(57)【要約】      （修正有）【課題】走行速度が速い場合でも発生した毛羽が詰まることなく連続走行が可能で、かつ強化繊維シートに塗液を効率よく含浸させることが可能な、塗液含浸強化繊維シートの製造方法および塗工装置を提供すること。【解決手段】塗液２が貯留された塗布部２０の内部に、強化繊維シート１ａを、鉛直方向下向きに通過させて塗液２を強化繊維シート１ａに付与する塗液含浸強化繊維シート１ｂの製造方法であって、塗布部２０は互いに連通された液溜り部と狭窄部、循環流整流板を備え、液溜り部は強化繊維シート１ａの走行方向に沿って断面積が連続的に減少する部分を有し、狭窄部はスリット状の断面を有し、かつ液溜り部の上面よりも小さい断面積を有し、前記循環流整流板は強化繊維シートの垂線方向Ｚにおいて、前記狭窄部の出口の隙間を形成する壁面部材端部位置を０、液溜まり壁面位置Ｍとしたときに、循環流整流板の最下点が０．５Ｍ以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗液が貯留された塗布部の内部に、強化繊維シートを実質的に鉛直方向下向きに通過させて塗液を強化繊維シートに付与する塗液含浸強化繊維シートの製造方法であって、前記塗布部は互いに連通された液溜り部と狭窄部、および循環流整流板を備え、前記液溜り部は強化繊維シートの走行方向に沿って断面積が連続的に減少する部分を有し、前記狭窄部はスリット状の断面を有し、かつ液溜り部上面よりも小さい断面積を有し、前記循環流整流板は強化繊維シートの垂線方向において、前記狭窄部の出口の隙間を形成する壁面部材端部位置を０、液溜まり壁面位置Ｍとしたときに、循環流整流板の最下点が０．５Ｍ以下であることを満たす、塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項２】
循環流整流板が開口部を有する請求項１に記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項３】
強化繊維シートの走行方向において、狭窄部上端位置を０、液溜まり壁面上端位置をＫとしたときに、循環流整流板の最下点が０．１Ｋ以上０．８Ｋ以下である請求項１または２に記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項４】
循環流整流板と強化繊維シートとの成す角が４５°以下である、請求項１〜３の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項５】
強化繊維シートの幅方向における液溜り部の下部の幅Ｌと、狭窄部の直下における強化繊維シートの幅Ｗが、
Ｌ≦Ｗ＋１０（ｍｍ）
を満たす、請求項１〜４の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項６】
液溜り部内に強化繊維シートの幅を規制するための幅規制機構を備え、狭窄部の直下における強化繊維シートの幅（Ｗ）と該幅規制機構下端において幅規制機構により規制される幅（Ｌ２）との関係が、Ｌ２≦Ｗ＋１０（ｍｍ）を満たす、請求項１〜５の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項７】
前記幅規制機構が前記液溜り部および狭窄部の全域にわたって具備されている請求項６に記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項８】
塗液が熱硬化性樹脂を含む請求項１〜７の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項９】
塗液がポリマー粒子を含み、かつ、塗布部内における該塗液の温度を前記ポリマー粒子を構成する樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）または融点（Ｔｍ）よりも２０℃以上低い状態として塗液を強化繊維シートに付与する請求項１〜８の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項１０】
強化繊維シートを加熱した後、液溜り部に導く請求項１〜９の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項１１】
強化繊維シートを平滑化処理した後、液溜り部に導く請求項１〜１０の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項１２】
強化繊維シートを拡幅処理した後、液溜り部に導く請求項１〜１１の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかに記載の塗液含浸強化繊維シートの製造方法により塗液含浸強化繊維シートを得て、得られた塗液含浸強化繊維シートの少なくとも片面に離型シートを付与してシート状一体物とした後、シート状一体物を引き取るシート状一体物の製造方法。
【請求項１４】
シート状一体物を形成した後に追含浸を行う請求項１３に記載のシート状一体物の製造方法。
【請求項１５】
強化繊維シートに塗液を付与する塗工装置であって、強化繊維シートを実質的に鉛直方向下向きに走行させる走行機構と、塗布機構を有し、前記塗布機構はその内部に塗液を貯留可能であり、さらに互いに連通された液溜り部と狭窄部、および循環流整流板を備えており、前記液溜り部は、強化繊維シートの走行方向に沿って断面積が連続的に減少する部分を有し、前記狭窄部は、スリット状の断面を有し、かつ液溜り部上面よりも小さい断面積を有し、前記循環流整流板は、強化繊維シートの垂線方向において、前記狭窄部の出口の隙間を形成する壁面部材端部位置を０、液溜まり壁面位置Ｍとしたときに、循環流整流板の最下点が０．５Ｍ以下であることを満たす、塗工装置。
【請求項１６】
強化繊維を配列し強化繊維シートを形成する機構と強化繊維シートを加熱する機構と請求項１５に記載の塗工装置と離型シートの供給装置とニップロールおよび／またはＳ字ロールとワインダーとを備えたシート状一体物の製造装置。
【請求項１７】
請求項１〜１３の何れかに記載の製造方法および／または請求項１４もしくは１５に記載の製造装置により製造されたプリプレグ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のプリプレグをスリットしてなるプリプレグテープ。
【請求項１９】
請求項１８に記載のプリプレグおよび／または請求項１７記載のプリプレグテープを成形してなる繊維強化複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗液含浸強化繊維シートおよびシート状一体物の製造方法、塗工装置に関し、特に、強化繊維シートに塗液を均一に含浸する方法、および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を含むマトリックス樹脂を強化繊維で補強した繊維強化複合材料（ＦＲＰ）は、航空・宇宙用材料、自動車材料、産業用材料、圧力容器、建築材料、筐体、医療用途、スポーツ用途など様々な分野で用いられている。特に高い力学特性と軽量性が必要な場合には、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）が幅広く好適に用いられている。一方、力学特性や軽量性よりもコストが優先される場合にはガラス繊維強化複合材料（ＧＦＲＰ）が用いられる場合がある。ＦＲＰは強化繊維束にマトリックス樹脂を含浸し中間基材を得、これを積層、成形し、さらに熱硬化樹脂を用いた場合には熱硬化させて、ＦＲＰからなる部材を製造している。前記用途では平面状物やそれを折り曲げた形態のものが多く、ＦＲＰの中間基材としても１次元のストランドやロービング状物よりも、２次元のシート状物の方が部材を作製する際の積層効率や成形性の観点から幅広く使用されている。
【０００３】
また、最近、ＦＲＰからなる部材の生産効率を向上させるため、シート状中間基材の積層の機械化・自動化が推進されており、ここでは細幅テープ状中間基材が好適に使用されている。細幅テープ状中間基材は広幅シート状中間基材を所望の幅でスライスしたり、細幅の強化繊維シートに直接マトリックス樹脂を含浸させたりして得ることができる。
【０００４】
２次元のシート状中間基材としては、強化繊維シートにマトリックス樹脂を含浸させたプリプレグが幅広く使用されている。プリプレグに用いる強化繊維シートとしては、強化繊維を一方向に配列させシート状としたＵＤ基材や多方向に配列させた織物である強化繊維ファブリックがある。特に力学特性が優先される場合にはＵＤ基材が使用される場合が多い。
【０００５】
プリプレグの製造方法の一つであるホットメルト法は、マトリックス樹脂を溶融した後、離型紙上にコーティングし、これを強化繊維シートの上面、下面でサンドイッチした積層構造を作製後、熱と圧力でマトリックス樹脂を強化繊維シート内部に含浸するものである。本方法は工程数が多く、また生産速度も上げられず、高コストとなる問題があった。
【０００６】
含浸の効率化としては、例えば特許文献１のような提案があった。これはガラス繊維を溶融紡糸し、それを集束してストランドやロービング状としたものを熱可塑性樹脂を満たした円錐状の流路を有する液溜り部に通過させる方法であった。
【０００７】
他方、シート状物の両面に同時に塗膜形成する方法が特許文献２に記載されているが、これは塗膜形成時のシート状物の揺らぎを防止するため、ウエブガイドにシート状物を通し、その後、パイプ型ドクターで塗工するものである。
【０００８】
熱可塑性樹脂を用いた帯状プリプレグの製造方法として、帯状強化繊維束を水平方向（横方向）に搬送し、ダイに通過させ、帯状強化繊維束に熱可塑性樹脂を付与・含浸する横型引き抜き方式（特許文献３、特許文献４など）が知られている。特許文献３には、テープ状強化繊維をクロスヘッド（特許文献３の図２）に通し、クロスヘッド内の直線状のダイ部直前で樹脂がテープ状強化繊維束に付与される。特許文献４には、複数の帯状強化繊維束を別々に溶融熱可塑樹脂が満たされたダイ内へ導入し、固定ガイド（例えばスクイーズバー）により、開繊、含浸、積層し、最終的に１枚のシート状プリプレグとしてダイから引き抜くことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００１／０２８９５１号パンフレット
【特許文献２】特許第３２５２２７８号
【特許文献３】特開平６−３１８２１号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ２０１２／００２４１７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の方法ではストランドやロービング状物しか製造できず、本発明の対象とするシート状プリプレグの製造には適用できない。また、特許文献１では含浸効率を向上させるため、ストランドやロービング状強化繊維束側面に熱可塑性樹脂の流体を当て円錐状流路内で乱流を積極的に発生させている。これは強化繊維束の配列を一部乱してマトリックス樹脂を流入させることを意図していると考えられるが、この思想を強化繊維シートに適用すると、強化繊維の配列が乱れ、プリプレグの品位が低下するばかりか、ＦＲＰの力学特性が低下してしまうと考えられる。
