WO2011064828A1 - 繊維複合材料の製造方法及び製造装置 - Google Patents

繊維複合材料の製造方法及び製造装置 Download PDF

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Definitions

  • fiber composite materials whose strength has been improved by combining fibers with resin, so-called fiber reinforced plastics (FRP), have been widely used as structural materials.
  • the fiber used here include glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, and polyethylene fiber.
  • a resin that becomes a base material (matrix) of a fiber composite material a technique using a resin spun into a nanofiber having a nano-order fiber diameter by a spinning method such as an electrospinning method has attracted attention.
  • the electrospinning method is a method in which a polymer dissolved in a solvent or a molten polymer is released in an electric field to which a high voltage is applied, and the polymer is stretched by Coulomb force to form a nanofiber polymer. is there.
  • the configuration in which the resin 102 is molded using the electrospinning method described in Patent Document 1 and spun into the fiber 103 has the following problems.
  • the resin 102 does not penetrate into the inside of the fiber 103.
  • Fiber composite sheet (fiber composite material) 2 Resin 3 Fiber 4 Fiber bundle 5 Single yarn 6 Single yarn group (open fiber) 7 Nanofiber resin 20 Electrospinning device 21 Blow device
  • the material constituting the fiber 3 is not limited to the carbon fiber of the present embodiment, and any fiber that can be opened to some extent is applicable, and examples thereof include glass fibers, aramid fibers, polyethylene fibers, and other chemical fibers.
  • other chemical fibers including synthetic fibers and inorganic fibers, or natural fibers may be used.
  • synthetic fibers include nylon fibers, vinylon fibers, polyester fibers, acrylic fibers, polyolefin fibers, polyurethane fibers, and the like.
  • natural fibers include cellulose fibers and protein fibers
  • examples of inorganic fibers include glass fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, boron fibers, and steel fibers.
  • the manufacturing process S1 for manufacturing the fiber composite sheet 1 will be described with reference to FIGS.
  • the resin 2 is spun into the fiber 3 in an opened state that is continuously conveyed along a predetermined conveyance path, and the resin 2 is penetrated into the fiber 3 so that the resin 2 is combined with the fiber 3. It is the process of manufacturing the fiber composite sheet 1 by doing. As shown in FIG. 2 and FIG.
  • the fiber bundle 4 is opened using the fiber opening device 10.
  • the opening operation in the opening apparatus 10 air opening for opening the fiber bundle 4 in a non-contact manner by blowing an air jet can be applied.
  • this air opening since there is little damage (fluff, a piece) to the fiber 3, generation
  • the opening method is not limited to the above-described air opening, and roll opening methods such as roll opening and bar opening may be used.
  • the resin spinning step S20 is performed after the fiber opening step S10, and the nanofiber resin 7 spun by the electrospinning method is applied to the single yarn group 6 (fiber 3 in the opened state) formed in the fiber opening step S10.
  • This is a step of allowing the nanofiber resin 7 to enter the inside of the single yarn group 6 by flying away.
  • the nanofiber resin 7 is subjected to an air flow, and the direction (traveling direction) of the nanofiber resin 7 that is randomly oriented is aligned with the transport direction of the single yarn group 6.
  • the resin 7 penetrates into the single yarn group 6 (see FIG. 5).
  • the blow apparatus 21 has the jet nozzle 21a.
  • the jet port 21 a is a jet port provided at the tip of the blow device 21, and jets air toward the single yarn group 6.
  • the size in the width direction of the jet port 21a is preferably the same as the width of the fiber 3 after opening. That is, it is preferable that the length in the width direction of the airflow from the blow device 21 is the same as the length in the width direction of the single yarn group 6, so that the nanofiber resin 7 has good directionality due to the airflow of the blow device 21. It becomes possible to apply the nanofiber resin 7 into the single yarn group 6 efficiently.
