WO2019098370A1 - 繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び繊維強化樹脂成形材料製造装置 - Google Patents

繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び繊維強化樹脂成形材料製造装置 Download PDF

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WO2019098370A1
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fiber bundle
fiber
sheet
blades
reinforced resin
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惇二 金羽木
鮫島 禎雄
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三菱ケミカル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced resin molding material and an apparatus for producing a fiber-reinforced resin molding material.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2017-223119, filed Nov. 20, 2017, the content of which is incorporated herein by reference.
  • a sheet molding compound (SMC) and a stampable sheet are known as a molding material suitable for molding a complex shape such as a three-dimensional shape as well as having excellent mechanical properties of a molded article.
  • SMC is a sheet-like fiber-reinforced resin molding material in which a thermosetting resin such as unsaturated polyester resin is impregnated between filaments of a fiber bundle obtained by cutting a reinforcing fiber such as glass fiber or carbon fiber, for example.
  • the stampable sheet is, for example, a sheet-like fiber-reinforced resin molding material in which the above-described cut fiber bundle is impregnated with a thermoplastic resin.
  • SMC is an intermediate material for obtaining a molded article.
  • compression (press) molding is performed while heating the SMC using a mold.
  • the thermosetting resin is cured. Therefore, it is possible to obtain molded articles of various shapes such as those having partially different thickness, those having ribs, bosses and the like by using this SMC.
  • the molded product of the stampable sheet can be obtained by once heating it to a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin with an infrared heater or the like and cooling and pressing it with a mold of a predetermined temperature.
  • this fiber bundle is expanded in the width direction (referred to as "open") using a fiber bundle having a large number of filaments called relatively inexpensive large tow, and then opened. It is performed to divide the fiber bundle made into fibers into a plurality of fiber bundles (referred to as “division"), and cut the fiber bundles into pieces with a cutter.
  • Patent Document 1 discloses a method of separating fibers by inserting a protruding material into an opened fiber bundle.
  • this method if skewing or meandering occurs in the filaments in the fiber bundle, the fiber bundle that should have been divided is not divided in part and remains until after cutting, and the fiber The bundle may not be split.
  • Patent Document 2 discloses a method of continuously separating an opened fiber bundle using a rotating rotary blade.
  • this method if the meandering of the fiber bundle or the oblique or meandering occurs in the filaments in the fiber bundle, a part of the divided fiber bundle is cut, and the cut fiber bundle becomes a roll etc. There is a possibility of wrapping around.
  • Patent Document 3 discloses a method of making a plurality of rotary blades in the width direction coincide with each other in the circumferential direction, and intermittently dividing the separation part and the undivision part into a plurality of fiber bundles.
  • the undivided portion may continue in the width direction after cutting, and the dispersibility may be deteriorated.
  • the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and when producing a sheet-like fiber-reinforced resin molding material in which a resin is impregnated between filaments of a cut fiber bundle, the fiber-reinforced resin It is possible to supply the divided fiber bundle to the cutting machine in a stable state while maintaining the quality of the molding material while avoiding the influence of the meandering of the fiber bundle and the oblique and meandering of the filaments generated in the fiber bundle. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing a fiber-reinforced resin molding material which enables the fiber bundle after cutting to be easily dispersed.
  • a first aspect of the present invention is a method for producing a fiber-reinforced resin material in which a resin is impregnated into a cut fiber bundle, wherein the fiber bundle is intermittently divided along the longitudinal direction, and the longitudinal direction is divided.
  • a sorting step of arranging at least two sorting treatment rows extending in a row in the width direction of the fiber bundle, and a cutting step of cutting the fiber bundle after the splitting step at intervals in the longitudinal direction The separating step and the cutting step are performed to satisfy all of the following (1) to (3).
  • c is the length of the split portion overlapping when one of the split treatment rows is projected onto another split treatment row adjacent in the width direction.
  • L is the interval in the cutting step.
  • a is the length of the separation portion in the separation processing row.
  • b is the length of the undivided part in the said separation processing row.
  • the separating step and the cutting step may be performed to further satisfy the following (4).
  • the separation processing row may be formed by intermittently piercing the fiber bundle with a plurality of cutters arranged at predetermined intervals in the width direction of the fiber bundle. At this time, the plurality of blades are arranged circumferentially on the plurality of rotary blades arranged at a predetermined interval in the width direction, and the plurality of blades are the fiber bundle while the plurality of rotary blades are rotated.
  • the plurality of cutters are arranged in the conveying direction of the fiber bundle on the saw blades arranged at a predetermined interval in the width direction, and are separated from the direction in which the plurality of saw blades approach the fiber bundle The plurality of blades may be pierced into the fiber bundle while reciprocating in a direction.
  • the separating step may be performed in a state where a plurality of the fiber bundles are stacked.
  • the resin may be a thermosetting resin.
  • the method for producing a fiber-reinforced resin material of the present invention may further include an opening step which is performed before the separating step and opens the fiber bundle in the width direction.
  • a separating unit which has a plurality of blades and which cuts the fiber bundle into a plurality of fiber bundles by piercing the blade with a continuous fiber bundle; And a cutting unit for cutting the fiber bundle at intervals in the longitudinal direction of the fiber bundle, and the dividing unit intermittently punctures the fiber bundle with the cutter in the longitudinal direction.
  • At least two lines can be formed by arranging extending line separation processing rows in the width direction of the fiber bundle, and processing is performed so that the separation parts and the cutting part satisfy all of the following (1) to (3)
  • FIG. 1 is a fiber reinforced resin molding material manufacturing apparatus configured to perform.
  • c is the length of the split portion overlapping when one of the split treatment rows is projected onto another split treatment row adjacent in the width direction.
  • L is the said space
  • a is the length of the separation portion in the separation processing row.
  • b is the length of the undivided part in the said separation processing row.
  • the separating unit and the cutting unit may be configured to perform processing so as to further satisfy the following (4).
  • the separating unit has a plurality of rotary blades arranged at predetermined intervals in the width direction, and the plurality of cutters are arranged in the circumferential direction on the plurality of rotary blades, and the plurality of rotary blades
  • the plurality of cutters may be configured to be pierced into the fiber bundle while being rotated.
  • the separating unit has a plurality of saw blades arranged at predetermined intervals in the width direction, and the plurality of blades are arranged in the same direction as the conveying direction of the fiber bundle on the plurality of saw blades
  • the plurality of cutters may be pierced into the fiber bundle while the plurality of saw blades are reciprocated in the direction approaching and away from the fiber bundle.
  • the apparatus for producing a fiber-reinforced resin material according to the present invention further includes a spacer member disposed between the plurality of rotary blades or the plurality of saw blades, and the dividing unit is such that the spacer member contacts the fiber bundle.
  • the plurality of blades may be configured to be pierced by the fiber bundle.
  • the apparatus for manufacturing a fiber-reinforced resin material according to the present invention further includes a pair of guide members disposed on both sides in the transport direction of the fiber bundle and on the opposite side of the fiber bundle with the fiber bundle interposed, and the plurality of blades pierce
  • the fiber bundle may be configured to be supported by the guide member.
  • the apparatus for producing a fiber-reinforced resin material according to the present invention comprises a first coating unit for applying a paste containing a resin onto a first sheet conveyed in a predetermined direction, and a second sheet conveyed in the predetermined direction.
  • a second conveyance unit for conveying the second sheet coated with the paste to the impregnation unit, the first conveyance unit conveying the processed first sheet to the impregnation unit, and the cutting unit are arranged such that the cut fiber bundle is dispersed to the paste on the first sheet, and the first conveying portion and the second conveying portion disperse the fiber bundle to the first sheet
  • the first sheet and the second sheet overlap It may be arranged to be I.
  • a method for producing a fiber-reinforced resin material in which a resin is impregnated in a cut fiber bundle A step of intermittently dividing the fiber bundle along the longitudinal direction, and forming at least two rows of the divided treatment rows extending in the longitudinal direction in the width direction of the fiber bundle; A cutting step of cutting the fiber bundle after the separating step at intervals in the longitudinal direction; Equipped with The separating step and the cutting step are performed to satisfy all of the following (1) to (3): Method of manufacturing fiber reinforced resin molding material.
  • the plurality of cutters are arranged in the conveying direction of the fiber bundle on the saw blades arranged at a predetermined interval in the width direction, and the plurality of saw blades move toward and away from the fiber bundle
  • the fiber reinforced resin molding according to any one of [1] to [8], further comprising: an opening step which is performed before the separating step and opens the fiber bundle in the width direction.
  • Method of manufacturing material [10] A separating unit having a plurality of blades, and inserting the blades into a continuous fiber bundle to divide the fiber bundle into a plurality of fiber bundles; A cutting unit which cuts the fiber bundle processed by the separating unit at intervals in the longitudinal direction of the fiber bundle; Equipped with The dividing unit is configured to be able to form at least two rows of dividing treatment rows extending in the longitudinal direction by arranging the cutters intermittently pierce the fiber bundle, in the width direction of the fiber bundle.
  • the separating unit and the cutting unit are configured to perform processing so as to satisfy all of the following (1) to (3): Fiber reinforced resin molding material manufacturing equipment.
  • c is the length of the split portion overlapping when one of the split treatment rows is projected onto another split treatment row adjacent in the width direction
  • L is the above-mentioned interval in the above-mentioned cutting part
  • a is the length of the parting part in the above-mentioned parting processing line
  • b is the length of the unparting part in the above-mentioned parting processing line.
  • the separating unit has a plurality of rotary blades arranged at predetermined intervals in the width direction, and the plurality of cutters are arranged in the circumferential direction on the plurality of rotary blades, and the plurality of cutters are arranged The plurality of cutters are pierced by the fiber bundle while the rotary blade of is rotated.
  • the fiber reinforced resin material manufacturing apparatus as described in [10] or [11].
  • the separating unit has a plurality of saw blades arranged at predetermined intervals in the width direction, and the plurality of cutters are arranged in the same direction as the transport direction of the fiber bundle in the plurality of saw blades And wherein the plurality of cutters are pierced into the fiber bundle while being reciprocated in a direction away from and approaching the fiber bundle.
  • the fiber reinforced resin molding material manufacturing apparatus as described in [10] or [11].
  • It further comprises a spacer member disposed between the plurality of rotary blades or between the plurality of saw blades, The separating unit is configured such that the plurality of blades are pierced by the fiber bundle until the spacer member contacts the fiber bundle.
  • the fiber reinforced resin molding material manufacturing apparatus as described in [12] or [13]. [15] It further comprises a pair of guide members disposed on both sides in the transport direction of the fiber bundle and on the opposite side of the blade with respect to the fiber bundle, The guide member is configured to support the fiber bundle pierced with the plurality of blades.
  • the fiber reinforced resin molding material manufacturing apparatus as described in any one of [10] to [14].
  • the fiber reinforced resin molding material manufacturing apparatus as described in any one of [10] to [15].
  • the value of c / L is preferably 1.05 to 50, more preferably 1.05 to 30, still more preferably 1.05 to 20, and particularly preferably 1.05 to 5, 1.05 to 50.
  • the value of c and the value of a preferably satisfy 1.1c ⁇ a, more preferably satisfy 1.5c ⁇ a, and still more preferably 2c ⁇ a, [1]
  • the manufacturing method of the fiber reinforced resin forming material as described in any one of [9] and [17].
  • the value of b / L is preferably more than 0 and 1 or less, more preferably more than 0 and 0.1 or less, according to any one of [1] to [9], [17] and [18].
  • the fiber-reinforced resin-forming material is preferably 1.05 to 50, more preferably 1.05 to 30, still more preferably 1.05 to 20, and particularly preferably 1.05 to 5, 1.05 to 50.
  • the value of c and the value of a preferably satisfy 1.1c ⁇ a, more preferably satisfy 1.5c ⁇ a, and still more preferably 2c ⁇ a, [10]
  • the fiber reinforced resin forming material manufacturing apparatus as described in any one of [16] and [21].
  • the value of b / L is preferably more than 0 and 1 or less, more preferably more than 0 and 0.1 or less, according to any one of [10] to [16], [21] and [22] Fiber reinforced resin forming material manufacturing equipment.
  • meandering of fiber bundles and obliqueness and meandering of filaments generated in the fiber bundles are maintained while maintaining the quality of the fiber-reinforced resin molding material produced. It is possible to supply the divided fiber bundle to the cutting machine in a stable state while avoiding the influence of the above, and the fiber bundle after cutting is also easily dispersed.
  • the method for producing the fiber-reinforced resin molding material of the present embodiment (hereinafter, may be simply referred to as "the molding material”) (hereinafter, sometimes simply referred to as "the production method”) is a filament of the cut fiber bundle It is a method for producing a sheet-like fiber-reinforced resin molding material impregnated with a resin in between, and can be applied to the production of SMC, stampable sheets and the like.
  • the fiber bundle is a bundle of a plurality of reinforcing fibers.
  • a reinforcement fiber used for the manufacturing method of this embodiment although a carbon fiber is preferable, for example, reinforcement fibers other than carbon fibers, such as glass fiber, may be used.
  • thermosetting resin and a thermoplastic resin can be used as a resin used for the manufacturing method of this embodiment. Only the thermosetting resin may be used for the manufacturing method of this embodiment, and only the thermoplastic resin may be used. Furthermore, both thermosetting resin and thermoplastic resin may be used.
  • a thermosetting resin is preferable as a resin to be used.
  • a thermoplastic resin is preferable as a resin to be used.
  • thermosetting resin examples include unsaturated polyester resin, epoxy resin, vinyl ester resin, phenol resin, epoxy acrylate resin, urethane acrylate resin, phenoxy resin, alkyd resin, urethane resin, maleimide resin, cyanate resin and the like.
  • 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.
  • thermoplastic resin examples include polyolefin resins, polyamide resins, polyester resins, polyphenylene sulfide resins, polyether ketone resins, polyether sulfone resins, and aromatic polyamide resins.
  • 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.
  • the fiber bundle is intermittently divided along the longitudinal direction, and a separation step is performed in which at least two separation treatment rows extending in the longitudinal direction are formed by arranging in the width direction of the fiber bundle. And a cutting step of cutting the fiber bundle after the separating step in the longitudinal direction at intervals.