【００１１】
また、特許文献２におけるシート状物は、フィルム、布、紙、箔、パンチングプレート、網状シート材などであり、本発明の対象である強化繊維シートは意図されていない。仮に、炭素繊維からなる強化繊維シートに特許文献２の技術を適用した場合には、ウエブガイドでの擦過により毛羽が発生し、強化繊維シートが走行困難になると考えられる。また、特許文献２の技術は樹脂の塗工であり、含浸は意図されていない。
【００１２】
特許文献３の技術では、クロスヘッド内のダイ部の前部は樹脂が無い状態でテープ状強化繊維がスリット状のガイダーチップを通過するため、毛羽が詰まり易く、また毛羽を除去する機能も無いため、長時間連続走行させることは困難と考えられる。特に毛羽が発生し易い炭素繊維ではこの傾向が顕著になると考えられる。
【００１３】
また、特許文献４の方法では連続生産時に液溜り部に毛羽が滞留し易く、引き抜き部で毛羽が詰まり易い。特に、帯状強化繊維束を高速で連続走行させると、毛羽が詰まる頻度が非常に高まるため、非常に遅い速度でしか生産ができず、生産性が上がらない問題点があった。また、横型引き抜き方式の場合、ダイ部は液漏れ防止のため密閉する必要があり、連続生産中に毛羽を回収することも十分ではない。さらに、横型引き抜き方式においては、強化繊維シートの内部に塗液が含浸する際、帯状強化繊維束の内部に残留していた気泡は、浮力により強化繊維束の配向方向と直交する方向（帯状強化繊維束の厚み方向）に排出されるため、含浸してくる塗液を押しのけるようにして気泡の排出が進む。そのため、気泡の移動が液によって阻害される上に、塗液の含浸も気泡によって阻害されるため、含浸効率が悪いという問題点があった。なお、特許文献４では気泡をベントから排気することも提案されているが、ダイ出口付近のみであり、その効果は限定的と考えられる。
【００１４】
このように、強化繊維シートへの効率的な塗液付与方法、特に強化繊維シートを用いたシート状プリプレグの効率的な製造方法は未だ確立されていなかった。
【００１５】
本発明の課題は、塗液含浸強化繊維シートの製造方法に関して、毛羽発生を抑制し、かつ毛羽が詰まることなく連続生産が可能であり、さらに強化繊維シートに塗液を効率よく含浸させ、生産速度の高速化が可能であり、さらに得られた塗液含浸強化繊維シートの割れなどの抑制により外観の優れる、塗液含浸強化繊維シートの製造方法および塗工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の課題を解決する本発明の塗液含浸強化繊維シートの製造方法は、塗液が貯留された塗布部の内部に、強化繊維シートを実質的に鉛直方向下向きに通過させて塗液を強化繊維シートに付与する塗液含浸強化繊維シートの製造方法であって、前記塗布部は互いに連通された液溜り部と狭窄部、および循環流整流板を備え、前記液溜り部は強化繊維シートの走行方向に沿って断面積が連続的に減少する部分を有し、前記狭窄部はスリット状の断面を有し、かつ液溜り部上面よりも小さい断面積を有し、前記循環流整流板は、強化繊維シートの垂線方向において、前記狭窄部の出口の隙間を形成する壁面部材端部位置を０、液溜まり壁面位置Ｍとしたときに、循環流整流板の最下点が０．５Ｍ以下であることを満たす、塗液含浸強化繊維シートの製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の塗液含浸強化繊維シートの製造方法によれば、毛羽による詰まりを大幅に抑制、防止できる。さらに、強化繊維シートを連続かつ高速で走行させることが可能となり、塗液を付与した強化繊維シートの生産性が向上する。
【００１８】
さらに得られた塗液含浸強化繊維シートの割れなどの抑制により外観の優れる、強化繊維シートを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る塗液含浸強化繊維シートの製造方法および塗工装置を示す概略横断面図である。
【図２】図１における塗布部２０の部分を拡大した詳細横断面図である。
【図３】循環流整流板５０の設置位置説明図である。
【図４】開口部５４を有する循環流整流板５０の図である。
【図５】図３とは別の循環流整流板５０の設置位置説明図である。
【図６ａ】図３とは別の循環流整流板５０の設置位置説明図である。
【図６ｂ】図３とは別の循環流整流板５０の設置位置説明図である。
【図７】図２における塗布部２０を、図２のＡの方向から見た下面図である。
【図８ａ】図２における塗布部２０を、図２のＢの方向から見た場合の塗布部内部の構造を説明する断面図である。
【図８ｂ】図８ａにおける隙間２６での塗液２の流れを表す断面図である。
【図９】幅規制機構の設置例を示す図である。
【図１０】図２とは別の実施形態の塗布部２０ｂの詳細横断面図である。
【図１１】図１０とは別の実施形態の塗布部２０ｃの詳細横断面図である。
【図１２】図１０とは別の実施形態の塗布部２０ｄの詳細横断面図である。
【図１３】図１０とは別の実施形態の塗布部２０ｅの詳細横断面図である。
【図１４】本発明とは異なる実施形態の塗布部３０の詳細横断面図である。
【図１５】本発明の実施形態の一例である液溜まり部内にバーを具備した態様を示す図である。
【図１６】本発明を用いたプリプレグ製造工程・装置の例を示す概略図である。
【図１７】本発明を用いた別のプリプレグ製造工程・装置の例の概略図である。
【図１８】本発明を用いた別のプリプレグ製造工程・装置の例の概略図である。
【図１９】本発明を用いた別のプリプレグ製造工程・装置の例の概略図である。
【図２０】本発明を用いた別のプリプレグ製造工程・装置の例の概略図である。
【図２１】本発明を用いた別のプリプレグ製造工程・装置の例の概略図である。
【図２２】本発明を用いた別のプリプレグ製造工程・装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の望ましい実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は発明の実施形態を例示するものであり、本発明はこれに限定して解釈されるものではなく、本発明の目的・効果を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２１】
＜塗液含浸強化繊維シートの製造方法および塗工装置の概略＞
まず強化繊維シートとしてＵＤ基材を用いた場合について、図１により本発明の塗液含浸強化繊維シートの製造方法の概略を述べる。図１は本発明の一実施形態に係る塗液含浸強化繊維シートの製造方法および装置を示す概略断面図である。塗工装置１００には、強化繊維シート１ａを実質的に鉛直方向下向きＺに走行させる走行機構である搬送ロール１３と、搬送ロール１４の間に設けられ、塗布機構である塗液２が溜められた塗布部２０が具備されている。また、塗工装置１００の前後には、強化繊維１を巻き出す複数のクリール１１と、巻き出された強化繊維１を一方向に配列しＵＤ基材とした強化繊維シート１ａ（図１では紙面奥行き方向に配列）を得る配列装置１２と塗液含浸強化繊維シート１ｂの巻取り装置１５を備えることができ、また、図示していないが塗工装置１００には塗液の供給装置が具備されている。さらに、必要に応じ、離型シート３を供給する離型シート供給装置１６を備えることもできる。なお、強化繊維シートを強化繊維ファブリックとした場合も図１で強化繊維シート１ａを形成した後は同じプロセスを採用することができる。強化繊維ファブリックを用いる場合は、クリール部分を強化繊維ファブリック巻き出し装置とすればよい。
【００２２】
＜強化繊維シート＞
ここで、強化繊維１としては、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、金属酸化物繊維、金属窒化物繊維、有機繊維（アラミド繊維、ポリベンゾオキサゾール繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエチレン繊維など）などを例示することができるが、炭素繊維を用いることが、ＦＲＰの力学特性、軽量性の観点から好ましい。また、強化繊維は配列させてシート状物を形成させた強化繊維シートとしてプリプレグ製造プロセスに供することができる。この時、強化繊維シートとしては、複数本の強化繊維を一方向に面上で配列させた一方向材（ＵＤ基材）や、強化繊維を多軸で配列させる、またはランダム配置してシート化した強化繊維ファブリックが挙げられる。具体的には、織物や編物などの他、強化繊維を２次元で多軸配置したものや、不織布やマット、紙など強化繊維をランダム配向させたものを挙げることができる。この場合、強化繊維はバインダー付与、交絡、溶着、融着などの方法を利用してシート化することもできる。織物としては、平織、ツイル、サテンの基本織組織の他、ノンクリンプ織物やバイアス構造、絡み織、多軸織物、多重織物などを用いることができる。バイアス構造とＵＤ基材を組み合わせた織物は、ＵＤ構造により塗布・含浸工程での引っ張りでの織物の変形を抑制するだけでなく、バイアス構造による擬似等方性も併せ持っており、好ましい形態である。また、多重織物では織物上面／下面、また織物内部の構造・特性をそれぞれ設計できる利点がある。編物では塗布・含浸工程での形状安定性を考慮すると経編が好ましいが、筒状編み物であるブレードを用いることもできる。
【００２３】
これらの中で、ＦＲＰの力学特性を優先させる場合には、ＵＤ基材を用いることが好ましく、ＵＤ基材は、強化繊維を一方向にシート状に配列させる既知の方法により作製することができる。
【００２４】
強化繊維シートとしてＵＤ基材を用いる場合には、これを形成する方法は公知の方法を用いることができ、特に制限は無いが、単繊維をあらかじめ配列させた強化繊維束を形成し、この強化繊維束を更に配列させてＵＤ基材を形成させることが、工程効率化、配列均一化の観点から好ましい。例えば炭素繊維では、前記したようにテープ状の強化繊維束である「トウ」がボビンに巻かれているが、ここから引き出されたテープ状の強化繊維束を配列させて強化繊維シートを得ることができる。また、クリールにかけられたボビンから引き出された強化繊維束を整然と並べ、シート状強化繊維束中で強化繊維束の望ましくない重なりや折りたたみ、強化繊維束間の隙間を無くするための強化繊維配列機構を有することが好ましい。強化繊維配列機構としては公知のローラーやくし型配列装置などを用いることができる。また、予め配列したシート状強化繊維束を複数枚重ねることも強化繊維間の隙間を減じる観点から有用である。なお、クリールには強化繊維を引き出す際に張力制御機構が付与されていることが好ましい。張力制御機構としては、公知のものを使用可能であるが、ブレーキ機構などが挙げられる。また、糸道ガイドの調整などによっても張力を制御することができる。
