(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平にしたトウの少なくとも片面に樹脂を定量供給し、樹脂をトウに接触させると同時に又はその直後にトウの厚さ方向に浸透させ、トウ幅を狭める作用を有する手段とトウ幅を広げる作用を有する手段とを併用してトウを構成するフィラメントの横方向移動によりトウ内に樹脂を均一に含浸させ、その後冷却して巻取ることを特徴とするトウプリプレグの製造方法。
【請求項２】
トウを構成するフィラメントの横方向移動として、さらに、トウの折り畳み又はトウの加撚により、トウを構成するフィラメントの横方向移動によりトウ内に樹脂を均一に含浸させ、その後冷却して巻取ることを特徴とする請求項１記載のトウプリプレグの製造方法。
【請求項３】
扁平にしたトウの少なくとも片面に樹脂を定量供給する前に、予めトウを加熱しておく請求項１または２記載のトウプリプレグの製造方法。
【請求項４】
樹脂との接触時に規制される以上に予めトウ幅を拡げておき、樹脂との接触時にトウ幅を所定幅に狭める請求項１〜３いずれか１項に記載のトウプリプレグの製造方法。
【請求項５】
トウの樹脂付着量を樹脂吐出機の吐出量で制御する請求項１〜４いずれか１項に記載のトウプリプレグの製造方法。
【請求項６】
トウに樹脂を接触させると同時に又はその直後に、トウの樹脂付着面を擦過させることにより樹脂をトウの厚さ方向に浸透させる請求項１〜５いずれか１項に記載のトウプリプレグの製造方法。
【請求項７】
トウを構成するフィラメントの横方向移動による樹脂の均一含浸工程において、トウの走行速度未満の周速で回転する回転体にトウを接触させる請求項１〜６いずれか１項にトウプリプレグの製造方法。
【請求項８】
冷却工程において冷却ロール上でトウ幅を狭めると同時に圧縮してトウの断面形状を制御する請求項１〜７いずれか１項に記載のトウプリプレグの製造方法。
【請求項９】
巻取る直前にトウ幅を狭めると同時に圧縮して断面形状を制御する請求項１〜８いずれか１項に記載のトウプリプレグの製造方法。
【請求項１０】
樹脂を均一に含浸した後、トウに粉体を付着させる請求項１〜９いずれか１項に記載プリプレグの製造方法。
【請求項１１】
樹脂を均一に含浸した後、トウ片面にセパレーター担体を担持させる請求項１〜１０いずれか１項に記載トウプリプレグの製造方法。
【請求項１２】
扁平にした複数本のトウを用いて、樹脂の接触、浸透、均一含浸及び冷却を行った後、各トウを個別に巻取請求項１〜１１いずれか１項に記載トウプリプレグの製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２いずれか１項に記載のトウプリプレグの製造方法において、扁平にしたトウを複数本用い、樹脂の接触、浸透、均一含浸及び冷却を行った後、各トウを分離せずにシート状に巻取ることを特徴とするシート状プリプレグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、繊維強化複合材料に用いられるトウプリプレグ及び複数本のトウからなるシート状プリプレグ（テープ状プリプレグを含む）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化複合材料に用いられる中間材料は一般的にプリプレグとよばれ、離型紙の上に樹脂を薄くコートしたホットメルトフィルムの上に強化繊維トウを引き揃え、その上からトップフィルムをかぶせるか、あるいはさらにホットメルトフィルムを上から重ねた後、加熱及び／又は加圧して強化繊維トウの構成フィラメントに樹脂を含浸させ、しかる後巻取って製造するのが一般的な製法である。
代表的な例として、上下からホットメルトフィルムで挟み込んで樹脂を含浸させる方法が特開平３−１４９２３０号公報及び特公平４−５０５７号公報に開示されている。
【０００３】
上記公報に開示された方法は、多数本の強化繊維トウを取扱い、広幅で離型紙等の保護フィルムにはさんであるので製造プロセス上の汚れもなく安定的に製造できるメリットがある。