  • the heating step S30 is a step of heating the composite formed by the nanofiber resin 7 entering the single yarn group 6.
  • the composite is heated to a predetermined temperature. More specifically, the composite is heated to a temperature at which the nanofiber resin 7 made of a thermoplastic resin melts. Thereby, the melted nanofiber resin 7 penetrates into the single yarn group 6 so as to bind the single yarns 5, 5... (See FIG. 6).
  • the heating device 30 heats the composite composed of the single yarn group 6 and the nanofiber resin 7.
  • the heating device 30 includes a pair of heaters 31 and 31 that heat the composite without contact.
  • the heaters 31 are arranged in a state of facing each other so as to be orthogonal to the conveying direction of the fibers 3.
  • the non-contact heating method is adopted as the heating device 30 so that the damage (fluff, cut) to the fiber 3 is small. That is, the occurrence of damage to the fiber composite sheet 1 including the fibers 3 can be suppressed.
  • the damage to the fiber 3 is small, it can be applied to the heating device 30 and is not limited to the heating method of the present embodiment.
  • the cooling step S ⁇ b> 40 is a step of cooling and solidifying the nanofiber resin 7 that has penetrated in the melted state inside the single yarn group 6.
  • the nanofiber resin 7 is cooled to a temperature at which it solidifies, whereby the nanofiber resin 7 that has penetrated between the single yarns 5, 5,. Are combined (see FIG. 7).
  • the single yarn group 6 and the nanofiber resin 7 are cooled by exposing them to room temperature in the transport path. That is, the cooling time in the cooling step S40 is the same as the transport time. For this reason, the conveyance path is set to a length necessary for the nanofiber resin 7 to solidify sufficiently.
  • a configuration of forcibly cooling using an appropriate cooling means such as blowing cold air may be employed. In this case, the time required for the cooling step S40 can be shortened.
  • the fiber 3 that has been opened is difficult to close and the fiber composite sheet is stable in the width direction. 1 can be manufactured.
  • the fiber composite sheet 1 obtained through the cooling step S40 is wound up by an appropriate winding device (not shown). Moreover, the fiber composite sheet 1 after being wound is cut into an appropriate length, a plurality of sheets are laminated in a state having an arbitrary angle, and pressed from the thickness direction, whereby the fiber composite sheets 1. .. A plate material in which layers are stacked is formed. A product using the fiber composite sheet 1 is manufactured by pressing the plate material. At this time, since the fiber composite sheet 1 has high strength and stability as described above, there is an advantage that it is easy to handle and can be easily used in subsequent processes such as the product manufacturing process as described above.
  • the following applications are possible for the electrospinning apparatus 20 used in the resin spinning step S20.
  • the electrospinning device 20 includes a plurality of tanks 23, 23,... For storing resins 2a, 2b,... Having different characteristics, and the nozzles 22, 22,. It is also possible to adopt a configuration in which different types of nanofiber resins 7a, 7b,. Thereby, the fiber composite sheet 1 containing multiple types of resin 2a * 2b ... can be manufactured, and the fiber composite material which has the functional characteristic of each resin together can be provided. Further, the content can be easily adjusted by the above method.