  • the feature of the manufacturing method of the present embodiment is that the separating step and the cutting step are performed so as to satisfy all of the following (1) to (3). (1) 1 ⁇ c / L ⁇ 50 (2) c ⁇ a (3) b / L ⁇ 1
  • c is the length of the split portion overlapping when one of the split treatment rows is projected onto another split treatment row adjacent in the width direction of the fiber bundle .
  • L is a cutting interval of the fiber bundle at the cutting portion, and is approximately equal to the length of the cut fiber bundle.
  • a is the length of the separation portion in the separation processing row.
  • b is the length of the undivided part in the separation processing row.
  • a, b, c, and L are also shown in FIG. 3 described later.
  • a, b, c, and L measured an arbitrary five places by 0.1 mm unit using calipers, and computed the average value.
  • the present inventors divide and cut the fiber bundle so as to satisfy the above-mentioned (1) to (3) in the separating step and the cutting step, whereby the skewing and meandering of the filaments generated in the fiber bundle It has been found that the separated fiber bundle can be supplied to a cutting machine in a stable state and cut while avoiding the influence of the above.
  • each of the cut fiber bundles when the value of c / L is less than 1, that is, the length c of the overlapping part in the longitudinal direction of the division parts of the adjacent division processing lines is less than the cutting interval L
  • the cut fiber bundles are always connected in the width direction of the fiber bundle. Therefore, it becomes difficult, for example, to uniformly disperse the reinforcing fibers at the time of production of SMC, and the impregnation property of the resin is lowered, and the quality of the produced SMC tends to be remarkably lowered.
  • the value of c / L is preferably 1.05 or more.
  • the value of c / L is 50 or less, even if obliqueness or meandering exists in the filaments in the fiber bundle to be divided, fluff generation to the cut fiber bundle or the fluff Process troubles are reduced.
  • the value of c / L is preferably 30 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 5 or less, and particularly preferably 4 or less.
  • the value of c / L is preferably 1.05 to 50, more preferably 1.05 to 30, still more preferably 1.05 to 20, and particularly preferably 1.05 to 5, 1.05 to 50. 4 is most preferred.
  • the value of a needs to be larger than the value of c, that is, c ⁇ a.
  • the undivided portions of the cut fiber bundles are continuous in the width direction, which may make it difficult, for example, to uniformly disperse reinforcing fibers at the time of production of SMC.
  • 1.1 c ⁇ a more preferably 1.5 c ⁇ a, and still more preferably 2 c ⁇ a.
  • the cut fiber bundle is always connected in the width direction of the fiber bundle. Therefore, it becomes difficult, for example, to uniformly disperse the reinforcing fibers at the time of production of SMC, and the impregnation property of the resin is lowered, and the quality of the produced SMC tends to be remarkably lowered. Therefore, in the manufacturing method of the present embodiment, it is essential that b / L is less than 1. Furthermore, if the value of b / L is 0.1 or less, the filaments in the fiber bundle are easily dispersed even if skewing, meandering or entanglement occurs. Specifically, the value of b / L is preferably greater than 0 and less than or equal to 1, and more preferably greater than 0 and less than or equal to 0.1.
  • the continuous fiber bundle is intermittently divided in the longitudinal direction so as to satisfy the condition of the following formula (4), and the fiber bundle is cut by cutting at intervals in the longitudinal direction. It is preferable to obtain (4) 0.9 ⁇ a / (a + b) ⁇ 1 If the value of a / (a + b) is less than 0.9, for example, the undivided portion of the cut fiber bundle is difficult to be divided when the fiber bundle is sprayed onto the paste at the time of production of SMC. While it becomes difficult to disperse
  • the value of a / (a + b) is more preferably 0.92 or more.
  • the value of a / (a + b) is preferably 0.99 or less from the viewpoint of supplying the split fiber bundle to the cutting machine in a stable state. Specifically, the value of a / (a + b) is preferably 0.92 to 0.99.
  • a plurality of continuous blades arranged at predetermined intervals in the width direction of the continuous fiber bundles from the viewpoint that separation of the fiber bundles can be performed more stably. It is preferable to intermittently pierce the continuous fiber bundle to partially separate each of the plurality of separated fiber bundles into an undivided state.
  • the number of the plurality of continuous blades arranged at predetermined intervals in the width direction of the continuous fiber bundle may be two or more, and the number is not particularly limited. The greater the number of cutters used for more fiber splitting for a given fiber bundle width, the narrower the cut fiber bundle width and the better the quality of the SMC produced.
  • the blade tips of a plurality of rotary blades in which a plurality of connected blades arranged in a circumferential direction at predetermined intervals in the width direction of the continuous fiber bundle, are arranged offset in the width direction of the fiber bundle It is preferable to be performed in a mode in which a plurality of cutters are intermittently stuck in a continuous fiber bundle while rotating the rotary blade.
  • the plurality of continuous fiber bundles are made into the plurality of continuous fiber bundles while the saw blade is swung up and down.
  • An embodiment in which the cutter is intermittently stuck is also preferable.
  • the "blade” is a plate-like member having a thin and thin tip at the end contacting the fiber bundle and a substantially wedge-shaped cross section at the tip.
  • the material of the blade include hard materials such as metal and ceramic.
  • the shape of the blade is not particularly limited as long as the fiber bundle can be pierced.
  • the maximum thickness of the portion of the cutter in contact with the fiber bundle is preferably 0.3 to 2 mm from the viewpoint of the durability and the separation property of the cutter.
  • the maximum width of the portion of the cutter in contact with the fiber bundle is preferably 0.5 to 1.5 mm.
  • the angle (cutting angle) of the tip of the blade in the width direction is preferably 30 ° to 90 °.
  • the blade angle (edge angle) in the thickness direction of the blade is preferably 10 ° to 45 °, and more preferably 20 ° to 30 °.
  • cutting tip angle means the tip angle of the cutter when the plane part of the cutter is seen from the front.
  • the blade edge angle means the tip angle of the blade when the side part (surface in the thickness direction) of the blade is viewed from the front.
  • intermittently separating a continuous fiber bundle there can be mentioned a means which does not use a cutter, for example, an embodiment in which a gas such as air is sprayed to the fiber bundle under a predetermined condition. Even in such an embodiment, for example, the above (1) to (3) can be satisfied by intermittently blowing a gas onto the fiber bundle.
  • the number of the divided fiber bundle in the width direction by the undivided portion in the cut fiber bundle is preferably 10% or less, and more preferably 5% or less. If many of the cut fiber bundles are connected in the width direction by undivided portions, the quality of the molding material to be produced tends to be degraded. After satisfying the above (1) to (3), it is possible to improve the quality of the molding material to be manufactured by reducing the connection in the width direction of the fiber bundle and reducing the weight ratio of the connected fiber bundle. it can.
  • the manufacturing method of the present invention necessarily includes the above-described separation step and cutting step, but in the present embodiment, the following coating step, spreading step, and impregnation step may be additionally provided.
  • the manufacturing method of this embodiment performed by the fiber reinforced resin molding material manufacturing apparatus mentioned later is equipped with the following steps.
  • Coating step The resin-containing paste is coated on the first sheet conveyed in a predetermined direction.
  • Separating step forming a separating treatment row into a continuous fiber bundle and separating into a plurality of fiber bundles.
  • Cutting step The fiber bundle separated in the separating step is cut by a cutting machine.
  • Scattering step The fiber bundle cut in the cutting step is cut by a cutting machine and spread on the paste applied in the coating step.
  • Impregnation step Another second sheet coated with paste is superimposed on the first sheet to which the fiber bundle was dispersed in the cutting step, and then sandwiched between the first sheet and the second sheet The paste and fiber bundle are pressurized to impregnate the resin between the filaments of the fiber bundle.
  • continuous fiber bundles may be conveyed in a state of being overlapped in the thickness direction, and separated into a plurality of fiber bundles.
  • the fiber bundle opened in the separating step may be separated into a plurality of fiber bundles. That is, the method may further include an opening step of opening the continuous fiber bundle in the width direction before the separating step.
  • the SMC manufacturing apparatus shown in FIG. 1 and FIG. 2 will be specifically described as a fiber reinforced resin molding material manufacturing apparatus (hereinafter, may be simply referred to as “manufacturing apparatus”) according to the present embodiment.
  • the SMC manufacturing apparatus of the present embodiment is an example of the manufacturing apparatus of the present invention, and is a manufacturing apparatus that executes the manufacturing method of the present invention.
  • the SMC manufacturing apparatus of this embodiment includes a fiber bundle made of carbon (carbon) fibers and a thermosetting resin made of unsaturated polyester resin, and the thermosetting resin is impregnated between the filaments of the cut fiber bundle. It is an apparatus for manufacturing sheet-like SMC (Sheet Molding Compound).
  • reinforcing fibers such as glass fibers can be used as fiber bundles.
  • a thermoplastic resin can be used besides the thermosetting resin.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of the SMC manufacturing apparatus 1.
  • FIG. 2A is a side view showing an example of the configuration of the fiber bundle supply unit 10 provided in the SMC manufacturing apparatus 1
  • FIG. 2B is a front view of the separation unit as a part of the fiber bundle supply unit 10 from the transport direction.
  • FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of the SMC manufacturing apparatus 1.
  • FIG. 2A is a side view showing an example of the configuration of the fiber bundle supply unit 10 provided in the SMC manufacturing apparatus 1
  • FIG. 2B is a front view of the separation unit as a part of the fiber bundle supply unit 10 from the transport direction.
  • FIG. In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ orthogonal coordinate system shown in each drawing.
  • the SMC manufacturing apparatus 1 includes a fiber bundle supply unit 10, a first sheet supply unit 11, a first coating unit 12, a cutting unit 13, a second sheet supply unit 14, and a second sheet supply unit 14.
  • a second coating unit 15 and an impregnation unit 16 are provided.
  • the fiber bundle supply unit 10 opens the fiber bundle CF in the width direction (Y-axis direction) while conveying the continuous fiber bundle CF in a predetermined direction (hereinafter, referred to as a conveying direction), as shown enlarged in FIG. 2A. It has an opening part and a separation part which divides the opened fiber bundle CF into a plurality of fiber bundles CF.
  • the fiber bundle supply unit 10 according to the present embodiment includes a plurality of fiber opening bars 17 as a fiber opening unit, a plurality of rotary blades 18 as a fiber separating unit, and a plurality of godet rollers 19.
  • the large tow fiber bundle CF drawn from the bobbin B is opened in the width direction in the X-axis positive direction (right side in the horizontal direction) in FIG. Specifically, while the fiber bundle CF passes through the plurality of fiber opening bars 17 which are fiber opening portions, heating, abrasion, rocking, etc. are added to the fiber bundle CF through the fiber opening bars 17.
  • the fiber bundle CF is expanded in the width direction and opened.
  • a separation processing row is formed in the opened fiber bundle CF by the plurality of rotary blades 18 serving as a separation unit, and the fiber bundle CF is separated into a plurality of fiber bundles CF arranged in the width direction.
  • the plurality of rotary blades 18 are arranged at predetermined intervals in the width direction (Y-axis direction) of the opened fiber bundle CF such that the centers of rotation coincide or substantially coincide.
  • a plurality of blades 18a are arranged in a row in the circumferential direction. Between each rotary blade 18, it is preferable to arrange the plurality of cutters 18a at different positions in the width direction. Thereby, the fiber bundle CF after cutting can be easily dispersed.
  • ring-shaped spacer members 18 b are disposed between the rotary blades 18.
  • the outer peripheral surface of the spacer member 18b is located slightly above the boundaries (blade bases) of the blades 18a.
  • Each cutter 18a is not pierced deeper than when the spacer member 18b contacts the fiber bundle CF, so that the positional relationship between the outer peripheral surface and the blade base is changed by exchanging the spacer member with one having a different size.
  • the penetration depth of the blade 18a with respect to the fiber bundle CF can be adjusted. If adjustment is not necessary, the spacer member 18b may be removed.
  • the plurality of rotary blades 18 are rotatably supported by a shaft member 18c extending through the center of rotation.
  • the plurality of rotary blades 18 can be rotated in the same direction as the transport direction of the fiber bundle CF while the blade 18a is stuck into the fiber bundle CF as the fiber bundle CF is transported.
  • a plurality of rotary blades 18 are fixed to the shaft member 18c and the shaft member 18c and the plurality of rotary blades 18 are rotationally driven by a drive motor or the like while being synchronized with the transport of the fiber bundle CF. Good.
  • a pair of guide members 40 are disposed on both sides of the plurality of rotary blades 18 in the conveying direction so as to sandwich the plurality of rotary blades 18.
  • the pair of guide members 40 is disposed on the opposite side of the plurality of rotary blades 18 with the fiber bundle CF interposed therebetween. Therefore, in the sorting step performed by the SMC manufacturing apparatus 1, the plurality of rotary blades 18 move between the pair of guide members 40 from the side opposite to the side on which the pair of guide members 40 are disposed. , And a plurality of blades 18a pierce the fiber bundle CF. At this time, in order to support the pair of guide members 40 so that the fiber bundle CF into which the plurality of blades 18a are pierced does not move in the thickness direction, the plurality of blades 18a are suitably separated.
  • the fiber bundle CF is divided in the width direction by intermittently piercing the blades 18a with the continuous fiber bundle CF while rotating the rotary blades 18. At this time, the plurality of blades 18a are pierced to a position where the spacer member 18b contacts the continuous fiber bundle CF, thereby preventing the fiber bundle CF from being continuously divided between the blades 18a. As a result, each of the plurality of divided fiber bundles CF is not in a completely divided state but is partially in an unseparated state. Thereafter, the separated fiber bundle CF is supplied toward the cutting unit 13 while being guided by the plurality of godet rollers 19.
  • the first sheet supply unit 11 supplies the continuous first sheet S1 unwound from the first original fabric roll R1 toward the first coating unit 12.
  • the SMC manufacturing apparatus 1 includes a first conveyance unit 20 that conveys the first sheet S1 toward the impregnation unit 16.
  • the first transport unit 20 has a conveyor 23 in which an endless belt 22 is engaged between a pair of pulleys 21a and 21b. While rotating the endless belt 22 by rotating the pair of pulleys 21a and 21b in the same direction, the conveyor 23 faces the first sheet S1 in the X-axis positive direction in FIG. 1 on the surface of the endless belt 22. Transport
  • the first coating unit 12 is disposed above the first sheet S1 conveyed in the X-axis positive direction in FIG. 1 and includes a coater 24 that supplies a paste P containing a resin. In the first coating unit 12, when the first sheet S1 passes through the coater 24, the paste P is applied with a predetermined thickness on the surface of the first sheet S1.