【００２５】
＜強化繊維シートの平滑化＞
本発明においては、強化繊維シートの表面平滑性を高くすることで、塗布部での塗布量の均一性を向上させることができる。このため、強化繊維シートを平滑化処理した後、液溜り部に導くことが好ましい。平滑化処理法は特に制限は無いが、対向ロールなどで物理的に押しつける方法や空気流を用いて強化繊維を動かす方法などを例示できる。物理的に押しつける方法は簡便かつ、強化繊維の配列を乱しにくいため好ましい。より具体的にはカレンダー加工などを用いることができる。空気流を用いる方法は擦過が起こりにくいだけでなく、強化繊維シートを拡幅する効果もあり好ましい。
【００２６】
＜強化繊維シートの拡幅＞
また、本発明において、強化繊維シートを拡幅処理した後、液溜り部に導くことも、薄いプリプレグを効率的に製造できる観点から好ましい。拡幅処理方法は特に制限は無いが、機械的に振動を付与する方法、空気流により強化繊維束を拡げる方法などを例示できる。機械的に振動を付与する方法としては、例えば特開２０１５−２２７９９号公報記載のように、振動するロールに強化繊維シートを接触させる方法がある。振動方向としては、強化繊維シートの進行方向をＸ軸とすると、Ｙ軸方向（水平方向）、Ｚ軸方向（垂直方向）の振動を与えることが好ましく、水平方向振動ロールと垂直方向振動ロールを組み合わせて用いることも好ましい。また振動ロール表面は複数の突起を設けておくと、ロールでの強化繊維の擦過を抑制でき、好ましい。空気流を用いる方法としては、例えば、ＳＥＮ−Ｉ  ＧＡＫＫＡＩＳＨＩ，ｖｏｌ．６４，Ｐ−２６２−２６７（２００８）．記載の方法を用いることができる。
【００２７】
＜強化繊維シートの予熱＞
また、本発明において、強化繊維シートを加熱した後、液溜り部に導くと、塗液の温度低下を抑制し、塗液の粘度均一性を向上させられるため好ましい。強化繊維シートは塗液温度近傍まで加熱されることが好ましいが、このための加熱手段としては、空気加熱、赤外線加熱、遠赤外線加熱、レーザー加熱、接触加熱、熱媒加熱（スチームなど）など多様な手段を用いることができる。中でも赤外線加熱は装置が簡便であり、また強化繊維シートを直接加熱できるため、走行速度が速くても所望の温度まで効率よく加熱が可能であり、好ましい。
【００２８】
＜塗液＞
本発明で用いる塗液は、付与する目的に応じ適宜選択することができるが、例えばシート状プリプレグの製造に適用する場合には、マトリックス樹脂の塗液を使用することができる。本発明により得られるマトリックス樹脂が塗工された塗液含浸強化繊維シートは、強化繊維シートにマトリックス樹脂が含浸した状態となり、そのままシート状プリプレグとして積層、成形してＦＲＰからなる部材を得ることができる。含浸度は、塗布部の設計や、塗布以降の追含浸により制御することができる。マトリックス樹脂としては、用途に応じ適宜選択可能であるが、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることが一般的である。マトリックス樹脂は、加熱し溶融させた溶融樹脂でも室温で塗液のものでも良い。また、溶媒を用いて溶液やワニス化したものでも良い。
【００２９】
マトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などＦＲＰに一般的に使用されるものを用いることができる。また、これらは室温で液体であればそのまま用いても良いし、室温で固体や粘稠液体であれば、加温して低粘度化する、あるいは溶融し融液として用いても良いし、溶媒に溶解し溶液やワニス化して用いても良い。
【００３０】
熱可塑性樹脂としては、主鎖に、炭素・炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、尿素結合、チオエーテル結合、スルホン結合、イミダゾール結合、カルボニル結合から選ばれる結合を有するポリマーを用いることができる。具体的には、ポリアクリレート、ポリオレフィン、ポリアミド（ＰＡ）、アラミド、ポリエステル、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）などを例示できる。航空機用途などの耐熱性が要求される分野では、ＰＰＳ、ＰＥＳ、ＰＩ、ＰＥＩ、ＰＳＵ、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＡＫなどが好適である。一方、産業用途や自動車用途などでは、成形効率を上げるため、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィンやＰＡ、ポリエステル、ＰＰＳなどが好適である。これらはポリマーでも良いし、低粘度、低温塗布のため、オリゴマーやモノマーを用いても良い。もちろん、これらは目的に応じ、共重合されていても良いし、各種を混合しポリマーブレンド・アロイとして用いることもできる。
【００３１】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アセチレン末端を有する樹脂、ビニル末端を有する樹脂、アリル末端を有する樹脂、ナジック酸末端を有する樹脂、シアン酸エステル末端を有する樹脂があげられる。これらは、一般に硬化剤や硬化触媒と組合せて用いることができる。また、適宜、これらの熱硬化性樹脂を混合して用いることも可能である。
【００３２】
本発明に適した熱硬化性樹脂として、耐熱性、耐薬品性、力学特性に優れていることからエポキシ樹脂が好適に用いられる。特に、アミン類、フェノール類、炭素・炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂が好ましい。具体的には、アミン類を前駆体とするエポキシ樹脂として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−ｐ−アミノフェノール、トリグリシジル−ｍ−アミノフェノール、トリグリシジルアミノクレゾールの各種異性体、フェノール類を前駆体とするエポキシ樹脂として、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、炭素・炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂としては脂環式エポキシ樹脂等があげられるが、これに限定されない。またこれらのエポキシ樹脂をブロモ化したブロモ化エポキシ樹脂も用いられる。テトラグリシジルジアミノジフェニルメタンに代表される芳香族アミンを前駆体とするエポキシ樹脂は耐熱性が良好で強化繊維との接着性が良好なため本発明に最も適している。
【００３３】
熱硬化性樹脂は硬化剤と組合せて、好ましく用いられる。例えばエポキシ樹脂の場合には、硬化剤はエポキシ基と反応しうる活性基を有する化合物であればこれを用いることができる。好ましくは、アミノ基、酸無水物基、アジド基を有する化合物が適している。具体的には、ジシアンジアミド、ジアミノジフェニルスルホンの各種異性体、アミノ安息香酸エステル類が適している。具体的に説明すると、ジシアンジアミドはプリプレグの保存性に優れるため好んで用いられる。またジアミノジフェニルスルホンの各種異性体は、耐熱性の良好な硬化物を与えるため本発明には最も適している。アミノ安息香酸エステル類としては、トリメチレングリコールジ−ｐ−アミノベンゾエートやネオペンチルグリコールジ−ｐ−アミノベンゾエートが好んで用いられ、ジアミノジフェニルスルホンに比較して、耐熱性に劣るものの、引張強度に優れるため、用途に応じて選択して用いられる。また、もちろん必要に応じ硬化触媒を用いることも可能である。また、塗液のポットライフを向上させる意味から、硬化剤や硬化触媒と錯体形成可能な錯化剤を併用することも可能である。
【００３４】
また本発明では、熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を混合して用いることも好適である。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合物は、熱硬化性樹脂を単独で用いた場合より良好な結果を与える。これは、熱硬化性樹脂が、一般に脆い欠点を有しながらオートクレーブによる低圧成型が可能であるのに対して、熱可塑性樹脂が、一般に強靭である利点を有しながらオートクレーブによる低圧成型が困難であるという二律背反した特性を示すため、これらを混合して用いることで物性と成形性のバランスをとることができるためである。混合して用いる場合は、プリプレグを硬化させてなるＦＲＰの力学特性の観点から熱硬化性樹脂を５０質量％より多く含むことが好ましい。
【００３５】
＜ポリマー粒子＞
また、本発明では、ポリマー粒子を含んだ塗液を用いると、得られるＣＦＲＰの靱性や耐衝撃性を向上させることができ、好ましい。この時、ポリマー粒子のガラス転移温度（Ｔｇ）または融点（Ｔｍ）は塗液温度よりも２０℃以上高くすると、塗液中でポリマー粒子の形態を保持し易く、好ましい。ポリマー粒子のＴｇは温度変調ＤＳＣを用い、以下の条件で測定することができる。温度変調ＤＳＣ装置としては、ＴＡ  Ｉｎｓｔｒｍｅｎｔｓ社製  Ｑ１０００などが好適であり、窒素雰囲気下、高純度インジウムで校正して用いることができる。測定条件は、昇温速度は２℃／分、温度変調条件は周期６０秒、振幅１℃とすることができる。これで得られた全熱流から可逆成分を分離し、階段状シグナルの中点の温度をＴｇとすることができる。
【００３６】
また、Ｔｍは通常のＤＳＣで昇温速度１０℃／分で測定し、融解に相当するピーク状シグナルのピークトップ温度をＴｍとすることができる。
【００３７】
また、ポリマー粒子としては、塗液に溶けないことが好ましく、このようなポリマー粒子としては、例えば、ＷＯ２００９／１４２２３１パンフレット記載などを参照し、適切なものを用いることができる。より、具体的には、ポリアミドやポリイミドを好ましく用いることができ、優れた靭性のため耐衝撃性を大きく向上できる、ポリアミドは最も好ましい。ポリアミドとしてはナイロン１２、ナイロン１１、ナイロン６、ナイロン６６やナイロン６／１２共重合体、特開平０１−１０４６２４号公報の実施例１記載のエポキシ化合物にてセミＩＰＮ（高分子相互侵入網目構造）化されたナイロン（セミＩＰＮナイロン）などを好適に用いることができる。この熱可塑性樹脂粒子の形状としては、球状粒子でも非球状粒子でも、また多孔質粒子でもよいが、球状の方が樹脂の流動特性を低下させないため、本発明の製造法では特に好ましい。また、球状であれば応力集中の起点がなく、高い耐衝撃性を与えるという点でも好ましい態様である。
