(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の連続強化繊維からなる帯状強化繊維束を、連続的に走行させつつ、該帯状強化繊維束の厚み方向に複数層配置して溶融熱可塑性樹脂が供給されたダイ内に導入する繊維束導入工程と、
前記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、前記ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の段階で、開繊により拡幅して各帯状強化繊維束の厚みを縮小する繊維束厚み縮小工程と、
前記厚みが縮小された各帯状強化繊維束内に、前記ダイ内で前記溶融熱可塑性樹脂を含浸させる樹脂含浸工程と、
前記溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を前記ダイ内で積層する積層工程と、を有し、
全体形状としてシート状のプリプレグを製造することを特徴とする、シート状プリプレグの製造方法。
【請求項２】
前記複数層の帯状強化繊維束を、前記ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の段階で、該帯状強化繊維束の厚み方向に、隣接帯状強化繊維束間に間隔をもたせた複数段に配置する、請求項１に記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項３】
前記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、より小幅の帯状強化繊維束を繊維束幅方向に連接することにより形成する、請求項１または２に記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項４】
前記繊維束導入工程の直上流に、通路内を所定の真空度に減圧可能なシール部を接続し、前記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、前記シール部の所定の真空度に減圧された通路内を通過させることにより前記複数層の帯状強化繊維束内部の減圧度を高める脱気工程を有する、請求項１〜３のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項５】
前記繊維束厚み縮小工程において、前記複数層の帯状強化繊維束のうち互いに隣接する帯状強化繊維束を開繊により拡幅する位置を、帯状強化繊維束の走行方向に互いにずらす、請求項１〜４のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項６】
前記樹脂含浸工程において、各帯状強化繊維束内への前記溶融熱可塑性樹脂の含浸位置または含浸完了位置を、帯状強化繊維束の走行方向に順次ずらす、請求項１〜５のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項７】
前記積層工程において、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を、帯状強化繊維束の走行方向に順次ずらした位置にて順に積層する、請求項６に記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項８】
前記ダイ内において、帯状強化繊維束の走行方向に配列された複数の固定ガイドを用いて、各帯状強化繊維束を順次開繊または／および溶融熱可塑性樹脂が含浸された帯状強化繊維束を順次積層し、該開繊または／および積層に用いる複数の固定ガイドの少なくとも一部の固定ガイド中に帯状強化繊維束の通過口を設けて、該通過口に少なくとも一部の帯状強化繊維束を通過させる、請求項１〜７のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項９】
前記樹脂含浸工程において、各帯状強化繊維束内への前記溶融熱可塑性樹脂の含浸または含浸完了を、帯状強化繊維束の走行方向における同じ位置にて行う、請求項１〜５のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項１０】
前記積層工程において、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を、帯状強化繊維束の走行方向における所定の位置にて同時に積層する、請求項９に記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項１１】
前記樹脂含浸工程または積層工程において、前記ダイに設けられた脱気ベントおよび／または樹脂排出ベントから、ダイ内のガスおよび／または樹脂を排出する、請求項１〜１０のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項１２】
前記ダイ内で積層され全体としてシート形状に形成されたプリプレグを、ダイから引き抜いた後、さらにカレンダーロールに通す追含浸工程を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項１３】
前記カレンダーロールが少なくとも第１のカレンダーロールと第２のカレンダーロールとからなり、少なくとも第２のカレンダーロールは溝つきロールであり、第１のカレンダーロールに通すことにより、シート状に形成されたプリプレグを拡幅した後、第２のカレンダーロールに通すことにより、拡幅されたシート状プリプレグを狭幅しながら幅方向に所定幅となるようにシート状プリプレグの幅を規制する、請求項１２に記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項１４】
前記連続強化繊維が炭素繊維を含む、請求項１〜１３のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造方法。
【請求項１５】
全体形状としてシート状のプリプレグを製造するシート状プリプレグの製造装置であって、
溶融熱可塑性樹脂が供給されるダイと、
複数の連続強化繊維からなる帯状強化繊維束を、連続的に走行させつつ、該帯状強化繊維束の厚み方向に複数層配置して前記ダイ内に導入する繊維束導入手段と、
前記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、前記ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の段階で、開繊により拡幅して各帯状強化繊維束の厚みを縮小する繊維束厚み縮小手段と、
前記厚みが縮小された各帯状強化繊維束内に、前記ダイ内で前記溶融熱可塑性樹脂を含浸させる樹脂含浸手段と、