  • thermosetting resin such as the above-mentioned unsaturated polyester resin
  • a filler such as calcium carbonate, a low-shrinkage agent, a mold release agent, a curing initiator, a thickener, etc. The thing can be used.
  • the cutting unit 13 is provided downstream of the first coating unit 12 in the transport direction, and cuts the fiber bundle CF supplied from the fiber bundle supply unit 10 with the cutter 13A and scatters it on the paste P. .
  • the cutter 13 ⁇ / b> A is disposed above the first sheet S ⁇ b> 1 conveyed by the conveyor 23 and includes a guide roller 25, a pinch roller 26, and a cutter roller 27.
  • the guide roller 25 guides the fiber bundle CF supplied from the fiber bundle supply unit 10 downward while rotating.
  • the pinch roller 26 pulls the separated fiber bundle CF in cooperation with the guide roller 25 by rotating in the direction opposite to the guide roller 25 while sandwiching the fiber bundle CF with the guide roller 25.
  • the cutter roller 27 cuts the fiber bundle CF so as to have a predetermined length while rotating.
  • the cut fiber bundle CF falls from between the guide roller 25 and the cutter roller 27 and is dispersed on the first sheet S1 coated with the paste P.
  • the cutting unit 13 executes the cutting step and the scattering step.
  • the first conveyance unit 20 conveys the first sheet S1 to which the cut fiber bundle CF is dispersed to the impregnation unit 16.
  • the second sheet supply unit 14 supplies the continuous second sheet S ⁇ b> 2 unwound from the second original fabric roll R ⁇ b> 2 toward the second coating unit 15.
  • the SMC manufacturing apparatus 1 includes a second transport unit 28 that transports the second sheet S2 toward the impregnation unit 16.
  • the second conveyance unit 28 is disposed above the first sheet S ⁇ b> 1 conveyed by the conveyor 23 and has a plurality of guide rollers 29.
  • the second conveyance unit 28 conveys the second sheet S2 supplied from the second sheet supply unit 14 in the negative direction of the X-axis (left side in the horizontal direction) in FIG.
  • the direction in which the second sheet S2 is conveyed is changed to the negative Z-axis direction (the lower side in the vertical direction) and the positive X-axis direction in FIG.
  • the second coating unit 15 is disposed above the second sheet S2 conveyed in the negative direction of the X-axis, and has a coater 30 that supplies the paste P.
  • the paste P is applied with a predetermined thickness on the surface of the second sheet S2.
  • the second conveyance unit 28 conveys the second sheet S ⁇ b> 2 on which the paste P is applied by the second coating unit 15 to the impregnation unit 16.
  • the impregnating unit 16 is located downstream of the cutting unit 13 in the transport direction, and includes a bonding mechanism 31 and a pressing mechanism 32.
  • the bonding mechanism 31 is located above the downstream pulley 21 b of the conveyor 23 and has a plurality of bonding rollers 33.
  • Each bonding roller 33 is arranged in a state of being in contact with the back surface (surface without the paste P) of the second sheet S2 coated with the paste P. Moreover, each bonding roller 33 is arrange
  • the first sheet S ⁇ b> 1 and the second sheet S ⁇ b> 2 are conveyed to the pressing mechanism 32 side in a state of being bonded to each other while sandwiching the fiber bundle CF and the paste P therebetween.
  • 1st sheet S1 and 2nd sheet S2 mutually bonded together are named generically as bonding sheet S3.
  • the pressing mechanism 32 is provided on the downstream side of the first conveyance unit 20 (conveyor 23).
  • the pressing mechanism 32 has a lower conveyor 36A in which an endless belt 35a is engaged between a pair of pulleys 34a and 34b, and an upper conveyor 36B in which an endless belt 35b is engaged between a pair of pulleys 34c and 34d. .
  • the lower conveyor 36A and the upper conveyor 36B are disposed to face each other in a state where the endless belts 35a and 35b are in contact with each other.
  • the pressing mechanism 32 rotates the endless belt 35a by rotating the pair of pulleys 34a and 34b of the lower conveyor 36A in the same direction.
  • the pair of pulleys 34c and 34d of the upper conveyor 36B rotate in the same direction and in the opposite direction to the pair of pulleys 34a and 34b, and the endless belt 35b revolves in the reverse direction at the same speed as the endless belt 35a.
  • pinched between endless belts 35a and 35b is conveyed toward the X-axis positive direction in FIG.
  • the pressure mechanism 32 has a plurality of lower rollers 37a and a plurality of upper rollers 37b.
  • Each lower roller 37a is disposed in contact with the back surface of the butting portion (the region sandwiching the bonding sheet S3 with the endless belt 35b) of the endless belt 35a.
  • the plurality of upper rollers 37b are disposed in contact with the back surface of the butting portion (the region sandwiching the bonding sheet S3 with the endless belt 35a) of the endless belt 35b.
  • the plurality of lower rollers 37a and the plurality of upper rollers 37b are arranged alternately in the conveyance direction of the bonding sheet S3.
  • the pressing mechanism 32 lowers the plurality of pastes P and fiber bundles CF sandwiched between the first sheet S1 and the second sheet S2. Pressure is applied by the side roller 37a and the plurality of upper rollers 37b. At this time, the paste P is impregnated into the filaments of the fiber bundle CF from both sides sandwiching the fiber bundle CF. As a result, a raw material R of SMC in which the thermosetting resin is impregnated in the filaments of the fiber bundle CF is obtained.
  • the long first sheet S1 is unwound from the first original fabric roll R1, and while being conveyed by the first conveyance unit 20, the first coating S1 is applied.
  • a paste P containing a desired resin is applied with a predetermined thickness on the first sheet S1 by the processing section 12.
  • the opening step the fiber bundle CF of a desired material is allowed to pass between the plurality of opening bars 17 to widen the fiber bundle CF in the width direction.
  • the plurality of rotary blades 18 are arranged at predetermined intervals in the width direction of the fiber bundle CF, and the blades 18a are shifted in the circumferential direction to open the fibers while rotating the rotary blades 18 A plurality of blades 18a are intermittently pierced into the bundle CF.
  • a plurality of separation treatment lines are formed in which the fiber bundle CF is intermittently separated in the longitudinal direction.
  • the portion where the cutter 18a is not pierced remains in the unseparated state.
  • the temperature of the fiber bundle CF during separation is preferably 60 ° C. or less, and may be 5 ° C. to 50 ° C. More preferable.
  • the separation position in the separated fiber bundle CF will be described with reference to FIG.
  • the tow t of the opened fiber bundle CF is shown by a thin line
  • the separation processing row d of the opened fiber bundle CF is shown by a thick line
  • the opened fiber bundle CF is cut by a cutter 13A.
  • the broken line is indicated by a broken line.
  • the separated part a divided by the cutter 18a and the unseparated part b not divided by the cutter 18a are alternately arranged in the transport direction A so-called perforated separation line d is formed.
  • the meandering of the fiber bundle CF and the fiber bundle can be performed by partially making each of the plurality of divided fiber bundles CF unsplit.
  • the separated fiber bundle CF is supplied to the cutting machine 13A of the cutting unit 13 in a stable state while avoiding the influence of the obliqueness, meandering, entanglement, etc. in the filaments generated in the CF, and the fiber bundle CF after the cutting is performed. It can be made easy to disperse. In addition, it is easy to use relatively inexpensive large tow as the fiber bundle CF, and the manufacturing cost of SMC can be reduced.
  • the fiber bundle CF divided in the cutting unit 13 is cut by the cutting machine 13A, and in the scattering step, the cut fiber bundle CF is dispersed onto the paste P applied to the first sheet S1. Ru.
  • the separating step and the cutting step are performed so as to satisfy the expressions (1) to (3) described above. As a result, the reinforcing fibers of the fiber bundle CF are uniformly dispersed, and the impregnation property of the resin is improved, so that high quality SMC can be manufactured.
  • the long second sheet S2 is unrolled from the second original fabric roll R2 by the second sheet supply unit 14, and the paste P is formed on the second sheet S2 by the second coating unit 15 to a predetermined thickness.
  • the second sheet S ⁇ b> 2 is superimposed on the first sheet S ⁇ b> 1 by the bonding mechanism 31.
  • the paste P and the fiber bundle sandwiched by the first sheet S1 and the second sheet S2 are pressurized by the pressurizing mechanism 32, and the thermosetting resin is impregnated between the filaments of the fiber bundle.
  • a raw material R of SMC in which the thermosetting resin is suitably impregnated in the filaments of the fiber bundle CF is obtained.
  • the SMC original fabric R is wound into a roll and then sent to the next step.
  • the raw fabric R is finally shipped as a sheet-like SMC (fiber-reinforced resin molding material) by being cut at a predetermined length.
  • seat S2 are peeled before performing a shaping
  • the manufacturing apparatus of the present embodiment is not limited to the contents of the SMC manufacturing apparatus 1 described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
  • a plurality of saw blades 38 as shown in FIGS. 4A and 4B may be used.
  • 4A is a side view showing another configuration example of the fiber bundle supply unit provided in the SMC manufacturing apparatus 1
  • FIG. 4B is a front view of the separation unit as viewed from the transport direction.
  • the plurality of saw blades 38 are arranged at predetermined intervals in the width direction (Y-axis direction) of the opened fiber bundle CF. Further, on each saw blade 38, a plurality of cutters 38a are arranged in line in the same direction as the conveying direction of the fiber bundle CF. Furthermore, it is preferable that the positions of the plurality of cutters 38 a in the width direction of the fiber bundles CF be shifted between the saw blades 38. Thereby, the fiber bundle CF after cutting can be easily dispersed.
  • a spacer member 38 b is disposed between the saw blades 38.
  • the upper surface of the spacer member 38b is located slightly above the boundary (the blade base) of each blade 38a.
  • a pair of guide members 40 is disposed on both sides of the plurality of saw blades 38 in the transport direction.
  • the plurality of saw blades 38 pierce the blades 38a from the side opposite to the side on which the pair of guide members 40 are disposed, with respect to the fiber bundle CF conveyed between the pair of guide members 40, and the fibers It is arranged to be capable of reciprocating (rocking) up and down between a position away from the bundle CF.
  • the cutter blade 38a is intermittently pierced into the opened fiber bundle CF while reciprocating the saw blade 38 in the vertical direction (Z-axis direction),
  • the fiber bundle CF is divided in the width direction.
  • the plurality of blades 38a are pierced to a position where the spacer member 38b is in contact with the continuous fiber bundle CF, thereby preventing the fiber bundle CF from being continuously divided between the blades 38a.
  • the separated fiber bundle CF is avoided while avoiding the influence of the meandering of the fiber bundle CF, the oblique movement in the filament generated in the fiber bundle CF, the meandering, and the entanglement. Can be supplied to the cutting machine 13A in a stable state. Moreover, the manufacturing cost of SMC can be reduced by using the relatively inexpensive large tow fiber bundle CF.
  • a plurality of fiber bundles are formed in a state in which the continuous fiber bundles CF are overlapped in the thickness direction. It may be divided into CF.
  • the cutters 18a and 38a may have any shape as long as they can intermittently pierce the fiber bundle CF continuous in the transport direction.
  • the shape of the cutters 18a and 38a as shown in FIGS. 5A to 5E is It may be adopted.
  • the cutters 18a and 38a may be single-edged or double-edged.
  • the timing at which the blades 18a and 38a are intermittently pierced with the fiber bundle CF may be matched. You may shift it.
  • a plurality of rotary blades or the like may be arranged in a zigzag form in the width direction of the fiber bundle CF, or the shape or arrangement of blades may be different in adjacent rotary blades or the like. (2) can be satisfied.
  • the separating unit may be configured by combining the rotary blade 18 and the saw blade 38.
  • the cutting angle ⁇ shown in FIG. 6A and the cutting edge angle ⁇ shown in FIG. 6B satisfy 30 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 °, 10 ° ⁇ ⁇ ⁇ 45 ° (more preferably 20 ° ⁇ It is preferable to set ⁇ ⁇ 30 °) to satisfy one or both of them.
  • the thickness of the cutters 18a and 38a is preferably 0.3 to 2 mm.
  • the manufacturing apparatus of the fiber reinforced resin molding material of this invention does not need to be equipped with an opening part. That is, the opening may be performed by another device, and may be supplied to the manufacturing device.
  • Example 1 The SMC was manufactured using the SMC manufacturing apparatus 1 described above.
  • As the separating unit one provided with four rotary blades 18 was used.
  • Each blade 18a has a maximum thickness of 1 mm at the portion in contact with the fiber bundle CF, a maximum width of 1 mm at the portion in contact with the fiber bundle CF, an angle (cutting angle) of the tip in the width direction of 64 °, and a thickness direction
  • the angle of the tip end portion (edge angle) in the above was approximately a triangular shape of 30 °.
  • Each rotary blade 18 was attached so that the position (phase) in the circumferential direction of the plurality of cutters 18 a was shifted by 30 ° with the rotary blade 18 adjacent in the width direction of the fiber bundle CF.
  • a spacer member 18b is disposed between the rotary blades 18, and the width of the spacer member 18b is 2.2 mm.
  • a fiber bundle CF a carbon fiber bundle (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, product name: TR50S15L, the number of fibers: 15,000) was used.
  • resin used for the paste P vinyl ester resin was used.
  • the fiber bundle CF was widened to a width of 15 mm.
  • the conveying speed of the fiber bundle CF at the time of separation was 40 m / min.
  • the fiber bundle CF after being opened is divided by the four rotary blades 18 into a separated portion a of 56.6 mm in length and an unseparated portion b of 0.5 mm in length, the length of the fiber bundle CF
  • the distance c between the end portions of the separated portions not including the unseparated portion of the divided processing row adjacent to each other in the width direction of the fiber bundle CF is 28.1 mm so as to be alternately continuous in the direction
  • four separation processing rows were formed at intervals of 3 mm.
  • the cutting by the cutting machine 13A was performed at an interval (L) of 25.4 mm in the longitudinal direction of the divided fiber bundle CF.