【００３８】
ポリアミド粒子の市販品としては、ＳＰ−５００、ＳＰ−１０、ＴＲ−１、ＴＲ−２、８４２Ｐ−４８、８４２Ｐ−８０（以上、東レ（株）製）、“オルガソール（登録商標）”１００２Ｄ、２００１ＵＤ、２００１ＥＸＤ、２００２Ｄ、３２０２Ｄ、３５０１Ｄ，３５０２Ｄ、（以上、アルケマ（株）製）、“グリルアミド（登録商標）”ＴＲ９０（エムザベルケ（株）社製）、“ＴＲＯＧＡＭＩＤ（登録商標）”ＣＸ７３２３、ＣＸ９７０１、ＣＸ９７０４、（デグサ（株）社製）等を使用することができる。これらのポリアミド粒子は、単独で使用しても複数を併用してもよい。
【００３９】
また、ＣＦＲＰの層間樹脂層を高靭性化するためには、ポリマー粒子を層間樹脂層に留めておくことが好ましい。そのため、ポリマー粒子の数平均粒径は５〜５０μｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは７〜４０μｍの範囲、さらに好ましくは１０〜３０μｍの範囲である。数平均粒径を５μｍ以上とすることで、粒子が強化繊維の束の中に侵入せず、得られる繊維強化複合材料の層間樹脂層に留まることができる。数平均粒径を５０μｍ以下とすることで、プリプレグ表面のマトリックス樹脂層の厚みを適正化し、ひいては得られるＣＦＲＰにおいて、繊維質量含有率を適正化することができる。
【００４０】
＜塗液粘度＞
本発明で用いる塗液としては、工程通過性・安定性の観点から最適な粘度を選択することが好ましい。具体的には、粘度を１〜６０Ｐａ・ｓの範囲とすると、狭窄部出口での液垂れを抑制するとともに強化繊維シートの高速走行性、安定走行性を向上させることができ、好ましい。ここで、粘度は歪み速度３．１４ｓ−１で液溜り部での塗液温度で測定したものを言う。測定装置としては平行円盤型やコーン型などの粘弾性測定装置を用いることができる。塗液の粘度はより好ましくは１０〜３０Ｐａ・ｓである。
【００４１】
＜塗布工程＞
強化繊維シートとしてＵＤ基材を用いた場合について図１を参照して説明すると、塗工装置１００における塗液２を強化繊維シート１ａに付与する方法は、クリール１１から巻き出された複数本の強化繊維１を、配列装置１２によって一方向（紙面奥行き方向）に配列してＵＤ基材とした強化繊維シート１ａを得た後、強化繊維シート１ａを塗布部２０に実質的に鉛直方向下向きＺに通過させて、強化繊維シート１ａの両面に塗液２を付与するものである。これにより、塗液含浸強化繊維シート１ｂを得ることができる。なお、強化繊維シートを強化繊維ファブリックとした場合も図１で強化繊維シート１ａを形成した後は同じプロセスを採用することができる。強化繊維ファブリックを用いる場合は、クリール部分を強化繊維ファブリック巻き出し装置とすればよい。
【００４２】
さらに、必要に応じ、塗液含浸強化繊維シート１ｂの少なくとも片面に離型シート３を付与し、巻取り装置１５で塗液含浸強化繊維シート１ｂと離型シート３を同時に巻き取ってもよい。特に、塗液含浸強化繊維シート１ｂに付与された塗液２が搬送ロール１４に至っても、塗液２の一部または全部が塗液含浸強化繊維シート１ｂ表面に存在し、かつ流動性や粘着性が高い場合には、離型シート３により、塗液含浸強化繊維シート１ｂ表面の塗液２の一部が搬送ロール１４に転写されるのを防ぐことができる。さらに、塗液含浸強化繊維シート１ｂ同士の接着も防ぐことができ、後工程での取り扱いが容易になる。離型シートとしては、前記効果を奏するものであれば特に制限は無いが、例えば、離型紙の他、有機ポリマーフィルム表面に離型剤を塗布したもの等を挙げることができる。
【００４３】
次に図２〜８により、強化繊維シート１ａへの塗液２の付与工程について詳述する。図２は、図１における塗布部２０を拡大した詳細横断面図である。塗布部２０は、所定の隙間Ｄを開けて対向する壁面部材２１ａ、２１ｂを備え、壁面部材２１ａ、２１ｂの間には、鉛直方向下向きＺ（すなわち強化繊維シートの走行方向）に断面積が連続的に減少する液溜り部２２と、液溜り部２２の下方（強化繊維シート１ａの搬出側）に位置し、液溜り部２２の上面（強化繊維シート１ａの導入側）の断面積よりも小さい断面積を有するスリット状の狭窄部２３が形成されており、塗液２の沈み込み部６４に循環流整流板５０が具備されている。沈み込み部について説明すると、強化繊維シート１ａが走行していると、塗液上面は強化繊維シートとの接触部分において、強化繊維シート走行方向に引っ張られる。結果、塗液の塗液上面における強化繊維シート接触部分において、強化繊維シート走行方向である鉛直方向下向きＺに沈み込み、沈み込み部分とはその位置を示す。なお、図２において、強化繊維シート１ａは、紙面の奥行き方向に配列されている。
【００４４】
塗布部２０において、液溜り部２２に導入された強化繊維シート１ａは、その周囲の塗液２を随伴しながら、鉛直方向下向きＺに走行する。その際、液溜り部２２の断面積は鉛直方向下向きＺ（強化繊維シート１ａの走行方向）に向かって減少するため、随伴する塗液２は徐々に圧縮され、液溜り部２２の下部に向かうにつれて塗液２の圧力が増大する。液溜り部２２の下部の圧力が高くなると、前記随伴液流がそれ以上は下部に流動し難くなり、壁面部材２１ａ、２１ｂ方向に流れ、その後、壁面部材２１ａ、２１ｂに阻まれ、上方へ流れるようになる。結果、液溜り部２２内では強化繊維シート１ａの平面と、壁面部材２１ａ、２１ｂ壁面に沿った循環流Ｔを形成する。これにより、仮にシート状強化繊維１ａが毛羽を液溜り部２２に持ち込んだとしても毛羽は循環流Ｔに沿って運動し、液圧の大きな液溜り部２２下部や狭窄部２３に近づくことができない。さらに下で述べるとおり、気泡が毛羽に付着することにより毛羽が循環流Ｔから上方に移動し、液溜り部２２の上部液面付近を通過する。そのため、毛羽が液溜り部２２の下部および狭窄部２３に詰まることが防止されるだけでなく、滞留する毛羽は液溜り部２２の上部液面から容易に回収することも可能となる。さらに、強化繊維シート１ａを高速で走行させた場合、前記の液圧はさらに増大するため、毛羽の排除効果がより高くなる。その結果、強化繊維シート１ａにより高速で塗液２を付与することが可能となり、生産性が大きく向上する。
【００４５】
また、前記の増大した液圧により、塗液２が強化繊維シート１ａの内部に含浸しやすくなる効果がある。これは、強化繊維束のような多孔質体に塗液が含浸される際、その含浸度が塗液の圧力で増大する性質（ダルシーの法則）に基づく。これについても、強化繊維シート１ａをより高速で走行させた場合、液圧がより増大することから、含浸効果をより高めることができる。なお、塗液２は強化繊維シート１ａの内部に残留する気泡と気／液置換で含浸されるが、気泡は前記の液圧と浮力により強化繊維シート１ａの内部の隙間を通って、繊維の配向方向（鉛直方向上向き）に排出される。このとき、気泡は含浸してくる塗液２を押しのけずに排出されるため、含浸を阻害しない効果もある。また、気泡の一部は強化繊維シート１ａの表面から面外方向（法線方向）に排出されるが、この気泡も前記の液圧と浮力により速やかに鉛直方向上向きに排除されるため、含浸効果の高い液溜り部２２の下部に留まらず、効率よく気泡の排出が進む効果もある。これらの効果により、強化繊維シート１ａに塗液２を効率よく含浸させることが可能となり、その結果、塗液２が均一に含浸された高品質の塗液含浸強化繊維シート１ｂを得ることが可能となる。
【００４６】
さらに、前記の増大した液圧により、強化繊維シート１ａが隙間Ｄの中央に自動的に調心され、強化繊維シート１ａが液溜り部２２や狭窄部２３の壁面に直接擦過せず、ここでの毛羽発生を抑制する効果もある。これは、外乱などにより強化繊維シート１ａが隙間Ｄのどちらかに接近した場合、接近した側ではより狭い隙間に塗液２が押し込まれて圧縮されるため、接近した側で液圧がより増大し、強化繊維シート１ａを隙間Ｄの中央に押し戻すためである。
【００４７】
狭窄部２３は、液溜り部２２の上面よりも断面積が小さく設計される。図２や図８から理解されるとおり専ら強化繊維シートによる疑似平面の垂線方向の長さが小さい、すなわち部材間の間隔が狭い、ことで断面積は小さくなる。これは、前記のように狭窄部で液圧を高くすることで、含浸や自動調心効果を得るためである。また、狭窄部２３の最上部の面の断面形状は、液溜り部２２の最下部の面の断面形状と一致させることが、強化繊維シート１ａの走行性や塗液２の流れ制御の観点から好ましいが、必要に応じ狭窄部２３の方を若干大きくしてもよい。
【００４８】
ここで、図２の塗布部２０では、強化繊維シート１ａが完全に鉛直方向下向きＺ（水平面から９０度）に走行しているが、これに限定されず、前記の毛羽回収、気泡の排出効果が得られ、強化繊維シート１ａが安定して連続走行可能な範囲で、実質的に鉛直方向下向きであればよい。
【００４９】
また、強化繊維シート１ａに付与される塗液２の総量は、狭窄部２３の隙間Ｄで制御可能であり、例えば、強化繊維シート１ａに付与する塗液２の総量を多くしたい（目付けを大きくしたい）場合は、隙間Ｄが広くなるよう、壁面部材２１ａ、２１ｂを設置すればよい。
【００５０】
一方、前記循環流Ｔは、液の沈み込み部において強化繊維シート１ａの平面方向に垂線方向の力ベクトルを持ち、沈み込み部６４の循環流により強化繊維シート１ａの繊維束の割れなどが発生する。そのため図２に示すとおり循環流整流板５０を沈み込み部６４に配置し、強化繊維シート１ａへの循環流の接触する際のシート平面に垂直な方向の力を緩和させることが有効である。なお、図２では強化繊維シート１ａと壁面部材２１ａおよび２１ｂの間に循環流整流板５０を設置している例を示しているが、本発明の効果を損なわない限り、循環流整流板５０は、強化繊維シート１ａの側面部分に強化繊維シート平面を横切るように設置するなど、設置形態を問わず設置することができる。なお、最も好ましい形態としては、強化繊維シート１ａと壁面部材２１ａおよび２１ｂの間に循環流整流板５０を設置している場合が、強化繊維シート平面垂線方向の応力を緩和できるため好ましい。強化繊維シート１ａと壁面部材２１ａおよび２１ｂの間に循環流整流板５０を設置している場合、強化繊維シート幅方向に対する循環流整流板５０の大きさは特に限定されないが、効果的に循環流を緩和するために強化繊維シートの幅に対して３０％以上であることが好ましい。また上限としては塗液の幅方向の循環を妨げないために、強化繊維シートの幅に対して１００％以下であることが好ましい。図３に循環流整流板５０の配置位置を示す。なお図３は強化繊維シート１ａと１対の壁面部材２１ａおよび２１ｂの片側の部分において示している。上記循環流整流板５０は図２の隙間Ｄを形成し、狭窄部の出口の隙間を形成する壁面部材端部位置５２を強化繊維シート垂線方向の基準位置（つまり０）とし、液溜まり壁面位置５３をＭとしたときに、強化繊維シート１ａの平面の垂線方向における循環流整流板の最下点５１が０．５Ｍ以下である必要がある。循環流整流板の最下点５１を上記範囲とすることで、循環流の接触する際のシート平面に垂直な方向の力の緩和することが可能となる。好ましくは循環流整流板の最下点が０．２５Ｍ以下である。また下限は特に制限されないが、循環流整流板の最下点５１と強化繊維シート１ａの接触を避けるために０．０５Ｍ以上が好ましい。
