 함침시키는 수지 함침 장치와,
상기 수지 함침 장치의 용기의 출구부에 설치되고, 상기 열 가소성 수지를 함침한 상기 섬유 다발이 통과 가능한 슬릿을 형성하고, 이 슬릿의 통과에 의해 상기 섬유 다발을 테이프 형상으로 하는 노즐을 구비하고,
상기 노즐은, 이 노즐이 형성하는 상기 슬릿의 간극 치수를, 상기 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 목표 두께 치수에 상당하는 정규 치수와, 이 정규 치수보다도 큰 제조 개시용 치수로 전환하는 것을 가능하게 하는 치수 전환 기구를 갖는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.
제5항에 있어서,
상기 노즐은, 상기 슬릿을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치되는 제1 노즐 부재 및 제2 노즐 부재와, 상기 정규 치수에 상당하는 제1 두께 치수를 갖고, 상기 슬릿의 폭 방향으로 서로 간격을 두고 제1 노즐 부재와 제2 노즐 부재 사이에 넣어짐으로써 당해 슬릿의 간극 치수를 상기 제1 두께 치수에 상당하는 치수에 규정하는 한 쌍의 제1 심판과, 상기 제1 두께 치수보다도 큰 두께 치수이며 상기 제조 개시용 치수에 상당하는 제2 두께 치수를 갖고, 상기 슬릿의 폭 방향으로 서로 간격을 두고 제1 노즐 부재와 제2 노즐 부재 사이에 넣음으로써 당해 슬릿의 간극 치수를 상기 제2 두께 치수에 상당하는 치수로 규정하는 한 쌍의 제2 심판을 포함하는, 섬유 강화 열 가소성 수지 테이프의 제조 장치.