  • the cut fiber bundle CF was dispersed on the paste P coated on the first sheet S1.
  • the carbon fiber content of the fiber-reinforced resin molding material was 58%.
  • c / L is 1.11
  • c ⁇ a, b / L is 0.02
  • a / (a + b) is 0.99, and all of the formulas (1) to (4) described above can be obtained. I meet.
  • Example 2 The same SMC manufacturing apparatus 1, fiber bundle CF, and paste P as in Example 1 were used.
  • the length of the separation portion a was 113.2 mm, twice that of Example 1, and the length of the unsplit portion b was 0.8 mm.
  • the distance c between the end portions of the separated portions not including the unseparated portion of the separated treatment row adjacent in the width direction of the fiber bundle CF was 56.2 mm, which is twice as large as that of the first example.
  • the other procedures were the same as in Example 1 to produce SMC.
  • c / L is 2.21
  • c ⁇ a, b / L is 0.03
  • a / (a + b) is 0.99, and all of the formulas (1) to (4) described above are I meet.
  • Example 3 The same SMC manufacturing apparatus 1, fiber bundle CF, and paste P as in Example 1 were used.
  • the length of the separated portion a was 259.0 mm
  • the length of the unseparated portion b was 1.0 mm.
  • the distance c between the end portions of the separated portions not including the unseparated portion of the separated treatment row adjacent in the width direction of the fiber bundle CF was 129.0 mm.
  • the other procedures were the same as in Example 1 to produce SMC.
  • c / L is 5.08
  • c ⁇ a, b / L is 0.04, and a / (a + b) is 0.99, and all of the above formulas (1) to (4) are I meet.
  • Example 4 The same SMC manufacturing apparatus 1, fiber bundle CF, and paste P as in Example 1 were used.
  • the length of the separated portion a was 849 mm, and the length of the unseparated portion b was 5 mm. Further, the distance c between the end portions of the separated portions not including the unseparated portion of the separated treatment row adjacent in the width direction of the fiber bundle CF was set to 823 mm.
  • the other procedures were the same as in Example 1 to produce SMC.
  • c / L is 32.4
  • c ⁇ a, b / L is 0.20
  • a / (a + b) is 0.99, and all of the above formulas (1) to (4) are I meet.
  • Example 1 The SMC manufacturing apparatus 1 similar to that of Example 1 was used, but the four rotary blades 18 were attached such that the positions in the circumferential direction of the plurality of blades 18a coincide with each other.
  • the fiber bundle CF and the paste P the same ones as in Example 1 were used.
  • the length of the separation portion a was set to 28.3 mm, which is half that of Example 1.
  • the distance c between the end portions of the separating portions not including the unseparated portion of the separating process row adjacent in the width direction of the fiber bundle CF is 28.3 mm with the change of the mounting mode of the rotary blade 18 described above. became.
  • the other procedures were the same as in Example 1 to produce SMC.
  • Comparative example 2 The same SMC manufacturing apparatus 1, fiber bundle CF, and paste P as in Example 1 were used.
  • the length of the separated portion a was 1584.8 mm, and the length of the unseparated portion b was 10 mm.
  • the distance c between the end portions of the separated portions not including the unseparated portion of the separated treatment row adjacent in the width direction of the fiber bundle CF was set to 1558.8 mm.
  • c / L is 61.3, c ⁇ a, b / L is 0.39, and a / (a + b) is 0.99, and among the above-mentioned formulas (1) to (4), (1) is not satisfied.
  • the number of connections of the fiber bundle CF after cutting was used as an index of the splittability of the fiber bundle after cutting.
  • the fiber bundle CF which is cut without coating resin is sprayed on the first sheet S1 and taken out using tweezers, and the width and length of the fiber bundle are measured in 0.1 mm units using a caliper, and an electronic balance The weight was measured to the nearest 0.1 mg using The sampling number was 500.
  • the number of filaments of the fiber bundle after cutting is calculated by the following equation, and two 4,000 to less than 7,000 are connected, three to 7,000 to 10,000 are connected, four to 10,000 to less than 13,000, and 13,000 to 15,000.
  • the number of filaments of the fiber bundle after cutting the weight of the fiber bundle / the length of the fiber bundle ⁇ the number of filaments of the carbon fiber used (mechanical properties of a molding using SMC)
  • Tensile strength was evaluated as a mechanical property of the molding using SMC.
  • the SMC of each example was placed in a mold using a mold capable of processing a flat plate, and was pressed and cured at about 130 ° C. for 5 minutes at 10 MPa with a pressing press machine to obtain a flat plate of 300 ⁇ 300 mm. .
  • test pieces 250 ⁇ 25 ⁇ 2 mm are cut out from the flat plate in the 0 ° direction (X axis of SMC manufacturing device 1) and 90 ° direction, and the tensile strength is measured according to JIS K7073. And the variation of tensile strength was calculated.
  • Table 1 The results of each example and comparative example are shown in Table 1.
  • Example 1 a part of the fiber bundle CF after separation was stably supplied to the cutting unit 13 without being partially wound around a roll or the like.
  • the cut fiber bundle CF there were 38% of two unconnected fiber portions connected, but there were no three or more connected ones, and the dispersibility of the fiber bundle CF on the manufactured paste P was present was not a level that would affect
  • the quality of the manufactured SMC is about the same mechanical properties as SMC using the same size chopped carbon fiber bundle obtained using carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without the separation step showed that.
  • the variation in tensile strength was also 8% and there was no significant reduction in strength.
  • Example 2 the fiber bundle CF after separation was stably supplied to the cutting unit 13.
  • the cut fiber bundle CF there were 10% of two unconnected fiber portions connected, but there were no three or more connected ones, and the dispersibility of the fiber bundle CF on the manufactured paste P was present was not a level that would affect
  • the quality of the manufactured SMC is about the same mechanical properties as SMC using the same size chopped carbon fiber bundle obtained using carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without the separation step showed that.
  • the variation in tensile strength was also 5%, with no significant reduction in strength.
  • Example 3 wrapping of a part of the fiber bundle CF after splitting may occur around the roll or the like, and the production of SMC may be interrupted, but the frequency is low, and the influence on production There was not a lot. Further, in the cut fiber bundle CF, there were 3% of two connected by undivided portions, but there was no connected three or more, and the fiber bundle CF on the manufactured paste P was It was not at a level that affected the dispersibility.
  • the quality of the manufactured SMC is about the same mechanical properties as SMC using the same size chopped carbon fiber bundle obtained using carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without the separation step showed that. The variation in tensile strength was also 4%, with no significant reduction in strength.
  • Example 4 winding of a part of the fiber bundle CF after splitting may occur around the roll or the like, and the production of SMC may be interrupted, but the frequency is low and the influence on production There was not a lot. Also, in the cut fiber bundle CF, 1% of two connected by undivided portions was present, but there was not 1 or more connected, and the fiber bundle CF on the manufactured paste P was It was not at a level that affected the dispersibility.
  • the quality of the manufactured SMC is about the same mechanical properties as SMC using the same size chopped carbon fiber bundle obtained using carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without the separation step showed that. The variation in tensile strength was also 5%, with no significant reduction in strength.
  • Comparative Example 1 a part of the fiber bundle CF after separation is stably supplied to the cutting unit 13 without being partially wound around a roll or the like, but is not divided into the cut fiber bundle CF. There were 14% of five connected by the fiber portion.
