KR20180033170A

KR20180033170A - 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180033170A
Application number: KR1020187001288A
Authority: KR
Inventors: 가즈마사 가와베; 고헤이 야마다; 게이이치 곤도; 히로후미 이요
Original assignee: 후쿠이 켄
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-04-02
Also published as: EP3333214A4; WO2017022607A1; JP2017031342A; EP3333214A1; US20180215110A1; EP3333214B1; CN107735433A; JP6718101B2; KR102466875B1; CN107735433B

Abstract

본 발명은, 섬유 시트재와 수지 시트재를 사용하여, 수지 시트재를 용융시켜 섬유 시트재에 함침 또는 반함침시킨 섬유 강화 수지 시트재를 연속해서 안정적으로 얻을 수 있는 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)를 겹쳐 반송용 벨트(7) 사이에 끼워 넣어 반송시키고, 가열 롤 사이(1)에서 가열 가압을, 그 후, 냉각 롤(2) 사이에서 냉각 가압을 행함으로써, 수지 시트재(Js)를 용융시켜 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침시킨 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 얻는 방법에 있어서, 수지 시트재(Js)의 측단부(10 및 11)의 외측에 섬유 시트재(Ts)의 측단부(8 및 9)를 각각 배치하여 겹치는 것을 행한다.

Description

섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법

본 발명은, 강화 섬유와 열가소성 수지로 이루어지는 섬유 강화 수지 재료에 관한 것으로, 상세하게는 탄소 섬유 또는 유리 섬유 등의 강화 섬유로 이루어지는 섬유 시트재와, 폴리프로필렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에테르이미드 수지 등의 열가소성 수지로 이루어지는 수지 시트재를 가열 가압하는 장치, 예를 들어 복수의 회전하는 가열 롤로 구성되는 가열 가압 장치 등에 도입하고, 상기 수지 시트재를 용융시켜 상기 섬유 시트재에 연속해서 함침 또는 반함침시키는 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 열경화성 수지, 또는 열가소성 수지를 매트릭스 수지로 하는 섬유 강화 수지 재료(섬유 강화 복합 재료)는, 금속 재료에 비해 경량이고, 또한 고탄성이며, 수지 재료만에 비해 고탄성이고, 또한 고강도이다. 이 때문에, 항공·우주 분야, 자동차 분야, 토목·건축 분야, 운동 기구 분야 등의 폭넓은 분야에서 주목받고 있는 재료이다.

강화 섬유의 본래의 특성인, 인장에 대한 고강도 및 고탄성의 특징을 살리기 위해서는, 장섬유 상태의 강화 섬유로 이루어지는 섬유 시트재에 미리 매트릭스 수지를 함침, 또는 반함침시킨 프리프레그 시트재, 즉 섬유 강화 수지 시트재를 제작하고, 섬유 강화 수지 시트재를 다양한 방향으로 적층하여 성형품을 제작하는 것이 바람직하다고 되어 있다.

한편, 매트릭스 수지로서 열가소성 수지를 사용한 섬유 강화 수지 재료는, 열가소성 수지의 특징으로부터, 인성, 성형성, 저장 안정성, 리사이클성 등이 우수하기 때문에, 부가 가치가 있는 재료로서 주목받고, 특히 자동차 분야의 재료로서 기대되고 있다.

그러나, 열가소성 수지는 일반적으로 열경화성 수지에 비해 고점도이며, 열가소성 수지를 성형할 때에는, 열가소성 수지를 고온 상태에서 점도가 낮아진 상태로 할 필요가 있다. 그리고, 이 상태에서, 섬유 시트재를 구성하는 강화 섬유 다발 중에 열가소성 수지를 함침 또는 반함침시키는 공정이 필요해진다.

여기서, 함침이라 함은, 강화 섬유 다발 중의 각 섬유 간의 간극에 용융된 열가소성 수지가 들어가, 강화 섬유 다발 전체에 열가소성 수지가 침투한 상태로 되는 것이다. 반함침이라 함은, 함침 상태의 전단계의 상태이며, 강화 섬유 다발 중에 열가소성 수지가 부분적으로 침투하고 아직 완전히 전체에 침투하지 않은 상태로 되는 것이다. 반함침 상태에서는, 강화 섬유 다발 중에 열가소성 수지가 침투하지 않은 섬유가 집속된 부분이 존재함과 함께, 열가소성 수지에 있어서도 수지만의 부분이 일부 존재한다.

열가소성 수지를 섬유 시트재에 함침하여, 섬유 강화 수지 시트재를 제조하는 방법으로서, 한 쌍의 금속 가압 롤에 의해 연화된 열가소성 수지 필름을 가압하여 섬유 시트재에 함침하는 방법(예를 들어, 특허문헌 1 참조)이나, 금속 롤과 고무 롤을 사용하여, 이들 롤 사이에 있어서 열가소성 수지를 섬유 시트재에 함침하는 방법(예를 들어, 특허문헌 2 참조) 등이 제안되어 있다. 또한, 금속제의 주 롤과 금속제의 압박 롤을 사용하여, 주 롤에 대해 압박 롤을 압박함으로써, 압박 롤의 주위면이 주 롤의 주위면 형상을 따르도록 압박 롤의 주위면을 변형시키면서, 열가소성 수지를 섬유 시트재에 함침하는 방법(예를 들어, 특허문헌 3 참조) 등이 제안되어 있다.

일본 특허 공개 평7-016936호 공보 일본 특허 공개 평7-016835호 공보 일본 특허 공개 제2012-110935호 공보

이들의 제조 방법에서는, 이형 처리된, 혹은 이형 효과가 있는 소재로 제작된 쌍의 반송용 벨트 또는 반송용 시트를 사용하여, 섬유 시트재와 열가소성 수지 필름 등으로 이루어지는 수지 시트재를 반송용 벨트 또는 반송용 시트의 사이에 끼워 넣은 상태에서 가열 가압 롤 및 냉각 롤에 순차 반송시키고, 용융된 열가소성 수지가 강화 섬유 다발 중에 함침하여 고화된 섬유 강화 수지 시트재를 제조하는 것을 목적으로 하고 있다. 그리고, 냉각 롤 사이를 지난 후에 섬유 강화 수지 시트재를 반송용 벨트 또는 반송용 시트로부터 박리함으로써, 용융된 수지가 가열 가압 롤이나 냉각 롤 등에 부착되는 트러블이나, 부착된 수지와 함께 강화 섬유가 부착되어 가열 가압 롤이나 냉각 롤 등에 권취되는 트러블 등을 피하고 있다.

특허문헌 3에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 압출 성형 장치와 T 다이를 사용하여, T 다이로부터 얻어진 열가소성 수지 필름을 그대로 섬유 시트재와 맞추고 있다.

상술한 종래의 성형 방법에 있어서, 통상, 열가소성 수지 필름의 폭은 섬유 시트재의 폭과 동등하거나, 혹은 넓게 설정하고 있다. 이것은, 도입되는 섬유 시트재의 전체 폭을 기준으로 섬유 강화 수지 시트재의 제품 폭을 얻으려고 하는 전제에 의한다.

본 발명자들은, 복수의 강화 섬유 다발을 폭 방향으로 배열하여 구성한 섬유 시트재에, 그 폭이 섬유 시트재의 폭보다 넓은 수지 시트재를 겹쳐 한 쌍의 이형 효과가 있는 소재로 제작된 반송용 시트에 끼어 들어가게 하고, 그 상태에서 한 쌍의 금속제 가열 롤 사이에 도입하여 가열하면서 가압한 후, 냉각 롤에 접촉 주행시켜, 반송용 시트로부터 섬유 강화 수지 시트재를 박리하여, 직접, 지관에 제품으로서 권취한다고 하는 연속된 제조를 실시하였다. 그런데, 섬유 시트재의 양 측단부로부터 외측에 배치된 수지 시트재가 반송용 시트에 여기저기 부착되는 트러블이 발생하였다.

본 발명자들은, 탄소 섬유 등의 강화 섬유 다발을 유체를 사용하여 개섬하는 개섬 기술을 개발하였고, 이러한 개섬 기술에 의해 박층이며 폭이 넓은 섬유 시트재를 얻을 수 있게 되었다. 본 발명자들은, 일본 특허 제4813581호 공보의 도 12에 도시한 개섬 장치를 사용하여 제작한 박층의 섬유 시트재를 사용하여, 종래의 성형 방법과 마찬가지로, 섬유 시트재의 폭보다 넓고 얇은 수지 시트재를 겹쳐 한 쌍의 이형 효과가 있는 소재로 제작된 반송용 시트에 끼어 들어가게 하고, 한 쌍의 금속제 가열 롤에 의한 가열 가압 및 냉각 롤에 의한 냉각에 의해, 연속해서 섬유 강화 수지 시트재를 제조하였다. 섬유 시트재의 양 측단부로부터 외측에 배치된 수지 시트재가 반송용 시트에 연속해서 부착되어 잔류하는 트러블이 발생하였다. 이것은, 섬유 시트재의 박층화에 수반하여 수지 시트재도 박층화할 필요가 있고, 그 때문에 수지 시트재가 얇은 상태로 되었다는 점에서, 섬유 강화 수지 시트재를 반송용 시트로부터 박리하려고 하였을 때, 반송용 시트에 부착된 수지가 섬유 강화 수지 시트재로부터 분리되기 쉬워져, 반송용 시트에 연속해서 수지가 부착되게 되었다고 생각된다.

발명자들의 실험에서는, 수지 시트재 1매당 두께가 약 50㎛보다 얇은 경우, 반송용 시트에 얇게 수지가 부착되어, 섬유 강화 수지 시트재로부터 분리되기 쉬워져, 반송용 시트에 수지가 연속해서 부착되는 것이 확인되었다.

또한, 수지 시트재를 섬유 시트재의 폭과 거의 동일한 폭으로 형성하여 섬유 시트재와 수지 시트재를 겹쳐 가열 가압 및 냉각에 의해 섬유 강화 수지 시트재를 제조한 경우라도, 수지 시트재가 용융하여 섬유 시트재에 함침될 때, 섬유 시트재의 양 측단부로부터 외측으로 용융된 수지가 밀려나와 반송용 시트에 부착되어 잔류하는 트러블이 발생하였다.

생산성을 향상시킴과 함께, 저가격의 섬유 강화 수지 시트재를 얻으려고 하면, 고가의 반송용 시트는 반복하여 사용하고 싶지만, 반송용 시트의 표면에 수지가 부착되어 버리면, 그 제거에 수고를 요하고, 제조 비용이 높아져 버리는 과제가 있다.

반송용 벨트를 사용한 연속의 제조에 있어서는, 반송용 벨트 표면에 수지가 부착되면, 부착된 수지가 다시 가열되어 용융 상태로 되었을 때에 수지의 점성에 의해 새로운 수지를 부착시켜 버리고, 그 부분에 있어서, 수지의 부착량이 증가해 버리는 트러블을 발생한다. 그리고, 결국 반송용 벨트에 부착된 수지가 다시 용융되었을 때, 섬유 시트재의 강화 섬유가 용융 수지에 부착되어 끌리게 되어, 반송용 벨트에 강화 섬유가 권취되는 트러블로 발전한다.

그리고, 섬유 시트재의 측단부로부터 수지 시트재가 용융되어 폭 방향으로 흘러 확산될 때, 수지의 폭 방향으로의 흐름의 영향에 의해 섬유 시트재의 측단부의 강화 섬유도 폭 방향으로 흘러 강화 섬유의 배향 흐트러짐을 발생하거나, 또한 흘러나온 강화 섬유가 반송용 시트나 반송용 벨트에 부착 수지와 함께 부착되어 권취되는 등의 트러블로 발전하는 경우가 있었다.

압출 성형 장치와 T 다이를 사용하여 열가소성 수지 필름을 제작하는 경우, 슬릿 형상의 립을 갖는 다이로부터 용융 수지를 압출하여 토출시키고, 수취하는 흐름 방향으로 연신시켜 필름 형상으로 성형한다. 이때, 용융 상태로 압출된 수지는, 흐름 방향으로 연신됨으로써, 두께 방향과 폭 방향으로 수축되지만, 이 폭 방향의 수축에 기인하여 양측 부분의 시트 두께가 중앙 부분의 두께보다 증가해 버린다.

T 다이로부터 토출된 열가소성 수지 필름을 그대로 수지 시트재로서 섬유 시트재와 겹치면, 수지 시트재의 양단부는 두께가 증가한 상태로 되어 있으므로, 수지 시트재의 양측 부분에 있어서의 섬유 시트재에의 함침 상태와, 수지 시트재의 중앙 부분에 있어서의 섬유 시트재에의 함침 상태가 상이하고, 중앙 부분은 함침이 진행되지 않은 상태로 되어 버린다. 즉, 폭 방향에서 두께와 함침성이 상이한 섬유 강화 수지 시트재로 되어 버린다. 박층의 섬유 강화 수지 시트재를 얻고자 할 때에는, 특히 이 경향이 강하게 나타나 버린다.

본 발명은 이러한 점에 비추어 이루어진 것이며, 섬유 시트재와 수지 시트재를 사용하여, 수지 시트재를 용융시켜 섬유 시트재에 함침 또는 반함침시킨 섬유 강화 수지 시트재를 연속해서 안정적으로 얻을 수 있는 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법은, 섬유 시트재 및 수지 시트재를 반송하여 겹치는 겹침 공정과, 겹친 상기 섬유 시트재 및 상기 수지 시트재를 반송하면서 가열 가압함으로써 상기 수지 시트재를 용융시켜 상기 섬유 시트재에 함침 또는 반함침시켜 일체화한 복합 시트재를 얻는 일체화 공정과, 상기 복합 시트재를 반송하면서 냉각함으로써 수지를 고화시켜 섬유 강화 수지 시트재를 형성하는 고화 공정을 포함하는 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법을 전제로 한다.

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법은, 상기 겹침 공정에서는, 상기 수지 시트재의 측단부의 외측에 상기 섬유 시트재의 측단부를 배치하여 겹치는 것을 특징으로 한다. 나아가, 적어도 상기 겹침 공정으로부터 상기 고화 공정에 있어서, 상기 섬유 시트재는, 전체 폭에 장력이 부여된 상태에서 반송되고, 상기 복합 시트재 및 상기 섬유 강화 수지 시트재는, 상기 수지 시트재가 상기 섬유 시트재에 함침 또는 반함침되어 있지 않은 상기 섬유 시트재의 측단부를 포함하는 전체 폭에 장력이 부여된 상태에서 반송되는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 섬유 시트재는, 상기 섬유 다발 중에 유체를 통과시킴으로써 섬유를 휘게 하면서 폭 방향으로 이동시켜 개섬하는 유체 개섬 공정과, 반송되는 상기 섬유 다발에 대해 접촉 부재를 접촉시키면서 상기 섬유 다발의 일부를 압입하여 긴장 상태로 한 후 긴장 상태의 상기 섬유 다발로부터 상기 접촉 부재를 이격시켜 상기 섬유 다발을 일시적으로 이완 상태로 하는 변동 동작을 반복하여 부여하는 세로 진동 부여 공정과, 개섬된 상기 섬유 다발을 폭 방향으로 왕복 진동시키는 가로 진동 부여 공정을 포함하는 개섬 방법에 의해 처리된 개섬 섬유 다발로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 개섬 섬유 다발은, 단위 면적당 중량이 10g/㎡ 내지 80g/㎡인 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 일체화 공정에서는, 복수의 섬유 다발 또는 상기 개섬 섬유 다발을 폭 방향으로 배열하여 구성되어 있는 상기 섬유 시트재에 대해, 상기 수지 시트재의 양 측단부를 상기 섬유 시트재의 최측단부에 배치된 상기 섬유 다발 또는 상기 개섬 섬유 다발에 함침 또는 반함침시키는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 수지 시트재는, 폭 방향의 평균 두께가 10㎛ 내지 50㎛인 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 수지 시트재는, 폭 방향의 두께에 대해 그 평균 두께와의 편차가 평균 두께의 ±10％ 이내로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 겹침 공정에 있어서 도입되는 상기 수지 시트재는, 압출 성형에 의해 수지 필름을 성형하면서 당해 수지 필름의 양단부를 슬릿하여 연속 형성되는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 겹침 공정에서는, 상기 섬유 시트재의 편면에 상기 수지 시트재를 겹치고 있고, 상기 일체화 공정에서는, 겹친 상기 섬유 시트재측의 가열 온도를 상기 수지 시트재의 용융 온도 이상으로 설정함과 함께, 겹친 상기 수지 시트재측의 가열 온도를 상기 수지 시트재의 용융 온도보다 낮게 설정하는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 겹침 공정에서는, 상기 수지 시트재의 양면에 상기 섬유 시트재를 배치하는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 겹침 공정에서는, 복수의 상기 섬유 다발 또는 상기 개섬 섬유 다발을 폭 방향으로 배열하여 구성되어 있는 상기 섬유 시트재를 폭 방향으로 어긋나게 하여 서로의 상기 섬유 다발 또는 상기 개섬 섬유 다발이 겹치지 않도록 배치하는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 겹침 공정에서는, 상기 수지 시트재의 양면에 배치된 상기 섬유 시트재의 양 측단부가, 상기 수지 시트재의 양 측단부의 외측에 배치되는 것을 특징으로 한다. 나아가, 상기 일체화 공정에서는, 상기 수지 시트재가 용융하여 상기 섬유 시트재에 완전히 함침된 상태에 있어서의 두께보다 상기 복합 시트재의 두께가 두꺼워지도록 가열 가압하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법은, 섬유 시트재에 수지 시트재를 함침 또는 반함침시킨 섬유 강화 수지 시트재를 연속해서 양호한 상태로 제조하는 것을 실현할 수 있다.