また一本のトウにホットメルトの樹脂を含浸させるトウプリプレグの製造方法が特公平５−８０３３０公報に開示されており、この方法は離型紙やホットメルトフィルムを取り去ってトウ単位でプリプレグを製造する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平３−１４９２３０号公報及び特公平４−５０５７号公報に開示された方法で製造されるプリプレグは、幅方向に広幅でみると樹脂含有量の変動は非常に少ないが、トウ１本程度の細幅でみると樹脂含有量の変動が大きく、広幅で製造したプリプレグを細幅で裁断して使用すると、プリプレグ間の樹脂含有量の変動が大きくなりすぎるという問題が生じる。これは多数本のトウ幅の厳密な制御はできていないので、ホットメルトフィルムの単位面積当たりの樹脂量が一定でも、トウの広がりの変動からくる単位体積当たりの繊維量の変動があるため、樹脂含浸後の単位面積当たりの樹脂含有量（重量％）が変動し、プリプレグを広幅で使用すると樹脂含有量は変動が相殺されて精度が良くなるが、例えば広幅のプリプレグをトウ１〜５本程度の広がりに相当する幅で裁断したスリットテープや、広幅のプリプレグからトウ１〜５本程度を引き剥してトウプリプレグとした場合樹脂含有量の変動が大きくなるからである。
【０００５】
更に樹脂含浸速度に関して言えば、トウを横並びに置き、しかも上下から離型紙等の保護シートで押さえつけているため、トウを構成するフィラメントの移動はほとんど不可能で、樹脂の含浸速度は離型紙を介した上下からの加熱、加圧条件及び熱硬化性樹脂であれば樹脂のライフとの兼ね合いで決定され、単に加熱低粘度化すればよいというわけではなく、含浸させる工程の長さ等の問題もあり、生産速度の向上には限界があった。さらに上下からホットメルトフィルムで挟み込んだ場合はトウ内に空気が取り残されるため含浸不良がおこりやすい欠点も有していた。
【０００６】
また特公平５−８０３３０号公報記載のトウプリプレグの製造方法では、トウ幅を広げた状態で樹脂を被覆しトウの相対する表面に皮膜を作り、そのトウをこねることで含浸させているが、この方法における含浸は扁平トウの表面に樹脂皮膜をつくり、次いで樹脂をトウ内に均一に押し込むことに主眼がおかれている。しかしながらこの方法ではまず均一な皮膜を実現することが問題となる。すなわちこの方法では、ドクターブレードとトウの隙間で塗布量を制御しているが、トウのかさばりや幅方向のトウ厚さは均等ではなく、しかも長手方向に変動するのでクリアランスが一定でも塗布厚さを精度よく制御することは至難である。更に混練ロールによるトウの混練でも厚さ方向への樹脂移動は起こりやすいが、横方向の樹脂移動が少ないため均一性が樹脂の塗布性に依存することになる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、ホットメルト樹脂を用いて樹脂含有量を精密に制御し、且つ効率的な均一含浸を行うことによって高生産性でトウプリプレグ及びシート状プリプレグを製造し得る方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、扁平にしたトウの少なくとも片面に樹脂を定量供給し、樹脂をトウに接触させると同時に又はその直後にトウの厚さ方向に浸透させ、トウ幅を狭める作用を有する手段とトウ幅を広げる作用を有する手段とを併用してトウを構成するフィラメントの横方向移動によりトウ内に樹脂を均一に含浸させ、その後冷却して巻取ることを特徴とするトウプリプレグの製造方法、及び上記トウプリプレグの製造方法において、扁平にしたトウを複数本用い、樹脂の接触、浸透、均一含浸及び冷却を行った後、各トウを分離せずにシート状に巻取ることを特徴とするシート状プリプレグの製造方法を要旨とするものである。
【０００９】
また、本発明の実施態様は以下の通りである。すなわち、
（１）扁平にされたトウの少なくとも片面に樹脂を定量供給する前に、予めトウを加熱しておく。
（２）樹脂との接触時に規制される以上に予めトウ幅を拡げておき、樹脂との接触時にトウ幅を狭める。
（３）トウの樹脂付着量を樹脂吐出機の吐出量で制御する。
（４）トウに樹脂を接触させると同時に又はその直後に、トウの樹脂付着面を擦過させることにより樹脂をトウの厚さ方向に浸透させる。
（５）トウを構成するフィラメントの横方向移動を、さらに、トウの折り畳み、又はトウの加撚のうちの少なくとも一つの手段で行う。
（６）トウを構成するフィラメントの横方向移動による樹脂の均一含浸工程において、トウの走行速度未満の周速で回転する回転体にトウを接触させる。
（７）冷却工程において冷却ロール上でトウ幅を狭めると同時に圧縮してトウの断面形状を制御する。
（８）巻取る直前にトウ幅を狭めると同時に圧縮して断面形状を制御する。