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Abstract

 本発明は、エレクトロスピニング法によって紡糸されるナノファイバー状の樹脂を繊維の内部まで浸透させることが可能な技術を提供することを課題とする。本発明の繊維複合材料の製造方法(S1)は、所定の搬送経路に沿って連続的に搬送される開繊繊維(3・6)に、ナノファイバー状の樹脂(2・7)を紡糸することによって、開繊繊維(3・6)と樹脂(2)とを複合させて繊維複合材料(1)を製造する方法であり、開繊繊維(3・6)に向けて、エレクトロスピニング装置(20)により紡糸されたナノファイバー状の樹脂(7)を飛ばす樹脂紡糸工程(S20)を含む。樹脂紡糸工程(S20)では、ナノファイバー状の樹脂(7)にブロー装置(21)からの気流を当てることによって、ナノファイバー状の樹脂(7)の進行方向を、開繊繊維(3・6)の搬送方向と同方向に揃える。

Description

繊維複合材料の製造方法及び製造装置
 本発明は、繊維と樹脂とを複合することによって形成される繊維複合材料を製造する技術に関する。
 近年、樹脂に繊維を複合することによって強度を向上した繊維複合材料、いわゆる繊維強化プラスチック(FRP)が構造材料として広く用いられている。ここで用いられる繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等が挙げられる。
 また、繊維複合材料の母材(マトリックス)となる樹脂として、エレクトロスピニング法等の紡糸方法により、ナノオーダーの繊維径を有するナノファイバー状に紡糸される樹脂を用いる技術が注目を浴びている。エレクトロスピニング法とは、高電圧が印加される電界中に、溶媒に溶解させたポリマー、又は溶融ポリマーを放出することによって、クーロン力によってポリマーを延伸し、ナノファイバー状のポリマーを形成する方法である。
 例えば、特許文献1には、エレクトロスピニング法によって製造されるナノファイバー状のポリマー樹脂を、所定の表面抵抗率を有する繊維上に積層することによって繊維複合材料を製造する技術が開示されている。
 しかしながら、特許文献1に記載のエレクトロスピニング法を用いて樹脂102を成形し、繊維103に紡糸する構成では、以下のような問題がある。
 まず、図8(a)に示すように、特許文献1に記載のエレクトロスピニング法により連続的に紡糸されるナノファイバー状の樹脂102は、ランダムに配向された状態(均等に配列された状態ではなく、不規則に任意の方向性を有する状態)で、繊維103上に積層されるため、繊維103の内部にまで樹脂102が浸透しないという問題がある。
 また、材料として用いられる繊維束には開繊限界があり、係る繊維束の開繊繊維は、複数の単糸が重なった層形状を有することが知られており、通常の開繊工程では複数層に重なった状態となる。
 このため、上記の繊維103として繊維束から開繊された炭素繊維を用いる場合、ナノファイバー状の樹脂102を繊維103上に積層する際に、開繊された繊維103である単糸群106の最上面に配置する単糸間の橋渡しをするに留まり、樹脂102が繊維103の内部にまで浸透しない(図8(b)参照)。
 以上のような理由により、従来の技術を用いて開繊繊維にナノファイバー状の樹脂を紡糸して複合する場合には、繊維複合材料としての強度・安定性に欠けるという問題がある。
特開2008-303521号公報
 本発明は、エレクトロスピニング法によって紡糸されるナノファイバー状の樹脂を繊維の内部まで浸透させることが可能な技術を提供することを課題とする。
 本発明の第一態様である繊維複合材料の製造方法は、所定の搬送経路に沿って連続的に搬送される開繊繊維に、ナノファイバー状の樹脂を紡糸することによって、前記開繊繊維と前記樹脂とを複合させて繊維複合材料を製造する方法であり、前記開繊繊維に向けて、エレクトロスピニング法を用いて紡糸されたナノファイバー状の樹脂を飛ばす樹脂紡糸工程を含み、前記樹脂紡糸工程では、前記ナノファイバー状の樹脂に気流を当てることによって、前記ナノファイバー状の樹脂の進行方向を、前記開繊繊維の搬送方向と同方向に揃える。