  • the quality of the manufactured SMC is about the same mechanical properties as SMC using the same size chopped carbon fiber bundle obtained using carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without the separation step There were a portion showing the and a portion having inferior mechanical characteristics.
  • the variation in tensile strength was as large as 16%, and a raw fabric R with uniform mechanical properties could not be produced.
  • Comparative Example 2 a part of the fiber bundle CF after separation was wound around a roll or the like, and SMC could not be manufactured.
  • meandering of fiber bundles and obliqueness and meandering of filaments generated in the fiber bundles are maintained while maintaining the quality of the fiber-reinforced resin molding material produced. It is possible to supply the divided fiber bundle to the cutting machine in a stable state while avoiding the influence of the above, and the fiber bundle after cutting is also easily dispersed.

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Abstract

繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂成形材料の製造方法は、繊維束を長手方向に沿って断続的に分繊し、長手方向に延びる分繊処理列を、繊維束の幅方向に並べて少なくとも2列形成する分繊ステップと、分繊ステップ後の繊維束を長手方向に間隔を空けて裁断する裁断ステップとを備え、分繊ステップおよび裁断ステップが、下記(1)~(3)のすべてを満たすように行われる。 (1)1≦c/L≦50 (2)c<a (3)b/L<1 (1)~(3)において、cは、分繊処理列の一つを幅方向に隣接する他の分繊処理列に投影したときに重複する分繊部分の長さ、Lは裁断ステップにおける間隔、aは分繊処理列における分繊部分の長さ、bは分繊処理列における未分繊部分の長さである。

Description

繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び繊維強化樹脂成形材料製造装置
 本発明は、繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び繊維強化樹脂成形材料製造装置に関する。
 本願は、2017年11月20日に、日本出願された特願2017-223119号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 成形品の機械特性に優れるとともに、三次元形状等の複雑形状の成形に適した成形材料としては、SMC(Sheet Molding Compound)やスタンパブルシートが知られている。SMCは、例えばガラス繊維やカーボン繊維などの強化繊維を裁断した繊維束のフィラメント間に、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料である。また、スタンパブルシートは、例えば上記の裁断した繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させた、シート状の繊維強化樹脂成形材料である。
 SMCは、成形品を得るための中間材料である。SMCを成形加工する際は、金型を用いてSMCを加熱しながら圧縮(プレス)成形する。このとき、繊維束と熱硬化性樹脂とが一体に流動しながら金型のキャビティ内に充填された後、熱硬化性樹脂が硬化される。したがって、このSMCを用いて、部分的に肉厚の異なるもの、リブやボスなどを有するものなど、各種形状の成形品を得ることが可能である。また、スタンパブルシートの成形品は、一度赤外線ヒーター等で熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、所定の温度の金型にて冷却加圧することによって得ることができる。
 ところで、上述したSMC(繊維強化樹脂成形材料)の製造においては、搬送されるシート(キャリア)の上に熱硬化性樹脂を含むペーストを塗工した後に、連続する繊維束を裁断機で所定の長さに裁断して、ペーストの上に散布することが行われる(例えば、特許文献1、2等参照。)。
 また、SMCの製造では、製造コストを下げるため、比較的安価なラージトウと呼ばれるフィラメント本数の多い繊維束を用いて、この繊維束を幅方向に拡幅(「開繊」という。)した後に、開繊された繊維束を複数の繊維束に分割(「分繊」という。)し、分繊された繊維束を裁断機で裁断することが行われている。
 しかしながら、従来の製造方法では、繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が発生したときに、開繊された繊維束の一部が分繊されずに残ったり、一部が切断されたりすることによって、開繊後に分繊された繊維束の裁断機への供給が不安定となることがあった。これは、スタンパブルシートの場合においても同様である。
 具体的に、特許文献1には、開繊された繊維束に突起状物を突き刺すことで分繊する方法が開示されている。しかしながら、この方法を用いた場合、繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が発生していると、分繊したはずの繊維束が一部で分繊されずに裁断後まで残ってしまい、繊維束が分割されない可能性がある。
 一方、特許文献2には、回転する回転刃を用いて、開繊された繊維束を連続的に分繊する方法が開示されている。しかしながら、この方法を用いた場合、繊維束の蛇行や繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が発生すると、分繊した繊維束の一部が切断されてしまい、切断された繊維束がロール等に巻き付いてしまう可能性がある。
 特許文献3には、幅方向の複数の回転刃を周方向に一致させ、分繊部分と未分繊部分とが断続的かつ、複数の繊維束に分繊する方法が開示されている。しかしながら、この方法を用いた場合、裁断後に未分繊部分が幅方向に連続してしまい、分散性が悪化してしまう可能性がある。
米国特許出願公開第2012/0213997号明細書 特開2006-219780号公報 国際公開第2017/006989号
 本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料を製造する際に、繊維強化樹脂成形材料の品質を維持しつつ、繊維束の蛇行や繊維束内に発生するフィラメントの斜行や蛇行による影響を回避しながら、分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給することを可能とし、裁断後の繊維束が分散しやすい繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
 本発明の第一の態様は、裁断された繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂材料の製造方法であって、前記繊維束を長手方向に沿って断続的に分繊し、前記長手方向に延びる分繊処理列を、前記繊維束の幅方向に並べて少なくとも2列形成する分繊ステップと、前記分繊ステップ後の前記繊維束を長手方向に間隔を空けて裁断する裁断ステップと、を備え、前記分繊ステップおよび前記裁断ステップが、下記(1)~(3)のすべてを満たすように行われる。
(1)1≦c/L≦50
(2)c<a
(3)b/L<1
 上記(1)~(3)において、cは、前記分繊処理列の一つを前記幅方向に隣接する他の分繊処理列に投影したときに重複する分繊部分の長さである。Lは前記裁断ステップにおける前記間隔である。aは前記分繊処理列における分繊部分の長さである。bは前記分繊処理列における未分繊部分の長さである。
 本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法においては、前記分繊ステップおよび前記裁断ステップが、下記(4)をさらに満たすように行われてもよい。
(4)0.9≦a/(a+b)<1
 前記分繊処理列は、前記繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の刃物を、前記繊維束に間欠的に突き刺すことにより形成されてもよい。
 このとき、前記複数の刃物は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の回転刃に、周方向に並べて配置されており、前記複数の回転刃が回転されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されてもよい。
 あるいは、前記複数の刃物は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ鋸刃に、前記繊維束の搬送方向に並べて配置されており、前記複数の鋸刃が前記繊維束に接近する方向と離間する方向に往復運動されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されてもよい。
 前記分繊ステップは、前記繊維束を複数積み重ねた状態で行われてもよい。
 前記樹脂が熱硬化性樹脂であってもよい。
 本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、所定の方向に搬送される第1シートの上に前記樹脂を含むペーストを塗工するステップと、前記ペーストが塗工され前記第1シート上に裁断された前記繊維束を散布するステップと、前記繊維束が散布された前記第1シートに、前記ペーストが塗工された第2シートを重ね合わせた後、前記第1シートと前記第2シートとの間に挟み込まれた前記ペースト及び前記繊維束を加圧して、前記繊維束のフィラメント間に前記樹脂を含浸させるステップとをさらに備えてもよい。
 本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、前記分繊ステップの前に行われ、前記繊維束を前記幅方向に開繊する開繊ステップをさらに備えてもよい。
 本発明の第二の態様は、複数の刃物を有し、前記刃物を連続する繊維束に突き刺すことにより前記繊維束を複数の繊維束に分繊する分繊部と、前記分繊部で処理された前記繊維束を、前記繊維束の長手方向に間隔を空けて裁断する裁断部とを備え、前記分繊部は、前記刃物を間欠的に前記繊維束に突き刺すことによって、前記長手方向に延びる分繊処理列を、前記繊維束の幅方向に並べて少なくとも2列形成可能に構成され、前記分繊部および前記裁断部が、下記(1)~(3)のすべてを満たすように処理を行うよう構成されている繊維強化樹脂成形材料製造装置である。
(1)1≦c/L≦50
(2)c<a
(3)b/L<1
 上記(1)~(3)において、cは、前記分繊処理列の一つを前記幅方向に隣接する他の分繊処理列に投影したときに重複する分繊部分の長さである。Lは前記裁断部における前記間隔である。aは前記分繊処理列における分繊部分の長さである。bは前記分繊処理列における未分繊部分の長さである。
 前記分繊部および前記裁断部は、下記(4)をさらに満たすように処理を行うよう構成されてもよい。
(4)0.9≦a/(a+b)<1
 前記分繊部は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の回転刃を有し、前記複数の刃物は、前記複数の回転刃に、周方向に並べて配置されており、前記複数の回転刃が回転されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されてもよい。
 前記分繊部は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の鋸刃を有し、前記複数の刃物は、前記複数の鋸刃に、前記繊維束の搬送方向と同一方向に並べて配置されており、前記複数の鋸刃が前記繊維束に接近する方向と離間する方向に往復運動されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されてもよい。
 本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置は、前記複数の回転刃間または前記複数の鋸刃間に配置されたスペーサ部材をさらに備え、前記分繊部は、前記スペーサ部材が前記繊維束に接するまで前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されてもよい。
 本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置は、前記繊維束の搬送方向の両側かつ前記繊維束を挟んで前記刃物と反対側に配置された一対のガイド部材をさらに備え、前記複数の刃物が突き刺された前記繊維束を前記ガイド部材が支持するように構成されてもよい。
 本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置は、所定の方向に搬送される第1シートの上に樹脂を含むペーストを塗工する第1塗工部と、所定の方向に搬送される第2シートの上に前記ペーストを塗工する第2塗工部と、重ね合わされた前記第1シートと前記第2シートとの間の前記ペーストを加圧可能に構成された含浸部と、前記ペーストが塗工された前記第1シートを前記含浸部まで搬送する第1搬送部と、前記ペーストが塗工された前記第2シートを前記含浸部まで搬送する第2搬送部とをさらに備え、前記裁断部は、裁断された前記繊維束が前記第1シート上の前記ペーストに散布されるように配置され、前記第1搬送部および前記第2搬送部は、前記第1シートに前記繊維束が散布された後に前記第1シートと前記第2シートとが重ね合わされるように配置されてもよい。
 即ち、本発明は以下の態様を有する。
[1] 裁断された繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂材料の製造方法であって、
 前記繊維束を長手方向に沿って断続的に分繊し、前記長手方向に延びる分繊処理列を、前記繊維束の幅方向に並べて少なくとも2列形成する分繊ステップと、
 前記分繊ステップ後の前記繊維束を長手方向に間隔を空けて裁断する裁断ステップと、
 を備え、
 前記分繊ステップおよび前記裁断ステップが、下記(1)~(3)のすべてを満たすように行われる、
 繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
(1)1≦c/L≦50
(2)c<a
(3)b/L<1
(上記(1)~(3)において、cは、前記分繊処理列の一つを前記幅方向に隣接する他の分繊処理列に投影したときに重複する分繊部分の長さである。Lは前記裁断ステップにおける前記間隔である。aは前記分繊処理列における分繊部分の長さである。bは前記分繊処理列における未分繊部分の長さである。)
[2] 前記分繊ステップおよび前記裁断ステップが、下記(4)をさらに満たすように行われる、[1]に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
(4)0.9≦a/(a+b)<1
[3] 前記分繊処理列は、前記繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の刃物を、前記繊維束に間欠的に突き刺すことにより形成される、[1]または[2]に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[4] 前記複数の刃物は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の回転刃に、周方向に並べて配置されており、前記複数の回転刃が回転されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺される、[3]に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[5] 前記複数の刃物は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ鋸刃に、前記繊維束の搬送方向に並べて配置されており、前記複数の鋸刃が前記繊維束に接近する方向と離間する方向に往復運動されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺される、[3]に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[6] 前記分繊ステップは、前記繊維束を複数積み重ねた状態で行われる、[1]から[5]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[7] 前記樹脂が熱硬化性樹脂である、[1]から[6]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[8] 所定の方向に搬送される第1シートの上に前記樹脂を含むペーストを塗工するステップと、
 前記ペーストが塗工され前記第1シート上に裁断された前記繊維束を散布するステップと、
 前記繊維束が散布された前記第1シートに、前記ペーストが塗工された第2シートを重ね合わせた後、前記第1シートと前記第2シートとの間に挟み込まれた前記ペースト及び前記繊維束を加圧して、前記繊維束のフィラメント間に前記樹脂を含浸させるステップと、をさらに備える、
 [1]から[7]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[9] 前記分繊ステップの前に行われ、前記繊維束を前記幅方向に開繊する開繊ステップをさらに備える、[1]から[8]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
[10] 複数の刃物を有し、前記刃物を連続する繊維束に突き刺すことにより前記繊維束を複数の繊維束に分繊する分繊部と、
 前記分繊部で処理された前記繊維束を、前記繊維束の長手方向に間隔を空けて裁断する裁断部と、
 を備え、
 前記分繊部は、前記刃物を間欠的に前記繊維束に突き刺すことによって、前記長手方向に延びる分繊処理列を、前記繊維束の幅方向に並べて少なくとも2列形成可能に構成され、
 前記分繊部および前記裁断部が、下記(1)~(3)のすべてを満たすように処理を行うよう構成されている、