前記溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を前記ダイ内で積層する積層手段と、
を有することを特徴とする、シート状プリプレグの製造装置。
【請求項１６】
前記複数層の帯状強化繊維束を、前記ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の位置で、該帯状強化繊維束の厚み方向に、隣接帯状強化繊維束間に間隔をもたせた複数段に配置する手段を有する、請求項１５に記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項１７】
前記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれが、より小幅の帯状強化繊維束を繊維束幅方向に連接することにより形成されている、請求項１５または１６に記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項１８】
前記繊維束導入手段の直上流に、通路内を所定の真空度に減圧可能なシール部を接続し、前記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、前記シール部の所定の真空度に減圧された通路内を通過させることにより前記複数層の帯状強化繊維束内部の減圧度を高める脱気手段を有する、請求項１５〜１７のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項１９】
前記繊維束厚み縮小手段において、前記複数層の帯状強化繊維束のうち互いに隣接する帯状強化繊維束を開繊により拡幅する位置が、帯状強化繊維束の走行方向に互いにずらされている、請求項１５〜１８のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２０】
前記樹脂含浸手段において、各帯状強化繊維束内への前記溶融熱可塑性樹脂の含浸位置または含浸完了位置が、帯状強化繊維束の走行方向に順次ずらされている、請求項１５〜１９のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２１】
前記積層手段が、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を、帯状強化繊維束の走行方向に順次ずらした位置にて順に積層する手段からなる、請求項２０に記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２２】
前記ダイ内に、各帯状強化繊維束を順次開繊または／および溶融熱可塑性樹脂が含浸された帯状強化繊維束を順次積層するのに用いられる固定ガイドが帯状強化繊維束の走行方向に複数配列されており、該複数の固定ガイドの少なくとも一部の固定ガイド中に、少なくとも一部の帯状強化繊維束を通過させることが可能な通過口が設けられている、請求項１５〜２１のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２３】
前記樹脂含浸手段が、各帯状強化繊維束内への前記溶融熱可塑性樹脂の含浸または含浸完了を、帯状強化繊維束の走行方向における同じ位置にて行う手段からなる、請求項１５〜１９のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２４】
前記積層手段が、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を、帯状強化繊維束の走行方向における所定の位置にて同時に積層する手段からなる、請求項２３に記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２５】
前記ダイに、脱気ベントおよび／または樹脂排出ベントが装着されている、請求項１５〜２４のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２６】
前記ダイの下流に配置され、前記ダイ内で積層され全体としてシート状に形成されダイから引き抜かれたプリプレグに対しカレンダー処理を施すカレンダーロールを備えた追含浸手段を有する、請求項１５〜２５のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２７】
前記カレンダーロールは、少なくとも、シート状に形成されたプリプレグを幅方向に所定幅となるように拡幅する第１のカレンダーロールと、該第１のカレンダーロールの下流に配置され、拡幅したシート状プリプレグを狭幅しながら幅方向に所定幅となるように規制する、溝つきの第２のカレンダーロールとを備えている、請求項２６に記載のシート状プリプレグの製造装置。
【請求項２８】
前記連続強化繊維が炭素繊維を含む、請求項１５〜２７のいずれかに記載のシート状プリプレグの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート状プリプレグの製造方法および装置に関し、とくに、樹脂が内部に極めて均一に含浸された、連続強化繊維を使用したシート状プリプレグの製造方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シート状に配列された強化繊維に溶融マトリックス樹脂を含浸させ、該樹脂を半硬化の状態に保ったシート状プリプレグは、各種分野で部材の補強や表面形成等に幅広く利用されている。また、優れた補強効果等を得るためには、強化繊維として連続繊維を使用する場合が多く、とくに、連続強化繊維を帯状（テープ状）に例えば一方向に引き揃え、それに樹脂を含浸させたものが好ましく用いられる（例えば、特許文献１）。【０００３】
このようなシート状プリプレグを樹脂溶融含浸法で作製するに際しては、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂のように溶融粘度の高いものを採用すると、連続強化繊維が配列されて形成された帯状強化繊維束の断面方向全体にわたって隅々まで溶融樹脂を良好に含浸させることが困難な場合がある。とくに、帯状強化繊維束の厚みがあるレベル以上に大きくなると、所定の含浸が困難となり、良好な品位の含浸体（プリプレグシート）が得られない。【０００４】
連続強化繊維ではなく、例えば強化繊維の短繊維をランダムに樹脂中に分散させたものでは、混練等により、強化繊維と樹脂が均一に分布したシート基材の形成は可能であるが、それでは、連続強化繊維を用いる場合のような、成形物の高い強度や、補強効果は期待できない。【０００５】