 前記繊維複合材料の製造方法は、前記樹脂紡糸工程によって得られた前記開繊繊維と前記ナノファイバー状の樹脂との複合体を所定温度まで加熱する工程と、前記加熱工程によって加熱された後の複合体を、所定温度まで冷却する冷却工程と、をさらに含むことが好ましい。
 前記樹脂紡糸工程は、前記開繊繊維を開繊する工程の直後に行われることが好ましい。
 本発明の第二態様である繊維複合材料の製造装置は、所定の搬送経路に沿って連続的に搬送される開繊繊維に、ナノファイバー状の樹脂を紡糸することによって、前記開繊繊維と前記樹脂とを複合させて繊維複合材料を製造する装置であって、前記樹脂をナノファイバー状に成形し、前記開繊繊維に対して紡糸するエレクトロスピニング装置と、前記エレクトロスピニング装置により成形されたナノファイバー状の樹脂に対して気流を当て、前記ナノファイバー状の樹脂の進行方向を、前記開繊繊維の搬送方向と同方向に揃えるブロー装置と、を含む。
 本発明によれば、エレクトロスピニング法によって紡糸されるナノファイバー状の樹脂を繊維の内部まで浸透させることができる。これにより、高い強度及び安定性を備える繊維複合材料を提供することができる。
繊維複合材料の一実施形態に係る繊維複合シートを示す端面図である。 繊維複合シートを製造する工程を示すフローである。 繊維複合シートを製造する工程及びそれに用いる装置を示す模式図である。 開繊工程後の状態を示す端面図であり、図3におけるA-A線端面図。 樹脂紡糸工程後の状態を示す端面図であり、図3におけるB-B線端面図。 加熱工程後の状態を示す端面図であり、図3におけるC-C線端面図。 冷却工程後の状態を示す端面図であり、図3におけるD-D線端面図。 従来の繊維複合材料の製造工程によって得られる繊維複合材料を示す図であり、(a)は平面図、(b)は端面図を示す。
 1   繊維複合シート(繊維複合材料)
 2   樹脂
 3   繊維
 4   繊維束
 5   単糸
 6   単糸群(開繊繊維)
 7   ナノファイバー状の樹脂
 20  エレクトロスピニング装置
 21  ブロー装置
 以下、図1を参照して、本発明に係る繊維複合材料の実施の一形態である繊維複合シート1について説明する。繊維複合シート1は、樹脂2を母材(マトリックス)とし、強化材としての繊維3を複合させることによって強化されたシート状の繊維強化プラスチック(FRP)である。
 なお、繊維複合シート1は、所定の幅及び厚みを有する長尺部材であり、図1に示す左右方向を繊維複合シート1の幅方向、同じく上下方向を厚み方向と規定して以下の説明を行う。
 樹脂2は、繊維複合シート1の母材樹脂であり、エレクトロスピニング法によりナノオーダーの径(10nm~100nm程度)を有するナノファイバー状の樹脂として成形された後に、加熱・冷却して形成される樹脂層である。本実施形態では、樹脂2としてポリアミド(PA)を用いた例を示す。
 繊維3は、樹脂2に複合することによって樹脂2を強化する部材である。繊維3は、材料として搬送される繊維束4(図3参照)を連続して開繊することにより得られる単糸5・5・・・を幅方向に配列させた単糸群6により構成されている。本実施形態では、繊維3として炭素繊維(CF)を用いた例を示す。この場合、単糸5の繊維径は約7μmである。
 図1に示すように、繊維複合シート1では、樹脂2は、ナノファイバー状に成形された状態で、繊維3の単糸5・5・・・間に侵入し、その後、加熱されて単糸5・5・・・に浸透し、冷却されて凝固している。これにより、厚み方向及び幅方向に関して、凝固した樹脂2が繊維3の内部(単糸5・5・・・間)を十分に結合できるため、繊維複合シート1の強度を向上するとともに、その構造を安定化している。
 なお、炭素繊維には開繊限界があるため、図1に示す繊維複合シート1では、繊維3における単糸5・5・・・は、代表として、厚み方向に四層重なった状態、つまり、単糸群6は四層構造のものを表している。