도 1은 섬유 시트재의 편면에 수지 시트재를 배치하여 섬유 강화 수지 시트재를 제조하는 방법에 대해 실시하는 장치의 모식적 사시도이다.
도 2는 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)의 배치에 관한 설명도이다.
도 3은 섬유 시트재의 양 표면에 수지 시트재를 배치하여 섬유 강화 수지 시트재를 제조하는 방법에 대해 실시하는 장치의 모식적 사시도이다.
도 4는 압출 성형 장치와 T 다이를 사용하여 제조한 수지 시트재에 섬유 시트재를 배치하여 섬유 강화 수지 시트재를 제조하는 방법에 대해 실시하는 장치의 모식적 측면도이다.
도 5는 압출 성형 장치와 T 다이를 사용하여 제조한 수지 시트재의 양 표면에 섬유 시트재를 배치하여 섬유 강화 수지 시트재를 제조하는 방법에 대해 실시하는 장치의 모식적 측면도이다.
도 6은 섬유 시트재(TsA와 TsB) 및 수지 시트재(Js)의 배치에 관한 설명도이다.
도 7은 압출 성형 장치와 T 다이를 사용하여 제조한 수지 시트재의 양 표면에 섬유 시트재를 배치하여 섬유 강화 수지 시트재를 제조하는 방법에 대해 실시하는 다른 장치의 모식적 측면도이다.
도 8은 섬유 시트재(TsA와 TsB) 및 수지 시트재(Js)를 배치하여, 수지를 함침시킨 상태의 섬유 강화 수지 시트재(Ps)에 관한 설명도이다.
도 9는 섬유 다발의 개섬을 행하는 장치의 모식적 측면도이다.
도 10은 섬유 다발의 개섬을 행하는 장치의 모식적 상면도이다.

이하, 본 발명에 관한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 발명을 실시하는 데 있어서 바람직한 구체예이기 때문에, 기술적으로 다양한 한정이 이루어져 있지만, 본 발명은 이하의 설명에 있어서 특히 본 발명을 한정하는 취지가 명기되어 있지 않은 한, 이들 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법을 실시하는 장치 예에 관한 모식적 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 상측으로부터 본 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)의 배치에 관한 설명도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 섬유 시트재(Ts)는, 도시하지 않은 권출 장치에 세트된 복수의 보빈으로부터 일정 장력을 부여하여 인출된 섬유 다발(Tm)을 폭 방향으로 4개 배열하여 정렬시킨 상태로 하여 구성되어 있다. 4개의 섬유 다발(Tm)에는 장력이 부여되기 때문에, 섬유 시트재(Ts)는 전체 폭에 있어서 장력이 부여된 상태에서 가열 롤(1A)에 도입된다. 도 2에서는 섬유 다발(Tm)의 개수는 4개이지만, 폭 방향으로 배열되는 개수는 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 폭, 섬유 다발의 단위 면적당 중량 등에 따라 결정된다. 섬유 다발 1개를 사용한 테이프상의 섬유 강화 수지 시트재의 제조 등도 가능하다.

섬유 다발(Tm)에 사용되는 강화 섬유 재료로서는, 탄소 섬유 다발, 유리 섬유 다발, 아라미드 섬유 다발, 세라믹스 섬유 다발 등의 강화 섬유 다발 등을 들 수 있다. 탄소 섬유 다발의 경우, 섬유 다발의 집속 개수 12000개(12K) 내지 24000개(24K)가 시장에는 많이 유통되고 있지만, 본 발명에서는 24000개를 초과하는 집속 개수, 예를 들어 48000개(48K), 50000개(50K), 60000개(60K) 등의 섬유 다발을 사용할 수도 있다.

복수 개의 섬유 다발(Tm)을 폭 방향으로 일정 간격으로 배열한 후, 이들 섬유 다발(Tm)을 폭이 넓고, 얇게 개섬하는 개섬 처리에 의해 개섬사 시트로 형성하여 섬유 시트재(Ts)로 해도 된다. 개섬 처리로서는, 예를 들어 일본 특허 제4740131호 공보에 기재된 도 12에 도시한 개섬 장치를 사용하여 복수 개의 섬유 다발을 개섬하여 개섬사 시트를 제작해도 된다. 또한, 일본 특허 제5326170호 공보에 기재된 도 20에 도시한 개섬 장치를 사용하면, 태섬도 섬유 다발, 예를 들어 탄소 섬유 다발 24K나 50K 등의 집속 개수가 많은 섬유 다발을 서서히 개섬하여 박층의 개섬사 시트를 얻을 수도 있다. 나아가, 일본 특허 제5553074호 공보에 기재된 도 15A, 도 15B에 도시한 개섬 장치를 사용하면, 폭이 넓은 개섬을 고속으로 실현할 수 있게 된다.

또한, 섬유 다발(Tm)의 형태로서, 사이징제 등의 집속제를 사용하지 않은 섬유 다발을 사용해도 되고, 사이징제 등의 집속제에 의해 각 섬유가 흐트러지지 않도록 집속하고 있는 강화 섬유 다발을 사용해도 된다. 사이징제가 부착된 상태의 섬유 다발을 개섬하여 박층화시키면, 사이징제의 부착에 의해, 개섬사 시트에 있어서도 그 형태가 안정된다. 강제적으로 꼬아서 꼬임이 부여되어 있는 형태의 섬유 다발은 연속된 개섬 상태가 얻어지기 어려워, 섬유 분산성이 우수한 개섬사 시트를 얻는 것이 어려워진다.

또한, 섬유 시트재(Ts)는, 강화 섬유 다발에 의한 직물 시트재 또는 편물 시트재 등을 사용해도 된다.

상술한 개섬 장치를 사용하면, 예를 들어 탄소 섬유 다발 등은 단위 면적당 중량 10 내지 80g/㎡의 폭이 넓고, 얇은 상태의 개섬사(개섬 섬유 다발)가 생기게 된다. 탄소 섬유 다발 12K(단사 직경 약 7㎛, 집속 개수 12000개)를 사용한 경우, 폭 20㎜로 개섬하면 단위 면적당 중량 약 40g/㎡, 폭 40㎜로 개섬하면 단위 면적당 중량 약 20g/㎡, 또한 폭 64㎜로 개섬하면 단위 면적당 중량 약 12.5g/㎡의 개섬 섬유 다발을 얻을 수 있다. 탄소 섬유 다발 50K(단사 직경 약 7㎛, 집속 개수 50000개)를 사용한 경우, 폭 42㎜로 개섬하면 단위 면적당 중량 약 78g/㎡, 또한 폭 82㎜로 개섬하면 단위 면적당 중량 약 40g/㎡의 개섬 섬유 다발을 얻을 수 있다. 그리고, 섬유 다발을 폭 방향으로 배열하여 복수 개를 동시에 개섬함으로써, 폭 방향으로 복수 개의 개섬 섬유 다발이 배열된 개섬사 시트를 구성할 수 있다.

상술한 개섬 장치는, 적어도 유체 개섬 공정, 세로 진동 부여 공정, 그리고 가로 진동 부여 공정을 행하는 기구가 설치된 구성으로 되어 있고, 휜 섬유 다발에 일 방향으로 흐르는 유체를 작용시킴으로써 섬유 다발을 폭이 넓고, 얇게 개섬시키고, 각 개섬 섬유 다발에 가로 진동을 부여하여 간극이 없는 개섬사 시트를 얻을 수 있는 장치로 되어 있다. 도 9 및 도 10에, 섬유 다발을 공급하는 공급 기구(18), 섬유 다발 중에 유체를 통과시킴으로써 섬유를 휘게 하면서 폭 방향으로 이동시켜 개섬하는 유체 개섬 공정을 행하는 유체 개섬 기구(19), 반송되는 상기 섬유 다발에 대해 접촉 부재를 접촉시키면서 상기 섬유 다발의 일부를 압입하여 긴장 상태로 한 후, 긴장 상태의 상기 섬유 다발로부터 상기 접촉 부재를 이격시켜 상기 섬유 다발을 일시적으로 이완 상태로 하는 변동 동작을 반복하여 부여하는 세로 진동 부여 공정을 행하는 세로 진동 부여 기구(20), 그리고 개섬된 섬유 다발을 폭 방향으로 왕복 진동시키는 가로 진동 부여 공정을 행하는 가로 진동 부여 기구(21)로 구성된 기본적인 개섬 장치 예를 나타낸다.

공급 기구(18)에서는, 섬유 다발이 권취된 보빈(22)이 복수 개 세트되고, 복수 개의 섬유 다발을 개섬 폭에 따른 간격으로, 일정한 장력으로 개섬 공정에 공급할 수 있도록 되어 있다. 또한, 유체 개섬 기구(19)는, 풍동관(23)의 상방 개구부의 전후에 가이드 롤(24)을, 상방 개구부 내에 처짐 확보 롤(25)을, 개구부의 상측에 열풍 발생 블로워(26)를 설치하고, 풍동관(23)은 공기 흡인 블로워(27)와 흡인량 조정 밸브(28)가 연결된 구성으로 되어 있다. 그리고, 세로 진동 부여 기구(20)는, 한 쌍의 지지 롤(29) 사이에 접촉 부재로 되는 압박 롤(30)이 배열되고, 구동 모터(31)의 회전 구동에 의해 압박 롤(30)이 승강 동작하는 기구로 되어 있다.

세로 진동 부여 기구(20)에 있어서, 압박 롤(30)이 상하로 반복하여 승강 동작함으로써, 지지 롤(29)의 상측을 통과하는 섬유 다발의 상면을 접촉 부재로 되는 압박 롤(30)이 소정의 주기로 부딪치도록 되어 있다. 압박 롤(30)이 섬유 다발에 부딪쳐 지지 롤(29)의 사이로 압입되면, 일시적으로 섬유 다발의 장력이 커져 긴장 상태가 발생하고, 압박 롤(30)이 상승하여 섬유 다발로부터 이격되면, 섬유 다발의 장력이 작아져 이완 상태가 발생하게 된다.

이러한 섬유 다발의 긴장 상태와 이완 상태의 반복은 유체 개섬 기구(19)에 있는 섬유 다발에도 전파되어, 풍동관(23)에 있어서 섬유 다발의 휨량이 시간적으로 변화된다. 즉, 풍동관(23)에 있어서, 섬유 다발이 긴장하면 섬유 다발의 휨량이 작아지는 방향으로, 섬유 다발이 이완하면 섬유 다발의 휨량이 커지는 방향으로 변화된다. 섬유 다발이 그 휨량을 커지는 방향과 작아지는 방향으로 주기적으로 반복하고 있는 상태로, 공기 흡인 블로워(27)와 흡인량 조정 밸브(28)에 의해 유량이 조정된 일 방향으로 흐르는 유체(본 장치에서는 공기)의 작용을 받으면, 각 섬유는 더 진직 상태로 폭 방향으로 이동하게 되어, 보다 폭이 넓고, 섬유 분산성이 좋은 개섬이 행해진다.

섬유 다발이 휜 상태에서 일 방향으로 흐르는 유체의 작용을 받는 것은, 사이즈제의 영향, 섬유끼리의 얽힘 등에 의해 섬유 사이에 간극을 발생하는 개섬 상태가 발생하였다고 해도, 간극을 흐르는 유체의 유속이 커져, 이 간극을 흐르는 유체의 정압이 낮아짐으로써 섬유가 간극으로 복귀하려고 하는 작용을 발생시켜, 섬유의 분산성이 좋은 개섬 상태를 지속하려고 한다.

풍동관(23)의 상방 개구부 내의 처짐 확보 롤(25)에 의해, 개섬한 섬유 다발이 풍동관(23)에 있어서 직선상으로 되는 일이 없어지므로, 섬유 다발의 개섬 폭이 수축되는 것을 방지한다. 또한, 세로 진동 부여 기구에 의해 섬유 다발의 휨량이 작아져 처짐 확보 롤(25)에 순간적으로 접촉하면 개섬한 섬유 다발 중의 각 섬유의 분산성과 진직성이 향상되어, 품질이 좋은 개섬 상태를 얻는 것이 가능해진다. 즉, 섬유 다발은 이완 상태일 때에는 처짐 확보 롤(25)로부터 이격된 처짐을 형성하고, 긴장 상태로 되었을 때에는 처짐 확보 롤(25)에 순간적으로 접촉하는 처짐을 형성하고, 이 두 상태를 반복함으로써, 섬유 다발은 폭이 넓고 섬유 분산성이 우수한 개섬이 행해진다.

이 개섬 장치 예에서는, 풍동관(23)의 개구부의 상측에 열풍 발생 블로워(26)를 설치하고, 열풍을 섬유 다발에 분사하여 가열할 수 있다. 개섬되는 섬유 다발을 가열함으로써, 섬유 다발에 부착된 사이징제를 연화시킬 수 있다. 이에 의해, 섬유가 용이하게 풀어지게 되어, 섬유가 균일하게 분산되게 된다.

폭 방향에 평행하게 배열되는 복수 개의 개섬한 섬유 다발에 대해, 폭 방향의 왕복 진동을 부여하는 가로 진동 부여 기구(21)가 설치되어 있다. 가로 진동 부여 기구(21)는, 복수 개의 개섬한 섬유 다발의 상측에 전체 폭에 걸쳐 접하는 진동 롤(32)을 복수 개 갖고, 복수 개의 개섬한 섬유 다발의 하측에 전체 폭에 걸쳐 접하는 지지 롤(33)을 복수 개 갖고, 이들 진동 롤(32)과 지지 롤(33)이 지그재그로 배열되어 있다. 그리고, 진동 롤(32)은 크랭크 기구에 연결되어 있고, 크랭크 기구를 구동 모터(34)에 의해 구동시킴으로써, 진동 롤(32)을 개섬한 섬유 다발의 폭 방향으로 왕복 이동시킨다. 이 진동 롤(32)의 왕복 운동에 의해, 각 섬유가 폭 방향에 의해 풀어져 분산성이 좋아지는 동시에 개섬한 섬유 다발 사이의 간극을 발생하는 것을 방지하여, 섬유 분산성이 더 우수한 개섬사 시트를 얻는 것이 가능해진다.