長繊維の強化繊維からなるロービング(断面が円形や長円形のもの)に溶融樹脂を含浸させるに際し、ロービングを開繊して、長繊維間への溶融樹脂の含浸性を向上するようにした技術（例えば、特許文献２）や、ロービングを構成する長繊維間の空気を吸引することにより、長繊維間への溶融樹脂の含浸性を向上するようにした技術（例えば、特許文献３）は知られている。かかる特許文献３では、ロービングをそれぞれ１本１本ダイ内に分割して導いている。しかし、この技術は、連続強化繊維の帯状強化繊維束の場合、その厚みがあるレベル以上になると、樹脂含浸性は主として溶融樹脂の粘度に左右されるため、高い含浸性向上効果は期待できない。また、生産性を左右する樹脂含浸時間についてみても、断面が円形や長円形のロービングに対しては、全方位からの樹脂の含浸のための時間が律則となるため、特定の方向への含浸性を向上する必要はなく、上記のようなロービング内からの空気吸引が含浸性向上に寄与することになると考えられる。しかし、幅に比べて厚みの方がはるかに小さい帯状強化繊維束の場合には、厚み方向での樹脂の含浸のための時間が、樹脂含浸完了までの時間の律則となるため、樹脂含浸時間短縮、それによる生産性をはかるためには、単なる開繊を行うだけでなく、厚み方向の樹脂含浸性を向上するための特別の工夫が要求されることになる。【０００６】
この他にも、複数の並列に配置されたロービングを含浸させる場合、開繊を阻害しないように隣接するロービングを１本おきに別の組に分けて粒子状の樹脂を付与するという技術が知られている（例えば、特許文献４）。しかしながら、本技術は、粒子状の樹脂をロービング中に付着する際にロービングを組み分けして扱っており、実際に樹脂含浸する際には組み分けされず、一体のシートとして扱われており、厚み方向での樹脂の含浸のための時間の短縮には十分でない。【０００７】
さらに、得られたシート状プリプレグの断面形状を所定の形状に制御し、平滑な平面を得るために、上下一対の凸凹ローラー（カレンダーロール）を用いる技術が知られている（例えば、特許文献５）。しかしながら、本技術では凸凹ローラーにより拡幅することのみを開示しており、厳密にシート幅をコンスタントに制御するために必要な拡幅後に狭幅するという要件に関しては何ら開示しておらず、十分な内容とはいえない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６０−３６１３６号公報
【特許文献２】特開２００５−２９９１２号公報
【特許文献３】特開平５−１１６１４２号公報
【特許文献４】特開平７−０４０３４１号公報
【特許文献５】特開２０００−３５５６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明の課題は、上記のような実情に鑑み、とくに複数の連続強化繊維からなる帯状強化繊維束に溶融樹脂を含浸させて作製するシート状のプリプレグに関して、比較的溶融粘度が高い熱可塑性樹脂を使用する場合にあっても、所定の厚み全体にわたって均一にかつ良好に樹脂を含浸させることができ、しかも樹脂含浸時間の大幅な短縮が可能で、高品位のシート状プリプレグを高い生産性をもって製造できる、シート状プリプレグの製造方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係るシート状プリプレグの製造方法は、
複数の連続強化繊維からなる帯状強化繊維束を、連続的に走行させつつ、該帯状強化繊維束の厚み方向に複数層配置して溶融熱可塑性樹脂が供給されたダイ内に導入する繊維束導入工程と、
前記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、前記ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の段階で、開繊により拡幅して各帯状強化繊維束の厚みを縮小する繊維束厚み縮小工程と、
前記厚みが縮小された各帯状強化繊維束内に、前記ダイ内で前記溶融熱可塑性樹脂を含浸させる樹脂含浸工程と、
前記溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を前記ダイ内で積層する積層工程と、を有し、
全体形状としてシート状のプリプレグを製造することを特徴とする方法からなる。【００１１】
この本発明に係るシート状プリプレグの製造方法においては、連続強化繊維からなる帯状強化繊維束が、ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の段階で、導入前の段階ではエアーやしごき、振動を与えるなどの開繊手法を用いて、導入後の段階ではしごきを与えるなどの開繊手法を用いて、開繊・拡幅され、それによって帯状強化繊維束の厚みが縮小される。つまり、比較的溶融粘度が高い熱可塑性樹脂を使用する場合にあっても、短時間で十分に良好に含浸可能な厚みまで縮小される。そして、個々に厚みが縮小された帯状強化繊維束が複数用いられ、これら帯状強化繊維束が、厚み方向に複数層に配置された状態にて、ダイ内で、供給されていた溶融樹脂が各帯状強化繊維束にそれぞれ含浸される。個々の帯状強化繊維束が厚みの小さいシート状物に形成されているので、個々の帯状強化繊維束に対して、溶融樹脂は、その小さな厚みの方向の距離(含浸距離)分、容易に含浸されていくことになり、短時間のうちに所望の厚み方向全体にわたる均一な含浸が行われる。均一に溶融樹脂が含浸されつつある、または／および、含浸が完了した個々の帯状強化繊維束が、複数、同じダイ内で厚み方向に積層され、全体として目標とする厚みとなるようにシート状プリプレグが形成される。このシート状プリプレグは、個々の帯状強化繊維束に対する樹脂含浸時間が短くてよいことから、その樹脂含浸時間と、引き続き行われる同じダイ内での積層の時間を合計しただけの短時間で作製されることになり、製造時間の面から、生産性が大幅に向上される。また、個々の帯状強化繊維束の開繊・拡幅の段階では、該帯状強化繊維束の厚みは容易に均一化でき、とくに、樹脂含浸前の個々の帯状強化繊維束の開繊・拡幅の段階では、該帯状強化繊維束の厚みは容易に均一化でき、かつ連続強化繊維も容易に均一に分散できることから、樹脂含浸帯状強化繊維束を積層したシート状プリプレグの完成後も、該プリプレグ内の強化繊維の分散も均一で良好な状態に保たれる。加えて、上記の如く積層される個々の帯状強化繊維束には、溶融樹脂が均一に含浸されているから、得られるシート状プリプレグは、全体にわたって均一な物性を有する高品位なものとなる。【００１２】