 樹脂2を構成する材料としては、本実施形態のポリアミドに限定されず、エレクトロスピニング法によってナノオーダーの径を有する樹脂として成形可能、かつ、熱可塑性の合成樹脂であれば適用可能であり、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリスチレン(PS)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ABS樹脂、AS樹脂、アクリル樹脂(PMMA)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、環状ポリオレフィン(COP)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリテトラフロロエチレン(PTFE)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、非晶ポリアリレート(PAR)、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、熱可塑性ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリグリコール酸(PGA)、変性ポリビニルアルコール(変性PVA)、カゼイン等、並びに、これらの共重合体が挙げられる。
 繊維3を構成する材料としては、本実施形態の炭素繊維に限定されず、ある程度開繊可能な繊維であれば適用可能であり、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等の化学繊維が挙げられ、また、合成繊維及び無機繊維を含むその他の化学繊維、又は、天然繊維でも良い。
 例えば、合成繊維として、ナイロン繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ポリウレタン繊維等が挙げられる。
 天然繊維としては、例えばセルロース繊維、タンパク質繊維、また、無機繊維としては、例えばガラス繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維、スチール繊維等が挙げられる。
 以下では、図2~図6を参照して繊維複合シート1を製造する製造工程S1について説明する。製造工程S1は、所定の搬送経路に沿って連続的に搬送される開繊状態の繊維3に樹脂2を紡糸し、繊維3の内部に樹脂2を侵入させて、樹脂2を繊維3に複合することにより繊維複合シート1を製造する工程である。
 図2及び図3に示すように、製造工程S1は、繊維束4を開繊し、開繊繊維である単糸群6を形成する開繊工程S10、樹脂2を溶融させた状態でナノファイバー状に紡糸して、ナノファイバー状の樹脂(以下、「ナノファイバー樹脂」)7を成形し、ナノファイバー樹脂7を単糸群6の隙間に侵入させる樹脂紡糸工程S20、樹脂紡糸工程S20にて形成された単糸群6とナノファイバー樹脂7との複合体を加熱して、ナノファイバー樹脂7を再溶融し、単糸群6に含浸させる加熱工程S30、加熱工程S30にて再溶融されたナノファイバー樹脂7を冷却して凝固させて繊維複合シート1を形成する冷却工程S40を具備する。
 開繊工程S10は、多数(例えば12000本程度)の単糸5により構成される繊維束4を搬送しつつ、繊維束4を単糸レベルにまで開繊して幅方向に所定の寸法を有する単糸群6を形成する工程である。
 ここで、繊維3は炭素繊維であるため、図4に示すように、開繊工程S10において開繊繊維として形成される単糸群6は、単糸5・5・・・が厚み方向に複数層積層された状態となる。
 開繊工程S10では、開繊装置10を用いて繊維束4を開繊する。
 開繊装置10での開繊操作の一例として、空気ジェットを吹き付けることによって繊維束4を非接触で開繊する空気開繊を適用可能である。この空気開繊では、繊維3へのダメージ(毛羽、切れ)が少ないため、繊維3を含む繊維複合シート1のダメージの発生を抑制できる。
 但し、上記の空気開繊に限定されるものではなく、ロール開繊、バー開繊等の開繊方法でも良い。