각 섬유 다발(도 9 및 도 10에서는 섬유 다발(Tm1) 내지 섬유 다발(Tm4))은, 공급 기구(18)에 있어서, 일정 장력이 부여되어 보빈으로부터 인출되어 있다. 그리고, 유체 개섬 기구(19), 세로 진동 부여 기구(20), 그리고 가로 진동 부여 기구(21)를 통과한 개섬된 섬유 다발에 의한 섬유 시트재는 전체 폭에 있어서 일정 장력이 부여된 상태로 되어 있고, 이 장력이 부여된 상태에서 다음 공정인 겹침 공정으로 도입되고 있다.

적어도 유체 개섬 기구(19), 세로 진동 부여 기구(20), 가로 진동 부여 기구(21)가 설치된 개섬 장치에 의해 얻어진 개섬사 시트는, 개섬사 시트 전체 폭에 있어서 섬유 분산성이 좋고, 또한 섬유 사이의 간극이 연속되지 않는 시트재가 되기 때문에, 상기 개섬사 시트를 섬유 시트재(Ts)로서 공급하는 것은, 품질이 좋은 섬유 강화 수지 시트재를 얻는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 개섬 장치 예에서는, 유체 개섬 기구(19), 세로 진동 부여 기구(20), 가로 진동 부여 기구(21)가 각각 1기구에만 의해 구성되어 있지만, 요구되는 개섬 폭, 가공 속도에 따라서는 각각의 기구를 복수로 하여 개섬 장치를 구성해도 된다.

이들 개섬한 섬유 다발은 두께 방향으로 배열되는 단사의 수가 평균 10개 이하로 적어진다고 생각된다. 예를 들어, 탄소 섬유 다발 12K를 폭 16㎜로 섬유의 분산성을 균일하게 하여 개섬한 경우, 폭 방향으로 배열되는 단사의 최대 수는 16㎜/0.007㎜(탄소 섬유의 직경)로 계산하여 약 2286개 정도로 생각할 수 있지만, 단사의 배열에는 간극을 발생하기 때문에, 폭 방향으로는 약 1500 내지 2000개 정도가 배열되어 있다고 생각된다. 12K는 12000개부터, 두께 방향으로는 약 6 내지 8개 정도가 배열되어 있다고 생각된다. 마찬가지로 생각하면, 탄소 섬유 다발 12K를 폭 20㎜로 개섬한 경우는 폭 방향으로 약 2000 내지 2500개 정도 배열하고, 두께 방향으로는 약 4 내지 6개 정도, 폭 40㎜로 개섬한 경우는 폭 방향으로 약 5000 내지 5500개 정도 배열하고, 두께 방향으로는 약 2 내지 3개 정도 배열되어 있다고 생각된다. 또한, 탄소 섬유 다발 50K를 폭 42㎜로 개섬한 경우는, 두께 방향으로 약 8 내지 10개 정도 배열되어 있다고 생각된다.

개섬한 섬유 다발, 즉 개섬 섬유 다발을 사용하면, 두께 방향으로 배열되는 단사의 개수가 적어지기 때문에, 에폭시 수지 등과 같은 열경화성 수지에 비해, 점도가 높은 열가소성 수지에 있어서도, 단사 사이로의 열가소성 수지의 함침이 원활해져, 가열 가압 시간이 더 단시간으로, 품질이 좋은 섬유 강화 수지 시트재를 얻을 수 있게 된다.

도 1에서는, 수지 시트재(Js)는 연속된 시트상 또는 필름상의 것이며, 권출 장치에 세트된 보빈으로부터 인출되어 있다.

수지 시트재(Js)에 사용되는 재료는 열가소성 수지 재료이며, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리아미드(나일론6, 나일론66, 나일론12 등), 폴리아세탈, 폴리카르보네이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤 등이 사용된다. 또한, 이들 열가소성 수지를 2종류 이상 혼합하여, 폴리머 알로이로 한 수지를 사용해도 된다.

또한, 수지 시트재(Js)는, 열가소성 수지 재료에 의한 섬유로 구성되는 직물 시트재 또는 편물 시트재, 나아가 부직포 등을 사용해도 된다.

도 1에 도시한 장치에서는, 가열 가압을 행하는 기구부로서 가열 롤(1)이 쌍을 이루는 기구가 2세트, 냉각 가압을 행하는 기구부로서 냉각 롤(2)이 쌍을 이루는 기구가 2세트, 상류측으로부터 하류측을 향해, 일정 간격으로, 연속해서 배열되어 있다. 그리고, 2개의 반송용 벨트(7)가 쌍을 이루어 장력이 부여된 상태에서 롤 사이를 주행하는 기구로 되어 있다. 본 장치는, 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)를 겹쳐 반송용 벨트(7) 사이에 끼워 넣어 반송시키고, 가열 롤 사이(1)에서 가열 가압을, 그 후, 냉각 롤(2) 사이에서 냉각 가압을 행함으로써, 수지 시트재(Js)를 용융시켜 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침시킨 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 연속해서 얻을 수 있다. 그리고, 냉각 롤(2)로부터 배출된 반송용 벨트(7)에 끼워 넣어진 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 수취 롤(3)로 수취하면서, 반송용 벨트(7)로부터 박리하여, 보빈에 권취할 수 있다.

이 예에서는, 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)가 상류측의 가열 롤(1) 사이에 도입되어 반송용 벨트(7)에 의해 끼움 지지됨으로써 겹치는 겹침 공정이 행해진다. 겹친 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)는, 반송용 벨트(7)에 의해 끼움 지지된 상태에서 가열 롤(1)에 의해 가열 가압됨으로써, 수지 시트재(Js)를 용융시켜 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침시켜 일체화한 복합 시트재를 얻는 일체화 공정이 행해진다. 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)가 일체화된 복합 시트재는, 반송용 벨트(7)에 끼움 지지된 상태에서 냉각 롤(2)에 의해 냉각되어 수지가 고화됨으로써 섬유 강화 수지 시트재를 형성하는 고화 공정이 행해진다. 형성된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는, 수취 롤(3)에 의해 전체 폭에 걸쳐 장력이 부여되면서 반송됨으로써, 반송용 벨트(7)로부터 박리되게 된다.

이 예에서는, 상류측의 가열 롤(1)에 도입되는 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)는 가열 롤(1)에 반송용 벨트(7)를 통해 접촉하면서 반송됨으로써 가열되고, 가열된 상태가 된 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)는, 당해 가열 롤(1) 사이에 겹침 공정과, 겹친 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)에 있어서 수지 시트재(Js)를 용융시켜 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침시킨 복합 시트재를 얻는 일체화 공정이 행해진다. 그리고, 하류측의 가열 롤(1) 사이에서, 다시 한번 더, 일체화 공정이 행해지고 있다.

이 예에서는, 상류측의 가열 롤(1)이 가열되어 있다는 점에서, 가열 롤(1)에 의해 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)의 겹침 공정과 복합 시트재를 얻는 일체화 공정이 행해지고 있지만, 예를 들어 상류측의 가열 롤(1)을 가열하지 않는 회전 롤로 한 경우, 회전 롤에서는 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)를 겹치는 겹침 공정만이 행해지고, 그 후, 하류측의 가열 롤(1)에 의해 겹쳐진 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)의 일체화 공정이 행해지게 된다.

도 1에서는, 가열 롤(1)이 쌍을 이루는 기구 및 냉각 롤(2)이 쌍을 이루는 기구가 각각 2세트이지만, 1세트여도 되고, 3세트 이상 연속되어 있어도 된다. 세트 수가 증가하면, 가열 시간, 냉각 시간을 증가시킬 수 있어, 연속 가공 속도를 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 도시되어 있지 않지만, 2세트의 가열 롤 사이를 주행하는 쌍이 되는 반송용 벨트(7)를 양면으로부터 가열하는 기구를 설치하고, 반송용 벨트(7)에 끼워 넣어진 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)를 면 전체에서 가열하고, 수지 시트재가 용융한 상태를 유지하여 2세트째의 가열 롤 사이에서의 용융한 수지의 섬유 시트재(Ts)에의 함침 정도를 높여도 된다. 또한, 가열하는 기구로서, 열풍 분사 기구, 가열판에 의한 직접 가열 기구 등을 설치할 수 있다.

나아가, 도시되어 있지 않지만, 2세트째의 가열 롤과 그 후의 냉각 롤 사이, 및 2세트의 냉각 롤 사이에, 주행하는 쌍이 되는 반송용 벨트(7)를 양면으로부터 냉각하는 기구를 설치하고, 반송용 벨트(7)에 끼워 넣어진 섬유 강화 수지 시트재에 함침 또는 반함침되어 있는 용융 수지를 면 전체에서 냉각해도 된다. 용융 수지를 냉각 고화하는 시간의 단축이 되어, 더 고속으로 제조를 실시하는 것이 가능해진다. 또한, 냉각하는 기구로서, 냉풍 분사 기구, 수랭 또는 공랭된 냉각판에 의한 직접 냉각 기구 등을 설치할 수 있다.

도 1에 도시한 장치에서는, 1세트째의 한쪽의 가열 롤(1)(도 2에서는 가열 롤(1B))에 구동 모터(4)가 세트되고, 가열 롤의 회전을 제어함으로써, 가공 속도를 설정하고 있다. 그리고, 다른 한쪽의 가열 롤(도 2에서는 가열 롤(1A))은 도시되지 않은 에어 실린더나 유압 실린더 등의 가압 장치에 의해 한쪽의 가열 롤(도 2에서는 가열 롤(1B))에 압박하여, 가열 롤(1) 사이에 도입된 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)를 겹쳐 끼움 지지하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 이 예에서는, 섬유 시트재(Ts)의 폭이 수지 시트재(Js)의 폭보다 넓어지도록 설정되어 있고, 섬유 시트재(Ts)의 양 측단부가 수지 시트재(Js)의 양 측단부의 외측에 배치되어 양 시트재가 겹쳐 있다.

그리고, 반송용 벨트(7) 사이에서 가열 롤(1)에 의해 가압 가열됨으로써, 섬유 시트재(Ts)와 용융한 수지 시트재(Js)를 가압하여 섬유 시트재(Ts)에 용융한 수지를 연속해서 함침 또는 반함침시켜 일체화하여, 복합 시트재를 형성하고 있다. 복합 시트재는, 섬유 시트재(Ts)의 양 측단부가 수지 시트재(Js)의 양 측단부의 외측에 배치되어 있기 때문에, 수지 시트재(Js)가 용융할 때에 섬유 시트재(Ts)의 양 측단부로부터 외측으로 수지가 밀려나오는 일 없이 확실하게 섬유 시트재(Ts) 내에 보유 지지되게 된다.

2세트째의 냉각 롤(2)에 의한 고화 공정을 거쳐, 섬유 시트재(Ts)에 수지가 함침 또는 반함침된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)가 얻어지지만, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 양 측단부에는 수지가 함침 또는 반함침되어 있지 않은 섬유 시트 부분이 존재하는 상태로 되어 있다. 그리고, 구동 모터(5)에 세트된 수취 롤(3)에 의해, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는, 양 측단부의 섬유 시트 부분까지 전체 폭에 걸쳐 닙되어, 시트재의 전체 폭에 장력을 부여한 상태에서 인장되어 반송용 벨트(7)로부터 박리되도록 되어 있다.

이 예에서는, 섬유 시트재(Ts)의 전체 폭에 장력을 부여하여 도입하고, 반송용 벨트에 장력을 부여하여 주행시키고, 그리고 섬유 강화 수지 시트재(Ps) 및 양 측단부의 섬유 시트재의 전체 폭에 장력을 부여하여 인장함으로써, 겹침 공정으로부터 고화 공정까지의 사이에 있어서 수지 시트재와 겹치지 않는 섬유 시트재의 측단부를 포함하는 전체 폭에 걸쳐 장력이 부여된 상태에서 주행시킬 수 있다.

가열 롤(1) 사이에 있어서, 복합 시트재는, 그 양 측단부의 섬유 시트재까지의 전체 폭에 장력이 부여되어 반송되기 때문에, 복합 시트재의 양 측단부에 있어서 용융한 수지가 폭 방향으로 유동하였다고 해도 섬유 시트재(Ts)의 배열은 흐트러지는 일 없이 유지되게 된다.

수취 롤(3)에 의해 인출된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는, 구동 모터(6)가 세트된 권취 장치에 의해, 지관 등의 코어재에 권취할 수 있다. 또한, 수취 롤(3)을 배출 후, 그 양 측단부의 섬유 시트 부분만을 연속해서 슬릿하는 장치(도시되어 있지 않음)에 의해 제거하여, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 권취 장치에 의해 코어재에 권취하는 것도 가능하다.

냉각 롤(2)의 공정을 거친 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를, 수취 롤(3)을 사용하지 않고 직접 코어재에 권취한 경우, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 수지를 포함하는 중앙 부분의 두께와 수지를 포함하지 않는 양 측단부의 섬유 시트 부분의 두께가 상이하기 때문에, 권취가 진행되어, 권취 직경이 커짐에 따라서, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 중앙 부분에는 장력이 부여되는 데 반해, 양 측단부의 섬유 시트 부분은 장력이 부여되지 않게 되어, 느슨한 상태로 되어 버린다. 섬유 시트 부분이 느슨한 상태에서 반송되면, 섬유에 부착되는 사이즈제의 영향 등에 의해 반송용 벨트(7)에 섬유가 부착되어 권취되는 트러블을 발생하기 쉬워지고, 반송용 벨트(7)에 섬유가 권취되면 연속된 제조가 곤란해진다.

그 때문에, 반송용 벨트를 사용한 연속 제조에 있어서는, 고화 공정에 의해 형성된 섬유 강화 수지 시트재가 반송용 벨트로부터 박리될 때까지는, 섬유 강화 수지 시트재를 그 양 측단부의 섬유 시트 부분을 포함한 전체 폭에 걸쳐 장력을 부여하여 주행시키는 것이 바람직하다.

또한, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를, 그대로 슬릿 장치에 도입하여 양 측단부의 섬유 시트 부분을 연속해서 슬릿하는 경우에는, 슬릿하여 분리한 섬유 강화 수지 시트재 및 섬유 시트 부분에 대해 각각 장력을 부여하면서 권취함으로써, 반송용 벨트로부터 박리할 때에 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 그 양 측단부의 섬유 시트 부분을 포함하여 전체 폭에 걸쳐 장력을 부여한 상태를 유지하여 주행시키는 것이 가능해진다.

도 1에 도시한 장치에 있어서, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 그 양 측단부의 섬유 시트 부분을 포함하여 전체 폭에 걸쳐 수취 롤(3)에 의해 닙하여, 시트 전체 폭에 장력을 부여한 상태에서 반송시키는 방법은, 시트 전체 폭에 거의 균일한 장력을 부여할 수 있기 때문에, 섬유 강화 수지 시트재에 주름 등이 생기는 일 없이, 안정된 주행이 가능해진다. 그리고, 섬유 강화 수지 시트재를 코어재 등에 감아 올릴 때, 권취 흐트러짐 등 없이, 품질이 좋은 상태로 권취가 가능해진다.

도 1에 도시한 장치에서는, 쌍을 이루는 반송용 벨트(7)가 세트되고, 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)를 끼워 넣어, 가열 가압 후에 냉각 가압을 행하고 있다. 반송용 벨트(7)는, 금속제 벨트, 이형 처리된 금속제 벨트, 수지 시트재(Js)의 용융 온도에서는 용융되지 않는, 이형 효과가 있는 소재로 제작된 벨트 등이 사용된다. 이형 처리된 금속제 벨트라 함은, 예를 들어 스테인리스제의 얇은 두께의 벨트 표면에 실리콘 코팅이나 불소 코팅된 벨트 등이 있다. 이형 효과가 있는 소재로 제작된 벨트라 함은, 예를 들어 유리 클로스에 불소 코팅된 벨트가 있고, 이 벨트는 가열 온도가 약 280℃까지 사용 가능하다. 또한, 다른 소재로서, 폴리이미드 수지에 의한 벨트가 있고, 이 벨트는 가열 온도가 약 400℃까지 사용 가능하다.