上記のような本発明に係るシート状プリプレグの製造方法においては、上記溶融樹脂としては、熱可塑性樹脂を用いる。すなわち、上述の如く、本発明は、溶融粘度が低い樹脂に対してよりも、溶融粘度が高い樹脂に対してより有効であるので、熱可塑性樹脂を用いる場合にとくに効果的なものである。用いる熱可塑性樹脂の種類はとくに限定されず、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６、芳香族ポリアミド等）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等）、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ＡＢＳ、液晶ポリエステルや、アクリロニトリルとスチレンの共重合体等を用いることができる。これらの混合物でもよい。また、ナイロン６とナイロン６６との共重合ナイロンのように共重合したものであってもよい。特に、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、芳香族ポリアミドであると、優れた補強効果を奏する連続した強化繊維を用いる必然性が高まるため、本発明での好ましい態様といえる。さらに得たい成形品の要求特性に応じて、難燃剤、耐候性改良剤、その他酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、着色剤、相溶化剤、導電性フィラー等を添加しておくことができる。【００１３】
また、上記連続強化繊維の種類もとくに限定されず、炭素繊維をはじめ、ガラス繊維やアラミド繊維など、あらゆる強化繊維を使用可能であり、これらを組み合わせて用いたハイブリッド構成も採用可能である。中でも、最終成形物の強度等の機械特性の向上が望まれる場合には、炭素繊維を使用することが好ましい。炭素繊維の中でも、繊維束厚み縮小工程や樹脂含浸工程において毛羽を発生させにくい、高強度のものを用いるのがさらに好ましい。具体的には、引張強度が４，５００ＭＰａ以上、更には５，０００ＭＰａ以上の引張強度を有するものを指す。また、強化繊維に付与するサイジング剤としては、３００℃における熱減量が５％以下のものを用いるのが好ましい。更に好ましくは、３５０℃における熱減量が１５％以下のものである。熱分解し難いサイジング剤を用いると、繊維束厚み縮小工程や樹脂含浸工程において毛羽を発生させにくく、かつ、ダイ内でのガス発生を最小限に抑制でき、本発明の効果を最大限に発現することができる。かかる効果は、特に、加工温度が３００℃近傍を超える耐熱性の熱可塑性樹脂（例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルイミド、芳香族ポリアミドなど）において格段の効果を奏する。サイジング剤を付与しない炭素繊維を用いた場合、ガス発生は殆どなくなる利点があるが、毛羽の発生が著しく、高品位なシート状のプリプレグを得られないだけでなく、高生産性も実現することが困難な場合がある。なお、上記熱減量とは、ＴＧ（熱重量分析）法において大気雰囲気下にて昇温速度１０℃／分で２５℃から４００℃まで加熱し、３００℃、３５０℃それぞれにおけるサイジング剤が減量した比率を指す。【００１４】
上記のような本発明に係るシート状プリプレグの製造方法においては、上記複数層の帯状強化繊維束を、ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の段階で、該帯状強化繊維束の厚み方向に、隣接帯状強化繊維束間に間隔をもたせた複数段に配置することができる。このようにすれば、複数段に配置された各帯状強化繊維束間に適切な隙間が設けられた状態で溶融樹脂が含浸されるので、個々の帯状強化繊維束に対して、溶融樹脂は、両面側から、その小さな厚みの方向の距離(含浸距離)分、より容易に含浸されていくことになる。したがって、より短時間のうちに所望の均一な含浸が完了し、生産性が一層向上される。【００１５】
また、本発明に係るシート状プリプレグの製造方法においては、上記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、より小幅の帯状強化繊維束を繊維束幅方向に連接することにより形成することができる。例えば、製造しようとするシート状プリプレグの幅が、通常作製される個々の帯状強化繊維束の幅よりも広い場合には、このような手法を採用できる。すなわち、小幅の帯状強化繊維束を、複数、幅方向に所定幅となるまで（つまり、実質的に製造しようとするシート状プリプレグの幅となるまで）連接し、所定の広幅の帯状強化繊維束の形態に形成した後、該広幅帯状強化繊維束に樹脂を含浸させるようにすることができる。このようにすれば、広幅のシート状プリプレグも容易に効率よく製造できる。また、上記より小幅の帯状強化繊維束を繊維束幅方向に連接して、所定の広幅の帯状強化繊維束を形成する場合、ダイ内へ導入する繊維束導入工程においてに、繊維束幅方向に、隣接小幅の帯状強化繊維束間に間隔をもたせることができる。上記隣接小幅の帯状強化繊維束間に隙間を設けることにより、ダイ内での樹脂含浸工程において、帯状強化繊維束がダイ内に持ち込んだ空気を、その隙間を経由してダイ入口や後述の脱気ベントから効率よくダイ外に排出することが可能となり、空気が樹脂含浸を阻害する影響を最小限に抑制することができる。【００１６】
また、本発明に係るシート状プリプレグの製造方法においては、上記繊維束導入工程の直上流に、通路内を所定の真空度に減圧可能なシール部を接続し、上記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、そのシール部の所定の真空度に減圧された通路内を通過させることにより複数層の帯状強化繊維束内部の減圧度を高める脱気工程を有することが好ましい。このようにすれば、帯状強化繊維束がダイ内に持ち込む空気の量を最小限に抑制することができ、ダイ内での帯状強化繊維束への溶融樹脂含浸性能を良好に維持することが可能になる。【００１７】
また、本発明における上記繊維束厚み縮小工程においては、複数層の帯状強化繊維束のうち互いに隣接する帯状強化繊維束を開繊により拡幅する位置を、帯状強化繊維束の走行方向に互いにずらすこともできる。このようにすれば、各繊維束厚み縮小手段を互いに干渉させることなく容易に所望の位置に配設することが可能になり、厚み縮小・拡幅の対象となる各帯状強化繊維束に対してより確実に所望の動作が行われる。【００１８】
また、上記樹脂含浸工程において、各帯状強化繊維束内への溶融熱可塑性樹脂の含浸位置または含浸完了位置を、帯状強化繊維束の走行方向に順次ずらすこともできる。このようにすれば、各樹脂含浸手段を互いに干渉させることなく容易に所望の位置に配設することが可能になり、樹脂含浸の対象となる各帯状強化繊維束に対してより確実に所望の動作が行われる。【００１９】