（９）樹脂を均一に含浸した後、トウに粉体を付着させる。
（１０）樹脂を均一に含浸した後、トウ片面にセパレーター担体を担持させる。
（１１）扁平にした複数本のトウを用いて、樹脂の接触、浸透、均一含浸及び冷却を行った後、各トウを個別に巻取る。
【００１０】
本発明におけるトウとは、無機繊維、有機繊維、金属繊維またはそれらの混合からなる強化用の長繊維（フィラメント）の束である。
無機繊維としては炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等、有機繊維としてはアラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、その他一般のナイロン、ポリエステル等の有機繊維等が好適に用いられる。
また金属繊維としては、ステンレス、鉄等、フィラメント状になって移動性があれば使用可能である。
フィラメントの径は０．１μｍ以上１００μｍ以下のものが好ましい。０．１μｍ未満ではフィラメントの強力が小さくフィラメントの横移動を起こす際に切断したり毛羽だまりが生じたりする問題があり、１００μｍを越えると硬くなりすぎて屈曲性に劣るので好ましくない。
【００１１】
樹脂としては、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として用いられる熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂が用いられ、例えば熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、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、ウレタン樹脂等を挙げることができ、また熱可塑性樹脂としては、ＰＥＥＫ、ＰＥＩ、ポリアリレート、ポリスルフォン等の超エンジニアリングプラスチック、ナイロン、ポリエステル、ＡＢＳ等のエンジニアリングプラスチック、さらにアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の汎用プラスチックを挙げることができる。
【００１２】
これらの樹脂に必要な性状としては、含浸時における温度で流動性を有していることである。流動性の尺度としての粘度の範囲としては、１ＣＰＳ（センチポアズ）以上１００万ＣＰＳ以下が好ましく、更に好ましくは、１ＣＰＳ以上１万ＣＰＳ以下である。その理由は、以下で説明するフィラメント移動による樹脂含浸作用でフィラメントの移動及びそれに伴う樹脂移動を容易にするために、少なくともフィラメント移動性は高くなければならず、そのためには樹脂の粘度を小さくしてフィラメント移動の抵抗を小さくする必要があるからである。
【００１３】
粘度レベルにおいて１ＣＰＳ未満の樹脂はほとんど存在せず、１００万ＣＰＳを越える粘度ではフィラメント移動及びそれに伴う樹脂の移動がほとんど不可能である。またフィラー等の添加材の有無は含浸時に樹脂の流動性があれば問題はない。
【００１４】
トウは扁平であることが樹脂との接触面積を広くするため望ましい。またトウ幅を一定幅にすることは定量供給した樹脂との接触面積を一定にする意味で重要である。一般的に強化繊維トウは一定幅になっていないので拡幅する必要がある。拡幅させる方法としては、円筒バーで擦過させる方法、振動を加える方法、及び押しつぶす方法等が挙げられる。本発明において、トウは該トウに樹脂が接触するときのトウ幅以上にインラインまたはオフラインで拡幅されていればよい。市販されているテープ状トウはオフラインで拡幅されたトウとみなされる。拡幅されているトウの幅は通常安定化しておらず、その広がり方にはばらつきがある。従って樹脂接触時に樹脂との接触面積を安定化させるには、樹脂接触直前あるいは樹脂接触時にトウ幅を狭めて安定化させることが効果的である。その方法の１例として、樹脂吐出口部又はその直前の位置に所定幅の溝を設けて、該溝内にトウを走行させてトウ幅を狭める方法が好適である。
【００１５】
トウの予備加熱は、樹脂との接触後トウ内への樹脂の浸透時に樹脂温度が低下しないように、予めトウ温度を上昇させておく意味がある。予備加熱によりトウ温度を接触前の樹脂温度以上にしておけば、トウと樹脂の接触後のトウ温度は接触前の樹脂温度より低くなることはない。予備加熱方法としては加熱体との接触加熱、及び通電加熱、誘電加熱、赤外線加熱、雰囲気加熱等の非接触加熱法がいずれも使用可能である。