【００５１】
また上記の循環流整流板５０は図４のとおり、開口部５４を有していることが好ましい。このような形態とすることで、循環流が循環流整流板の強化繊維シート側に適度に流れ込み、強化繊維シート１ａの塗布時の乱れを抑制することが可能となる。開口部５４は円形でも角を持った形状でも可能である。また幅方向にスリット状に１つ存在しても良いし、小さい開口部が断続的に存在することも可能である。断続的に開口部が存在する場合は千鳥形状とすることが好ましいが、目的を達成する限り、開口位置は制限されない。
【００５２】
また図５に示す通り、強化繊維シート１ａ走行方向に対して循環流整流板構成部材における走行方向最下流側の位置を示す循環流整流板の最下点５５は、狭窄部上端位置５６を０、壁面高さ位置５７をＫとしたときに０．１Ｋ以上０．８Ｋ以下を満たすことが好ましい。循環流整流板の最下点が０．８Ｋを上回ると、液面が減少したときに、循環流整流板に接触する塗液量が減少し、循環流緩和の効果が損なわれるので、好ましくない。また循環流整流板の最下点５５がＫに対して過度に小さくなるということは、循環流整流板の最下点５５が狭窄部に近づくことを示す。本発明の液溜まり部はスリット断面積が減少するように構成されており、循環流整流板の最下点５５がＫに対して小さくなるということは、強化繊維シート平面の垂線方向において、循環流整流板５０と強化繊維シート平面１ａとの距離、および循環流整流板下流５０と壁面部材２１ａとの距離が小さくなることを示す。つまり前記の距離が小さくなることで、循環流が不安定化され強化繊維シートを乱したり、毛羽が詰まるなどの懸念があり、好ましくない。壁面高さＫに対して循環流整流板の最下点は０．２Ｋ以上０．７Ｋ以下であることが好ましい。また強化繊維シート１ａ走行方向に対して循環流整流板構成部材における走行方向最上流側の位置を示す、循環流整流板の最上点５８は特に限定されないが、液面より上部に存在するため０．８Ｋ以上、より好ましくは０．９５Ｋ以上に位置することが好ましい。また循環流整流板の最上点の上限は、強化繊維シートへの塗液中の強化繊維シート走行状態や、塗液の循環を観察しやすいように２．０Ｋ以下とすることが好ましい。
【００５３】
また、図６ａに示す循環流整流板と強化繊維シートとの成す角が４５°以下とすることが好ましい。このような形態とすることで、強化繊維シートの平面に対して垂線方向の流れを効果的に緩和することが可能となる。より好ましくは３０°以下である。なお、循環流整流板が湾曲した形状をしている場合は、図６ｂの通り、循環流整流板の最下流位置を形成する平面と強化繊維シート平面との成す角が前記を満たせばよい。
【００５４】
図７は、塗布部２０を、図２のＡの方向から見た下面図である。塗布部２０には、強化繊維シート１ａの配列方向両端から塗液２が漏れるのを防ぐための側壁部材２４ａ、２４ｂが設けられており、壁面部材２１ａ、２１ｂと側壁部材２４ａ、２４ｂに囲われた空間に狭窄部２３の出口２６が形成されている。ここで、出口２６はスリット状をしており、断面アスペクト比（図７のＹ／Ｄ）は塗液２を付与したい強化繊維シート１ａの形状に合わせて設定すればよい。
【００５５】
図８ａは塗布部２０を、Ｂの方向から見た場合の塗布部内部の構造を説明する断面図である。なお、図を見やすくするため壁面部材２１ｂは省略してある。
【００５６】
図８ｂは隙間２６での塗液２の流れを示している。隙間２６が大きいと塗液２には、Ｒの向きに渦流れが発生する。この渦流れＲは、液溜り部２２の下部では外側に向かう流れ（Ｒａ）となるため、強化繊維シートを引き裂いてしまう（強化繊維シートを構成する繊維の割れが発生する）可能性がある。一方、液溜り部２２の上部では、内側に向かう流れ（Ｒｂ）となるため、強化繊維シート１ａが幅方向に圧縮され、その端部が折れてしまう場合がある。特許文献２（特許第３２５２２７８号公報）に代表されるような、一体物のシート状基材（特にフィルム）に塗液を両面塗布する装置ではこのような隙間２６での渦流れが発生しても品質への影響が少ないため、注意がされていなかった。
【００５７】
そこで、本発明においては、隙間２６を小さくする幅規制を行い、端部での渦流れの発生を抑制することが好ましい。具体的には、液溜り部２２の幅Ｌ、すなわち、側板部材２４ａと２４ｂの間隔Ｌは、狭窄部２３の直下で測定した強化繊維シートの幅Ｗと以下の関係を満たすよう構成することが好ましい。
Ｌ≦Ｗ＋１０（ｍｍ）。
【００５８】
これにより、端部での渦流れ発生が抑制され、強化繊維シート１ａの割れや端部折れを抑制でき、塗液含浸強化繊維シート１ｂの全幅（Ｗ）にわたって強化繊維の配列に乱れがない、高品位で安定性の高い塗液含浸強化繊維シート１ｂを得ることができる。さらに、この技術をプリプレグに適用した場合には、プリプレグの品位、品質を向上させるのみならず、これを用いて得られるＦＲＰの力学特性や品質を向上させることができる。ＬとＷの関係はより好ましくは、Ｌ≦Ｗ＋２（ｍｍ）とすると、さらに強化繊維シートの割れや端部折れを抑制することができる。
【００５９】
また、Ｌの下限は、Ｗ−５（ｍｍ）以上となるよう調整することが、塗液含浸強化繊維シート１ｂの幅方向寸法の均一性を向上させる観点から好ましい。
【００６０】
なお、この幅規制は、液溜り部２２下部の高い液圧による渦流れＲ発生を抑制する観点から、少なくとも液溜り部２２の下部（図８ａのＧの位置）で行うことが好ましい。さらに、この幅規制はより好ましくは、液溜り部２２の全域で行うと、渦流れＲの発生をほぼ完全に抑制することができ、その結果、強化繊維シートの割れや端部折れをほぼ完全に抑制することが可能となる。
【００６１】
また、前記幅規制は、前記隙間２６の渦流れ抑制の観点からは、液溜り部２２だけでもよいが、狭窄部２３も同様に行うと塗液含浸強化繊維シート１ｂの側面に過剰な塗液２が付与されることを抑制する観点から好ましい。
【００６２】
＜幅規制機構＞
前記では幅規制を側壁部材２４ａ、２４ｂが担う場合を示したが、図９に示すように、側壁部材２４ａ、２４ｂ間に幅規制機構２７ａ、２７ｂを設け、かかる機構で幅規制を行うこともできる。これにより、幅規制機構によって規制される幅を自在に変更可能とすることで一つの塗布部により、種々の幅の塗液含浸強化繊維シートを製造できる観点から好ましい。ここで、狭窄部の直下における強化繊維シートの幅（Ｗ）と該幅規制機構下端において幅規制機構により規制される幅（Ｌ２）との関係はＬ２≦Ｗ＋１０（ｍｍ）とすることが好ましく、より好ましくは、Ｌ２≦Ｗ＋２（ｍｍ）である。また、Ｌ２の下限は、Ｗ−５（ｍｍ）以上となるよう調整することが、塗液含浸強化繊維シート１ｂの幅方向寸法の均一性を向上させる観点から好ましい。幅規制機構の形状および材質に特に制限は無いが、板形状のブッシュであると簡便であり、好ましい。また、上部、すなわち液面に近い場所では壁面部材２１ａ、２１ｂとの間隔よりも小さい幅（図９参照。「Ｚ方向からみた図」中、幅規制機構の上下方向の長さを指す）を有することで、塗液の水平方向の流れを妨げないようにでき、好ましい。一方、幅規制機構の中間部から下部にかけては塗布部の内部形状に沿った形状とすることが液溜り部での塗液の滞留を抑制でき、塗液の劣化を抑制できることから好ましい。この意味から、幅規制機構は狭窄部２３まで挿入されることが好ましい。図９は、幅規制機構として板形状ブッシュの例を示しているが、ブッシュの中間より下部が液溜り部２２のテーパー形状に沿い、狭窄部２３まで挿入される例を示している。図９にはＬ２が液面から出口まで一定の例を示しているが、幅規制機構の目的を達成する範囲で部位によって規制する幅を変更してもよい。幅規制機構は任意の方法で塗布部２０に固定することができるが、板形状ブッシュの場合には、上下方向で複数の部位で固定することで、高液圧による板形状ブッシュの変形による規制幅の変動を抑制することができる。例えば、上部はステーを用い、下部は塗布部に差し込むようにすると、幅規制機構による幅の規制が容易であり、好ましい。
【００６３】
＜液溜り部の形状＞
前記で詳述したように、本発明においては、液溜り部２２で強化繊維シートの走行方向に断面積が連続的に減少することで、強化繊維シートの走行方向に液圧を増大させることが重要であるが、ここで強化繊維シートの走行方向に断面積が連続的に減少するとは、走行方向に連続的に液圧を増大可能であれば、その形状には特に制限は無い。液溜り部の横断面図において、テーパー状（直線状）であったり、ラッパ状などのように曲線的な形態を示してもよい。また、断面積減少部は液溜り部全長にわたって連続してもよいし、本発明の目的、効果が得られる範囲であれば、一部に断面積が減少しない部分や逆に拡大する部分を含んでいてもよい。これらについて、以下に図１０〜１３で例を挙げて詳述する。
【００６４】
図１０は、図２とは別の実施形態の塗布部２０ｂの詳細横断面図である。液溜り部２２を構成する壁面部材２１ｃ、２１ｄの形状が異なる以外は、図２の塗布部２０と同じである。図１０の塗布部２０ｂのように、液溜り部２２が、鉛直方向下向きＺに断面積が連続的に減少する領域２２ａと、断面積が減少しない領域２２ｂに分かれていてもよい。このとき、断面積が連続的に減少する鉛直方向高さＨは１０ｍｍ以上であることが好ましい。さらに好ましい断面積が連続的に減少する鉛直方向高さＨは５０ｍｍ以上である。これにより、強化繊維シート１ａによって随伴された塗液２が、液溜まり部２２の断面積が連続的に減少する領域２２ａで圧縮される距離が確保され、液溜り部２２の下部で発生する液圧を十分に増大させることができる。その結果、液圧により毛羽が狭窄部２３に詰まるのを防止し、また液圧により塗液２が強化繊維シート１ａに含浸する効果を得ることができる。
【００６５】
ここで、図２の塗布部２０や図１０の塗布部２０ｂのように、液溜り部２２の断面積が連続的に減少する領域２２ａをテーパー状とする場合、テーパーの開き角度θは小さい方が好ましく、具体的には鋭角（９０°以下）にすることが好ましい。これにより、液溜り部２２の断面積が連続的に減少する領域２２ａ（テーパー部）で塗液２の圧縮効果を高め、高い液圧を得やすくすることができる。
【００６６】