また、上記積層工程において、溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を、帯状強化繊維束の走行方向に順次ずらした位置にて順に積層することもできる。このように順に積層すれば、各層をより確実に精度よく積層することが可能になり、積層体としてのシート状プリプレグの寸法精度の向上が可能になる。【００２０】
また、上記ダイ内においては、帯状強化繊維束の走行方向に配列された複数の固定ガイド（例えば、スクイーズバー）を用いて、各帯状強化繊維束を順次開繊または／および溶融熱可塑性樹脂が含浸された帯状強化繊維束を順次積層し、該開繊または／および積層に用いる複数の固定ガイドの少なくとも一部の固定ガイド中に帯状強化繊維束の通過口を設けて、該通過口に少なくとも一部の帯状強化繊維束を通過させるようにすることもできる。上記ダイ内では大きなスペースを取れない可能性があるので、ダイ内での開繊または／および積層には大きなスペースを要しない固定ガイドを用いることが好ましく、複数の固定ガイドを帯状強化繊維束の走行方向に配列しておくことにより、各帯状強化繊維束を順次開繊または／および溶融熱可塑性樹脂が含浸された帯状強化繊維束を順次積層することが可能になる。そして、複数の固定ガイドの少なくとも一部の固定ガイド中に帯状強化繊維束の通過口を設けておけば、先に開繊または／および積層された一部の帯状強化繊維束については、開繊または／および積層動作を行わずにその通過口を通過させるようにすることが可能になり、開繊または／および積層を所望に位置にて順次行わせることが可能になる。【００２１】
また、本発明に係るシート状プリプレグの製造方法においては、上記樹脂含浸工程において、各帯状強化繊維束内への溶融熱可塑性樹脂の含浸または含浸完了を、帯状強化繊維束の走行方向における同じ位置にて行うようにすることもできる。すなわち、複数層の帯状強化繊維束に対し、同じ走行方向位置にて実質的に同時に樹脂を含浸させるようにすることができる。このようにすれば、ダイの長さの短縮をはかることが可能になる。【００２２】
また、上記積層工程においては、溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を、帯状強化繊維束の走行方向における所定の位置にて同時に積層することが可能になる。【００２３】
また、本発明に係るシート状プリプレグの製造方法においては、上記樹脂含浸工程または積層工程において、ダイに設けられた脱気ベントおよび／または樹脂排出ベントから、ダイ内のガスおよび／または樹脂を排出することが好ましい。ダイ内には、所定の熱可塑性樹脂の溶融樹脂が供給されるが、円滑な樹脂含浸を達成するためには、内部で発生したガスや帯状強化繊維束が持ち込んだ空気等は、脱気ベントから排出されることが好ましい。また、樹脂排出ベントからは、劣化した溶融樹脂や帯状強化繊維束の毛羽等を排出することが好ましい。劣化した溶融樹脂や帯状強化繊維束の毛羽等がダイ内で蓄積すると、得られるシート状プリプレグの品位が低下するだけでなく、長時間運転する場合の連続運転性能も阻害される。したがって、樹脂排出ベントから劣化した溶融樹脂や帯状強化繊維束の毛羽等を排出することにより、より高品位なシート状プリプレグを得ることが可能になるとともに、長時間の連続運転が可能になり、生産性を向上させることができる。【００２４】
また、本発明に係るシート状プリプレグの製造方法においては、上記ダイ内で積層され全体としてシート形状に形成されたプリプレグを、ダイから引き抜いた後、さらにカレンダーロールに通す追含浸工程を有することができる。カレンダーロールにてカレンダー処理を施せば、ロール間押圧により、樹脂の追含浸が可能になり、一層良好な樹脂含浸状態の達成が可能になるとともに、少量の厚み調整が可能であることから、最終製造形態のプリプレグ厚みの高精度化をはかることが可能になる。【００２５】
このような追含浸工程を有する場合、上記カレンダーロールが少なくとも第１のカレンダーロールと第２のカレンダーロールとからなり、少なくとも第２のカレンダーロールは溝つきロールであり、第１のカレンダーロールに通すことにより、シート状に形成されたプリプレグを拡幅した後、第２のカレンダーロールに通すことにより、拡幅されたシート状プリプレグを狭幅しながら幅方向に所定幅となるようにシート状プリプレグの幅を規制することができる。このようにすれば、第１のカレンダーロールに通すことにより、ロール間押圧によって若干拡幅するとともに良好な樹脂含浸状態を達成し、しかる後に、所定の幅の溝を備えた溝つきロールである第２のカレンダーロールに通すことにより、シート状プリプレグの幅を狭幅しながら所定幅となるようにその幅を規制できるので、最終製造形態のプリプレグ幅についても高精度化をはかることが可能になる。【００２６】
本発明に係るシート状プリプレグの製造装置は、全体形状としてシート状のプリプレグを製造するシート状プリプレグの製造装置であって、
溶融熱可塑性樹脂が供給されるダイと、
複数の連続強化繊維からなる帯状強化繊維束を、連続的に走行させつつ、該帯状強化繊維束の厚み方向に複数層配置して前記ダイ内に導入する繊維束導入手段と、
前記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、前記ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の段階で、開繊により拡幅して各帯状強化繊維束の厚みを縮小する繊維束厚み縮小手段と、
前記厚みが縮小された各帯状強化繊維束内に、前記ダイ内で前記溶融熱可塑性樹脂を含浸させる樹脂含浸手段と、
前記溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、前記溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を前記ダイ内で積層する積層手段と、
を有することを特徴とするものからなる。【００２７】
この本発明に係るシート状プリプレグの製造装置においても、用いる熱可塑性樹脂の種類はとくに限定されず、前述したのと同様の熱可塑性樹脂を使用できる。また、上記連続強化繊維の種類もとくに限定されず、前述したのと同様の強化繊維を使用可能であり、中でも、最終成形物の強度等の機械特性の向上が望まれる場合には、炭素繊維を使用することが好ましい。炭素繊維やサイジング剤の種類についても、前述したのと同様のものを使用するのがさらに好ましい。【００２８】