도 1에 도시한 장치에서는 반송용 벨트(7)를 사용하고 있지만, 반송용 벨트가 회전할 때, 사행 등을 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, 벨트의 사행 방지 장치(도시되지 않음) 등을 설치하여, 안정된 연속 주행을 할 수 있도록 해도 된다.

도 1의 장치에서는 반송용 벨트를 사용하고 있지만, 그러나, 반송용 시트를 사용하여, 가열 롤로부터 반송용 시트를 삽입하고, 2세트째의 냉각 롤로부터 반송용 시트를 배출하여 권취하는 기구를 설치해도 된다. 반송용 시트로서는, 예를 들어 유리 클로스에 불소 코팅된 시트나, 폴리이미드 수지 필름 등을 사용할 수 있다.

또한, 다른 가열 가압 장치로서는, 예를 들어 일본 특허 제3876276호 공보에 기재된 도 1에 도시한 바와 같은 장치를 들 수 있다. 당해 장치는, 복수의 상하 쌍으로 되는 블록이 배치되고, 상류측으로부터 예비 가열 구간, 본 가열 가압 구간, 냉각 가압 구간으로 나뉜 구성으로 되어 있다.

또한, 다른 가열 가압 장치로서는, 예를 들어 일본 특허 공고 평6-75800호 공보에 기재된 도 1에 도시한 장치, 일본 특허 공개 제2014-221490호 공보에 기재된 도 1에 도시한 장치를 들 수 있고, 이들 장치는, 엔드리스의 프레스용 벨트에 섬유 시트재 및 수지 시트재를 끼워 넣고, 반송하는 공정에 있어서, 가열 가압 및 냉각 가압을 행할 수 있는 장치로 되어 있다.

이들 장치에 있어서도, 반송용 벨트 또는 반송용 시트 사이에 섬유 시트재 및 수지 시트재를 끼워 넣고, 가열 가압 및 냉각 가압의 공정을 거쳐 섬유 강화 수지 시트재를 제조할 수 있다.

이들 가열 가압 장치에, 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)를 도입하는 경우에는, 수지 시트재(Js)의 측단부의 외측에 섬유 시트재(Ts)의 측단부가 배치되도록 한다. 도 2에서는, 수지 시트재(Js)의 한쪽 측단부(10)로부터 길이 W1만큼 외측에 섬유 시트재(Ts)의 한쪽 측단부(8)가 연속해서 배치되도록, 또한 수지 시트재(Js)의 다른 쪽 측단부(11)로부터 길이 W2만큼 외측에 섬유 시트재(Ts)의 다른 쪽 측단부(9)가 연속해서 배치되도록 하고 있다. 이러한 배치로 가열 가압함으로써, 수지 시트재(Js)를 용융한 상태의 수지(용융 수지)로 하여, 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침시키고, 냉각 롤에 의해 용융 수지를 고화시킨 후에, 반송용 벨트 또는 반송용 시트로부터 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 박리하여 권취한다.

길이 W1 및 W2는, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조하는 일체화 공정에 있어서, 용융한 수지가 섬유 시트재(Ts)의 양 측단부로부터 밀려나오지 않는 길이가 확보되어 있는 것이 필요하다.

섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조하는 가공 조건에 있어서 적어도 가열 온도, 가압력, 제조 속도를 동일하게 한 가공 조건에서, 섬유 시트재(Ts)와 동일 폭의 수지 시트재(Js)를 도입하여, 겹침 공정, 일체화 공정, 그리고 고화 공정을 행하였을 때, 용융한 수지가 도입한 수지 시트재(Js)의 측단부로부터 폭 방향으로 넓어진 길이 L을 구하여, 수지 시트재(Js)의 측단부로부터 적어도 길이 L 이상 외측에 섬유 시트재(Ts)의 측단부를 배치하는 것이 필요해진다.

또한, 연속된 제조에 있어서는, 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)의 폭이 변동되는 것, 또한 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)의 도입 위치가 변동되는 것을 생각할 수 있기 때문에, 길이 W1 및 W2는, 길이 L에 그 고려되는 변동량을 더한 이상의 길이로 설정하는 것이 바람직하다.

이러한 배치에서 수지 시트재(Js)를 용융시킨 상태의 수지로 하여 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침시키면, 수지 시트재(Js)의 전체 면이 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침되기 때문에, 용융된 수지만이 연속해서 반송용 벨트 또는 반송용 시트에 부착되는 일이 없어진다.

반송용 벨트(7)에의 용융 수지의 부착이 발생하여 잔류하면, 용융 수지에 섬유 시트재(Ts)를 구성하는 강화 섬유가 부착되어, 반송용 벨트(7)에 권취되는 트러블이 발생하기 쉬워진다. 또한, 반송용 벨트(7)에 부착된 수지 부분에는 용융 수지가 부착되기 쉬워져 수지의 부착량이 증가한다. 수지의 부착량이 증가한 부분은 두께를 증가시키고, 이 영향에 의해, 섬유 시트재(Ts)와 용융된 수지 시트재(Js)에의 가압력이 충분히 부하되지 않게 되어, 연속된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 제조에 있어서 시간 경과와 함께 함침 상태가 나빠져 버린다.

수지 시트재의 측단부의 외측에 섬유 시트재의 측단부를 배치함으로써, 반송용 벨트에의 수지의 부착을 방지할 수 있어, 반송용 벨트에 섬유가 권취되는 트러블이 방지되고, 안정된 함침 상태에서 섬유 강화 수지 시트재를 연속해서 얻을 수 있게 된다.

또한, 반송용 벨트 대신에 반송용 시트를 사용한 제조를 실시하는 경우에는, 반송용 시트에의 수지 부착을 방지함으로써, 반송용 시트를 그대로 반복하여 사용할 수 있기 때문에, 제조 비용의 저감으로 이어진다.

복수의 섬유 다발(Tm)(도 2에서는 Tm1, Tm2, Tm3, Tm4)을 폭 방향으로 배열하여 정렬시킨 상태로 하여 섬유 시트재(Ts)를 구성할 때, 일 방향으로 강화되어 있는 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 얻을 수 있다. 이때, 수지 시트재(Js)의 양단부가 반드시 섬유 시트재(Ts)의 양 측단부에 위치하는 섬유 다발(Tm)(도 2에서는 Tm1과 Tm4)에 함침 또는 반함침되도록 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)를 배치한다.

섬유 시트재(Ts)의 양 측단부에 위치하는 섬유 다발(Tm)(도 2에서는 Tm1과 Tm4)에 수지 시트재(Js)가 함침되어 있지 않은 경우, 그 섬유 다발(Tm)(도 2에서는 Tm1과 Tm4)은 시트로서 일체화되어 있는 섬유 강화 수지 시트재(Ps)로부터 분리되기 쉬워진다. 이 때문에, 그 섬유 다발(도 2에서는 Tm1과 Tm4)이 반송용 벨트나 롤 등에 권취되기 쉬워져 버린다. 또한, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제품으로서 보빈 등의 코어재에 권취할 때, 양 측단부의 섬유 다발끼리가 얽히기 쉬워져, 보빈 등의 코어재로부터 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 권출할 수 없게 되는 경우가 발생한다.

복수의 섬유 다발을 폭 방향으로 배열하여 구성한 섬유 시트재의 경우, 수지 시트재의 양 측단부가 섬유 시트재의 양 측단부에 위치하는 섬유 다발에 함침 또는 반함침되어 섬유 강화 수지 시트재를 제조함으로써, 섬유 강화 수지 시트재 단부의 섬유 다발이 반송용 벨트나 롤에 얽히는 것을 방지하고, 또한 보빈 등의 코어재에 권취된 섬유 강화 수지 시트재가 원활하게 권출되게 된다.

또한, 섬유 다발(Tm)에는, 상술한 바와 같이 개섬 섬유 다발을 사용할 수도 있다. 또한, 섬유 다발에는 사이징제가 부여된 섬유 다발을 사용하는 것이 바람직하다. 사이징제의 부착에 의해, 섬유 다발의 형태가 안정되기 때문에, 반송용 벨트나 롤에 얽히는 것을 더 방지하고, 또한 보빈 등의 코어재에 권취된 섬유 강화 수지 시트재의 권출이 더 원활하게 행해지게 된다.

도 3은, 섬유 시트재(Ts)의 양면에 수지 시트재(JsA와 JsB)를 배치하고, 가열 가압을 행하여 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조하는 장치 예에 관한 모식적 사시도이다. 이 경우에 있어서도, 수지 시트재(JsA와 JsB)는, 그 측단부의 외측에 섬유 시트재(Ts)의 측단부를 배치하여 섬유 시트재(Ts)와 겹친다. 구체적으로는, 수지 시트재(JsA)의 측단부(10A)와 수지 시트재(JsB)의 측단부(10B)의 외측에 섬유 시트재(Ts)의 측단부(8)가, 수지 시트재(JsA)의 측단부(11A)와 수지 시트재(JsB)의 측단부(11B)의 외측에 섬유 시트재(Ts)의 측단부(9)가 배치되도록 한다. 이와 같이 배치하여 겹침으로써, 일체화 공정에 있어서, 각각의 수지 시트재(JsA 및 JsB)의 전체 면이 용융하여 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침되었을 때, 반송용 벨트 또는 반송용 시트에 용융한 수지만이 연속해서 부착되는 것을 방지할 수 있다.

도 1 내지 도 3의 장치 예에 사용되는 수지 시트재(Js)의 두께는, 섬유 시트재(Ts)가 낮은 단위 면적당 중량, 즉 박층으로 될수록 얇아진다. 예를 들어, 도 1의 장치를 사용하여, 탄소 섬유에 의한 섬유 시트재(Ts)를 단위 면적당 중량 약 40g/㎡로 제작하였을 때, 섬유 체적 함유율(Vf)이 약 30 내지 60％의 범위로 되는 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 얻으려고 하면, 수지 시트재(Js)의 1매당 두께는 약 14 내지 52㎛의 범위로 된다. 또한, 도 3의 장치를 사용하여, 탄소 섬유에 의한 섬유 시트재(Ts)를 단위 면적당 중량 약 60g/㎡로 제작하였을 때, 섬유 체적 함유율(Vf)이 약 30 내지 60％의 범위로 되는 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 얻으려고 하면, 수지 시트재(JsA와 JsB)의 2매의 합계 두께는 약 22 내지 78㎛의 범위로 되기 때문에, 수지 시트재(JsA와 JsB)를 동일한 두께로 하였을 때의 1매당의 두께는 약 11 내지 39㎛의 범위로 된다.

수지 시트재(Js)의 두께가 얇은 상태라도, 수지 시트재(Js)의 각각의 측단부의 외측에 섬유 시트재(Ts)의 측단부를 배치함으로써, 수지 시트재(Js)는 전체 면이 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침되어, 얇아진 수지 부분만이 연속해서 반송용 벨트 또는 반송용 시트에 부착된다고 하는 상태를 방지할 수 있다.

수지 시트재(Js)의 폭 방향의 두께의 평균 두께와의 편차가 평균 두께의 ±10％ 이내에 있는 것이 바람직하다. 수지 시트재의 폭 방향에 있어서 두께의 변동이 커지면, 가열 가압 장치에 있어서, 두께가 두꺼운 부분의 영향에 의해, 두께가 얇은 부분에 있어서의 섬유 시트재(Ts)와 용융한 수지 시트재(Js)에의 가압력이 충분히 부하되지 않게 되어, 얻어지는 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 제조에 있어서 함침 상태가 상이하게 되어 버린다. 또한, 두께가 두꺼운 부분의 용융 수지에 가압력이 집중되어, 용융 수지의 유동이 커지면, 그 주변의 섬유 사행을 발생하게 되고, 폭 방향에서 섬유 함유율(Vf)이 크게 변동되어 품질의 열화를 초래하게 된다.

수지 시트재(Js)로서 열가소성 수지 필름을 사용하는 경우, 시판되고 있는 열가소성 수지 필름에서는, 폭 방향의 두께를 측정한 결과, 공칭 두께 15㎛의 PEI 필름의 경우, 어느 폭 방향의 평균 두께는 16.4㎛, 폭 방향의 두께의 변동은 15 내지 18㎛였다. 평균 두께의 ±10％는 14.8㎛ 내지 18.0㎛이기 때문에 허용 범위 내였다. 또한, 공칭 두께 20㎛의 PA6 필름의 경우, 어느 폭 방향의 평균 두께는 20.7㎛이고, 폭 방향의 두께 변동은 20 내지 22㎛였다. 평균 두께의 ±10％는 18.6㎛ 내지 22.8㎛이기 때문에 허용 범위 내였다. 공칭 두께 30㎛의 PP 필름의 경우, 어느 폭 방향의 평균 두께는 31.4㎛이고, 폭 방향의 두께의 변동은 29 내지 32㎛였다. 평균 두께의 ±10％는 28.3㎛ 내지 34.5㎛이기 때문에 허용 범위 내였다. 이것으로부터, 시판되고 있는 열가소성 수지 필름을 사용하는 경우라도, 수지 시트재의 폭 방향의 두께의 평균 두께와의 편차를 평균 두께의 ±10％ 이내로 설정할 수 있다. 또한, 두께의 측정에는, 최소 표시 눈금 0.001㎜의 외측 마이크로미터 등을 사용하여 측정할 수 있다.

또한, 수지 시트재의 두께를 구하기 위해서는, 최소 표시 눈금 0.001㎜의 외측 마이크로미터를 사용하여 측정함으로써 구할 수 있지만, 중량을 측정하여 계산으로부터 구하는 방법도 있다. 예를 들어, 수지 시트재로부터 어느 크기의 시트재를 잘라내고, 그 중량을 측정하고, 그 중량을 비중으로 제산함으로써 체적을 구하고, 그 체적을 잘라낸 시트재의 면적으로 제산함으로써 두께를 계산할 수 있다. 예를 들어, 공칭 두께 20㎛의 폭 300㎜의 PA6 필름의 경우, 30㎜×30㎜의 사각 형상인 시트 소재를, 어느 폭 방향에 있어서 30㎜ 간격으로 10매를 잘라내고, 각각의 중량을 0.00001g을 최소 눈금으로 하는 중량 측정기로 측정한 바, 0.02031 내지 0.02298g의 범위였다. 평균 중량은 0.02144g이고, PA6의 비중 1.14로 제산한 후, 면적으로 제산한 바, 두께는 20.9㎛이고, 폭 방향의 두께의 변동은 19.8 내지 22.4㎛였다.

수지 시트재(Js)의 폭 방향의 두께의 평균 두께와의 편차가 평균 두께에 대해 ±10％ 이내이면, 가열 가압 장치에 있어서, 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)가 용융한 상태에 있어서 폭 방향에서 거의 균일한 가압을 행할 수 있다. 이것에 의해, 섬유 시트재(Ts)에 용융한 수지가 폭 방향에서 거의 동등하게 함침될 수 있어, 폭 방향에서 거의 균일한 두께의 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조하는 것이 가능해진다.

도 4는, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법을 실시하는 다른 장치 예에 관한 모식적 측면도이다. 도 4는, 도 1의 장치 예에 있어서, 압출 성형에 의해 수지 필름을 제조하고, 수지 필름의 양 측단부를 슬릿하여 소정 폭의 수지 시트재를 제조하는 기구를 설치한 장치 예이다.