 樹脂紡糸工程S20は、開繊工程S10後に実施され、エレクトロスピニング法により紡糸されるナノファイバー樹脂7を、開繊工程S10にて形成された単糸群6(開繊された状態の繊維3)に向けて飛ばすことにより、ナノファイバー樹脂7を単糸群6の内部に侵入させる工程である。
 特に、樹脂紡糸工程S20では、ナノファイバー樹脂7に気流を当てて、ランダムに配向するナノファイバー樹脂7の方向(進行方向)を、単糸群6の搬送方向と同方向に揃えることによって、ナノファイバー樹脂7を単糸群6の内部にまで侵入させている(図5参照)。
 樹脂紡糸工程S20では、エレクトロスピニング装置20、及びブロー装置21が用いられる。
 エレクトロスピニング装置20は、樹脂2を溶融させた状態、又は樹脂2を適宜の溶媒に溶解させた状態で、樹脂2をナノファイバー状に紡糸し、ナノファイバー樹脂7を成形する。エレクトロスピニング装置20によって成形されるナノファイバー樹脂7は、単糸群6に向けて噴出される。
 ブロー装置21は、エレクトロスピニング装置20により紡糸され、噴出されるナノファイバー樹脂7に気流を当てて、ナノファイバー樹脂7の進行方向を変更して、当該進行方向が単糸群6の搬送方向と同一方向となるように揃える。
 図3に示すように、エレクトロスピニング装置20は、先端部に設けられ、先端に吐出口を有する複数のノズル22・22・・・と、ノズル22・22・・・と連通し、溶融状態の樹脂2を貯溜するタンク23と、タンク23内に圧力を加えて溶融した樹脂2をノズル22・22・・・から押し出すピストン24と、タンク23内に貯溜される樹脂2にプラス側の高電圧を付与する高電圧機25とを含む本体部26、及び、連続的に搬送される単糸群6(開繊された繊維3)に対して本体部26と反対側に配置され、アースされることにより高電圧が付与された状態で本体部26側から噴出されるナノファイバー樹脂7のターゲット電極となるコレクタ27を含む。
 エレクトロスピニング装置21において、高電圧機25によりタンク23内に貯溜される溶融状態の樹脂2にプラス側の高電圧が印加された状態で、ピストン24を作動することにより、ノズル22・22・・・から溶融状態の樹脂2が液滴として吐出される。
 本体部26側から吐出された溶融状態の樹脂2は、プラス側の高電圧を有しているため、液滴の状態から電気的な反発を繰り返して、ナノファイバー樹脂7として成形されつつ、ランダムな配列で連続的にアース側のコレクタ27に向けて進行する。
 ブロー装置21は、適宜の空気供給装置(不図示)に接続され、当該空気供給装置から供給される空気を噴出して気流を形成する。図3に示すように、ブロー装置21は、エレクトロスピニング装置20の本体部26に対して、繊維3の搬送方向上流側に配置されている。
 つまり、ブロー装置21は、ナノファイバー樹脂7に対して搬送方向下流側に向けた気流を当てて、本体部26からコレクタ27に向かうナノファイバー樹脂7の進行方向が単糸群6の搬送方向に沿うように変更している。
 以上のように、樹脂紡糸工程S20では、エレクトロスピニング装置20により生成され、噴出されるナノファイバー樹脂7の進行方向が、ブロー装置21により生成される気流によって、開繊繊維である単糸群6の搬送方向と同方向となる。
 これにより、ブロー装置21からの気流により方向性を付与されたナノファイバー樹脂7が単糸群6の表面に留まることなく、その内部にまで十分に侵入することが可能となる(図5参照)。
 このとき、ナノファイバー樹脂7の径は10~100nmであり、単糸群6を構成する単糸5の径は7μm程度である。従って、単糸5・5・・・の周囲には、ナノファイバー樹脂7が侵入するための十分な空間が存在している。このため、ナノファイバー樹脂7は容易に単糸群6の内部にまで侵入することが可能である。
 ここで、図3に示すように、本体部26は、繊維3の搬送方向(開繊後の単糸群6の搬送方向)と直交する方向に対して搬送方向下流側に向けて傾斜して配置される。これにより、本体部26からコレクタ27に向かうナノファイバー樹脂7の進行方向が搬送方向と直交する方向に対して角度を有するように設定されている。