また、本発明に係るシート状プリプレグの製造装置においては、上記複数層の帯状強化繊維束を、ダイ内への導入前および導入後の少なくとも一方の位置で、該帯状強化繊維束の厚み方向に、隣接帯状強化繊維束間に間隔をもたせた複数段に配置する手段を有する構成とすることができる。また、上記複数層の帯状強化繊維束のそれぞれが、より小幅の帯状強化繊維束を繊維束幅方向に連接することにより形成されている構成とすることができる。また、上記より小幅の帯状強化繊維束を繊維束幅方向に連接して、所定の広幅の帯状強化繊維束を形成する場合、ダイ内へ導入する繊維束導入工程において、繊維束幅方向に、隣接小幅の帯状強化繊維束間に間隔をもたせることができる。また、上記繊維束導入手段の直上流に、通路内を所定の真空度に減圧可能なシール部を接続し、複数層の帯状強化繊維束のそれぞれを、シール部の所定の真空度に減圧された通路内を通過させることにより複数層の帯状強化繊維束内部の減圧度を高める脱気手段を有する構成とすることもできる。【００２９】
また、本発明に係るシート状プリプレグの製造装置においては、上記繊維束厚み縮小手段において、複数層の帯状強化繊維束のうち互いに隣接する帯状強化繊維束を開繊により拡幅する位置が、帯状強化繊維束の走行方向に互いにずらされている構成とすることができる。また、上記樹脂含浸手段において、各帯状強化繊維束内への溶融熱可塑性樹脂の含浸位置または含浸完了位置が、帯状強化繊維束の走行方向に順次ずらされている構成とすることもできる。また、上記積層手段が、溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を、帯状強化繊維束の走行方向に順次ずらした位置にて順に積層する手段からなる構成とすることができる。【００３０】
また、上記ダイ内に、各帯状強化繊維束を順次開繊または／および溶融熱可塑性樹脂が含浸された帯状強化繊維束を順次積層するのに用いられる固定ガイド（例えば、スクイーズバー）が帯状強化繊維束の走行方向に複数配列されており、該複数の固定ガイドの少なくとも一部の固定ガイド中に、少なくとも一部の帯状強化繊維束を通過させることが可能な通過口が設けられている構成とすることができる。【００３１】
また、上記樹脂含浸手段としては、各帯状強化繊維束内への前記溶融熱可塑性樹脂の含浸または含浸完了を、帯状強化繊維束の走行方向における同じ位置にて行う手段からなる構成とすることもできる。この場合、積層手段としては、溶融熱可塑性樹脂が含浸されつつある、または／および、溶融熱可塑性樹脂が含浸された複数の帯状強化繊維束を、帯状強化繊維束の走行方向における所定の位置にて同時に積層する手段からなる構成とすることができる。【００３２】
また、本発明に係るシート状プリプレグの製造装置においては、上記ダイに、脱気ベントおよび／または樹脂排出ベントが装着されている構成とすることができる。【００３３】
また、上記ダイの下流に配置され、ダイ内で積層され全体としてシート状に形成されダイから引き抜かれたプリプレグに対しカレンダー処理を施すカレンダーロールを備えた追含浸手段を有する構成とすることができる。この場合、カレンダーロールは、少なくとも、シート状に形成されたプリプレグを幅方向に所定幅となるように拡幅する第１のカレンダーロールと、該第１のカレンダーロールの下流に配置され、拡幅したシート状プリプレグを狭幅しながら幅方向に所定幅となるように規制する、溝つきの第２のカレンダーロールとを備えた構成とすることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係るシート状プリプレグの製造方法および装置によれば、所定の厚み全体にわたって均一にかつ良好に樹脂が含浸され、強化繊維も均一に分散された高品位な熱可塑性シート状プリプレグを提供できる。また、樹脂含浸時間を大幅に短縮でき、この高品質のシート状プリプレグを高い生産性をもって製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施態様に係るシート状プリプレグの製造方法および装置を示す    概略構成図である。
【図２】本発明のシート状プリプレグの製造方法における開繊拡幅の一例を示す帯状    強化繊維束の概略断面図である。
【図３】図１の装置の開繊機における開繊の一例を示す概略側面図（Ａ）と概略平面図（Ｂ）である。
【図４】本発明のシート状プリプレグの製造方法における帯状強化繊維束のダイへの導入およびダイ中での積層の一例を示すダイの概略断面図である。
【図５】本発明のシート状プリプレグの製造方法における帯状強化繊維束のダイへの導入およびダイ中での積層の別の一例を示すダイの概略断面図である。
【図６】本発明で用いられる固定ガイドの一例を示す概略斜視図である。
【図７】本発明で用いられる固定ガイドの別の一例を示す概略斜視図である。
【図８】図１の装置のカレンダーロールにおけるカレンダー処理の一例を示す概略側面図（Ａ）と概略平面図（Ｂ）である。
【図９】強化繊維束への樹脂含浸におけるDarcy則による単純モデルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るシート状プリプレグの製造方法および装置を示しており、１００は、シート状プリプレグの製造装置全体を示している。本実施態様では、繊維束導入工程（繊維束導入手段）１、繊維束厚み縮小工程（繊維束厚み縮小手段）２、脱気工程（脱気手段）３、樹脂含浸工程（樹脂含浸手段）４、積層工程（積層手段）６、追含浸工程（追含浸手段）５を有している。
【００３７】
複数の連続強化繊維３０からなる強化繊維束（帯状強化繊維束）１０が、複数本、各クリール１１から引き出され、開繊による拡幅により繊維束の厚みを縮小する繊維束厚み縮小手段の一つとしての開繊機１２に送られる。開繊機１２は、図示のように、オーブンを有し、加熱を伴うものであってもよいし、開繊ロール１３を直接加熱するような機構を用いてもかまわない。開繊機１２では、例えば、複数の開繊ロール１３等（または、開繊用バー）により、導入されてきた各帯状強化繊維束１０が開繊され、該開繊により拡幅されて帯状強化繊維束１０の厚みが縮小される。
【００３８】
この開繊拡幅は、例えば図２に示すような形態で行われ、連続強化繊維３０からなる帯状強化繊維束１０の初期厚みＴが、開繊拡幅により厚みｔまで縮小され、薄い増幅帯状強化繊維束３１の形態とされる。なお、最終的に製造しようとするシート状プリプレグの幅がこの増幅帯状強化繊維束３１の幅よりも広い場合には、帯状強化繊維束１０の段階で、あるいは帯状強化繊維束３１の段階で、帯状強化繊維束を必要な枚数だけ幅方向に連接することもできる。例えば図３に示すように、併走されてきた複数の帯状強化繊維束１０が、帯状強化繊維束１０の走行方向にずれた互いに異なる位置の開繊ロール１３によって拡幅され、拡幅された複数の帯状強化繊維束１０が幅方向に連接されて、より幅の広い所定幅の増幅帯状強化繊維束３１とされる。なお、図示は省略するが、このような拡幅、幅方向の連接は、後述のダイ中でも行うことが可能である。
【００３９】