도시되지 않은 압출 성형 장치에 설치된 T 다이(12)로부터, 폭이 넓고 얇은 필름상의 수지 필름(Jf)이 연속해서 압출되고, 필름 냉각 롤(13)에 접하여 반송된다. 이때, T 다이(12)로부터 압출된 수지 필름(Jf)은 필름 냉각 롤(13)에 의해 냉각될 때까지 연신되고, 폭 방향 및 두께 방향으로 수축한다. 수지 필름이 폭 방향으로 수축할 때, 양단부 부분의 필름 두께가 중앙 부분의 필름 두께에 비해 두껍게 되어 버린다. 따라서, 설정되는 두께의 필름을 제조하려고 할 때, 수지 필름의 양단부를 슬릿할 필요가 있다.

도 4에서는, 필름 냉각 롤(13)로부터 반송되는 상기 수지 필름(Jf)의 양단부 부분을, 슬릿용 하부 받침 롤(14)과 슬릿용 회전 날(15)에 의해 연속해서 슬릿하고, 중앙 부분은 수지 시트재(Js)로서 연속해서 공급하고 있다. 슬릿된 양단부 부분의 단부 필름(16)은 보빈 등에 권취하여 회수하고 있다.

수지 필름(Jf)의 양단부 부분의 슬릿 위치는, 슬릿 후의 중앙 부분 시트재가 수지 시트재(Js)로서 공급되기 때문에, 슬릿 후의 중앙 부분 시트재의 두께가 수지 시트재(Js)로서 설정되는 두께의 ±10％ 이내로 되는 위치에서 슬릿하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)가 용융한 상태에 대해 폭 방향에 있어서 거의 균일한 가압을 행할 수 있어, 폭 방향에서 거의 균일한 두께의 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조하는 것이 가능해진다.

수지 필름 등의 시트 소재를 길이 방향에 연속해서 절단하는 방식으로서, 「갱스터 커트 방식」, 「셰어 커트 방식」, 「스코어 커트 방식」 등이 있다. 「갱스터 커트 방식」이라 함은, 회전 둥근 날인 상부 날과 하부 날을, 미소한 간극이 생기도록 하여 선단을 겹친 구성으로 날 조합하고, 그 겹치는 부분에 시트 소재를 끼워 넣어, 상부 날과 하부 날이 겹치는 부분의 전단력으로 시트 소재를 절단하는 방식이다. 「셰어 커트 방식」이라 함은, 여유각이 부여된 예각의 날끝을 갖는 회전 둥근 날의 상부 날의 선단을, 회전 둥근 날의 하부 날의 측면에 압박되도록 하여 날 조합하고, 가위에서 절단하는 것과 같이 하여 시트 소재를 절단하는 방식이다. 「스코어 커트 방식」이라 함은, 열처리되거나 하여 경도가 높아진 하부 받침 롤에, 회전 둥근 날의 상부 날을 압박하면서 시트 소재를 절단하는 방식이다. 도 4에서는 「스코어 커트 방식」을 나타내고 있지만, 그 밖의 절단 방식을 채용해도 된다.

도 4와 같이, 압출 성형에 의해 수지 필름을 제조하고, 수지 필름의 양 측단부를 슬릿하여 소정 폭의 수지 시트재를 제조한 후, 연속해서, 상기 수지 시트재를 섬유 강화 수지 시트재의 제조 장치에 도입하는 방법은, 보빈 등의 코어재에 권취된 수지 필름을 도입하는 방법에 비해, 섬유 강화 수지 시트재의 더 연속된 제조를 실현할 수 있고, 또한 저비용의 제조를 실현할 수 있다.

수지 필름, 특히 얇은 수지 필름의 제조에 있어서, 얇은 수지 필름을 코어재에 권취하여 주름 등이 없이, 일정한 장력으로 깔끔하게 권취하는 것은 어렵고, 고가의 권취 설비를 필요로 한다. 또한, 코어재 등에 권취되는 수지 필름은 시판되고 있는 것이며 약 1000m 내지 2000m의 길이의 것이 많다.

따라서, 압출 성형에 의해 얻어진 수지 필름을 직접, 수지 시트재로서 섬유 강화 수지 시트재의 제조 장치에 도입하는 방법은, 고가의 권취 설비를 필요로 하지 않는다는 점에서, 저비용의 제조를 실현한다. 또한, 압출 성형에 의해 연속해서 수지 필름을 제조할 수 있다는 점에서, 필름 길이에 의한 제한이 없어져, 섬유 강화 수지 시트재의 최대 권취 길이는 강화 섬유 다발의 보빈에 권취되어 있는 길이까지 할 수 있다. 예를 들어, 탄소 섬유 다발 12K에서는 1보빈에 약 5000m 내지 7000m의 길이가 권취되어 있고, 섬유 강화 수지 시트재도 5000m 내지 7000m의 시트재를 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 수지 필름을 제조하고 나서 수지 시트재로서 도입하고 있다는 점에서, T 다이로부터 토출되는 용융 수지를 직접 도입하는 방법과는 달리, 수지 필름의 두께를 측정하면서, 압출 성형 조건으로 피드백하여, 연속해서, 품질이 안정된 필름을 제조할 수도 있다.

도 1, 도 2 및 도 4와 같은 장치 예를 사용하여, 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)를 도입하고, 수지 시트재(Js)의 양 측단부의 외측에 섬유 시트재(Ts)의 양 측단부가 배치되도록 하여 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)를 겹치고, 가열 가압함으로써 수지 시트재(Js)를 섬유 시트재(Ts)에 함침 또는 반함침시키는 경우, 섬유 시트재(Ts)측의 가열 롤(도 2에서는 가열 롤(1A))의 가열 온도를 수지 시트재의 용융 온도 이상으로, 수지 시트재(Js)측의 가열 롤(도 2에서는 가열 롤(1B))의 가열 온도를 수지 시트재의 용융 온도보다 낮게 설정하여 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조할 수 있다.

섬유 시트재(Ts)가 반송용 벨트를 통해 접촉하는 가열 롤의 가열 온도를 수지 시트재(Js)의 용융 온도 이상으로 설정함으로써, 섬유 시트재를 구성하는 각 섬유가 수지 시트재의 용융 온도 이상으로 가열된다. 이러한 상태의 각 섬유가 어느 가압력으로 수지 시트재에 압박되면, 섬유 시트재(Ts)와 접촉하는 측의 수지 시트재(Js)의 표면은 용융 상태로 되어, 각 섬유 사이에 용융 수지를 유입시키는 것이 가능해진다. 그와 동시에, 수지 시트재(Js)가 반송용 벨트를 통해 접촉하는 가열 롤의 가열 온도를 수지 시트재(Js)의 용융 온도보다 낮은 온도로 설정함으로써, 수지 시트재(Js)의 가열 롤측의 표면은 용융하지 않는 상태로 되어, 반송용 벨트에 수지 시트재가 부착되는 것을 방지할 수 있고, 또한 냉각 후의 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 반송용 벨트로부터의 박리가 행하기 쉬워진다.

섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)를 도입하여, 수지 시트재(Js)의 양 측단부의 외측에 섬유 시트재(Ts)의 양 측단부가 배치되도록 겹쳐 양 시트재를 가열 가압하는 경우, 섬유 시트재(Ts)측의 가열 롤(도 2에서는 가열 롤(1A))의 가열 온도를 수지 시트재의 용융 온도 이상으로, 수지 시트재(Js)측의 가열 롤(도 2에서는 가열 롤(1B))의 가열 온도를 수지 시트재의 용융 온도보다 낮은 온도로 설정하면, 반송용 벨트 또는 반송용 시트를 사용하는 일 없이, 직접 가열 롤에 의해 가열 가압할 수 있다.

즉, 섬유 시트재(Ts)가 수지 시트재(Js)에 함침 또는 반함침하였을 때, 섬유 시트재(Ts)의 가열 롤과 직접 접촉하는 표면은 섬유의 상태가 많이 존재하기 때문에, 가열 롤 표면에의 용융 수지의 부착 잔류를 발생하는 일 없이, 용융 수지가 섬유에 부착된 상태에서 반송되어, 고화 공정으로 이동하는 것이 가능해진다. 또한, 수지 시트재(Js)와의 가열 롤과 직접 접촉하는 표면은 가열 롤의 가열 온도가 수지의 용융 온도보다 낮은 온도로 되어 있으므로, 가열 롤에 수지가 부착되지 않는 상태로 된다.

그리고, 이러한 가열 롤에 의해 직접 가열 가압하는 경우에도, 겹침 공정으로부터 고화 공정까지의 일련의 공정에 있어서 섬유 시트재, 복합 시트재 및 섬유 강화 수지 시트재의 수지 시트재와 겹치지 않는 섬유 시트재의 측단부를 포함하는 전체 폭에 걸쳐 장력이 부여된 상태로 한다.

즉, 일련의 공정에 있어서 반송되는 시트재의 수지 시트재와 겹치지 않는 섬유 시트재의 측단부를 포함하는 전체 폭에 걸쳐 장력이 부여된 상태로 함으로써, 섬유 시트재(Ts)의 각 섬유에는 장력이 부여되어, 가열 롤 및 냉각 롤에 섬유가 권취되는 등의 트러블을 방지할 수 있다. 특히, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 양 측단부의 외측에 배치된 섬유 시트 부분에 장력이 부여되지 않아 느슨한 상태에서 반송하면, 롤 등에 많은 섬유가 권취되는 트러블이 빈발하게 된다.

도 1, 도 3 및 도 4와 같은 장치 예의 경우, 1세트째의 가열 롤(1)이 구동 모터(4)에 의해 구동되고, 이후의 2세트째의 가열 롤(1), 1세트째 및 2세트째의 냉각 롤(2)은 자유 회전하는 롤로 되어 있다. 그리고, 구동 모터(5)에 접속된 수취 롤(3)에 의해, 섬유 강화 수지 시트재를 그 양 측단부의 외측에 배치된 섬유 시트 부분을 포함하는 전체 폭을 닙하여 수취하고 있다. 이때, 섬유 시트재(Ts)에는, 예를 들어 도시되지 않은 기구에 의해 섬유 시트재의 전체 폭에 장력을 부여한 상태에서 가열 롤(1)에 도입함으로써, 섬유 시트재(Ts) 및 수지 시트재(Js)가 가열 롤(1)에 끼움 지지되어 겹쳐져 섬유 시트재(Ts)의 전체 폭에 장력을 부여한 상태로 할 수 있다. 그리고, 1세트째의 가열 롤의 주행 속도와 수취 롤의 주행 속도를 동등, 혹은 1세트째의 가열 롤의 주행 속도보다 수취 롤의 주행 속도를 약간 증가시킴으로써 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)가 겹쳐진 후로부터의 시트 전체 폭에 장력을 부여하면서 주행시킬 수 있다. 또한, 다른 방법으로서, 모든 롤에 구동 모터를 접속하고, 모터의 회전을 하류측으로 감에 따라서 동등 혹은 약간 증가시키도록 하여 제어함으로써, 각 공정에서 시트재의 전체 폭에 장력이 부여되도록 주행시키는 것도 가능하다.

도 5는, 본 발명에 관한 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법을 실시하는 다른 장치 예에 관한 모식적 측면도이다. 도 5는, 도 4의 장치 구성에 있어서, 쌍이 되는 가열 롤(1)의 양측으로부터 한 쌍의 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 도입하고, 한쪽의 섬유 시트재(TsB)의 표면에 수지 시트재(Js)를 겹치도록 배치하여, 수지 시트재(Js)의 양면에 한 쌍의 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 겹쳐 맞추어 배치하고, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조하는 장치 예이다.

T 다이(12)로부터 압출된 수지 필름(Jf)의 양단부를 슬릿용 하부 받침 롤(14)과 슬릿용 회전 날(15)에 의해 연속해서 슬릿하고, 두께가 거의 일정한 중앙 부분 시트재를 수지 시트재(Js)로 하여, 방향 전환 롤(17)을 따르게 하여 섬유 시트재(TsB)의 표면에 겹쳐, 가열 롤에 도입하고 있다.

이 예에서는, 상류측의 가열 롤(1)에 도입되는 섬유 시트재(TsB)에 방향 전환 롤(17)을 사용하여 수지 시트재(Js)의 편면을 겹치는 겹침 공정이 행해지고, 이어서 가열 롤(1) 사이에서 섬유 시트재(TsA)를 수지 시트재(Js)의 다른 한쪽의 편면에 겹치는 겹침 공정이 행해지고 있다. 그리고, 가열 롤(1) 사이에서는, 겹쳐진 섬유 시트재(TsA)와 수지 시트재(Js)와 섬유 시트재(TsB)를 가열 가압함으로써, 용융한 수지 시트재(Js)를 섬유 시트재(TsA)와 섬유 시트재(TsB)에 함침 또는 반함침시킨 복합 시트재를 얻는 일체화 공정이 행해진다. 그리고, 하류측의 가열 롤(1) 사이에서도 마찬가지의 일체화 공정이 행해진다.

이 예에서는, 겹침 공정은 2개의 공정에 의해 행해지고 있다. 최초의 공정에서는, 수지 시트재(Js)의 한쪽의 표면에 섬유 시트재(TsB)가 겹쳐지고, 다음 공정에서는, 수지 시트재(Js)의 다른 쪽의 표면에, 섬유 시트재(TsA)가 겹쳐진다. 최초의 공정에서는, 방향 전환 롤(17)을 통과한 수지 시트재(Js)의 한쪽의 표면에 가열 롤(1) 상에서 섬유 시트재(TsB)가 겹쳐진다. 그리고, 가열 롤(1)의 표면에 반송용 벨트(7)를 통해 접촉하고 있는 동안에, 섬유 시트재(TsB)와 수지 시트재(Js)는 가열되게 되므로, 가열에 의해 수지 시트재(Js)의 용융 온도에 도달한 경우에는, 약간 용융된 수지가 섬유 시트재(TsB)에 함침되게 된다. 다음 공정에서는, 겹쳐진 수지 시트재(Js) 및 섬유 시트재(TsB)가 섬유 시트재(TsA)와 함께 가열 롤(1)의 사이에 도입되어, 섬유 시트재(TsA)가 수지 시트재(Js)의 다른 쪽의 표면에 겹쳐진다. 그리고, 겹쳐진 3매의 시트재가 가열 롤(1)에 의해 가열 가압됨으로써, 용융된 수지 시트재(Js)를 섬유 시트재(TsA)와 섬유 시트재(TsB)에 함침 또는 반함침시킨 복합 시트재를 얻는 일체화 공정이 행해지게 된다.

도 6은, 섬유 시트재(TsA 및 TsB) 및 수지 시트재(Js)의 배치에 관한 설명도이다. 쌍이 되는 가열 롤(1)의 양측으로부터 각각 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 도입하고, 한쪽의 섬유 시트재(TsB)의 표면에 수지 시트재(Js)를 배치하여 도입하고 있는 도면이다. 도 6에서는, 섬유 시트재(TsA 및 TsB) 모두, 4개의 섬유 다발(Tm)을 폭 방향으로 정렬시켜 배열한 일 방향 강화의 시트재로 되어 있다. 섬유 시트재(TsA)는, 섬유 다발(Tm1A, Tm2A, Tm3A 및 Tm4A)에 의해 구성되고, 섬유 시트재(TsB)는 섬유 다발(Tm1B, Tm2B, Tm3B 및 Tm4B)에 의해 구성되어 있다. 또한, 폭 방향으로 배열되는 섬유 다발(Tm)의 개수는 필요에 따라서 1개여도, 복수 개여도, 몇 개여도 된다.