図１１は、図１０とは別の実施形態の塗布部２０ｃの詳細横断面図である。液溜り部２２を構成する壁面部材２１ｅ、２１ｆの形状が２段テーパー状となっている以外は、図１０の塗布部２０ｂと同じである。このように、液溜り部２２の断面積が連続的に減少する領域２２ａを２段以上の多段テーパー部で構成してもよい。このとき、狭窄部２３に最も近いテーパー部の開き角度θを鋭角にするのが、前記の圧縮効果を高める観点から好ましい。またこの場合も、液溜り部２２の断面積が連続的に減少する領域２２ａの高さＨを１０ｍｍ以上にすることが好ましい。さらに好ましい断面積が連続的に減少する鉛直方向高さＨは５０ｍｍ以上である。図７のように液溜り部２２の断面積が連続的に減少する領域２２ａを多段のテーパー部にすることで、液溜り部２２に貯留できる塗液２の体積を維持しつつ、狭窄部２３に最も近いテーパー部の角度θをより小さくすることができる。これにより液溜り部２２の下部で発生する液圧がより高くなり、毛羽の排除効果や塗液２の含浸効果をさらに高めることが可能となる。
【００６７】
図１２は、図１０とは別の実施形態の塗布部２０ｄの詳細横断面図である。液溜り部２２を構成する壁面部材２１ｇ、２１ｈの形状が階段状となっている以外は、図１０の塗布部２０ｂと同じである。このように、液溜り部２２の最下部に断面積が連続的に減少する領域２２ａがあれば、本発明の目的である液圧の増大効果は得られるため、液溜り部２２の他の部分に断面積が断続的に減少する領域２２ｃを含んでいてもよい。液溜り部２２を図１２のような形状にすることで、断面積が連続的に減少する領域２２ａの形状を維持しつつ、液溜り部２２の奥行きＢを拡大して貯留できる塗液２の体積を大きくすることができる。その結果、塗布部２０ｄに塗液２を連続して供給できない場合でも、長時間強化繊維シート１ａに塗液２を付与し続けることが可能となり、塗液含浸強化繊維シート１ｂの生産性がより向上する。
【００６８】
図１３は、図１０とは別の実施形態の塗布部２０ｅの詳細横断面図である。液溜り部２２を構成する壁面部材２１ｉ、２１ｊの形状がラッパ状（曲線状）となっている以外は、図１０の塗布部２０ｂと同じである。図１０の塗布部２０ｂでは、液溜り部２２の断面積が連続的に減少する領域２２ａはテーパー状（直線状）だが、これに限定されず、例えば図９のようにラッパ状（曲線状）でもよい。ただし、液溜り部２２の下部と、狭窄部２３の上部は滑らかに接続することが好ましい。これは、液溜り部２２の下部と、狭窄部２３の上部の境界に段差があると、強化繊維シート１ａが段差に引っ掛かり、この部分で毛羽が発生する懸念があるためである。また、このように液溜り部２２の断面積が連続的に減少する領域をラッパ状とする場合は、液溜り部２２の断面積が連続的に減少する領域２２ａの最下部における仮想接線の開き角度θを鋭角にするのが好ましい。
【００６９】
なお、上記は滑らかに断面積が減少する例をあげて説明したが、本発明の目的を損なわない限り、本発明において液溜まり部の断面積は必ずしも滑らかに減少しなくともよい。
【００７０】
図１４は本発明とは別の実施形態の塗布部３０の詳細横断面図である。本発明の実施形態とは異なり、図１４の液溜り部３２は鉛直方向下向きＺに断面積が連続的に減少する領域を含まず、狭窄部２３との境界３３で断面積が不連続で急激に減少する構成である。このため、強化繊維シート１ａが詰まり易い。
【００７１】
また、塗布部内で強化繊維シートを複数本のバーに接触させることで含浸効果を向上させることも可能である。図１５にバー（３５ａ、３５ｂおよび３５ｃ）を３本用いた例を示しているが、バーは本数が大きいほど、強化繊維シートとバーの接触長が長いほど、接触角が大きいほど、含浸率を向上させることができる。図１５の例では含浸率を９０％以上とすることが可能である。なお、係る含浸効果の向上手段は複数種を組み合わせて用いても良い。
【００７２】
＜走行機構＞
強化繊維シートや本発明の塗液含浸強化繊維シートを搬送するための走行機構としては、公知のローラー等を好適に用いることができる。本発明では強化繊維シートが鉛直下向きに搬送されるため、塗布部を挟んで上下にローラーを配置することが好ましい。
【００７３】
また、本発明では、強化繊維の配列乱れや毛羽立ちを抑制するため、強化繊維シートの走行経路はなるべく直線状であることが好ましい。また、塗液含浸強化繊維シートと離型シートの積層体であるシート状一体物の搬送工程において、屈曲部を有すると、内層と外層の周長差による皺が発生する場合が有るため、シート状一体物の走行経路もなるべく直線状であることが好ましい。この観点からは、シート状一体物の走行経路中では、ニップロールを用いる方が好ましい。
【００７４】
Ｓ字ロールとニップロールのどちらを用いるかは、製造条件や製造物の特性に応じ、適宜選択することが可能である。
【００７５】
＜高張力引き取り装置＞
本発明では、塗布部から塗液含浸強化繊維シートを引き出すための高張力引き取り装置を塗布部より工程下流に配置することが好ましい。これは、塗布部で、強化繊維シートと塗液の間で高い摩擦力、せん断応力が発生するため、それに打ち勝って塗液含浸強化繊維シートを引き出すためには、工程下流で高い引き取り張力を発生させることが好ましいためである。高張力引き取り装置としては、ニップロールやＳ字ロールなどを用いることができるが、いずれもロールと塗液含浸強化繊維シートの間の摩擦力を高めることで、スリップを防止し、安定した走行を可能とすることができる。このためには、摩擦係数の高い材料をロール表面に配したり、ニップ圧力やＳ字ロールへの塗液含浸強化繊維シートの押し付け圧を高くすることが好ましい。スリップを防止する観点からは、Ｓ字ロールの方がロール径や接触長などで容易に摩擦力を制御でき、好ましい。
【００７６】
＜離型シート供給装置、ワインダー＞
本発明を用いてのプリプレグやＦＲＰの製造においては適宜離型シート供給装置やワインダーを用いることができ、そのようなものとしては公知のものを使用することができるが、いずれも巻き出し、あるいは巻き取り張力を巻き出しあるいは巻き取り速度にフィードバックできる機構を備えていることがシートの安定走行の観点から好ましい。
【００７７】
＜追含浸＞
所望の含浸度に調整するために、本発明にさらに塗布後に別途、含浸装置を用いて更に含浸度を高める手段を組み合わせることも可能である。ここでは、塗布部での含浸と区別するために、塗布後に追加で含浸することを追含浸、そのための装置を追含浸装置と称することとする。追含浸装置として用いられる装置には特に制限は無く、目的に応じて公知のものから適宜選択することができる。例えば、特開２０１１−１３２３８９号公報やＷＯ２０１５／０６０２９９パンフレット記載のように、シート状炭素繊維束と樹脂の積層体を、熱板で予熱しシート状炭素繊維束上の樹脂を十分軟化させた後、やはり加熱されたニップロールで加圧する装置を用いることで含浸を進めることができる。予熱のための熱板温度やニップロール表面温度、ニップロールの線圧、ニップロールの直径・数は所望の含浸度になるように適宜選択することができる。また、ＷＯ２０１０／１５００２２パンフレット記載のようなプリプレグシートがＳ字型に走行する“Ｓ−ラップロール”を用いることも可能である。本発明では“Ｓ−ラップロール”を単に“Ｓ字ロール”と称することとする。ＷＯ２０１０／１５００２２パンフレット図１ではプリプレグシートがＳ字型に走行する例が記載されているが、含浸が可能であれば、Ｕ字型や、Ｖ型またはΛ型のようにシートとロールの接触長を調整してもよい。また、含浸圧を高め含浸度を上げる場合には、対向するコンタクトロールを付加することも可能である。さらにＷＯ２０１５／０７６９８１パンフレット図４記載のように、“Ｓ−ラップロール”に対向してコンベヤーベルトを配することで含浸効率を向上させ、プリプレグの製造速度の高速化をはかることも可能である。また、ＷＯ２０１７／０６８１５９パンフレットや特開２０１６−２０３３９７号公報などに記載のように、含浸前にプリプレグに超音波を付与し、プリプレグを急速昇温することで、含浸効率を向上させることも可能である。また、特開２０１７−１５４３３０号公報記載のように、超音波発生装置で複数の“しごき刃”振動させる含浸装置を用いることも可能である。また、特開２０１３−２２８６８号公報記載のようにプリプレグを折り畳んで含浸することも可能である。
【００７８】
＜簡易追含浸＞
上記では、従来の追含浸装置を適用する例を示したが、塗布部直下では未だ塗液含浸強化繊維シートの温度が高い場合があり、そのような場合には塗布部を出て後、あまり時間が経っていない段階で追含浸操作を加えると、塗液含浸強化繊維シートを再昇温するための熱板などの加熱装置を省略あるいは簡略化し、含浸装置を大幅に簡略化・小型化することも可能である。このように塗布部直下に位置させる含浸装置を簡易追含浸装置と称することとする。簡易追含浸装置としては加熱ニップロールや加熱Ｓ字ロールを用いることができるが、通常の含浸装置に比較し、ロール径や設定圧力、プリプレグとロールの接触長を減じることができ、装置を小型化できるだけでなく消費電力なども減じることができ、好ましい。
【００７９】
また、塗液含浸強化繊維シートが簡易追含浸装置に入る前に、塗液含浸強化繊維シートに離形シートを付与すると、プリプレグの走行性が向上し好ましい。
【００８０】
＜塗液含浸強化繊維シート＞
本発明の製造方法で得られる塗液含浸強化繊維シートにおいて塗液の含浸率は１０％以上であることが望ましい。塗液の含浸率は、採取した塗液含浸強化繊維シートを裂き、内部を目視することで含浸の有無を確認することができ、より定量的には例えば剥離法で評価することが可能である。剥離法による塗液の含浸率は以下のようにして測定することができる。すなわち、採取した塗液含浸強化繊維シートを粘着テープで挟み、これを剥離し、塗液が付着した強化繊維と塗液が付着していない強化繊維を分離する。そして、投入した強化繊維シート全体の質量に対する塗液が付着した強化繊維の質量の比率を剥離法による塗液の含浸率とすることができる。
【００８１】
＜プリプレグ幅＞
ＦＲＰの前駆体の一種であるプリプレグは本発明で得られる塗液含浸強化繊維シートの一形態であるため、本発明をＦＲＰ用途に適用する場合として、塗液含浸強化繊維シートをプリプレグと称して以下説明する。
【００８２】
プリプレグの幅には、特に制限は無く、幅が数十ｃｍ〜２ｍ程度の広幅でも良いし、幅数ｍｍ〜数十ｍｍのテープ状でも良く、用途に応じ幅を選択することができる。近年では、プリプレグの積層工程を効率化するため、細幅プリプレグやプリプレグテープを自動積層していくＡＴＬ（Automated Tape Laying）やＡＦＰ（Automated Fiber Placement）と呼ばれる装置が広く用いられるようになってきており、これに適合した幅とすることも好ましい。
【００８３】
所望の幅のプリプレグを得る方法には特に制限は無く、幅１ｍ〜２ｍ程度の広幅プリプレグを細幅にスリットする方法を用いることができる。また、スリット工程を簡略化あるいは省略するため、最初から所望の幅となるよう本発明で用いる塗布部の幅を調整することもできる。例えば、ＡＴＬ用に３０ｃｍ幅の細幅プリプレグを製造する場合には、塗布部出口の幅をそれに応じて調整すればよい。
【００８４】
＜スリット＞