 繊維強化樹脂成形材料製造装置。
(1)1≦c/L≦50
(2)c<a
(3)b/L<1
(上記(1)~(3)において、cは、前記分繊処理列の一つを前記幅方向に隣接する他の分繊処理列に投影したときに重複する分繊部分の長さである。Lは前記裁断部における前記間隔である。aは前記分繊処理列における分繊部分の長さである。bは前記分繊処理列における未分繊部分の長さである。)
[11] 前記分繊部および前記裁断部が、下記(4)をさらに満たすように処理を行うよう構成されている、[10]に記載の繊維強化樹脂材料製造装置。
(4)0.9≦a/(a+b)<1
[12] 前記分繊部は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の回転刃を有し、前記複数の刃物は、前記複数の回転刃に、周方向に並べて配置されており、前記複数の回転刃が回転されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されている、
 [10]または[11]に記載の繊維強化樹脂材料製造装置。
[13] 前記分繊部は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の鋸刃を有し、前記複数の刃物は、前記複数の鋸刃に、前記繊維束の搬送方向と同一方向に並べて配置されており、前記複数の鋸刃が前記繊維束に接近する方向と離間する方向に往復運動されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されている、
 [10]または[11]に記載の繊維強化樹脂成形材料製造装置。
[14] 前記複数の回転刃間または前記複数の鋸刃間に配置されたスペーサ部材をさらに備え、
 前記分繊部は、前記スペーサ部材が前記繊維束に接するまで前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されている、
 [12]または[13]に記載の繊維強化樹脂成形材料製造装置。
[15] 前記繊維束の搬送方向の両側かつ前記繊維束を挟んで前記刃物と反対側に配置された一対のガイド部材をさらに備え、
 前記複数の刃物が突き刺された前記繊維束を前記ガイド部材が支持するように構成されている、
 [10]から[14]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料製造装置。
[16] 所定の方向に搬送される第1シートの上に樹脂を含むペーストを塗工する第1塗工部と、
 所定の方向に搬送される第2シートの上に前記ペーストを塗工する第2塗工部と、
 重ね合わされた前記第1シートと前記第2シートとの間の前記ペーストを加圧可能に構成された含浸部と、
 前記ペーストが塗工された前記第1シートを前記含浸部まで搬送する第1搬送部と、
 前記ペーストが塗工された前記第2シートを前記含浸部まで搬送する第2搬送部と、
 をさらに備え、
 前記裁断部は、裁断された前記繊維束が前記第1シート上の前記ペーストに散布されるように配置され、
 前記第1搬送部および前記第2搬送部は、前記第1シートに前記繊維束が散布された後に前記第1シートと前記第2シートとが重ね合わされるように配置されている、
 [10]から[15]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料製造装置。
[17] 前記c/Lの値が、1.05~50が好ましく、1.05~30がより好ましく、1.05~20がさらに好ましく、1.05~5が特に好ましく、1.05~4が最も好ましい、[1]から[9]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂形成材料の製造方法。
[18] 前記cの値、及び前記aの値が、好ましくは1.1c≦aを満たし、より好ましくは、1.5c≦aを満たし、さらに好ましくは、2c≦aを満たす、[1]から[9]および[17]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂形成材料の製造方法。
[19] 前記b/Lの値が、0超1以下が好ましく、0超0.1以下がより好ましい、[1]から[9]、[17]および[18]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂形成材料の製造方法。
[20] a/(a+b)の値が、0.92~0.99である、[1]から[9]および[17]から[19]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂形成材料の製造方法。
[21] 前記c/Lの値が、1.05~50が好ましく、1.05~30がより好ましく、1.05~20がさらに好ましく、1.05~5が特に好ましく、1.05~4が最も好ましい、[10]から[16]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂形成材料製造装置。
[22] 前記cの値、及び前記aの値が、好ましくは1.1c≦aを満たし、より好ましくは、1.5c≦aを満たし、さらに好ましくは、2c≦aを満たす、[10]から[16]および[21]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂形成材料製造装置。
[23] 前記b/Lの値が、0超1以下が好ましく、0超0.1以下がより好ましい、[10]から[16]、[21]および[22]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂形成材料製造装置。
[24] a/(a+b)の値が、0.92~0.99である、[10]から[16]および[21]から[23]のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂形成材料製造装置。
 本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置によれば、製造される繊維強化樹脂成形材料の品質を維持しつつ、繊維束の蛇行や繊維束内に発生するフィラメントの斜行や蛇行による影響を回避しながら、分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給することができ、裁断後の繊維束も分散しやすい。
本発明の一実施形態に係るSMC製造装置の構成を示す側面図である。 図1に示すSMC製造装置が備える繊維束供給部の一構成例を示す側面図である。 図1に示すSMC製造装置が備える繊維束供給部の一構成例であり、その分繊部を搬送方向から見た正面図である。 分繊された繊維束の分繊位置を示す模式図である。 図1に示すSMC製造装置が備える繊維束供給部の別の構成例を示す側面図である。 図1に示すSMC製造装置が備える繊維束供給部の別の構成例であり、その分繊部を搬送方向から見た正面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の刃先角度を説明するための模式図である。 刃物の刃角度を説明するための模式図である。
 以下、本発明の一実施形態について、図1から図6Bを参照して詳細に説明する。
 以下の説明における材料、寸法等はあくまで一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
[繊維強化樹脂成形材料の製造方法]
 本実施形態の繊維強化樹脂成形材料(以下、単に「成形材料」と称することがある。)の製造方法(以下、単に「製造方法」と称することがある。)は、裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であり、SMCやスタンパブルシート等の製造に適用できるものである。
 繊維束とは、複数の強化繊維を束ねたものである。本実施形態の製造方法に用いる強化繊維としては、例えばカーボン繊維が好ましいが、ガラス繊維などのカーボン繊維以外の強化繊維が用いられてもよい。
 本実施形態の製造方法に用いる樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも用いることができる。本実施形態の製造方法には、熱硬化性樹脂のみが用いられてもよいし、熱可塑性樹脂のみが用いられてもよい。さらに、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の両方が用いられてもよい。
 本実施形態の製造方法で製造される成形材料がSMCとして用いられる場合、用いる樹脂としては熱硬化性樹脂が好ましい。一方、成形材料がスタンパブルシートとして用いられる場合、用いる樹脂としては熱可塑性樹脂が好ましい。
 熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 本実施形態の製造方法は、繊維束を長手方向に沿って断続的に分繊し、長手方向に延びる分繊処理列を、繊維束の幅方向に並べて少なくとも2列形成する分繊ステップと、分繊ステップ後の繊維束を長手方向に間隔を空けて裁断する裁断ステップとを備える。 本実施形態の製造方法の特徴は、分繊ステップおよび裁断ステップが、下記(1)~(3)のすべてを満たすように行われる点である。
(1)1≦c/L≦50
(2)c<a
(3)b/L<1
 上記(1)~(3)において、cは、分繊処理列の一つを繊維束の幅方向に隣接する他の分繊処理列に投影したときに重複する分繊部分の長さである。Lは、裁断部における繊維束の裁断間隔であり、裁断された繊維束の長さと概ね等しい。aは、分繊処理列における分繊部分の長さである。bは、分繊処理列における未分繊部分の長さである。
 a、b、c、およびLについては、後述する図3にも示している。
 a、b、c、およびLは、ノギスを用いて0.1mm単位で任意の5箇所を測定してその平均値を算出した。
 発明者らは、分繊ステップ及び裁断ステップにおいて、上述した(1)から(3)を満たすように繊維束の分繊及び裁断を行うことで、繊維束内に発生するフィラメントの斜行や蛇行による影響を回避しながら、分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給して裁断することができることを見出した。
 c/Lの値が1未満、すなわち、隣り合う分繊処理列の分繊部分の長手方向における重複部分の長さcが裁断間隔L未満であると、裁断されたそれぞれの繊維束に、分割されていない未分繊部分が少なくとも2ヶ所生じ、裁断されたそれぞれの繊維束が繊維束の幅方向に必ず繋がったものになる。そのため、例えばSMCの製造時において強化繊維を均一に分散させることが難しくなるとともに、樹脂の含浸性が低下し、製造されるSMCの品質が著しく低下しやすい。
 c/Lの値は、1.05以上が好ましい。さらに、c/Lの値が50以下であれば、分繊する繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が存在する場合であっても、切断された繊維束への毛羽発生や、この毛羽による工程のトラブルが低減される。c/Lの値は、30以下が好ましく、20以下がより好ましく、5以下がさらに好ましく、4以下が特に好ましい。
 具体的には、c/Lの値は1.05~50が好ましく、1.05~30がより好ましく、1.05~20がさらに好ましく、1.05~5が特に好ましく、1.05~4が最も好ましい。
 また、aの値はcの値よりも大きい、すなわち、c<aである必要がある。aとcの値が同じ場合は、裁断されたそれぞれの繊維束の未分繊部分が幅方向に連続してしまい、例えばSMCの製造時において強化繊維を均一に分散させることが難しくなる可能性があるためである。好ましくは、1.1c≦aであり、より好ましくは、1.5c≦aであり、さらに好ましくは、2c≦aである。
 b/Lの値が1以上の場合、裁断された繊維束が繊維束の幅方向に必ず繋がったものになる。そのため、例えばSMCの製造時において強化繊維を均一に分散させることが難しくなるとともに、樹脂の含浸性が低下し、製造されるSMCの品質が著しく低下しやすい。したがって、本実施形態の製造方法では、b/Lが1未満であることを必須としている。さらに、b/Lの値が0.1以下であれば、繊維束内のフィラメントに斜行、蛇行や交絡が発生していても、分散しやすくなる。
 具体的には、b/Lの値は、0超1以下が好ましく、0超0.1以下がより好ましい。
 本実施形態の製造方法においては、下記式(4)の条件を満たすように、連続する繊維束を長手方向において断続的に分繊し、長手方向に間隔を空けて裁断して裁断した繊維束を得ることが好ましい。
(4)0.9≦a/(a+b)<1
 a/(a+b)の値が0.9未満の場合には、例えばSMC製造時における繊維束のペースト上への散布時に、裁断された繊維束の未分繊部分が分割されにくくなるため、強化繊維をペースト上に均一に分散させることが難しくなるとともに、強化繊維への樹脂の含浸性が低下し、製造されるSMCの品質が低下しやすい。a/(a+b)の値は、0.92以上がより好ましい。
 繊維束の処理において未分繊部分が存在しない(すなわち、b=0)場合は、繊維束が長手方向に連続的に分繊される状態に相当し、a/(a+b)の値は1となる。しかし、この場合は、未分繊部分がないため、繊維束の蛇行や繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が発生すると、分繊した繊維束の一部が切断されてしまい、切断された繊維束がロール等に巻き付いてしまう可能性がある。本実施形態の製造方法では、連続する繊維束の長手方向において断続的に分繊が行われるため、未分繊部分が存在しない場合はない(すなわち、b>0となる。)したがって、必ずa/(a+b)<1となる。
 分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給する観点からは、a/(a+b)の値は、0.99以下であることが好ましい。
 具体的には、a/(a+b)の値は、0.92~0.99が好ましい。
 連続する繊維束を断続的に分繊する態様としては、繊維束の分繊をより安定して実施できる点から、連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ連なった複数の刃物を、連続する繊維束に間欠的に突き刺して、分繊された複数の繊維束の各間を部分的に未分繊の状態とすることが好ましい。
 なお、連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ連なった複数の刃物は、2以上あればよく、数は特に限定されない。一定の繊維束の幅に、より多くの分繊に用いる刃物の数が多くなるほど、裁断された繊維束の幅が狭くなり、製造されるSMCの品質が向上する。
 分繊ステップにおいては、連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ、連なった複数の刃物が周方向に並んで配置された複数の回転刃の刃先を繊維束の幅方向にずらして配置し、前記回転刃を回転させながら、連続する繊維束に複数の刃物を間欠的に突き刺す態様で行われるのが好ましい。また、複数の刃物が前記繊維束の搬送方向と同一方向に並んで配置された鋸刃を用いて、前記鋸刃を上下方向に揺動させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺す態様も好ましい。
 本発明において「刃物」とは、板状で、繊維束に最初に接する先端部が細くかつ薄く作られ、かつ先端部の断面が略くさび状とされた部材である。刃物の素材としては、金属やセラミック等の硬質な素材が挙げられる。
 刃物の形状は、繊維束に突き刺すことが可能であれば特に限定されない。刃物の耐久性や分繊性の観点から、刃物の繊維束に接触する部分の最大厚みは、0.3~2mmが好ましい。刃物の繊維束に接触する部分の最大幅は、0.5~1.5mmが好ましい。刃物の幅方向の先端部の角度(切っ先角)は、30°~90°が好ましい。刃物の厚さ方向の刃角度(刃先角)は、10°~45°が好ましく、20°~30°がより好ましい。
 なお、「切っ先角」とは、刃物の平面部分を正面から見たときの刃物の先端角度を意味する。また、「刃先角」とは、刃物の側面部分(厚み方向の面)を正面から見たときの刃物の先端角度を意味する。
 連続する繊維束を断続的に分繊する他の態様としては、刃物を用いない手段、例えば、繊維束に空気等の気体を所定の条件で吹き付ける態様を挙げることができる。このような態様であっても、例えば、気体を間欠的に繊維束に吹き付けることにより、上記(1)から(3)を満足することが可能である。
 連続する繊維束を断続的に分繊した後に長手方向に間隔を空けて裁断された繊維束の分割性としては、裁断された繊維束において、未分繊部分によって幅方向に分割された数と等しい数繋がった、つまり裁断前後で幅が変化していない繊維束の重量割合が10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましい。裁断された繊維束のうち、未分繊部分によって幅方向に繋がっているものが多いと、製造される成形材料の品質が低下する傾向にある。上記(1)から(3)を満足した上で、繊維束の幅方向における繋がりをより少なく、かつ繋がった繊維束の重量割合を下げることで、製造される成形材料の品質を向上させることができる。
 本発明の製造方法は、上述した分繊ステップおよび裁断ステップを必ず備えるが、本実施形態では、その他に下記の塗工ステップ、散布ステップ、および含浸ステップを備えてもよい。後述する繊維強化樹脂成形材料製造装置で実行される本実施形態の製造方法は、以下のステップを備えている。
 塗工ステップ:所定の方向に搬送される第1シートの上に樹脂を含むペーストを塗工する。
 分繊ステップ:連続する繊維束に分繊処理列を形成して、複数の繊維束に分繊する。
 裁断ステップ:分繊ステップにおいて分繊された繊維束を裁断機で裁断する。
 散布ステップ:裁断ステップで裁断された繊維束を裁断機で裁断して、塗工ステップで塗工されたペーストの上に散布する。
 含浸ステップ:裁断ステップにおいて繊維束が散布された第1シートの上に、ペーストが塗工された別の第2シートを重ね合わせた後、第1シートと第2シートとの間に挟み込まれたペースト及び繊維束を加圧して、繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させる。
 分繊ステップにおいては、連続する繊維束を厚み方向に重ね合わせた状態で搬送し、複数の繊維束に分繊してもよい。
 また、連続する繊維束を幅方向に開繊してから、分繊ステップにおいて開繊された繊維束を複数の繊維束に分繊してもよい。すなわち、分繊ステップの前に連続する繊維束を幅方向に開繊する開繊ステップをさらに備えてもよい。
 これらのようにすることで、比較的安価なラージトウを用いて、高品質な成形材料を製造することができる。
[繊維強化樹脂成形材料の製造装置]
 以下、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形材料製造装置(以下、単に「製造装置」と称することがある。)として、図1及び図2に示すSMC製造装置について具体的に説明する。本実施形態のSMC製造装置は、本発明の製造装置の一例であり、本発明の製造方法を実行する製造装置である。