섬유 시트재(TsA 및 TsB)는, 각각의 폭이 동일한 경우, 겹쳐지도록 배치해도 되고, 또한 도 6과 같이 폭 방향으로 어긋나게 하여 배치해도 된다. 도 6에서는, 섬유 시트재(TsA)를 구성하는 폭 방향으로 배열된 섬유 다발(Tm)의 경계 위치(섬유 다발(Tm)끼리의 단부가 접하는 길이 방향의 라인)가, 섬유 시트재(TsB)를 구성하는 폭 방향으로 배열된 섬유 다발(Tm)의 경계 위치와 겹치지 않도록 하고 있다. 이와 같이 경계 위치가 겹치지 않도록 어긋나게 배치함으로써, 한쪽의 섬유 시트재의 섬유 다발(Tm)의 폭이 변동됨으로써 경계 위치에 발생하는 섬유 다발 사이의 간극이, 다른 쪽의 섬유 시트재의 섬유 다발(Tm)의 폭 방향 중앙 부근 부분과 두께 방향으로 겹치고, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)로서 섬유가 존재하지 않는 간극 부분이 발생하기 어려워져, 품질이 좋은 시트재가 된다.

섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조하는 가공 속도를 고속화할수록 섬유 다발에의 인장력이 커지기 때문인지, 섬유 다발 사이의 간극이 발생하기 쉬워진다. 섬유 다발 사이의 간극이 생기면, 그 간극의 크기에 따라서는, 용융 수지가 섬유에 연속해서 부착되는 상태가 도중에 끊어져, 용융 수지가 간극으로부터 밀려나와 반송용 벨트 또는 반송용 시트에 부착되어 버리는 경우가 있다. 따라서, 도 6과 같이, 섬유 다발(Tm)의 경계 위치가 겹치지 않도록 하여 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 폭 방향으로 어긋나게 하여 배치하는 방법은, 품질이 좋은 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 고속으로 제조할 수 있는 방법이 된다.

수지 시트재(Js)의 양면에 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 배치하는 경우, 수지 시트재(Js)의 한쪽의 측단부(10)의 외측에 섬유 시트재(TsA)의 한쪽의 측단부(8A)와 섬유 시트재(TsB)의 한쪽의 측단부(8B)를 배치하고, 수지 시트재(Js)의 다른 쪽의 측단부(11)의 외측에 섬유 시트재(TsA)의 다른 쪽의 측단부(9A)와 섬유 시트재(TsB)의 다른 쪽의 측단부(9B)를 배치하여 겹칠 수 있다. 또한, 도 6과 같이, 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 서로 폭 방향으로 어긋나게 하여 배치하여, 수지 시트재(Js)의 한쪽의 측단부(10)의 외측에 섬유 시트재(TsA)의 한쪽의 측단부(8A)를 길이 W1 이격시켜 배치하고, 수지 시트재(Js)의 다른 쪽의 측단부(11)의 외측에 섬유 시트재(TsB)의 다른 쪽의 측단부(9B)를 길이 W2 이격시켜 배치하여 겹쳐도 된다.

또한, 도 6에 나타낸 예에서는, 겹침 공정에 있어서의 최초의 공정에서, 수지 시트재(Js)의 한쪽의 측단부(11)의 외측에 섬유 시트재(TsB)의 한쪽의 측단부(9B)를 길이 W2만큼 어긋나게 하여 배치하도록 겹친다. 그리고, 가열 롤(1)의 표면 상에서 가열되어, 수지 시트재(Js)의 용융 온도에 도달한 경우에는, 수지 시트재(Js)가 롤 표면에 압박되는 힘에 의해, 수지 시트재(Js)가 섬유 시트재(TsB)에 부착 또는 약간이라도 함침된 상태로 된다. 이 단계에서는, 수지 시트재의 한쪽의 측단부의 외측에 섬유 시트재의 측단부가 존재하는 상태로 되어 있다. 겹침 공정에 있어서의 다음 공정에서는, 가열 롤(1) 사이에서, 수지 시트재(Js)의 다른 쪽 측단부(10)의 외측에 섬유 시트재(TsA)의 한쪽의 측단부(8A)를 길이 W1만큼 어긋나게 하여 배치하도록 겹친다. 그리고, 가열 롤(1) 사이에서의 가열 가압에 의해, 수지 시트재(Js)를 섬유 시트재(TsA) 및 섬유 시트재(TsB)에 반함침 또는 함침시킨 일체화 공정이 행해진다. 이 단계에서, 수지 시트재의 양 측단부의 외측에 섬유 시트재의 측단부가 배치된 상태로 된다.

이와 같이 배치함으로써, 수지 시트재(Js)의 전체 면이 용융하여, 섬유 시트재(TsA 및 TsB)에 함침 또는 반함침하였을 때, 반송용 벨트 또는 반송용 시트에 용융 수지만이 연속해서 부착되는 것을 방지할 수 있다.

수지 시트재(Js)의 양면에 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 배치하고, 수지 시트재(Js)의 양 측단부의 외측에 섬유 시트재(TsA 및 TsB)의 측단부를 배치하여 겹치는 경우, 겹쳐 일체화되는 복합 시트재의 양측이 섬유 시트재로 되어 용융 수지가 노출되기 어려워지므로, 반송용 벨트 또는 반송용 시트를 사용하지 않고, 직접 가열 가압한 후, 연속해서 냉각에 의한 고화 공정을 거쳐, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 제조할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같은 장치를 사용하여, 반송용 벨트(7)를 사용하지 않고 직접 가열 롤러(1) 및 냉각 롤러(2)에 의해 끼움 지지하여 반송할 수 있다.

도 7은, 도 5에 도시한 장치의 변형예에 관한 장치 구성도이다. 도 5의 장치 구성에 있어서 가열 롤과 냉각 롤의 구성을 변경하여, 쌍이 된 가열 롤을 1세트 배치한 후, 3개의 냉각 롤(2)을 지그재그로 배치한 구성으로 하고 있다. 또한, 가열 롤의 개수, 냉각 롤의 개수는 사용 섬유, 수지, 가열 온도, 가압력, 가공 속도 등의 다양한 조건에 의해 적절하게 선정하면 된다. 그리고, 가열 롤(1A)측으로부터 섬유 시트재(TsA)를, 가열 롤(1B)측으로부터 섬유 시트재(TsB)를 도입하고, 압출 성형에 의해 얻어진 수지 시트재(Js)를 섬유 시트재(TsB)의 상면에 배치하여 도입함으로써, 수지 시트재(Js)의 양면에 섬유 시트재(TsA 및 TsB)가 겹치도록 하고 있다. 도 7에서는, 도 5에 도시한 바와 같은 이형 벨트 및 이형 시트를 사용하지 않고 직접 가열 롤 및 냉각 롤에 의해 반송하도록 되어 있다.

수지 시트재(Js)의 양면에 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 겹친 구성으로, 수지 시트재(Js)를 가열 가압에 의해 용융시켜, 섬유 시트재(TsA 및 TsB)에 함침 또는 반함침시키면, 수지 시트재(Js)의 전체 면이 용융 수지로 되어 섬유에 부착되어, 형성된 복합 시트재의 양면에는 섬유가 연속해서 많이 존재하는 상태가 된다. 그리고, 형성된 복합 시트재가 이러한 상태로 되어 있으므로, 가열 롤에 의해 직접 가열 가압하는 경우라도 롤 표면에의 용융 수지의 부착 잔류를 발생하는 일 없이, 용융 수지가 강화 섬유에 보유 지지되어 반송되고, 다음 고화 공정으로 원활하게 이동하는 것이 가능해진다.

이러한 가열 롤에 의해 직접 가열 가압하는 경우에도, 겹침 공정으로부터 고화 공정까지의 일련의 공정에 있어서 섬유 시트재, 복합 시트재 및 섬유 강화 수지 시트재의 수지 시트재와 겹치지 않는 섬유 시트재의 측단부를 포함하는 전체 폭에 걸쳐 장력이 부여된 상태로 하는 것이 중요해진다.

즉, 일련의 공정에 있어서 반송되는 시트재의 수지 시트재와 겹치지 않는 섬유 시트재의 측단부를 포함하는 전체 폭에 걸쳐 장력이 부여된 상태로 함으로써, 섬유 시트재(TsA 및 TsB)의 각 섬유에는 장력이 부여되어, 가열 롤 및 냉각 롤에 섬유가 권취되는 등의 트러블을 방지할 수 있다. 특히, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 양 측단부의 외측에 배치된 섬유 시트 부분에 장력이 부여되지 않고 느슨한 상태에서 반송하면, 롤 등에 많은 섬유가 권취되는 트러블이 빈발하게 된다.

도 7과 같은 장치 예의 경우, 가열 롤(1)이 구동 모터에 의해 구동되고, 이후의 냉각 롤(2)이 자유 회전하는 롤로 되어 있다. 그리고, 구동 모터에 접속된 수취 롤(3)에 의해, 섬유 강화 수지 시트재를 그 양 측단부의 외측에 배치된 섬유 시트 부분을 포함하는 전체 폭을 닙하여 수취하고 있다. 이때, 섬유 시트재(TsA와 TsB)에는, 예를 들어 도시되지 않은 기구에 의해 섬유 시트재 전체 폭에 장력을 부여한 상태에서 가열 롤(1A와 1B) 각각에 도입함으로써, 겹침 공정에 있어서, 섬유 시트재(TsB)와 수지 시트재(Js)를 겹치는 최초의 공정, 및 섬유 시트재(TsA)를 더 겹치는 다음 공정에서, 섬유 시트재(TsA 및 TsB)의 전체 폭에 장력을 부여한 상태로 할 수 있다. 그리고, 1세트째의 가열 롤의 주행 속도와 수취 롤의 주행 속도를 동등, 혹은 1세트째의 가열 롤의 주행 속도보다 수취 롤의 주행 속도를 약간 증가시킴으로써 섬유 시트재와 수지 시트재가 겹쳐진 후부터의 시트 전체 폭에 장력을 부여하면서 주행시킬 수 있다. 또한, 다른 방법으로서, 모든 롤에 구동 모터를 접속하고, 모터의 회전을 동등 혹은 하류측으로 감에 따라서 약간 증가시키도록 하여 제어함으로써, 각 공정에서 시트재 전체 폭에 장력이 부여되도록 주행시키는 것도 가능하다.

수지 시트재(Js)의 양면에 수지 시트재(Js)의 양 측단부의 외측에 섬유 시트재(TsA 및 TsB)의 양 측단부를 배치하여 겹친 구성으로 하는 것, 그리고, 섬유 시트재(TsA 및 TsB) 및 수지 시트재(Js)를 겹치는 겹침 공정으로부터 일체화 공정, 고화 공정까지의 일련의 공정에 있어서, 섬유 시트재, 복합 시트재 및 섬유 강화 수지 시트재의 수지 시트재가 겹쳐 있지 않은 섬유 시트 부분을 포함하여 전체 폭에 걸쳐 장력을 부여한 상태에서 주행시킴으로써, 섬유 시트재를 구성하는 섬유에 용융한 수지가 부착 및 보유 지지되어 반송되어, 가열 가압을 행하는 장치 및 냉각을 행하는 장치에 용융 수지를 연속해서 부착시키는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 반송용 벨트 또는 반송용 시트를 사용하지 않아도, 연속된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 제조를 실현할 수 있다.

그리고, 섬유 시트재에 개섬사 시트를 사용하는 경우, 적어도 유체 개섬 기구(19), 세로 진동 부여 기구(20), 가로 진동 부여 기구(21)를 포함하는 개섬 장치에 의해 제조되는 개섬사 시트를 연속해서 섬유 시트재로서 도입하는 방법을 채용함으로써, 시트재 전체 폭에 있어서 섬유 분산성이 좋고, 또한 섬유 사이의 간극이 연속되지 않는 개섬사 시트를 도입하는 것이 가능해지고, 따라서 가열 가압을 행하는 장치 및 냉각을 행하는 장치에 용융 수지를 연속해서 부착시키는 것을 방지할 수 있어, 반송용 벨트 또는 반송용 시트를 사용하지 않아도, 개섬사 시트에 의한 연속된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 제조를 실현할 수 있다.

제조되는 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 두께가, 수지 시트재(Js)가 용융하여 섬유 시트재(TsA 및 TsB) 내에 완전히 함침된 상태에 있어서의 두께보다 두꺼워지도록 하여 가열 가압함으로써, 또한 가열 가압을 행하는 장치 및 냉각을 행하는 장치에의 용융 수지의 부착을 방지할 수 있다. 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 두께를 조정하는 수단으로서는, 가열 온도, 가압력, 가공 속도(반송 속도)를 조정하는 수단이나, 소정의 간극을 설정하여 시트재를 통과시키면서 가열 가압하는 수단을 설치하는 방법 등을 들 수 있다.

여기서, 수지 시트재(Js)가 용융되어 섬유 시트재(TsA 및 TsB) 내에 완전히 함침된 상태에 있어서의 두께라 함은, 섬유 시트재(TsA 및 TsB) 전체에 수지 시트재(Js)를 완전히 침투시켜 내부에 보이드가 거의 없는 상태로 하였을 때의 두께이다. 여기서, 보이드가 거의 없는 상태라 함은, 얻어진 시트재의 단면 관찰을 행하여, 명백하게 보이드로서 인식되는 것이 없는 상태를 말한다.

수지 시트재(Js)가 용융하여 섬유 시트재(TsA 및 TsB)에 함침된 상태에 있어서의 두께를 두께 tp로 하였을 때, 두께 tp는, 이하의 2가지의 방법으로 구할 수 있다.

(1) 섬유 시트재(TsA 및 TsB) 전체에 수지 시트재(Js)를 완전히 침투시킨 상태로 하여 얻은 시트재의 두께를 실측하고, 그 평균값을 산출하여 두께 tp로 한다. 두께의 실측은, 예를 들어 JIS B 7502(국제 규격 ISO 3611에 대응)에 규정하는 최소 표시량 0.001㎜의 외측 마이크로미터를 사용하여 계측하여 구할 수 있다.

(2) 섬유 시트재(TsA)에 사용되고 있는 강화 섬유 재료의 비중 ρ₁(g/㎤)과 시트재 단위 면적당 중량 M₁(g/㎡), 상기 섬유 시트재(TsB)에 사용되고 있는 강화 섬유 재료의 비중 ρ₂(g/㎤)와 시트재 단위 면적당 중량 M₂(g/㎡), 상기 수지 시트재에 사용되고 있는 수지 재료의 비중 ρ₃(g/㎤)과 시트재 단위 면적당 중량 M₃(g/㎡)인 경우, 두께 tp는, 이하의 식으로 구할 수 있다.

도 8은, 섬유 시트재(TsA 및 TsB)를 수지 시트재(Js)의 양면에 배치하여 겹친 상태를 도시하는 설명도(도 8a) 및 수지를 함침시킨 상태의 섬유 강화 수지 시트재(Ps)에 관한 설명도(도 8b)이다. 도 8b에 도시한 바와 같이, 제조되는 섬유 강화 수지 시트재(Ps)의 두께를 t로 할 때, t＞tp로 되도록 한 가공 조건에서 제조를 행하면, 섬유 시트재(TsA 및 TsB)에는 용융한 수지가 반함침 상태로 되고, 얻어지는 섬유 강화 수지 시트재의 양 표면은 섬유가 많이 존재하는 상태로 되기 때문에, 가열 가압 장치와 접촉하는 부분에 있어서, 용융한 수지가 가열 가압 장치에 부착되는 일 없이, 연속된 섬유 강화 수지 시트재의 제조가 가능해진다.

실시예

[실시예 1]

<사용 재료>

강화 섬유 재료 탄소 섬유 다발(도레이 가부시끼가이샤 제조; T700SC-60E-12000개/다발 단사 직경 7㎛)

열가소성 수지 재료 PA6 수지 필름(미쯔비시 쥬시 가부시끼가이샤 제조; 다이아미론 폭 140㎜, 두께 20㎛)

<제조 방법>

도 3에 도시한 장치 구성에 있어서, 도 9 및 도 10에 도시한 개섬 장치를 설치한 장치 구성으로 실시하였다. 도 3에 도시한 장치 예에서는 가열 롤(1)이 2연 구성되어 있지만, 본 실시예에서는 가열 롤(1)을 1연, 냉각 롤(2)을 2연으로 한 장치 구성으로 하였다. 반송용 벨트(7)로서 쥬꼬 벨트 가부시끼가이샤 제조의 불소 벨트(G타입 벨트)를 사용하였다. 가열 롤(1)의 설정 온도를 270도, 가열 롤 사이에서의 가압력을 선압 20㎏f/㎝로 설정하였다. 또한, 가열 롤(1B)을 구동 모터(4)에 의해 가공 속도 10m/min으로 되도록 회전 구동시키고, 가열 롤(1A) 및 냉각 롤(2)은 자유롭게 회전하는 기구로 하였다. 수취 롤(3)은 시트 전체 폭에 약간의 장력이 부하되도록 구동 모터(5)에 의해 회전 제어를 행하였다.