開繊拡幅により厚みが縮小された帯状強化繊維束３１は、本実施態様では図１に示すように脱気工程３を経て、より具体的には、脱気手段としての真空シール手段１５を介して、樹脂含浸のためのダイ１９内に導入される。真空シール手段１５では、例えば、外部に対し可能な限り遮断され帯状強化繊維束３１が通過可能な通路１６が形成され、形成された通路１６内から真空ポンプ(図示例では、２段の真空ポンプ１７、１８)により空気が吸引されている。後述の通り、樹脂含浸工程において、均一にかつ良好に樹脂を含浸させるためには、溶融樹脂と帯状強化繊維束とが長い間接しているのが好ましい。すなわち、樹脂含浸用のダイ１９内では、空気やガスが極力混入せずに溶融樹脂にて満たされているのが好ましく、帯状強化繊維束３１がダイ内に大量の空気を持ち込むと、溶融樹脂と帯状強化繊維束との直接の接触を阻害するために好ましくない。持ち込む空気の量は、生産速度を高くすればするほど多くなり、より樹脂含浸を困難にする。かかる脱気により、帯状強化繊維束３１がダイ内に持ち込む空気を最小限に抑制することができ、樹脂含浸が容易になり本発明の効果を最大限に奏することができるのである。
【００４０】
ダイ１９には、それに接続された押出機２０から所定の熱可塑性樹脂の溶融樹脂が供給され、内部で発生したガスや帯状強化繊維束３１が持ち込んだ空気等は、脱気ベント２１から真空ポンプ２２などにより排出されるのが好ましい。また、樹脂排出ベント２７から、劣化した溶融樹脂や帯状強化繊維束の毛羽等を排出するのも好ましい態様である。劣化した溶融樹脂や帯状強化繊維束の毛羽等がダイ内に蓄積した場合、得られるシート状プリプレグの品位が低下するだけでなく、長時間運転するための連続運転性能をも阻害される。かかる樹脂排出ベント２７から劣化した溶融樹脂や帯状強化繊維束の毛羽等を排出することにより、より高品位なシート状プリプレグが得られるだけでなく、長時間運転に耐えることのできる製造を実現することができる。ダイ１９内に充填された溶融樹脂２３の含浸は、例えば図４又は図５に示すように行われる。
【００４１】
図４に示す例では、上述の開繊拡幅により厚みが縮小された帯状強化繊維束３１は、複数、該帯状強化繊維束３１の厚み方向に複数段にて（図示例では４段にて）配置されるとともに隣接帯状強化繊維束３１間に適切な間隔をもたせた状態にて、溶融樹脂２３が供給されたダイ１９内に導入される。図示例では、ダイ１９内への導入直後位置に、上記間隔をもたせた複数段状態を維持するために、各帯状強化繊維束３１を案内するガイドバー３２が配列されている。ガイドバー３２を通過した各帯状強化繊維束３１は、互いに積層されるように接近されるが、ダイ１９内への導入直後位置から積層されるまでの間は、隣接帯状強化繊維束３１間に間隔をもたせた状態に保たれることになるので、厚みが縮小された各帯状強化繊維束３１には、それぞれ、両面側から溶融樹脂２３が含浸されることになる。図４では、複数段の帯状強化繊維束３１がダイ１９の１箇所の入口から導入されている。図示していないが、複数段の帯状強化繊維束が、ダイの複数箇所の入口からそれぞれダイ内に導入されてもよい。かかる態様であると、より確実に隣接帯状強化繊維束３１間に適切な間隔をもたせた状態でダイ内に導入することができるため、好ましい態様の一つといえる。
【００４２】
溶融樹脂２３が含浸された各帯状強化繊維束３１は、同一のダイ１９内で積層される。この積層は、適当な任意の手法で実施可能であり、図４に示す例では、円柱状の表面を有する固定ガイド３３ａ（スクイーズバー）が、帯状強化繊維束３１の走行方向に、複数、円柱の外表面が交互に反対方向の位置で帯状強化繊維束３１に接するように配列され、各固定ガイド３３ａに、積み重ねられた複数の帯状強化繊維束３１を順に通していくことにより行われる。このような円状の表面または次に例示する半円状の表面を有する固定ガイドに、溶融樹脂２３が含浸されつつある、または溶融樹脂２３が含浸された帯状強化繊維束３１を接触させながら通過させることにより、接触直前の帯状強化繊維束３１と固定ガイド表面との間に楔状に狭められていく間隙が形成され、この間隙では帯状強化繊維束３１側に向けて徐々に樹脂圧が高められることになるので、帯状強化繊維束３１内への樹脂含浸が促進あるいは補充されることになる。すなわち、固定ガイド上では、上記のような積層とともに、樹脂含浸の促進あるいは補充が可能である。また、このような固定ガイドを用いて、ダイ１９内での繊維束厚み縮小を行うことも可能である。帯状強化繊維束の開繊・拡幅による繊維束厚み縮小は、ダイへの導入前、導入後の少なくとも一歩の段階で行われていればよく、厚みが縮小された帯状強化繊維束３１にダイ１９内で樹脂の含浸、樹脂含浸された帯状強化繊維束３１の積層が行われればよい。
【００４３】
図５に示す例では、開繊拡幅により厚みが縮小された帯状強化繊維束３１は、複数、該帯状強化繊維束３１の厚み方向に複数層の状態にて（図示状態では２段に見えるが、各段はダイ１９内で一旦分けられ、再び積層されるので、合計４段の形態にて）、溶融樹脂２３が供給されたダイ１９内に導入される。図５に示す例では、半円状の表面を有する固定ガイド３３ｂ（スクイーズバー）が、帯状強化繊維束３１の走行方向に、複数、半円の外表面が交互に反対方向に向くように配列され、各帯状強化繊維束３１に順次溶融樹脂２３が含浸されるとともに、溶融樹脂２３が含浸された帯状強化繊維束３１が順次積層されていく。固定ガイド（スクイーズバー）は、図４に示した円柱状の表面を有するものでも、図５に示した半円状の表面を有するものでもよいが、上記ダイ１９内では溶融樹脂２３の酸化などの劣化を最小限に抑制するため、ダイ１９中に存在する溶融樹脂の量を最小限にしておくのが好ましい。かかる観点から、ダイ１９の容積を最小限にすることが可能な、スペースを要しない半円状の表面を有する固定ガイドを用いるのが好ましい態様といえる。
【００４４】
上記最終的により均一な樹脂含浸状態のシート状プリプレグを得るために、各層の帯状強化繊維束３１への樹脂含浸、樹脂含浸の促進、補充、樹脂が含浸された帯状強化繊維束３１の積層を、帯状強化繊維束３１の走行方向に順次行わせることが好ましい。そのためには、複数の固定ガイド３３ｂを帯状強化繊維束３１の走行方向に配列するとともに、配列された各固定ガイド３３ｂにおいて作動対象となる帯状強化繊維束３１を一部の帯状強化繊維束３１に特定し、その作動対象を順にずらしていくことが好ましい。このようにするためには、ある固定ガイド３３ｂは、特定の一部の帯状強化繊維束３１に対してのみ作動し、残りの帯状強化繊維束３１に対しては単に通過させることが求められる。この要求を満たすためには、例えば図６に示すように、固定ガイド３３ｂに一部の帯状強化繊維束３１を通過させることが可能な通過口３５を設けておけばよい。前述の図４に示した例におけるような円柱状の固定ガイド３３ａに対しては、同様に、図７に示すような通過口３５を設けておけばよい。