 本実施形態のSMC製造装置は、カーボン(炭素)繊維からなる繊維束と、不飽和ポリエステル樹脂からなる熱硬化性樹脂とを含み、裁断した繊維束のフィラメント間に熱硬化性樹脂を含浸させたシート状のSMC(Sheet Molding Compound)を製造する装置である。なお、繊維束としては、カーボン繊維の他にも、ガラス繊維等の強化繊維を用いることができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂の他にも、熱可塑性樹脂を用いることができる。
 図1は、SMC製造装置1の構成を模式的に示す側面図である。図2Aは、SMC製造
装置1が備える繊維束供給部10の一構成例を示した側面図であり、図2Bは繊維束供給部10の一部である分繊部を搬送方向から見た正面図である。
 以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、各図に示すXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。
 SMC製造装置1は、図1に示すように、繊維束供給部10と、第1シート供給部11と、第1塗工部12と、裁断部13と、第2シート供給部14と、第2塗工部15と、含浸部16とを備えている。
 繊維束供給部10は、図2Aに拡大して示すように、連続する繊維束CFを所定の方向(以下、搬送方向という。)に搬送させながら、幅方向(Y軸方向)に開繊する開繊部と、開繊された繊維束CFを複数の繊維束CFに分繊する分繊部とを有する。
 本実施形態の繊維束供給部10は、開繊部として複数の開繊バー17を、分繊部として複数の回転刃18と、複数のゴデットローラ19とをそれぞれ備えている。
 繊維束供給部10では、まず、図1におけるX軸正方向(水平方向右側)に向けてボビンBから引き出されたラージトウの繊維束CFが幅方向に開繊される。具体的には、繊維束CFが開繊部である複数の開繊バー17を通過する間に、加熱、擦過、揺動等が各開繊バー17を介して繊維束CFに加えられることにより、繊維束CFが幅方向に拡幅されて開繊される。
 次に、分繊部である複数の回転刃18により、開繊された繊維束CFに分繊処理列が形成され、幅方向に並ぶ複数の繊維束CFに分繊される。複数の回転刃18は、回転中心が一致または略一致するように、かつ開繊された繊維束CFの幅方向(Y軸方向)に所定の間隔で並んで配置されている。また、各回転刃18には、複数の刃物18aが周方向に連なって並んで配置されている。各回転刃18の間では、複数の刃物18aは幅方向における位置をずらして配置することが好ましい。これにより、裁断後の繊維束CFを分散しやすくすることができる。
 図2Bに示すように、各回転刃18の間には、リング状のスペーサ部材18bが配置されている。スペーサ部材18bの外周面は、各刃物18aの境界(刃元)よりも僅かに上方に位置している。各刃物18aは、スペーサ部材18bが繊維束CFに接すると、それ以上深くは突き刺されないため、スペーサ部材を異なる寸法のものと交換する等により外周面と刃元との位置関係を変化させることで、繊維束CFに対する刃物18aの突き差し深さを調整できる。調整が必要ない場合は、スペーサ部材18bが取り外されてもよい。
 複数の回転刃18は、回転中心を通って延びる軸部材18cに回転自在に支持されている。これにより、繊維束CFの搬送に伴って、繊維束CFに刃物18aを突き刺しながら、複数の回転刃18を繊維束CFの搬送方向と同一方向に回転させることができる。他の例として、複数の回転刃18を軸部材18cに固定し、繊維束CFの搬送に同期させながら、駆動モータ等により軸部材18cおよび複数の回転刃18を回転駆動させる構成であってもよい。
 複数の回転刃18の搬送方向両側には、一対のガイド部材40が複数の回転刃18を挟むように配置されている。一対のガイド部材40は、繊維束CFを挟んで複数の回転刃18と反対側に配置されている。
 したがって、SMC製造装置1により実行される分繊ステップにおいては、複数の回転刃18が、一対のガイド部材40が配置された側とは反対側から一対のガイド部材40間を移動する繊維束CFに接近し、複数の刃物18aが繊維束CFに突き刺さる。このとき、一対のガイド部材40は、複数の刃物18aが突き刺される繊維束CFが厚さ方向に移
動しないように支持するため、複数の刃物18aが好適に分繊される。
 各回転刃18を回転させながら、連続する繊維束CFに複数の刃物18aを間欠的に突き刺すことによって、繊維束CFが幅方向において分繊される。このとき、連続する繊維束CFにスペーサ部材18bが接する位置まで複数の刃物18aを突き刺すことで、各刃物18aの間で繊維束CFが連続的に分繊されることを防止している。これにより、分繊された複数の繊維束CFの各間は、完全に分繊された状態とはならず、部分的に未分繊の状態となる。その後、分繊された繊維束CFは、複数のゴデットローラ19で案内されながら、裁断部13に向けて供給される。
 第1シート供給部11は、第1原反ロールR1から巻き出された連続する第1シートS1を第1塗工部12に向けて供給する。SMC製造装置1は、第1シートS1を含浸部16に向けて搬送する第1搬送部20を備えている。
 第1搬送部20は、一対のプーリ21a、21bの間に無端ベルト22を掛け合わせたコンベア23を有する。コンベア23は、一対のプーリ21a、21bを同一方向に回転させることによって無端ベルト22を周回させながら、この無端ベルト22の面上において、第1シートS1を図1におけるX軸正方向に向けて搬送する。
 第1塗工部12は、図1におけるX軸正方向に向けて搬送される第1シートS1の上方に配置され、樹脂を含むペーストPを供給するコータ24を有する。第1塗工部12では、第1シートS1がコータ24を通過することで、第1シートS1の面上にペーストPが所定の厚みで塗工される。
 ペーストPには、上述した不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂の他に、炭酸カルシウム等の充填剤や、低収縮化剤、離型剤、硬化開始剤、増粘剤等を適宜混合したものを用いることができる。
 裁断部13は、第1塗工部12よりも搬送方向の下流側に設けられており、繊維束供給部10から供給される繊維束CFを裁断機13Aで裁断してペーストP上に散布させる。裁断機13Aは、コンベア23により搬送される第1シートS1の上方に配置されており、ガイドローラ25と、ピンチローラ26と、カッターローラ27とを有する。
 ガイドローラ25は、回転しながら繊維束供給部10から供給された繊維束CFを下方に向けて案内する。ピンチローラ26は、ガイドローラ25との間で繊維束CFを挟み込みながら、ガイドローラ25とは逆向きに回転することによって、ガイドローラ25と協働しながら、分繊された繊維束CFを引き込む。カッターローラ27は、回転しながら繊維束CFを所定の長さとなるように裁断する。裁断された繊維束CFは、ガイドローラ25とカッターローラ27との間から落下し、ペーストPが塗工された第1シートS1上に散布される。
 このように、裁断部13は、裁断ステップと散布ステップとを実行する。
 第1搬送部20は、裁断された繊維束CFが散布された第1シートS1を含浸部16に搬送する。
 第2シート供給部14は、第2原反ロールR2から巻き出された連続する第2シートS2を第2塗工部15に向けて供給する。SMC製造装置1は、第2シートS2を含浸部16に向けて搬送する第2搬送部28を備えている。
 第2搬送部28は、コンベア23により搬送される第1シートS1の上方に配置されており、複数のガイドローラ29を有する。第2搬送部28は、第2シート供給部14から
供給された第2シートS2を図1におけるX軸負方向(水平方向左側)に向けて搬送した後、回転する複数のガイドローラ29によって第2のシートS2が搬送される方向を図1におけるZ軸負方向(垂直方向下側)、さらにX軸正方向に変更する。
 第2塗工部15は、X軸負方向に向けて搬送される第2シートS2の上方に配置されており、ペーストPを供給するコータ30を有する。第2塗工部15では、第2のシートS2がコータ30を通過することで、第2シートS2の面上にペーストPが所定の厚みで塗工される。
 第2搬送部28は、第2塗工部15によりペーストPが塗工された第2シートS2を含浸部16に搬送する。
 含浸部16は、裁断部13よりも搬送方向の下流側に位置しており、貼合機構31と、加圧機構32とを有する。貼合機構31は、コンベア23における下流側のプーリ21bの上方に位置し、複数の貼合ローラ33を有する。
 各貼合ローラ33は、ペーストPが塗工された第2シートS2の背面(ペーストPの無い面)に接触した状態で配置されている。また、各貼合ローラ33は、第1シートS1に対して第2シートS2が徐々に接近するように配置されている。
 これにより、第1シートS1の上に第2シートS2が重ね合わされる。第1シートS1と第2シートS2とは、その間に繊維束CF及びペーストPを挟み込みながら、互いに貼合された状態で加圧機構32側へと搬送される。以下、互いに貼合された第1シートS1及び第2シートS2を貼合シートS3と総称する。
 加圧機構32は、第1搬送部20(コンベア23)の下流側に設けられている。加圧機構32は、一対のプーリ34a、34bの間に無端ベルト35aを掛け合わせた下側コンベア36Aと、一対のプーリ34c、34dの間に無端ベルト35bを掛け合わせた上側コンベア36Bとを有する。
 下側コンベア36Aと上側コンベア36Bとは、互いの無端ベルト35a、35bを突き合わせた状態で、互いに対向して配置されている。加圧機構32は、下側コンベア36Aの一対のプーリ34a、34bを同一方向に回転させることによって無端ベルト35aを周回させる。その結果、上側コンベア36Bの一対のプーリ34c、34dが同一方向かつ一対のプーリ34a、34bと逆方向に回転し、無端ベルト35bが無端ベルト35aと同じ速さで逆回りに周回される。これにより、無端ベルト35a、35bの間に挟み込まれた貼合シートS3が、図1におけるX軸正方向に向けて搬送される。
 加圧機構32は、複数の下側ローラ37aと、複数の上側ローラ37bとを有する。各下側ローラ37aは、無端ベルト35aのうち突合せ部分(無端ベルト35bとの間に貼合シートS3を挟む領域)の背面に接触した状態で配置されている。同様に、複数の上側ローラ37bは、無端ベルト35bのうち突合せ部分(無端ベルト35aとの間に貼合シートS3を挟む領域)の背面に接触した状態で配置されている。複数の下側ローラ37aと複数の上側ローラ37bとは、貼合シートS3の搬送方向において交互に並ぶように配置されている。
 加圧機構32は、無端ベルト35a、35bの間を貼合シートS3が通過する間に、第1シートS1と第2シートS2との間に挟み込まれたペーストP及び繊維束CFを複数の下側ローラ37a及び複数の上側ローラ37bにより加圧する。このとき、ペーストPは、繊維束CFを挟んだ両側から繊維束CFのフィラメント内に含浸される。これにより、繊維束CFのフィラメント内に熱硬化性樹脂が含浸されたSMCの原反Rが得られる。
(SMCの製造方法)
 以下、本実施形態に係る繊維強化樹脂成形材料の製造方法の一例として、上述したSMC製造装置1を用いたSMCの製造手順について説明する。
 SMC製造装置1を用いてSMCを製造する際は、塗工ステップにおいて、第1原反ロールR1から長尺の第1シートS1を巻き出し、第1搬送部20により搬送しつつ、第1塗工部12により第1シートS1上に所望の樹脂を含んだペーストPを所定の厚みで塗工する。
 次に、開繊ステップにおいて、複数の開繊バー17の間に所望の材質の繊維束CFを通過させ、繊維束CFを幅方向に拡幅する。
 次に、分繊ステップにおいて、複数の回転刃18を繊維束CFの幅方向に所定の間隔で配置し、かつ刃物18aを周方向にずらし、回転刃18を回転させながら、開繊された繊維束CFに複数の刃物18aを間欠的に突き刺す。これにより、繊維束CFを長手方向において断続的に分繊する複数の分繊処理列を形成する。各分繊処理列において、刃物18aが突き刺されなかった部分は、未分繊の状態で残存する。
 分繊ステップにおいては、分繊された繊維束CF同士の引っ付きを防止するため、分繊時の繊維束CFの温度を60℃以下とすることが好ましく、5℃以上50℃以下とすることがより好ましい。
 ここで、分繊された繊維束CFにおける分繊位置について、図3を参照して説明する。図3では、開繊された繊維束CFのトウtを細線で示し、開繊された繊維束CFの分繊処理列dを太線で示し、開繊された繊維束CFの裁断機13Aで切断される切断線を破線で示している。
 分繊後の繊維束CFには、図3に示すように、刃物18aにより分割された分繊部分aと、刃物18aにより分割されなかった未分繊部分bとが搬送方向において交互に並んでおり、いわゆるミシン目状の分繊処理列dが形成されている。
 この場合、繊維束CF内のフィラメントに斜行、蛇行や交絡が発生していても、分繊された複数の繊維束CFの間で一部が繋がっているため、幅方向に開繊した状態のまま、分繊された複数の繊維束CFを安定した状態で裁断機13A側へと搬送することが可能である。また、繊維束CF内のフィラメントが斜行や蛇行等していても、繊維束CFを損傷させない。したがって、分繊した繊維束CFの一部が切断されてしまい、切断された繊維束CFが裁断部13のローラ等に巻き付いてしまうといった事態が好適に防止される。
 以上のように、本実施形態に係るSMCの製造方法では、分繊された複数の繊維束CFの各間を部分的に未分繊の状態とすることで、繊維束CFの蛇行や繊維束CFに発生するフィラメント内の斜行、蛇行や交絡等による影響を回避しながら、分繊した繊維束CFを安定した状態で裁断部13の裁断機13Aまで供給し、裁断後の繊維束CFを分散しやすくすることができる。
 また、繊維束CFとして、比較的安価なラージトウを用いることが容易であり、SMCの製造コストを下げることができる。
 裁断ステップでは、裁断部13において分繊された繊維束CFが裁断機13Aにより裁断され、散布ステップにおいて、裁断された繊維束CFが第1シートS1に塗工されたペーストPの上に散布される。
 分繊ステップ及び裁断ステップは、上述した式(1)~(3)を満たすように行われる。これにより、繊維束CFの強化繊維が均一に分散され、樹脂の含浸性が向上することで、高品質なSMCを製造することが可能になる。
 含浸ステップでは、第2シート供給部14により、第2原反ロールR2から長尺の第2シートS2を巻き出し、第2塗工部15により第2シートS2の上にペーストPを所定の厚みで塗工する。次いで、含浸部16において、貼合機構31により第1シートS1に第2シートS2を重ね合わせる。次いで、加圧機構32により、第1シートS1と第2シートS2とで挟み込まれたペーストPと繊維束を加圧し、繊維束のフィラメント間に熱硬化性樹脂を含浸させる。これにより、繊維束CFのフィラメント内に熱硬化性樹脂が好適に含浸されたSMCの原反Rが得られる。
 SMCの原反Rは、ロール状に巻き取られた後、次工程へと送られる。そして、原反Rは、所定の長さで切断されることによって、最終的にシート状のSMC(繊維強化樹脂成形材料)として出荷される。なお、第1シートS1及び第2シートS2は、SMCに対して成形加工を行う前に剥離される。
 本実施形態の製造装置は、上述したSMC製造装置1の内容に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
 例えば、繊維束供給部10の分繊部において、複数の回転刃18の代わりに、図4A及び図4Bに示すような複数の鋸刃38を用いてもよい。なお、図4Aは、SMC製造装置1が備える繊維束供給部の別の構成例を示した側面図であり、図4Bはその分繊部を搬送方向から見た正面図である。
 複数の鋸刃38は、開繊された繊維束CFの幅方向(Y軸方向)に所定の間隔で並んで配置されている。また、各鋸刃38には、複数の刃物38aが繊維束CFの搬送方向と同一方向に連なって並んで配置されている。さらに、各鋸刃38の間では、複数の刃物38aの繊維束CFの幅方向における位置をずらして配置することが好ましい。これにより、裁断後の繊維束CFを分散しやすくすることができる。
 各鋸刃38の間には、スペーサ部材38bが配置されている。スペーサ部材38bの上面は、各刃物38aの境界(刃元)よりも僅かに上方に位置している。
 複数の鋸刃38を挟んだ搬送方向の両側には、一対のガイド部材40が配置されている。複数の鋸刃38は、一対のガイド部材40の間で搬送される繊維束CFに対して、一対のガイド部材40が配置された側とは反対側から複数の刃物38aを突き刺す位置と、繊維束CFから離間する位置との間で上下に往復移動(揺動)可能に配置されている。
 すなわち、鋸刃38を用いた分繊ステップでは、鋸刃38を上下方向(Z軸方向)に往復運動させながら、開繊された繊維束CFに複数の刃物38aを間欠的に突き刺すことによって、繊維束CFを幅方向において分繊する。このとき、連続する繊維束CFにスペーサ部材38bが接する位置まで複数の刃物38aが突き刺さることで、各刃物38aの間で繊維束CFが連続的に分繊されることを防止している。これにより、回転刃18を用いた場合と同様に、分繊された複数の繊維束CFの各間を部分的に未分繊の状態とすることができる。
 したがって、SMC製造装置1がこのような構成であっても、繊維束CFの蛇行や繊維束CFに発生するフィラメント内の斜行、蛇行や交絡による影響を回避しながら、分繊した繊維束CFを安定した状態で裁断機13Aまで供給することができる。また、比較的安価なラージトウの繊維束CFを用いることによって、SMCの製造コストを下げることができる。
 SMC製造装置1を用いた本実施形態の製造方法においては、回転刃18や鋸刃38を用いた分繊ステップにおいて、連続する繊維束CFを厚み方向に重ね合わせた状態で、複数の繊維束CFに分繊してもよい。
 また、刃物18a、38aは、搬送方向に連続する繊維束CFに対して間欠的に突き刺すことが可能な形状であればよく、例えば図5Aから図5Eに示すような刃物18a,38aの形状が採用されてもよい。さらに、刃物18a、38aは、片刃であっても、両刃であってもよい。
 また、幅方向(Y軸方向)で隣り合う複数の回転刃18又は鋸刃38の間では、それぞれの刃物18a、38aを繊維束CFに対して間欠的に突き刺すタイミングを一致させてもよいし、ずらしてもよい。
 突き刺すタイミングを一致させる場合は、複数の回転刃等を、繊維束CFの幅方向において千鳥状に配列したり、隣り合う回転刃等において、刃物の形状や配置を異ならせたりすることにより、上記(2)を満足させることができる。
 また、回転刃18と鋸刃38とを組み合わせて分繊部が構成されてもよい。
 また、刃物18a、38aについては、図6Aに示す切っ先角αと、図6Bに示す刃先角βとが、30°≦α≦90°、10°≦β≦45°(より好ましくは20°≦β≦30°)をいずれか一方、あるいは両方を満足するように設定されることが好ましい。また、刃物18a、38aの厚みについては、0.3~2mmとすることが好ましい。
 本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造装置は、開繊部を備えなくてもよい。すなわち、開繊が別の装置で行われ、製造装置に供給される構成であってもよい。
(実施例)
 以下、本発明の製造方法および製造装置について、実施例を用いてより詳しく説明する。本発明は、以下の実施例の内容には限定されず、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
(実施例1)
 上述したSMC製造装置1を用いてSMCを製造した。