プリプレグのスリット方法にも特に制限は無く、公知のスリット装置を用いることができる。プリプレグを一旦巻き取った後、改めてスリット装置に設置し、スリットを行っても良いし、効率化のため、プリプレグ一旦巻き取ることなくプリプレグ作製工程から連続してスリット工程を配置しても良い。また、スリット工程は１ｍ以上の広幅プリプレグを直接、所望の幅にスリットしても良いし、一旦、３０ｃｍ程度の細幅プリプレグにカット・小分けした後、これを改めて所望の幅にスリットしても良い。
【００８５】
＜塗液供給機構＞
本発明において塗布部内に塗液は貯留されているが、塗工が進行するので塗液を適宜補給することが好ましい。塗液を塗布部に供給する機構には特に制限は無く、公知の装置を使用することができる。塗液は連続的に塗布部に供給することが、塗布部の上部液面を乱さず、強化繊維シートの走行を安定化でき、好ましい。例えば、塗液を貯留する槽から自重を駆動力として供給したり、ポンプなどを用いて連続的に供給することができる。ポンプとしては、ギヤポンプやチューブポンプ、圧力ポンプなど塗液の性質に応じ適宜使用することができる。また、塗液が室温で固体の場合には、貯留層上部にメルターを備えておくことが好ましい。また、連続押し出し機などを用いることもできる。また、塗液供給量は塗液の塗布部上部の液面がなるべく一定となるよう、塗布量に応じ連続供給できる機構を備えることが好ましい。このためには、例えば液面高さや塗布部重量などをモニタリングし、それを供給装置にフィードバックするような機構が考えられる。
【００８６】
＜オンラインモニタリング＞
また、塗布量のモニタリングのために、塗布量をオンラインモニタリングできる機構を備えることが好ましい。オンラインモニタリング方法についても特に制限は無く、公知のものを使用可能である。例えば、厚みを計測する装置として、例えばベータ線計などを用いることができる。この場合は、強化繊維シート厚みと塗液含浸強化繊維シートの厚みを計測し、その差分を解析することで塗布量を見積もることが可能である。オンラインモニタリングされた塗布量は、直ぐに塗布部にフィードバックされ、塗布部の温度や狭窄部２３の隙間Ｄ（図２参照）の調整に利用することができる。塗布量モニタリングは、もちろん欠点モニタリングとしても使用可能である。厚み計測位置としては、例えば図１６で言えば、方向転換ロール４１９近傍で強化繊維シート４１６の厚みを計測し、塗布部４３０から方向転換ロール４４１の間で塗液含浸強化繊維シートの厚みを計測することができる。また、赤外線、近赤外線、カメラ（画像解析）などを用いたオンライン欠点モニタリングを行うことも好ましい。
【００８７】
本発明の塗工装置は、強化繊維シートを実質的に鉛直方向下向きに走行させる走行機構と、塗布機構を有し、前記塗布機構はその内部に塗液を貯留可能であり、さらに互いに連通された液溜り部と狭窄部、および循環流整流板を備えており、前記液溜り部は、強化繊維シートの走行方向に沿って断面積が連続的に減少する部分を有し、前記狭窄部は、スリット状の断面を有し、かつ液溜り部上面よりも小さい断面積を有し、前記循環流整流板は、強化繊維シートの垂線方向において、前記狭窄部の出口の隙間を形成する壁面部材端部位置を０、液溜まり壁面位置Ｍとしたときに、循環流整流板最下点が０．５Ｍ以下であるものである。
【００８８】
以下では、強化繊維シートとしてＵＤ基材を用いて作製する塗液含浸強化繊維シートの一態様であるプリプレグの例に、当該塗工装置を用いたプリプレグの製造例を具体的に挙げて本発明をより詳細に説明する。なお、以下は例示であり、本発明は以下に説明される態様に限定して解釈されるものではない。また、強化繊維シートを強化繊維ファブリックとした場合も強化繊維シートを形成した後は同じプロセスを採用することができる。強化繊維ファブリックを用いる場合は、クリール部分を強化繊維ファブリック巻き出し装置とすればよい。
【００８９】
図１６は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の例の概略図である。複数個の強化繊維ボビン４１２はクリール４１１に掛けられ、方向転換ガイド４１３を経て、上方に引き出される。この時、クリールに付与されたブレーキ機構により一定張力で強化繊維束４１４を引き出すことができる。引き出された複数本の強化繊維束４１４は強化繊維配列装置４１５により整然と配列され、ＵＤ基材としての強化繊維シート４１６が形成される。なお、図１２では強化繊維束は３糸条しか描画されていないが、実際には、２糸条〜数百糸条とすることができ、所望のプリプレグ幅、繊維目付けとするよう調整可能である。その後、拡幅装置４１７、平滑化装置４１８を経て、方向転換ロール４１９を経て、鉛直下向きに搬送される。図１６では、強化繊維配列装置４１５〜方向転換ロール４１９まで強化繊維シート４１６は装置間を直線状に搬送される。なお、拡幅装置４１７、平滑化装置４１８は、目的に応じ公知のものを使用したり適宜スキップすることもできるし、装置を配置しないこともできる。また、強化繊維配列装置４１５、拡幅装置４１７、平滑化装置４１８の配列順序は目的に応じ適宜変更することもできる。強化繊維シート４１６は方向転換ロール４１９から鉛直下向きに走行し、強化繊維予熱装置４２０、塗布部４３０を経て方向転換ロール４４１に到達する。塗布部４３０は本発明の目的を達成する範囲で任意の塗布部形状を採用することができる。例えば、図２、図１０〜図１３のような形状が挙げられる。また、必要に応じ図９のようにブッシュを備えることもできる。さらに、図１５のように、塗布部内にバーを備えることもできる。図１２では、離型シート（上）供給装置４４２から巻き出された離型シート４４６を方向転換ロール４４１上で塗液含浸強化繊維シート、この場合はプリプレグ４７１に積層し、シート状一体物とすることができる。さらに、離型シート（下）供給装置４４３から巻き出された離型シート４４６を前記シート状一体物の下面に挿入することができる。ここでは、離型シートは離型紙や離型フィルムなどを用いることができる。これを高張力引取り装置４４４で引き取ることができる。図１６では高張力引き取り装置４４４としてニップロールを描画している。その後、シート状一体物は熱板４５１と加熱ニップロール４５２を備えた追含浸装置４５０を経て、冷却装置４６１で冷却された後、引き取り装置４６２で引き取られ、上側の離型シート４４６を剥がした後、ワインダー４６４で巻き取り、製品となるプリプレグ／離型シートからなるシート状一体物４７２を得ることができる。方向転換ロール４４１からワインダー４６４までシート状一体物は基本直線状に搬送されるため、皺の発生を抑制することができる。なお、図１６では、塗液供給装置、オンラインモニタリング装置の描画は省略してある。
【００９０】
図１７は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。図１７では、クリール４１１から強化繊維束４１４を引き出し、そのまま強化繊維配列装置４１５で強化繊維シート４１６を形成し、その後、拡幅装置４１７、平滑化装置４１８まで直線状に搬送され、その後、強化繊維シート４１６を上方に導く点が図１６とは異なる。このような構成とすることで、上方に装置を設置することが不要となり、足場などの設置を大幅に簡略化することができる。
【００９１】
図１８は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。図１８では、階上にクリール４１１を設置し、強化繊維シート４１６の走行経路を更に直線化している。
【００９２】
図１９は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。図１６で示した通常の追含浸装置の代わりに、簡易追含浸装置を用いた例を示している。図１９においては、簡易追含浸装置４５３は塗布部４３０の直下に設置されているため、塗液含浸強化繊維シート４７１が高温状態で簡易追含浸装置４５３に導かれるため、含浸装置を簡略化・小型化できる。図１９では、一例として加熱ニップロール４５４を描画しているが、目的によっては、もちろん小型の加熱Ｓ字ロールでも良い。簡易追含浸装置を用いるとプリプレグ製造装置全体を非常にコンパクトにすることができることもメリットである。
【００９３】
図２０は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。図２１では、高張力引き取り装置として高張力引取りＳ字ロール４４９、追含浸装置として “Ｓ−ラップロール”型の加熱Ｓ字ロール４５５を２ロール−２セット（合計４個）用いた例を描画しているが、ロール数は目的に応じ、もちろん増減できる。また、図１９では含浸効果を高めるためのコンタクトロール４５６も描画しているが、目的により省略することももちろん可能である。
【００９４】
図２１は本発明を用いたプリプレグの製造工程・装置の別の例の概略図である。この例では“Ｓ−ラップロール”型の加熱Ｓ字ロールを高張力引き取り装置と兼用する例を示している。プリプレグ製造装置全体を非常にコンパクトにすることができるメリットがある。
【実施例】
【００９５】
評価方法として以下の通りそれぞれ判断し、いずれにおいても「◎」「○」「△」を合格、「×」を不合格とした。
【００９６】
［走行安定性］
強化繊維シートの塗液付与部での走行安定性（連続生産性）を評価するため、６０分間連続走行させ、毛羽詰まり・糸切れが全く無いものを「◎」、６０分間連続走行させ、毛羽詰まり・糸切れは無かったが塗布部を分解して壁面部材２１の接液面を目視で観察したとき、塗液の中に毛羽が目視で確認できたものを「○」、毛羽が詰まり糸切れしたものを「×」とした。
【００９７】
［繊維束の割れ、折れ］
強化繊維シートに端部の折れ・変形が全くみられないものを「◎」、問題となるほどではないが時折端部の折れ・変形が若干みられたものを「○」、６０分連続走行において問題となる端部の折れ・変形がみられたが、その時間が３０分以下であったものを「△」、６０分連続走行において問題となる端部の折れ・変形がみられ、その時間が３０分以上であったものを「×」とした。
【００９８】
［実施例１］
塗液には下記のエポキシ樹脂から構成される塗液Ａを用いた。
【００９９】
塗布部は図１１記載の塗布部２０ｃタイプの塗布部を用い、プリプレグ製造装置として図２２記載の構成の装置（樹脂供給部は描画を省略）を用いた。塗布部２０ｃは、液溜り部２２および狭窄部２３を形成する壁面部材２１ｅ、２１ｆにはステンレス製のブロックを用い、また側板部材２４ａ、２４ｂにはステンレス製のプレートを用いた。さらに塗液を加温するため、壁面部材２１ｅ、２１ｆおよび側板部材２４ａ、２４ｂの外周にプレートヒーターを貼り付け、熱電対で温度計測を行いながら、塗液の温度および粘度を調整し、塗布時の温度が９０℃となるようにして実施した。強化繊維シート１ａの走行方向は鉛直方向下向きＺ、液溜り部２２はテーパー状（テーパー開き角度６０°、テーパー高さ（すなわちＨ）１００ｍｍ、狭窄部上端から壁面上部の高さ（すなわちＫ）は２００）のものを用いた。液溜まり部２２の幅は３０６ｍｍのものを用いた。狭窄部２３の隙間Ｄは０．２ｍｍとした。この場合、出口スリットのアスペクト比は１５３０となる。さらに、短辺１００ｍｍ、長辺３００ｍｍ、一辺８ｍｍの正方形の穴が長辺方向に３０個、短辺方向に１０個、等間隔に千鳥状に配置した厚み１ｍｍの平坦な循環流整流板を強化繊維シート垂線方向の循環流整流板の最下点が０．２５Ｍとなるように角度１５°で配置した。そのときの強化繊維シート走行方向の循環流整流板の最下点は０．５Ｋとした。