【００４５】
上記のように溶融樹脂が含浸された帯状強化繊維束３１の積層体は、ダイ１９から引き抜かれた状態で既に所定のプリプレグの形態を有しているが、本実施態様では、追含浸工程５にて、さらに、複数のロールが配置されたカレンダーロール２４によりカレンダー処理が施されるようになっている。このカレンダー処理による両面側からの押圧により、より確実かつ良好な樹脂含浸が可能になり、さらに、カレンダー処理におけるプレス圧の調整により、製品としてのシート状プリプレグ３４の最終厚み、最終幅の微調整だけでなく、シート状プリプレグ３４の表面に所定の凹凸形状をも付与することも可能になる。なお、かかる凹凸形状は、シート状プリプレグの意匠だけでなく、他の部品と接着接合する際に、物理的なアンカー効果を形成して接着性を高める際に極めて有効な効果を奏する。
【００４６】
この最終幅について、更に精度高く制御する場合、図８に示すように、第１のカレンダーロール２５ａを通すことによりシート状プリプレグを拡幅した後、第２のカレンダーロール２５ｂ（所定幅の溝を有する溝つきロールであることが好ましい。）を通すことによりシート状プリプレグを狭幅しながら幅方向に所定幅となるように規制するのが好ましい。前記の通り拡幅後に狭幅化することにより、目標幅により正確かつ安定して制御することができる。また、得られたシート状プリプレグ３４による複合材料は、力学特性の品質安定性に優れる（バラツキが小さい）という効果を奏する。
【００４７】
上述の一連の帯状強化繊維束の走行(搬送)は、本実施態様では、カレンダーロール２４の下流側に配置された牽引装置２６による上下のベルトの周回によって行われるようになっている。そして、最終的には、製品としてのシート状プリプレグ３４が、巻取機２８によりプリプレグロール２９として巻き取られる。
【００４８】
このような本実施態様に係るシート状プリプレグの製造方法および装置においては、 最終製品としてのシート状プリプレグ３４の製造に用いられる複数の帯状強化繊維束１０のそれぞれが、開繊拡幅により厚みが縮小され、厚みが縮小された個々の帯状強化繊維束３１にダイ１９中で溶融樹脂２３が両面側から含浸される。したがって、個々の帯状強化繊維束３１には、熱可塑性樹脂のように比較的溶融粘度が高い樹脂を使用する場合にあっても、短時間で十分に良好に含浸される。そして、個々に十分良好に溶融樹脂が含浸された樹脂含浸帯状強化繊維束３１が所定枚数同じダイ１９中で積層されて所望のシート状プリプレグ３４が形成されるので、シート状プリプレグ３４としても全体にわたって良好な樹脂含浸状態に保たれる。また、帯状強化繊維束１０の開繊拡幅により厚みが縮小された個々の帯状強化繊維束３１は、薄い厚みにて厚みが均一化されているので、最終製品としてのシート状プリプレグ３４中での強化繊維３０の分散状態も優れた均一な状態に保たれる。したがって、シート状プリプレグ３４は、全体にわたって、均一な強化繊維３０の分散状態と、良好な樹脂含浸状態が確保されることになり、全体にわたって望ましい物性が達成される。
【００４９】
また、帯状強化繊維束３１が厚み方向に複数段に配置されるとともに隣接帯状強化繊維束３１間に間隔をもたせた状態にて、各帯状強化繊維束３１に溶融樹脂２３が含浸されるようにすれば、個々の帯状強化繊維束３１についてみれば、両面側から強化繊維束３１の小さな厚みの方向の距離分(含浸距離分)、樹脂含浸が行われることになり、高粘度の溶融樹脂であっても、容易に、短時間のうちに、その厚み方向全体にわたる均一な含浸が完了されることになる。このような高粘度の溶融樹脂の強化繊維束への含浸の難しさは、例えば、図９および次式で表されるダルシー則（Darcy則）による単純モデルを用いて説明することができる。
【００５０】
図９に示すように、強化繊維束の含浸距離をＸ、マトリックス樹脂の溶融粘度をη、溶融樹脂含浸のために機械的に加える圧力をＰｍとすると、Darcy則をベースに樹脂含浸に要する時間timpを単純化して表すと、ηＸ2／［２Ｓ（Ｐｍ＋Ｐｃ）］のような式で説明することができる。ここで、Ｓは浸透性に関するパラメータ、Ｐｃはキャピラリー圧力(濡れ性が関係する項)を表している。すなわち、樹脂含浸に要する時間は、溶融粘度ηに比例し、溶融粘度ηが高くなるほど時間を要し（つまり、含浸しにくくなり）、かつ、含浸距離Ｘの２乗に比例する。この含浸距離は、本発明における個々の帯状強化繊維束３１の厚みに相当するから、本発明において、帯状強化繊維束１０を、開繊拡幅により、厚みが縮小された帯状強化繊維束３１にすることが、含浸時間の短縮に如何に大きく貢献できるかが理解される。このように、本発明では、個々の帯状強化繊維束３１への樹脂含浸時間が短くてよく、樹脂が含浸された帯状強化繊維束３１を同じダイ１９内で積層するだけで所望のシート状プリプレグが得られるから、シート状プリプレグの製造時間が大幅に短縮され、生産性が大幅に向上される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係るシート状プリプレグの製造方法および装置は、連続強化繊維と熱可塑性樹脂を使用したあらゆるシート状プリプレグの製造に適用できる。かかる製造方法および装置から得られるシート状プリプレグは、自動車、航空機、船舶等の輸送機器、レジャー・スポーツ部材、圧力容器、油田掘削、土木建築の構造部材・準構造部材などに好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  繊維束導入工程（繊維束導入手段）
２  繊維束厚み縮小工程（繊維束厚み縮小手段）
３  脱気工程（脱気手段）
４  樹脂含浸工程（樹脂含浸手段）
５  追含浸工程（追含浸手段）
６  積層工程（積層手段）
１０  帯状強化繊維束
１１  クリール
１２  開繊機
１３  開繊ロール
１５  真空シール手段
１６  通路
１７、１８、２２  真空ポンプ
１９  ダイ
２０  押出機
２１  脱気ベント
２３  溶融樹脂
２４  カレンダーロール
２５ａ  第１のカレンダーロール
２５ｂ  第２のカレンダーロール
２６  牽引装置
２７  樹脂排出ベント
２８  巻取機
２９  プリプレグロール
３０  連続強化繊維
３１  増幅帯状強化繊維束
３２  ガイドバー
３３ａ、３３ｂ  固定ガイド
３４  シート状プリプレグ
３５  通過口
１００  シート状プリプレグの製造装置
【図１】
0005626660.tif 000002
【図２】
0005626660.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005626660.tif 000008
【図８】
0005626660.tif 000009
【図９】
0005626660.tif 000010