 分繊部として、4枚の回転刃18を備えるものを用いた。それぞれの回転刃18には、6個の刃物18aが周方向に連なって並んで配置されたものを用いた。それぞれの刃物18aは、繊維束CFに接触する部分の最大厚みが1mm、繊維束CFと接触する部分の最大幅が1mm、幅方向における先端部の角度(切っ先角)が64°、厚さ方向における先端部の角度(刃先角)が30°の略三角形の形状とした。各回転刃18は、複数の刃物18aの周方向における位置(位相)が、繊維束CFの幅方向に隣り合う回転刃18と30°ずれるように取り付けた。各回転刃18の間には、スペーサ部材18bを配置し、スペーサ部材18bの幅は2.2mmとした。
 繊維束CFとして、炭素繊維束(三菱ケミカル社製、製品名:TR50S15L、繊維数:15000本)を用いた。ペーストPに用いる樹脂として、ビニルエステル樹脂を用いた。
 開繊バー17では繊維束CFを幅15mmに拡幅した。分繊時の繊維束CFの搬送速度は40m/minとした。4枚の回転刃18による分繊により、開繊後の繊維束CFに、長さ56.6mmの分繊部分aと長さ0.5mmの未分繊部分bとを、繊維束CFの長手方向に交互に連続するように、かつ繊維束CFの幅方向に隣接する分繊処理列の未分繊部分を含まない分繊部分の端部間の距離cが28.1mmとなるように、繊維束CFの幅方向において3mm間隔で4列の分繊処理列を形成した。裁断機13Aによる裁断は、分繊された繊維束CFの長手方向において25.4mm間隔(L)で行った。裁断した繊維束CFは、第1シートS1上に塗工したペーストP上に散布した。繊維強化樹脂成形材料の炭素繊維含有率は58%であった。
 実施例1において、c/Lは1.11、c<a、b/Lは0.02、a/(a+b)は0.99であり、上述した式(1)から(4)のすべてを満たしている。
(実施例2)
 SMC製造装置1、繊維束CF、およびペーストPは、実施例1と同様のものを用いた。
 分繊部分aの長さを、実施例1の2倍の113.2mmとし、未分繊部分bの長さを0.8mmとした。また、繊維束CFの幅方向に隣接する分繊処理列の未分繊部分を含まない分繊部分の端部間の距離cを、実施例1の2倍の56.2mmとした。その他の点は、実施例1と同一の手順で行い、SMCを製造した。
 実施例2において、c/Lは2.21、c<a、b/Lは0.03、a/(a+b)は0.99であり、上述した式(1)から(4)のすべてを満たしている。
(実施例3)
 SMC製造装置1、繊維束CF、およびペーストPは、実施例1と同様のものを用いた。
 分繊部分aの長さを259.0mmとし、未分繊部分bの長さを1.0mmとした。また、繊維束CFの幅方向に隣接する分繊処理列の未分繊部分を含まない分繊部分の端部間の距離cを129.0mmとした。その他の点は、実施例1と同一の手順で行い、SMCの製造を行った。
 実施例3において、c/Lは5.08、c<a、b/Lは0.04、a/(a+b)は0.99であり、上述した式(1)から(4)のすべてを満たしている。
(実施例4)
 SMC製造装置1、繊維束CF、およびペーストPは、実施例1と同様のものを用いた。
 分繊部分aの長さを849mmとし、未分繊部分bの長さを5mmとした。また、繊維束CFの幅方向に隣接する分繊処理列の未分繊部分を含まない分繊部分の端部間の距離cを823mmとした。その他の点は、実施例1と同一の手順で行い、SMCを製造した。
 実施例4において、c/Lは32.4、c<a、b/Lは0.20、a/(a+b)は0.99であり、上述した式(1)から(4)のすべてを満たしている。
(比較例1)
 実施例1と同様のSMC製造装置1を用いたが、4枚の回転刃18は、複数の刃物18aの周方向における位置がすべて一致するように取り付けた。繊維束CF、およびペーストPは、実施例1と同様のものを用いた。
 分繊部分aの長さを、実施例1の半分の28.3mmとした。また、繊維束CFの幅方向に隣接する分繊処理列の未分繊部分を含まない分繊部分の端部間の距離cは、上述した回転刃18の取り付け態様の変更により28.3mmとなった。その他の点は、実施例1と同一の手順で行い、SMCを製造した。
 比較例1において、c/Lは1.11、c=a、b/Lは0.02、a/(a+b)は0.98であり、上述した式(1)から(4)のうち、(2)が満たされていない。
(比較例2)
 SMC製造装置1、繊維束CF、およびペーストPは、実施例1と同様のものを用いた。
 分繊部分aの長さを1584.8mmとし、未分繊部分bの長さを10mmとした。また、繊維束CFの幅方向に隣接する分繊処理列の未分繊部分を含まない分繊部分の端部間の距離cを1558.8mmとした。
 比較例2において、c/Lは61.3、c<a、b/Lは0.39、a/(a+b)は0.99であり、上述した式(1)から(4)のうち、(1)が満たされていない。
 各実施例および比較例について、以下の要領で評価を行った。
(裁断後の繊維束の分割性)
 裁断後の繊維束の分割性の指標として、裁断後の繊維束CFの繋がり数を用いた。
 第1シートS1上に樹脂を塗工せずに裁断した繊維束CFを散布し、ピンセットを用いて取り出し、ノギスを用いて0.1mm単位で繊維束の幅と長さを計測し、電子天秤を用いて0.1mg単位で重量を測定した。サンプリング数は500個とした。裁断後の繊維束のフィラメント数を以下の式により算出し、4000以上7000未満を2つ繋がり、7000以上10000本以下を3つ繋がり、10000以上13000本未満を4つ繋がり、13000以上15000本以下を5つ繋がりとしてカウントし、繊維束全体に占める比率を算出した。
 裁断後の繊維束のフィラメント数=繊維束の重量/繊維束の長さ×使用した炭素繊維のフィラメント数
(SMCを用いた成形物の機械特性)
 SMCを用いた成形物の機械特性として、引張強度を評価した。
 平板を加工可能な金型を用いて各例のSMCを金型に配置し、加圧型のプレス機により、10MPaで約130℃×5分間加圧して硬化させ、300×300mmの平板を得た。平板の0°方向(SMC製造装置1のX軸)と90°方向からそれぞれ250×25×2mmの試験片を6片(計12片)切出し、JIS K7073に準拠して引張強度を測定し、かつ引張強度のばらつきを算出した。
 各実施例および比較例の結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 実施例1において、分繊後の繊維束CFは、その一部がロール等に巻き付いてしまうことなく、安定して裁断部13に供給された。裁断された繊維束CFには、未分繊部分により2つ繋がったものが38%存在したが、3つ以上繋がるものは存在せず、製造されたペーストP上への繊維束CFの分散性に影響を与えるレベルではなかった。製造されたSMCの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束CF(繊維数:3000本)を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したSMCとほぼ同等の機械特性を示した。引張強度のばらつきも8%であり、部分的な著しい強度低下はなかった。
 実施例2においても、分繊後の繊維束CFは安定して裁断部13に供給された。裁断された繊維束CFには、未分繊部分により2つ繋がったものが10%存在したが、3つ以上繋がるものは存在せず、製造されたペーストP上への繊維束CFの分散性に影響を与えるレベルではなかった。製造されたSMCの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束CF(繊維数:3000本)を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したSMCとほぼ同等の機械特性を示した。引張強度のばらつきも5%であり、部分的な著しい強度低下はなかった。
 実施例3においては、分繊後の繊維束CFの一部のロール等への巻き付きが発生することがあり、SMCの製造を中断することがあったが、その頻度は低く、製造上の影響は少ななかった。
 また、裁断された繊維束CFには、未分繊部分により2つ繋がったものが3%存在したが、3つ以上繋がるものは存在せず、製造されたペーストP上への繊維束CFの分散性に影響を与えるレベルではなかった。製造されたSMCの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束CF(繊維数:3000本)を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したSMCとほぼ同等の機械特性を示した。引張強度のばらつきも4%であり、部分的な著しい強度低下はなかった。
 実施例4においては、分繊後の繊維束CFの一部のロール等への巻き付きが発生することがあり、SMCの製造を中断することがあったが、その頻度は低く、製造上の影響は少ななかった。
 また、裁断された繊維束CFには、未分繊部分により2つ繋がったものが1%存在したが、3つ以上繋がるものは存在せず、製造されたペーストP上への繊維束CFの分散性に影響を与えるレベルではなかった。製造されたSMCの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束CF(繊維数:3000本)を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したSMCとほぼ同等の機械特性を示した。引張強度のばらつきも5%であり、部分的な著しい強度低下はなかった。
 比較例1において、分繊後の繊維束CFは、その一部がロール等に巻き付いてしまうことなく、安定して裁断部13に供給されたものの、裁断された繊維束CFには、未分繊部分により5つ繋がったものが14%存在した。製造されたSMCの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束CF(繊維数:3000本)を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したSMCとほぼ同等の機械特性を示す部分と、機械特性が劣る部分とが存在した。引張強度のばらつきは16%と大きく、機械特性が均一な原反Rが作製できなかった。
 比較例2において、分繊後の繊維束CFは、その一部がロール等に巻き付いてしまいSMCを製造することができなかった。
 以上より、本実施形態の製造方法および製造装置により、ラージトウを分繊する工程を経ても、機械特性の良好な繊維強化樹脂成形材料を効率よく製造できることが示された。
 本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置によれば、製造される繊維強化樹脂成形材料の品質を維持しつつ、繊維束の蛇行や繊維束内に発生するフィラメントの斜行や蛇行による影響を回避しながら、分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給することができ、裁断後の繊維束も分散しやすい。
 1 SMC製造装置(製造装置)
 10 繊維束供給部
 11 第1シート供給部
 12 第1塗工部
 13 裁断部
 13A 裁断機
 14 第2シート供給部
 15 第2塗工部
 16 含浸部
 18 回転刃
 18a、38a 刃物
 18b、38b スペーサ部材
 20 第1搬送部
 28 第2搬送部
 31 貼合機構
 32 加圧機構
 38 鋸刃
 40 ガイド部材
 CF 繊維束
 P ペースト
 S1 第1シート
 S2 第2シート
 S3 貼合シート
 R 原反

Claims (16)

  1.  裁断された繊維束に樹脂が含浸された繊維強化樹脂材料の製造方法であって、
     前記繊維束を長手方向に沿って断続的に分繊し、前記長手方向に延びる分繊処理列を、前記繊維束の幅方向に並べて少なくとも2列形成する分繊ステップと、
     前記分繊ステップ後の前記繊維束を長手方向に間隔を空けて裁断する裁断ステップと、
     を備え、
     前記分繊ステップおよび前記裁断ステップが、下記(1)~(3)のすべてを満たすように行われる、
     繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
    (1)1≦c/L≦50
    (2)c<a
    (3)b/L<1
    (上記(1)~(3)において、cは、前記分繊処理列の一つを前記幅方向に隣接する他の分繊処理列に投影したときに重複する分繊部分の長さである。Lは前記裁断ステップにおける前記間隔である。aは前記分繊処理列における分繊部分の長さである。bは前記分繊処理列における未分繊部分の長さである。)
  2.  前記分繊ステップおよび前記裁断ステップが、下記(4)をさらに満たすように行われる、請求項1に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
    (4)0.9≦a/(a+b)<1
  3.  前記分繊処理列は、前記繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の刃物を、前記繊維束に間欠的に突き刺すことにより形成される、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  4.  前記複数の刃物は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の回転刃に、周方向に並べて配置されており、前記複数の回転刃が回転されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺される、請求項3に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  5.  前記複数の刃物は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ鋸刃に、前記繊維束の搬送方向に並べて配置されており、前記複数の鋸刃が前記繊維束に接近する方向と離間する方向に往復運動されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺される、請求項3に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  6.  前記分繊ステップは、前記繊維束を複数積み重ねた状態で行われる、請求項1から5のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  7.  前記樹脂が熱硬化性樹脂である、請求項1から6のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  8.  所定の方向に搬送される第1シートの上に前記樹脂を含むペーストを塗工するステップと、
     前記ペーストが塗工され前記第1シート上に裁断された前記繊維束を散布するステップと、
     前記繊維束が散布された前記第1シートに、前記ペーストが塗工された第2シートを重ね合わせた後、前記第1シートと前記第2シートとの間に挟み込まれた前記ペースト及び前記繊維束を加圧して、前記繊維束のフィラメント間に前記樹脂を含浸させるステップと、をさらに備える、
     請求項1から7のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  9.  前記分繊ステップの前に行われ、前記繊維束を前記幅方向に開繊する開繊ステップをさらに備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  10.  複数の刃物を有し、前記刃物を連続する繊維束に突き刺すことにより前記繊維束を複数の繊維束に分繊する分繊部と、
     前記分繊部で処理された前記繊維束を、前記繊維束の長手方向に間隔を空けて裁断する裁断部と、
     を備え、
     前記分繊部は、前記刃物を間欠的に前記繊維束に突き刺すことによって、前記長手方向に延びる分繊処理列を、前記繊維束の幅方向に並べて少なくとも2列形成可能に構成され、
     前記分繊部および前記裁断部が、下記(1)~(3)のすべてを満たすように処理を行うよう構成されている、
     繊維強化樹脂成形材料製造装置。
    (1)1≦c/L≦50
    (2)c<a
    (3)b/L<1
    (上記(1)~(3)において、cは、前記分繊処理列の一つを前記幅方向に隣接する他の分繊処理列に投影したときに重複する分繊部分の長さである。Lは前記裁断部における前記間隔である。aは前記分繊処理列における分繊部分の長さである。bは前記分繊処理列における未分繊部分の長さである。)
  11.  前記分繊部および前記裁断部が、下記(4)をさらに満たすように処理を行うよう構成されている、請求項10に記載の繊維強化樹脂材料製造装置。
    (4)0.9≦a/(a+b)<1
  12.  前記分繊部は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の回転刃を有し、前記複数の刃物は、前記複数の回転刃に、周方向に並べて配置されており、前記複数の回転刃が回転されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されている、
     請求項10または11に記載の繊維強化樹脂材料製造装置。
  13.  前記分繊部は、前記幅方向に所定の間隔で並ぶ複数の鋸刃を有し、前記複数の刃物は、前記複数の鋸刃に、前記繊維束の搬送方向と同一方向に並べて配置されており、前記複数の鋸刃が前記繊維束に接近する方向と離間する方向に往復運動されながら前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されている、
     請求項10または11に記載の繊維強化樹脂成形材料製造装置。
  14.  前記複数の回転刃間または前記複数の鋸刃間に配置されたスペーサ部材をさらに備え、
     前記分繊部は、前記スペーサ部材が前記繊維束に接するまで前記複数の刃物が前記繊維束に突き刺されるように構成されている、
     請求項12または13に記載の繊維強化樹脂成形材料製造装置。
  15.  前記繊維束の搬送方向の両側かつ前記繊維束を挟んで前記刃物と反対側に配置された一対のガイド部材をさらに備え、
     前記複数の刃物が突き刺された前記繊維束を前記ガイド部材が支持するように構成されている、
     請求項10から14のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料製造装置。
  16.  所定の方向に搬送される第1シートの上に樹脂を含むペーストを塗工する第1塗工部と、
     所定の方向に搬送される第2シートの上に前記ペーストを塗工する第2塗工部と、
     重ね合わされた前記第1シートと前記第2シートとの間の前記ペーストを加圧可能に構成された含浸部と、
     前記ペーストが塗工された前記第1シートを前記含浸部まで搬送する第1搬送部と、
     前記ペーストが塗工された前記第2シートを前記含浸部まで搬送する第2搬送部と、
     をさらに備え、
     前記裁断部は、裁断された前記繊維束が前記第1シート上の前記ペーストに散布されるように配置され、
     前記第1搬送部および前記第2搬送部は、前記第1シートに前記繊維束が散布された後に前記第1シートと前記第2シートとが重ね合わされるように配置されている、
     請求項10から15のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料製造装置。
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