 以上のように、ブロー装置21による気流に加えて、エレクトロスピニング装置20の本体部26の傾斜配置により、ナノファイバー樹脂7が単糸群6の搬送方向と同方向に揃い易くなる。従って、ナノファイバー樹脂7を単糸群6の内部に十分に侵入させることが容易となる。
 また、図3に示すように、ブロー装置21は、噴出口21aを有する。
 噴出口21aは、ブロー装置21の先端に設けられる噴出口であり、単糸群6に向けて空気を噴出する。この噴出口21aの幅方向の大きさは、開繊後の繊維3の幅と同一であることが好ましい。つまり、ブロー装置21からの気流の幅方向の長さが単糸群6の幅方向の長さと同一であることが好ましく、これにより、ブロー装置21の気流によってナノファイバー樹脂7に良好な方向性を付与することが可能となり、効率的に単糸群6の内部にナノファイバー樹脂7を侵入させることができる。
 加熱工程S30は、単糸群6の内部にナノファイバー樹脂7が侵入してなる複合体を加熱する工程である。
 加熱工程S30では、前記複合体が所定温度まで加熱される、より具体的には、熱可塑性樹脂からなるナノファイバー樹脂7が溶融する温度まで加熱される。これにより、溶融したナノファイバー樹脂7が単糸5・5・・・を結合するように、単糸群6内に浸透する(図6参照)。
 加熱工程S30では、加熱装置30が用いられる。
 加熱装置30は、単糸群6とナノファイバー樹脂7とにより構成される複合体を加熱する。図3に示すように、加熱装置30は、前記複合体を非接触で加熱する一対のヒータ31・31を有する。ヒータ31・31は、繊維3の搬送方向と直交するように対向した状態で配置されている。
 このように、加熱装置30として非接触の加熱方法を採用することで、繊維3へのダメージ(毛羽、切れ)が少ない。つまり、繊維3を含む繊維複合シート1のダメージの発生を抑制できる。
 但し、繊維3に対するダメージの少ないものであれば加熱装置30に適用可能であり、本実施形態の加熱方式に限定されることはない。例えば、加熱された一対のローラにより厚み方向から挟み込むローラ式の加熱方式でも良い。この場合、ローラの圧力により単糸群6を構成する単糸5・5・・・間に存在する空気が押し出され、繊維複合シート1内部に隙間が発生することを防止できる。従って、繊維複合シート1の強度及び安定性をより向上することが可能である。
 冷却工程S40は、単糸群6の内部に、溶融した状態で浸透したナノファイバー樹脂7を冷却し、凝固させる工程である。
 冷却工程S40では、ナノファイバー樹脂7が凝固する温度まで冷却され、これにより、単糸5・5・・・間に浸透したナノファイバー樹脂7が凝固し、樹脂2として単糸5・5・・・を結合する(図7参照)。
 冷却工程S40では、搬送経路中において単糸群6及びナノファイバー樹脂7を室温にさらすことにより冷却する。
 つまり、冷却工程S40における冷却時間は搬送時間と同じである。このため、搬送経路は、ナノファイバー樹脂7が十分に凝固するために必要な長さに設定されている。
 但し、冷却工程S40において、冷風を吹き付ける等、適宜の冷却手段を用いて強制的に冷却する構成を採用しても良く、この場合は冷却工程S40に要する時間を短縮できる。
 以上のように、冷却工程S40を経た後に、ナノファイバー樹脂7が単糸群6(繊維束4を開繊した後の繊維3)の内部にまで浸透した状態で凝固し、単糸5・5・・・を互いに接着する樹脂2を形成する。このようにして、繊維3の内部に樹脂2を含浸させた繊維複合シート1が得られる。
 製造工程S1により製造される繊維複合シート1は、上記のように、高い強度及び安定性を有する。
 また、開繊工程S10、樹脂紡糸工程S20、加熱工程S30、冷却工程S40において、繊維3に対して非接触の状態で操作するため、繊維3へのダメージを最小限に留めることができる。
 また、開繊工程S10の直後に樹脂紡糸工程S20により樹脂2を紡糸し、繊維3と樹脂2とを一体化させるため、開繊された繊維3が閉じにくく、幅方向に安定した繊維複合シート1を製造できる。