탄소 섬유 다발 8개를 20㎜ 간격으로 폭 방향으로 배열하고, 개섬 장치에서 각각을 폭 20㎜로 개섬하고, 폭 160㎜, 단위 면적당 중량 약 40g/㎡의 개섬사 시트로 하였다. 얻어진 개섬사 시트를 섬유 시트재(Ts)로서 연속해서 가열 롤(1)에 도입하였다. 가열 롤(1)에는 PA6 수지 필름을 수지 시트재(JsA 및 JsB)로서 도입하였다. 이때, 섬유 시트재(Ts)의 단부(8)로부터 10㎜ 내측의 위치에 수지 시트재(JsA)의 단부(10A)와 수지 시트재(JsB)의 단부(10B)를, 섬유 시트재(Ts)의 단부(9)로부터 10㎜ 내측의 위치에 수지 시트재(JsA)의 단부(11A)와 수지 시트재(JsB)의 단부(11B)가 연속해서 배치되도록 하여 도입하였다. 또한, 섬유 시트재를 구성하는 8개의 개섬 섬유 다발의 양단부에 위치하는 개섬 섬유 다발의 거의 중앙 부분에, 수지 시트재(JsA 및 JsB)의 양단부(10A와 11A 및 10B와 11B)가 배치되게 된다. 도입된 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(JsA 및 JsB)를 가열 가압한 후, 냉각하여, 반송용 벨트로부터 박리하여, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 3인치 지관에 권취하면서 제조를 실시하였다.

<제조 시의 상황과 섬유 강화 수지 시트재의 상태>

본 제조를 1시간 실시한 바, 안정적으로, 섬유 강화 수지 시트재가 제조되었다. 반송용 벨트에 수지 시트재의 용융 수지가 부착되는 일은 없었다. 또한, 1시간의 실시에 의해 약 600m의 섬유 강화 수지 시트재를 얻었지만, 3인치 지관에 권취된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 권출한 바, 양단부의 수지가 함침되어 있지 않은 섬유 부분이 얽히는 등의 트러블이 발생하는 일 없이, 안정적으로 마지막까지 권출을 행할 수 있었다. 또한, 얻어진 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는 반함침 상태의 시트재이며, 이 부분의 두께를 최소 표시 눈금 0.001㎜의 외측 마이크로미터(가부시끼가이샤 미쯔토요제)를 사용하여 측정한 바, 평균 약 0.093㎜였다.

[실시예 2]

<사용 재료>

실시예 1과 마찬가지의 강화 섬유 재료와 열가소성 수지 재료를 사용하였다.

<제조 방법>

도 1, 도 2에 도시한 장치 구성에 있어서, 도 9 및 도 10에 도시한 개섬 장치를 설치한 장치 구성으로 실시하였다. 도 1에 도시한 장치 예에서는 가열 롤(1)이 2연 구성되어 있지만, 본 실시예에서는 가열 롤(1)을 1연, 냉각 롤(2)을 2연으로 한 장치 구성으로 하였다. 반송용 벨트, 반송용 시트는 사용하지 않는 상태에서, 섬유 시트재(Ts)와 직접 접하는 가열 롤(1A)의 설정 온도를 270도, 수지 시트재(Js)와 직접 접하는 가열 롤(1B)의 설정 온도를 150도로 하였다. 가열 롤 사이에서의 가압력은 선압 20㎏f/㎝로 설정하였다. 또한, 가열 롤(1B)을 구동 모터(4)에 의해 가공 속도 10m/min으로 되도록 회전 구동시켜, 가열 롤(1A) 및 냉각 롤(2)은 자유롭게 회전하는 기구로 하였다. 수취 롤(3)은 시트 전체 폭에 약간의 장력이 부하되도록 구동 모터(5)에 의해 회전 제어를 행하였다.

탄소 섬유 다발 8개를 20㎜ 간격으로 폭 방향으로 배열하고, 개섬 장치에 의해 각각을 폭 20㎜로 개섬하여, 폭 160㎜, 단위 면적당 중량 약 40g/㎡의 개섬사 시트로 하였다. 얻어진 개섬사 시트를 섬유 시트재(Ts)로서 연속해서 가열 롤(1A)을 따라 도입하였다. 또한, PA6 수지 필름을 수지 시트재(Js)로서 가열 롤(1B)을 따라 도입하였다. 이때, 섬유 시트재(Ts)의 단부(8)로부터 내측에 길이 W1이 10㎜인 위치에 수지 시트재(Js)의 단부(10)가, 섬유 시트재(Ts)의 단부(9)로부터 내측에 길이 W2가 10㎜인 위치에 수지 시트재(Js)의 단부(11)가 연속해서 배치되도록 하여 도입하였다. 또한, 섬유 시트재를 구성하는 8개의 개섬 섬유 다발의 양단부에 위치하는 개섬 섬유 다발의 거의 중앙 부분에, 수지 시트재(Js)의 양단부(단부(10)와 단부(11))가 배치되게 된다. 도입된 섬유 시트재(Ts)와 수지 시트재(Js)를 가열 가압한 후, 그대로 냉각 롤에 도입하고, 유 강화 수지 시트재(Ps)를 3인치 지관에 권취하면서 제조를 실시하였다.

<제조 시의 상황과 섬유 강화 수지 시트재의 상태>

본 제조를 1시간 실시한 바, 안정적으로, 섬유 강화 수지 시트재가 제조되었다. 반송용 벨트 또는 반송용 시트를 사용하지 않아도 가열 롤, 냉각 롤의 표면에 용융 수지가 부착되는 트러블은 발생하지 않았다. 사용한 PA6 수지 필름의 융점이 약 220도이기 때문에, 약 150도로 설정된 가열 롤(1B)에서는 PA6 수지가 가열 롤에 부착되는 상태로는 되지 않았다고 생각된다. 또한, 가열 롤(1A)은 약 270도로 설정되고, 섬유 시트재는 PA6 수지 필름을 용융시킬 정도로 가열되어 있었지만, 섬유 시트재와 가열 롤(1A)의 접촉 부분에는 용융 수지가 가열 롤(1A)에 부착될 만큼 존재하는 일이 없고, 따라서 가열 롤(1A)에 용융 수지가 부착되는 상태로는 되지 않고, 섬유 시트재에 용융 수지가 부착, 함침하여 냉각 롤로 이동하였다고 생각된다. 1시간의 실시에 의해 약 600m의 섬유 강화 수지 시트재를 얻었지만, 3인치 지관에 권취된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 권출한 바, 양단부의 수지가 함침되어 있지 않은 섬유 부분이 얽히는 등의 트러블이 발생하는 일 없이, 안정적으로 마지막까지 권출을 행할 수 있었다. 또한, 얻어진 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는 반함침 상태의 시트재이며, 이 부분의 두께를 최소 표시 눈금 0.001㎜의 외측 마이크로미터(가부시끼가이샤 미쯔토요제)를 사용하여 측정한 바, 평균 약 0.084㎜였다.

[실시예 3]

<사용 재료>

열가소성 수지 재료 PA6 수지 펠릿(미쯔비시 엔지니어링 플라스틱 가부시끼가이샤; NOVAMID ST120)

<제조 방법>

도 5, 도 6에 도시한 장치 구성에 있어서, 일본 특허 제5553074호의 도 15A 및 도 15B에 도시한 개섬 장치를 가열 롤(1)의 양측에 각각 설치한 장치 구성으로 실시하였다. 도 5에 도시한 장치 예에서는 가열 롤(1)이 2연 구성되어 있지만, 본 실시예에서는 가열 롤(1)을 1연, 냉각 롤(2)을 2연으로 한 장치 구성으로 하였다. 반송용 벨트(7)로서, 쥬꼬 벨트 가부시끼가이샤 제조의 불소 벨트(G타입 벨트)를 사용하였다. 가열 롤(1)의 설정 온도를 270도, 가열 롤 사이에서의 가압력을 선압 25㎏f/㎝로 설정하였다. 또한, 가열 롤(1B)을 구동 모터(4)에 의해 가공 속도 20m/min으로 되도록 회전 구동시키고, 가열 롤(1A) 및 냉각 롤(2)은 자유롭게 회전하는 기구로 하였다. 압출 성형 장치로서 가부시끼가이샤 이모또 세이사꾸쇼 제조의 φ25㎜ 1축 압출 성형 장치를 사용하고, 압출 성형 장치의 헤드부에 슬릿 폭 250㎜의 T 다이(12)를 설치하였다. T 다이(12)로부터 압출된 수지 필름(Jf)의 양단부는 스코어 커트 방식으로 연속해서 절단하고, 절단된 양단부의 필름은 트래버스 권취하여 3인치 지관에 회수하였다. 수취 롤(3)은 시트 전체 폭에 약간의 장력이 부하되도록 구동 모터(5)에 의해 회전 제어를 행하였다.

각각의 개섬 장치에서는, 탄소 섬유 다발 4개를 각각 38㎜로 개섬하고, 폭 152㎜, 단위 면적당 중량 약 21g/㎡의 개섬사 시트로 하고, 각각 섬유 시트재(TsA 및 TsB)로서 가열 롤에 연속해서 도입하였다. 도 6에 도시한 바와 같이, 섬유 시트재(TsA와 TsB)는 각각의 개섬 섬유 다발의 단부가 두께 방향으로 겹치지 않도록 폭 방향으로 어긋나게 하였다. 섬유 시트재(TsA)의 단부(8A)로부터 폭 방향으로 18㎜ 어긋나게 한 위치에 섬유 시트재(TsB)의 단부(8B)가 배치되도록 하였다. 그리고, 섬유 시트재(TsA)는 가열 롤(1A)을 따라, 섬유 시트재(TsB)는 가열 롤(1B)을 따라 연속해서 도입하였다.

PA6 수지 펠릿을, 진공 가열 건조 장치에서 80도, 진공 상태에서 약 1일 건조 후, 압출 성형 장치에 공급하고, T 다이(12)로부터 수지 필름을 연속해서 압출하였다. 압출 성형 장치는 펠릿 공급부 부근을 150도, 선단부를 270도로, 그리고 T 다이(12)를 270도로 설정하였다. T 다이(12)로부터 압출된 수지 필름의 양단부를 슬릿하여, 평균 두께 20㎛, 폭 150㎜의 수지 시트재(Js)를 제조하면서, 가열 롤(1B)의 섬유 시트재(TsB)의 상면을 따라 연속해서 도입하였다. 본 실시예에서는, 수지 시트재(Js)의 양 표면에 섬유 시트재(TsA와 TsB)가 배치된 구성으로 된다.

섬유 시트재(TsA)의 단부(8A)로부터 내측에 길이 W1이 10㎜인 위치에 수지 시트재(Js)의 단부(10)가, 섬유 시트재(TsB)의 단부(9B)로부터 내측에 길이 W2가 10㎜인 위치에 수지 시트재(Js)의 단부(11)가 연속해서 배치되도록 하여 도입하였다(도 6 참조). 도입된 섬유 시트재(TsA 및 TsB)와 수지 시트재(Js)를 가열 가압한 후, 그대로 냉각 롤에 도입하고, 반송용 벨트로부터 박리하여, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 얻어, 3인치 지관에 권취하면서 연속된 제조를 실시하였다.

<제조 시의 상황과 섬유 강화 수지 시트재의 상태>

본 제조를 1시간 실시한 바, 안정적으로, 섬유 강화 수지 시트재가 제조되었다. 반송용 벨트에 수지 시트재의 용융 수지가 부착되는 일은 없었다. 또한, 1시간의 실시에 의해 약 1200m의 섬유 강화 수지 시트재를 얻었지만, 3인치 지관에 권취된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 권출한 바, 양단부의 수지가 함침되어 있지 않은 섬유 부분이 얽히는 등의 트러블이 발생하는 일 없이, 안정적으로 마지막까지 권출을 행할 수 있었다. 또한, 얻어진 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는 반함침 상태의 시트재이며, 이 부분의 두께를 최소 표시 눈금 0.001㎜의 외측 마이크로미터(가부시끼가이샤 미쯔토요제)를 사용하여 측정한 바, 평균 약 0.062㎜였다. 실시예 1 및 2 등과 비교하여, 수지의 함침이 진행된 섬유 강화 수지 시트재를 얻었다.

[실시예 4]

<사용 재료>

열가소성 수지 재료 PP 수지 필름(토셀로 가부시끼가이샤; 애드머 폭 150㎜, 두께 30㎛)

<제조 방법>

실시예 3의 장치 구성으로부터 압출 성형 장치, T 다이 등의 수지 필름을 성형하여 수지 시트재를 제조하는 기구를 떼어내고, 보빈에 권취된 PP 수지 필름을 수지 시트재로서 직접 도입할 수 있는 기구를 설치한 장치 구성으로 실시하였다. 또한, 개섬 장치는 실시예 3과 마찬가지로, 일본 특허 제5553074호의 도 15A 및 도 15B에 나타낸 개섬 장치를 가열 롤(1)의 양측에 각각, 총 2세트를 설치하였다. 반송용 벨트(7)로서, 쥬꼬 벨트 가부시끼가이샤 제조의 불소 벨트(G타입 벨트)를 사용하였다. 가열 롤(1)의 설정 온도를 240도, 가열 롤 사이에서의 가압력을 선압 30㎏f/㎝, 가공 속도를 10m/min으로 설정하였다. 수취 롤(3)은 시트 전체 폭에 약간의 장력이 부하되도록 구동 모터(5)에 의해 회전 제어를 행하였다.

실시예 3과 마찬가지로, 각각의 개섬 장치에서는, 탄소 섬유 다발 4개를 각각 38㎜로 개섬하여, 폭 152㎜, 단위 면적당 중량 약 21g/㎡의 개섬사 시트로 하고, 각각 섬유 시트재(TsA 및 TsB)로서 가열 롤에 연속해서 도입하였다. 섬유 시트재(TsA와 TsB)는 각각의 개섬 섬유 다발의 단부가 두께 방향으로 겹치지 않도록 폭 방향으로 어긋나게 하였다. 그리고, 섬유 시트재(TsA)는 가열 롤(1A)을 따라, 섬유 시트재(TsB)는 가열 롤(1B)을 따라 연속해서 도입하였다. 수지 시트재(Js)는, 가열 롤(1B)의 섬유 시트재(TsB)의 상면을 따라 연속해서 도입하였다. 본 실시예에 있어서도 실시예 3과 마찬가지로, 수지 시트재(Js)의 양 표면에 섬유 시트재(TsA와 TsB)가 배치된 구성으로 된다.

<제조 시의 상황과 섬유 강화 수지 시트재의 상태>

본 제조를 1시간 실시한 바, 안정적으로, 섬유 강화 수지 시트재가 제조되었다. 반송용 벨트에 수지 시트재의 용융 수지가 부착되는 일은 없었다. 또한, 1시간의 실시에 의해 약 600m의 섬유 강화 수지 시트재를 얻었지만, 3인치 지관에 권취된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 권출한 바, 양단부의 수지가 함침되어 있지 않은 섬유 부분이 얽히는 등의 트러블이 발생하는 일 없이, 안정적으로 마지막까지 권출을 행할 수 있었다. 또한, 얻어진 섬유 강화 수지 시트재(Ps)에 있어서의 수지가 함침된 부분의 두께를 최소 표시 눈금 0.001㎜의 외측 마이크로미터(가부시끼가이샤 미쯔토요제)를 사용하여 측정한 바, 평균 약 0.058㎜였다. 상기 수지 시트재(Js)가 용융하여 상기 섬유 시트재(TsA와 TsB)에 완전히 함침되었다고 생각되는 상태의 두께 tp를 계산한 바, 약 0.053㎜인 점에서, 본 실시예에서 얻은 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는 수지가 거의 전체적으로 함침된 시트재를 얻었다고 할 수 있다.