【０１００】
プリプレグの作製は、強化繊維として炭素繊維（東レ製、“トレカ（登録商標）”Ｔ８００Ｓ（２４Ｋ））を用い、塗液として後記する熱硬化性エポキシ樹脂組成物を用い、上記装置によりＣＦＲＰ用シート状プリプレグの作製を行った。また、強化繊維ボビン４１２の数は作製するプリプレグに応じて変更を行ったが、特に断らない限り、５６とした。
【０１０１】
強化繊維シート１ａは鉛直方向下向きに走行させ、液溜り部２２および狭窄部２３を通過させた。走行速度は２０ｍ／分とした。
【０１０２】
クリール４１１に掛けられた複数の強化繊維ボビン４１２から強化繊維束４１４を引き出し、強化繊維配列装置４１５で強化繊維シート４１６を形成させ、方向転換ロール４１９で一旦上方に導いた。その後、強化繊維シート４１６は方向転換ロール４１９を経て、鉛直下向きに搬送され、強化繊維予熱装置４２０で塗布部温度以上に加熱され、塗布部４３０に導かれ、下記の塗液Ａが塗布された。その後、塗布部４３０から塗液含浸強化繊維シート（プリプレグ）４７１が引き出され、方向転換ロール４４１上で上側離型シート４４６（この場合は離型紙）と積層され、高張力引取りＳ字ロール４４９で引き取られた。そして、高張力引取りＳ字ロール４４９の上部ロールに下側離型シート４４６（この場合は離型紙）が供給され、プリプレグを離型紙で挟んだシート状一体物が形成された。さらに、これが熱板４５１と加熱ニップロール４５２を備えた追含浸装置４５０に導かれ、場合により追含浸を行った。その後、冷却装置４６１を経て、上側離型紙を剥がし、シート状一体物４７２が巻き取られた。この時の各種安定走行評価項目を表１に示す。
【０１０３】
＜塗液＞
熱硬化性エポキシ樹脂組成物（塗液Ａ）：
エポキシ樹脂（芳香族アミン型エポキシ樹脂＋ビスフェノール型エポキシ樹脂の混合物）、硬化剤（ジアミノジフェニルスルホン）、ポリエーテルスルホンの混合物であり、ポリマー粒子は含有していない。この熱硬化性エポキシ樹脂１の粘度をＴＡ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＡＲＥＳ−Ｇ２を用いて、測定周波数０．５Ｈｚ、昇温速度１．５℃／分で測定したところ、７５℃で５０Ｐａ・ｓ、９０℃で１５Ｐａ・ｓ、１０５℃で４Ｐａ・ｓであった。
【０１０４】
【表１】
2020028843.tif 000003
【０１０５】
［実施例２〜８］
循環流整流板の強化繊維シート垂線方向最下点の位置、開口部有無、強化繊維シート走行方向の最下点の位置、設置角度を表１の通りに変更した以外は実施例１と同様に評価を実施した。いずれの水準においても使用可能以上の評価のものを採取可能であった。結果を表１に示す。
【０１０６】
［比較例１］
図１４は本発明とは別の実施形態の塗布部３０の詳細横断面図である。本発明の実施形態とは異なり、図１４の液溜り部３２は鉛直方向下向きＺに断面積が連続的に減少する領域を含まず、狭窄部２３との境界３３で断面積が断続的に（急激に）減少する構成である。この塗布部３０を用いて、実施例１と同様の条件で強化繊維シート１ａに塗液Ａを付与したところ、走行速度２０ｍ／分での走行開始直後にシ強化繊維シート１ａが塗布部３０の内部で切断し、走行不可能となった。その後、塗布部３０を分解して内部を確認したところ、液溜り部３２と狭窄部２３の境界３３に大量の毛羽が詰まっていることを確認した。結果を表２に示す。
【０１０７】
【表２】
2020028843.tif 000004
【０１０８】
［比較例２］
循環流整流板を用いなかった以外は実施例１と同様に評価を実施した。走行安定性に問題は無かったものの、糸の割れや折れが解消しなかった。結果を表２に示す。
【０１０９】
［比較例３］
循環流整流板を用い、設置条件を表１とした以外は実施例１と同様に評価を実施した。走行安定性に問題は無かったものの、比較例２と同様に、糸の割れや折れが解消しなかった。結果を表２に示す。
【０１１０】
［実施例９，１０］
液溜まり部２２の幅を表３の通りに変更した以外は、実施例１と同様に評価を実施した。いずれの水準においても使用可能以上の評価のものを採取可能であった。結果を表２に示す。
【０１１１】
【表３】
2020028843.tif 000005
【０１１２】
［実施例１１、１２］
幅規制機構として、図９記載のような塗布部内部形状に合わせた板状ブッシュ２７を備えており、さらにこの板状ブッシュの設置位置自在に変更し、強化繊維シートの幅が表４の通りとなるようにした以外は実施例１０と同様に実験を実施した。いずれの水準においても使用可能以上の評価のものを採取可能であった。結果を表３に示す。
【０１１３】
【表４】
2020028843.tif 000006
【０１１４】
［実施例１３］
実施例１で得られた３００ｍｍ幅プリプレグ／離型紙からなるシート状一体物をスリットし、幅７ｍｍのプリプレグテープを得た。これらのプリプレグテープは含浸が十分進んでいるため、スリッターのカッター刃への樹脂の付着は少ないものであった。
【０１１５】
［実施例１４〜１７、参考例１]
実施例１〜４で得られたプリプレグ、プリプレグテープを６層積層し、オートクレーブを用いて１８０℃、６ｋｇｆ／ｃｍ２（０．５８８ＭＰａ）で２時間硬化させ、ＣＦＲＰを得た（実施例１８〜２１）。得られたＣＦＲＰは何れも引っ張り強度が２．８ＧＰａ〜３．３ＧＰａの範囲にあり、航空・宇宙用の構造材料として好適な機械特性を有していた。
【０１１６】
また、実施例１で用いた炭素繊維および熱硬化性エポキシ樹脂１（塗液Ａ）を用い、従来のホットメルト法で作製したプリプレグをオートクレーブを用いて１８０℃、６ｋｇｆ／ｃｍ２（０．５８８ＭＰａ）で２時間硬化させたＣＦＲＰの引っ張り強度２．９２ＧＰａであった（参考例１）。
【０１１７】
なお、ＣＦＲＰ引っ張り強度は、ＷＯ２０１１／１１８１０６パンフレットと同様に測定を行い、プリプレグ中の強化繊維の体積％を５６．５％に規格化した値を用いた。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の製造方法で得られる塗液含浸強化繊維シートは、ＣＦＲＰに代表されるＦＲＰとして、航空・宇宙用途や自動車・列車・船舶などの構造材や内装材、圧力容器、産業資材用途、スポーツ材料用途、医療機器用途、筐体用途、土木・建築用途など広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１      強化繊維
１ａ    強化繊維シート
１ｂ    塗液含浸強化繊維シート
２      塗液
３      離型シート
１１    クリール
１２    配列装置
１３、１４    搬送ロール
１５    巻取り装置
１６    離型シート供給装置
２０    塗布部
２０ｂ  別の実施形態の塗布部
２０ｃ  別の実施形態の塗布部
２０ｄ  別の実施形態の塗布部
２０ｅ  別の実施形態の塗布部
２１ａ、２１ｂ  壁面部材
２１ｃ、２１ｄ  別の形状の壁面部材
２１ｅ、２１ｆ  別の形状の壁面部材
２１ｇ、２１ｈ  別の形状の壁面部材
２１ｉ、２１ｊ  別の形状の壁面部材
２２    液溜り部
２２ａ  液溜り部のうち断面積が連続的に減少する領域
２２ｂ  液溜り部のうち断面積が減少しない領域
２２ｃ  液溜り部のうち断面積が断続的に減少する領域
２３    狭窄部
２４ａ、２４ｂ  側板部材
２５    出口
２６    隙間
２７    板状ブッシュ
２７ａ  幅規制機構の片端
２７ｂ  幅規制機構の２７ａと異なる片端
３０    比較例１の塗布部
３１ａ、３１ｂ  比較例１の壁面部材
３２    比較例１の液溜り部
３３    比較例１の液溜り部のうち断面積が断続的に減少する領域
３５ａ、３５ｂ、３５ｃ    バー
５０    循環流整流板
５１    強化繊維シート垂線方向の循環流整流板の最下点
５２    狭窄部の出口の隙間を形成する壁面部材端部位置０
５３    壁面位置Ｍ
５４    開口部
５５    強化繊維シート走行方向の循環流整流板の最下点
５６    狭窄部上端位置
５７    壁面上端位置
５８    強化繊維シート走行方向の循環流整流板の最上点
５９    成す角
６４    液沈み込み部
１００  塗工装置
Ｂ      液溜り部２２の奥行き
Ｃ      液溜り部２２の上部液面までの高さ
Ｄ      狭窄部の隙間
Ｇ      幅規制を行う位置
Ｈ      液溜り部２２の断面積が連続的に減少する鉛直方向高さ
Ｋ      壁面高さ
Ｌ      液溜り部２２の幅
Ｍ      壁面への距離
Ｒ、Ｒａ、Ｒｂ    渦流れ
Ｔ      循環流
Ｗ      狭窄部２３の直下で測定した塗液含浸強化繊維シート１ｂの幅
Ｙ      狭窄部２３の幅
Ｚ      強化繊維シート１ａの走行方向（鉛直方向下向き）
θ      テーパー部の開き角度
４１１  クリール
４１２  強化繊維ボビン
４１３  方向転換ガイド
４１４  強化繊維束
４１５  強化繊維配列装置
４１６  強化繊維シート
４１７  拡幅装置
４１８  平滑化装置
４１９  方向転換ロール
４２０  強化繊維予熱装置
４３０  塗布部
４３１  第１の塗布部
４３２  第２の塗布部
４４１  方向転換ロール
４４２  離型シート（上）供給装置
４４３  離型シート（下）供給装置
４４４  高張力引取り装置
４４５  方向転換ロール
４４６  離型シート
４４７  積層ロール
４４８  高張力引取り装置
４４９  高張力引取りＳ字ロール
４５０  追含浸装置
４５１  熱板
４５２  加熱ニップロール
４５３  簡易追含浸装置
４５４  加熱ニップロール
４５５  加熱Ｓ字ロール
４５６  コンタクトロール
４６１  冷却装置
４６２  引き取り装置
４６３  離型シート（上）巻取装置
４６４  ワインダー
４７１  プリプレグ（塗液含浸強化繊維シート）
４７２  プリプレグ／離型シート（シート状一体物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
2020028843.tif 000013
【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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