 冷却工程S40を経て得られた繊維複合シート1は、適宜の巻取装置(不図示)によって巻き取られる。
 また、巻き取られた後の繊維複合シート1は、適宜の長さに切断され、任意の角度を持った状態で複数枚積層し、厚み方向からプレスすることにより、繊維複合シート1・1・・・を積層した板材が形成される。前記板材をプレス加工等することにより、繊維複合シート1を用いた製品が製造される。
 このとき、上記のように、繊維複合シート1は高い強度及び安定性を有するため、ハンドリング性が良く、上記のような製品製造工程等の後工程において簡単に利用できるという利点がある。
 樹脂紡糸工程S20にて用いられるエレクトロスピニング装置20に対して、以下のような応用が可能である。
 エレクトロスピニング装置20のピストン24の作動速度を制御することによって、ナノファイバー樹脂7の成形速度を調整することが可能である。つまり、一定の速度で搬送される単糸群6に対してナノファイバー樹脂7を浸入させる量を調整することが可能である。
 これにより、製造される繊維複合シート1内に含まれる樹脂2の量を自由に調整することができ、繊維複合シート1に対して強度の高低分布を容易に付与できる。
 また、エレクトロスピニング装置20として、異なる特性を有する樹脂2a・2b・・・を貯溜する複数のタンク23・23・・・を備える構成とし、各タンク23・23・・・のノズル22・22・・・から異なる種類のナノファイバー樹脂7a・7b・・・を噴出する構成とすることも可能である。
 これにより、複数種類の樹脂2a・2b・・・を含む繊維複合シート1を製造することができ、それぞれの樹脂の機能特性を併せ持った繊維複合材料を提供できる。また、その含有量を上記の方法にて容易に調整することが可能である。
 また、タンク23内に貯溜される溶融状態の樹脂2に機能分子(導電分子、触媒等)を分散させておくことも可能である。
 これにより、エレクトロスピニング装置20によって成形されるナノファイバー樹脂7に対して均一に機能を付与することが可能となる。
 本発明は、樹脂と繊維とを複合させてなる繊維複合材料を製造する技術に適用可能であり、特に、エレクトロスピニング法によって紡糸される樹脂を繊維に複合する場合、かつ、開繊繊維が複数の層状となる場合に良好に適用できる。

Claims (4)

  1.  所定の搬送経路に沿って連続的に搬送される開繊繊維に、ナノファイバー状の樹脂を紡糸することによって、前記開繊繊維と前記樹脂とを複合させて繊維複合材料を製造する方法であって、
     前記開繊繊維に向けて、エレクトロスピニング法を用いて紡糸されたナノファイバー状の樹脂を飛ばす樹脂紡糸工程を含み、
     前記樹脂紡糸工程では、前記ナノファイバー状の樹脂に気流を当てることによって、前記ナノファイバー状の樹脂の進行方向を、前記開繊繊維の搬送方向と同方向に揃える繊維複合材料の製造方法。
  2.  前記樹脂紡糸工程によって得られた前記開繊繊維と前記ナノファイバー状の樹脂との複合体を所定温度まで加熱する工程と、
     前記加熱工程によって加熱された後の複合体を、所定温度まで冷却する冷却工程と、をさらに含む請求項1に記載の繊維複合材料の製造方法。
  3.  前記樹脂紡糸工程は、前記開繊繊維を開繊する工程の直後に行われる請求項1又は2に記載の繊維複合材料の製造方法。
  4.  所定の搬送経路に沿って連続的に搬送される開繊繊維に、ナノファイバー状の樹脂を紡糸することによって、前記開繊繊維と前記樹脂とを複合させて繊維複合材料を製造する装置であって、
     前記樹脂をナノファイバー状に成形し、前記開繊繊維に対して紡糸するエレクトロスピニング装置と、
     前記エレクトロスピニング装置により成形されたナノファイバー状の樹脂に対して気流を当て、前記ナノファイバー状の樹脂の進行方向を、前記開繊繊維の搬送方向と同方向に揃えるブロー装置と、を含む繊維複合材料の製造装置。
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