[실시예 5]

<사용 재료>

강화 섬유 재료 및 열가소성 수지 재료 모두 실시예 3과 마찬가지의 것을 사용하였다.

<제조 방법>

도 7에 나타낸 장치 구성에 있어서, 일본 특허 제5553074호의 도 15A 및 도 15B에 나타낸 개섬 장치를 가열 롤(1)의 양측에 각각을 설치한 장치 구성으로 실시하였다. 가열 롤(1A 및 1B)의 설정 온도를 270도, 가열 롤 사이에서의 가압력을 선압 25㎏f/㎝로 설정하였다. 또한, 가열 롤(1B)을 구동 모터에 의해 가공 속도 20m/min으로 되도록 회전 구동시키고, 가열 롤(1A) 및 3개의 냉각 롤(2)은 자유이어서 회전하는 기구로 하였다. 또한, 가열 롤 사이에서의 가압력은 가열 롤(1A)을 도시되지 않은 에어 실린더 등에 의해 가열 롤(1B)에 압박함으로써 발생시켰다. 실시예 3과 마찬가지로, 압출 성형 장치, T 다이(12)를 사용하여 수지 필름을 제작하면서 양단을 슬릿하여 수지 시트재(Js)를 제조하고, 연속해서, 이 수지 시트재(Js)를 가열 롤(1B)의 섬유 시트재(TsB)의 상면에 겹치도록 하여 도입하였다. 수취 롤(3)은 구동 모터에 의해 가열 롤보다 약간의 가공 속도가 얻어지도록 설정하고, 섬유 시트재와 수지 시트재가 겹쳐지는 공정으로부터, 냉각 공정을 거쳐 섬유 강화 수지 시트재가 얻어질 때까지, 상기 섬유 시트재의 전체 폭 및 상기 섬유 강화 수지 시트재와 그 양단 외측의 섬유 시트 부분까지의 전체 폭에 장력이 부하된 상태에서 주행시켰다.

각각의 개섬 장치에서는, 탄소 섬유 다발 4개를 각각 38㎜로 개섬하여, 폭 152㎜, 단위 면적당 중량 약 21g/㎡의 개섬사 시트로 하고, 각각 섬유 시트재(TsA 및 TsB)로서 가열 롤에 연속해서 도입하였다. 섬유 시트재(TsA와 TsB)는 각각의 개섬 섬유 다발의 단부가 두께 방향으로 겹치지 않도록 폭 방향으로 어긋나게 하였다. 섬유 시트재(TsA)의 단부(8A)로부터 폭 방향으로 10㎜ 어긋나게 한 위치에 섬유 시트재(TsB)의 단부(8B)가 배치되도록 하였다(도 6 참고). 그리고, 섬유 시트재(TsA)는 가열 롤(1A)을 따라, 섬유 시트재(TsB)는 가열 롤(1B)을 따라 연속해서 도입하였다.

PA6 수지 펠릿을, 진공 가열 건조 장치에서 80도, 진공 상태에서 약 1일 건조 후, 압출 성형 장치에 공급하여, T 다이(12)로부터 수지 필름을 연속해서 압출하였다. T 다이(12)로부터 압출된 수지 필름의 양단을 슬릿하여, 평균 두께 20㎛, 폭 130㎜의 수지 시트재(Js)를 제조하면서, 가열 롤(1B) 상의 섬유 시트재(TsB)의 상면을 따라 연속해서 도입하였다. 본 실시예에서는, 수지 시트재(Js)의 양 표면에 섬유 시트재(TsA와 TsB)가 배치된 구성으로 된다.

섬유 시트재(TsA)의 단부(8A) 및 섬유 시트재(TsB)의 단부(8B)보다 내측에 수지 시트재(Js)의 단부(10)가 섬유 시트재(TsA)의 단부(9A) 및 섬유 시트재(TsB)의 단부(9B)보다 내측에 수지 시트재(Js)의 단부(11)가 연속해서 배치되도록 하여 도입하였다. 도입된 섬유 시트재(TsA 및 TsB)와 수지 시트재(Js)를, 반송용 벨트 및 반송용 시트를 사용하지 않는 상태에서 가열 가압한 후, 그대로 냉각 롤에 도입하고, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 얻어, 3인치 지관에 권취하면서 연속된 제조를 실시하였다.

<제조 시의 상황과 섬유 강화 수지 시트재의 상태>

본 제조를 1시간 실시한 바, 안정적으로, 섬유 강화 수지 시트재가 제조되었다. 반송용 벨트 또는 반송용 시트를 사용하지 않아도 가열 롤, 냉각 롤의 표면에 용융 수지가 부착되는 트러블은 발생하지 않았다. 가열 롤(1A 및 1B) 모두 약 270도로 설정되어, 섬유 시트재는 수지 시트재인 필름 상의 PA6 수지를 용융시킬 정도로 가열되어 있었지만, 섬유 시트재(TsA)와 가열 롤(1A) 및 섬유 시트재(TsB)와 가열 롤(1B)의 접촉 부분에는 용융 수지가 가열 롤에 부착될 만큼 섬유 시트재(TsA 및 TsB)에 함침되는 일이 없고, 따라서 가열 롤(1A와 1B)은 용융 수지가 부착되는 상태로는 되지 않고, 섬유 시트재에 용융 수지가 전부 부착 또는 함침되어 냉각 롤로 이동하였다고 생각된다. 1시간의 실시에 의해 약 1200m의 섬유 강화 수지 시트재를 얻었지만, 3인치 지관에 권취된 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 권출한 바, 양단부의 수지가 함침되어 있지 않은 섬유 부분이 얽히는 등의 트러블이 발생하는 일 없이, 안정적으로 마지막까지 권출을 행할 수 있었다. 또한, 얻어진 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는 수지의 함침된 부분의 두께를 최소 표시 눈금 0.001㎜의 외측 마이크로미터(가부시끼가이샤 미쯔토요제)를 사용하여 측정한 바, 평균 약 0.074㎜였다. 상기 수지 시트재(Js)가 용융하여 상기 섬유 시트재(TsA와 TsB)에 완전히 함침되었다고 생각되는 상태의 두께 tp를 계산한 바, 약 0.043㎜인 점에서, 본 실시예에서 얻은 섬유 강화 수지 시트재(Ps)는 반함침 상태의 시트재였다.

[비교예]

<사용 재료>

열가소성 수지 재료 PA6 수지 필름(미쯔비시 쥬시 가부시끼가이샤 제조; 다이어미론 폭 160㎜, 두께 20㎛)

<제조 방법>

실시예 3의 장치 구성으로부터 압출 성형 장치, T 다이 등의 수지 필름을 성형하여 수지 시트재를 제조하는 기구를 떼어내고, 보빈에 권취된 PA6 수지 필름을 수지 시트재로서 직접 도입할 수 있는 기구를 설치한 장치 구성으로 실시하였다. 또한, 개섬 장치는 실시예 3과 마찬가지로, 일본 특허 제5553074호의 도 15A 및 도 15B에 나타낸 개섬 장치를 가열 롤(1)의 양측에 각각을 설치하였다. 반송용 벨트(7)로서, 쥬꼬 벨트 가부시끼가이샤 제조의 불소 벨트(G타입 벨트)를 사용하였다. 가열 롤(1)의 설정 온도를 270도, 가열 롤 사이에서의 가압력을 선압 25㎏f/㎝, 가공 속도를 20m/min으로 설정하였다.

각각의 개섬 장치에서는, 탄소 섬유 다발 4개를 각각 38㎜로 개섬하여, 폭 152㎜, 단위 면적당 중량 약 21g/㎡의 개섬사 시트로 하고, 각각 섬유 시트재(TsA 및 TsB)로서 가열 롤에 연속해서 도입하였다. 본 비교예에서는 섬유 시트재(TsA)와 섬유 시트재(TsB)의 양단부가 겹치도록 하여 배치하였다. 그리고, 섬유 시트재(TsA)는 가열 롤(1A)을 따라, 섬유 시트재(TsB)는 가열 롤(1B)을 따라 연속해서 도입하였다. 섬유 시트재(TsA)의 단부(8A) 및 섬유 시트재(TsB)의 단부(8B)로부터 외측에 길이 4㎜의 위치에 수지 시트재(Js)의 단부(10)이 섬유 시트재(TsA)의 단부(9A) 및 섬유 시트재(TsB)의 단부(9B)로부터 외측에 길이 4㎜의 위치에 수지 시트재(Js)의 단부(11)가 연속해서 배치되도록 하여, 수지 시트재(Js)를 가열 롤(1B)의 섬유 시트재(TsB)의 상면을 따라 연속해서 도입하였다. 도입된 섬유 시트재(TsA 및 TsB)와 수지 시트재(Js)를 가열 가압한 후, 그대로 냉각 롤에 도입하고, 반송용 벨트로부터 박리하여, 섬유 강화 수지 시트재(Ps)를 얻어, 3인치 지관에 권취하면서 연속된 제조를 실시하였다.

<제조 시의 상황과 섬유 강화 수지 시트재의 상태>

본 제조를 실시한 바, 잠시 후, 섬유 시트재의 양단으로부터 밀려나온 수지 시트재의 부분이 반송용 벨트에 부착되기 시작하였다. 그 상태 그대로, 연속해서 제조를 실시하고 있으면, 그 부착량이 증가하여, 두께를 증가시켰다. 그와 동시에, 섬유 강화 수지 시트재에 있어서, 섬유 다발 중에 수지가 함침되어 있지 않은 부분이 연속해서 발생하게 되었다. 또한, 부착된 수지의 부분에 일부의 탄소 섬유가 부착되고, 그 섬유가 반송용 벨트에 권취된다고 하는 상태로 되었다. 이 상태가 되면, 제조를 실시할 수 없게 되기 때문에, 제조를 정지하였다. 권취된 섬유 강화 수지 시트재를 확인한 바, 처음과 마지막에는 수지의 함침 상태가 상이한 시트재가 제조되었다.

Ts : 섬유 시트재
Js : 수지 시트재
Ps : 섬유 강화 수지 시트재
Tm : 섬유 다발
Jf : 수지 필름
1 : 가열 롤
2 : 냉각 롤
3 : 수취 롤
4, 5, 6 : 구동 모터
7 : 반송용 벨트
8, 9 : 섬유 시트재 단부
10, 11 : 수지 시트재 단부
12 : T 다이
13 : 필름 냉각 롤
14 : 슬릿용 하부 받침 롤
15 : 슬릿용 회전 날
16 : 단부 필름
17 : 방향 전환 롤
18 : 공급 기구
19 : 공기 개섬 기구
20 : 세로 진동 부여 기구
21 : 가로 진동 부여 기구
22 : 보빈
23 : 풍동관
24 : 가이드 롤
25 : 처짐 확보 롤
26 : 열풍 발생 블로워
27 : 공기 흡인 블로워
28 : 흡인량 조정 밸브
29 : 지지 롤
30 : 압박 롤
31 : 구동 모터
32 : 진동 롤
33 : 지지 롤
34 : 구동 모터

Claims

섬유 시트재 및 수지 시트재를 반송하여 겹치는 겹침 공정과, 겹친 상기 섬유 시트재 및 상기 수지 시트재를 반송하면서 가열 가압함으로써 상기 수지 시트재를 용융시켜 상기 섬유 시트재에 함침 또는 반함침시켜 일체화한 복합 시트재를 얻는 일체화 공정과, 상기 복합 시트재를 반송하면서 냉각함으로써 수지를 고화시켜 섬유 강화 수지 시트재를 형성하는 고화 공정을 포함하는 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법에 있어서, 상기 겹침 공정에서는, 상기 수지 시트재의 측단부의 외측에 상기 섬유 시트재의 측단부를 배치하여 겹치는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
적어도 상기 겹침 공정으로부터 상기 고화 공정에 있어서, 상기 섬유 시트재는, 전체 폭에 장력이 부여된 상태에서 반송되고, 상기 복합 시트재 및 상기 섬유 강화 수지 시트재는, 상기 수지 시트재가 상기 섬유 시트재에 함침 또는 반함침되어 있지 않은 상기 섬유 시트재의 측단부를 포함하는 전체 폭에 장력이 부여된 상태에서 반송되는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 섬유 시트재는, 섬유 다발 중에 유체를 통과시킴으로써 섬유를 휘게 하면서 폭 방향으로 이동시켜 개섬하는 유체 개섬 공정과, 반송되는 상기 섬유 다발에 대해 접촉 부재를 접촉시키면서 상기 섬유 다발의 일부를 압입하여 긴장 상태로 한 후 긴장 상태의 상기 섬유 다발로부터 상기 접촉 부재를 이격시켜 상기 섬유 다발을 일시적으로 이완 상태로 하는 변동 동작을 반복하여 부여하는 세로 진동 부여 공정과, 개섬된 상기 섬유 다발을 폭 방향으로 왕복 진동시키는 가로 진동 부여 공정을 포함하는 개섬 방법에 의해 처리된 개섬 섬유 다발로 이루어지는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 개섬 섬유 다발은, 단위 면적당 중량이 10g/㎡ 내지 80g/㎡인, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 일체화 공정에서는, 복수의 섬유 다발 또는 상기 개섬 섬유 다발을 폭 방향으로 배열하여 구성되어 있는 상기 섬유 시트재에 대해, 상기 수지 시트재의 양 측단부를 상기 섬유 시트재의 최측단부에 배치된 상기 섬유 다발 또는 상기 개섬 섬유 다발에 함침 또는 반함침시키는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 시트재는, 폭 방향의 평균 두께가 10㎛ 내지 50㎛인, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 시트재는, 폭 방향의 두께에 대해 그 평균 두께와의 편차가 평균 두께의 ±10％ 이내로 되도록 형성되어 있는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 겹침 공정에 있어서 도입되는 상기 수지 시트재는, 압출 성형에 의해 수지 필름을 성형하면서 당해 수지 필름의 양단부를 슬릿하여 연속 형성되는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 겹침 공정에서는, 상기 섬유 시트재의 편면에 상기 수지 시트재를 겹치고 있고, 상기 일체화 공정에서는, 겹친 상기 섬유 시트재측의 가열 온도를 상기 수지 시트재의 용융 온도 이상으로 설정함과 함께, 겹친 상기 수지 시트재측의 가열 온도를 상기 수지 시트재의 용융 온도보다 낮게 설정하는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 겹침 공정에서는, 상기 수지 시트재의 양면에 상기 섬유 시트재를 배치하는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 겹침 공정에서는, 복수의 상기 섬유 다발 또는 상기 개섬 섬유 다발을 폭 방향으로 배열하여 구성되어 있는 상기 섬유 시트재를 폭 방향으로 어긋나게 하여 서로의 상기 섬유 다발 또는 상기 개섬 섬유 다발이 겹치지 않도록 배치하는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 겹침 공정에서는, 상기 수지 시트재의 양면에 배치된 상기 섬유 시트재의 양 측단부가, 상기 수지 시트재의 양 측단부의 외측에 배치되는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 일체화 공정에서는, 상기 수지 시트재가 용융하여 상기 섬유 시트재에 완전히 함침된 상태에 있어서의 두께보다 상기 복합 시트재의 두께가 두꺼워지도록 가열 가압하는, 섬유 강화 수지 시트재의 제조 방법.