【００１６】
トウに樹脂を定量供給させる方法としては、プランジャー式吐出機、ギアポンプ式吐出機、エクストルーダー等の溶融樹脂吐出機を用いるのが好ましく、特に超精密ギアポンプ又はエクストルーダーを用いるのが定量供給精度上理想的である。熱硬化性樹脂の場合で樹脂混合後の樹脂ライフが問題になるときは、硬化剤と主剤を別々に押し出しスタティックミキサー等で混合させながら供給すれば更に理想的である。付着の際に必要なことは樹脂が低粘度化してトウに付着しやすくなっていることである。
樹脂を過剰につけてダイス等で樹脂を絞り出し樹脂供給量を制御する方法があるが、ラインスピードが速くなるとダイス、トウ間の摩擦で糸切れ等をおこし易いので速い製造速度では問題である。
また特公平５−８０３３０号公報に記載されているように、ドクターブレード等のクリアランスで制御する方法もあるが、樹脂の浸透しない基材上への塗布であれば基材に樹脂が浸透することがないので塗布厚さで付着量を制御できるが、トウでは浸透があるので精密に制御するのは難しく、またクリアランスにトウを通過させると糸切れ、詰まりの原因となりやすい。
【００１７】
トウに含浸させる樹脂の含有量は１０重量％以上８０重量％以下が良い。１０重量％未満では均一に含浸しにくく、８０重量％を越えると複合材料成型品の機械特性に問題が生じる。機械特性の性能を効果的に発現させるには、３０重量％以上５０重量％以下が理想的である。
【００１８】
本発明において、トウに樹脂を接触させると同時に又はその直後にトウの厚さ方向に樹脂を浸透させるのが、定量供給した樹脂をトウの中に遅滞なく浸透付着させる意味で重要である。この点でトウの両面に単に樹脂皮膜を形成するだけの特公平５−８０３３０号の方法と著しく相違している。樹脂の具体的な浸透方法としては、樹脂を接触させたトウ面側をすばやく擦過するのが良い方法である。ここで擦過とは擦過体たとえば円弧上あるいはエッジ上でトウをこすることを意味する。
【００１９】
擦過時にトウは擦過体側に押しつけられるので必然的にトウ厚さ方向への樹脂加圧力が働き、その結果樹脂がトウ内へ浸透する。トウは擦過体に押しつけられているので擦過体とトウの間には隙間は存在しない。擦過体との接触角は１°以上９０°以下が望ましい。１°未満では樹脂浸透の効果は小さく、９０°を越えると擦過による抵抗で張力が大きくなりすぎ糸切れを生じるおそれがある。擦過で急激な加圧力を発生させた場合、樹脂のトウ内への浸透は不均一となるが、ここでは均一に含浸させることを目的にしているわけではなく、樹脂の付着を確実にすることに主眼をおいている。従って、この樹脂含浸の均一化は次の含浸工程の重要課題となる。
【００２０】
本発明の樹脂含浸工程におけるフィラメントの横方向移動は、トウに外力を加えてトウを構成するフィラメントを横方向（長手方向と直交する方向）に動かし、フィラメント間の相対位置を変化させて樹脂とフィラメントの接触機会を増すことにより、単なる加圧や毛細管現象による含浸効果以上の均一な含浸効果を上げることを特徴としている。具体的には、トウを折り畳む、トウ幅の拡大およびトウ幅の縮小の併用、又はトウを加撚する等の少なくとも一つの手段で行う。加撚手段によると樹脂がトウの外側に押し出される作用も付加される。
【００２１】
これらの手段において、折り畳み手段と加撚手段は、幅縮小手段と同様にトウ幅を狭める傾向にある。そしてトウ幅を狭める作用を有する手段とトウ幅を拡大する手段とを併用すると均一含浸の効果が高くなる。
なお、加撚は樹脂含浸時におこなえばよく含浸後に撚りのない状態が必要なら含浸後に撚り戻しをすればよい。また仮撚りであれば撚り戻しをする必要はなく、撚りのないトウが必要な場合には望ましい。また加撚と同時にあるいは直後に擦過を加えればトウ幅の広がる傾向がでてきて、更に樹脂の厚さ方向の移動のため含浸の均一性は高くなる。
【００２２】
フィラメントの横方向移動の均一含浸において、トウの走行速度未満の周速で回転する回転体にトウを接触させて擦過させることは、毛羽の堆積やロールのクリーニング等にとって有用である。擦過されていればトウは回転体表面で絡まりつくこともなく、また回転体はトウでこすられ且つ回転しているのでトウと接触する面は常にクリーニングされている状態となり、製造環境の向上にも有用である。なお回転体の周速はトウの走行速度未満であればよく、トウの走行方向と逆方向の回転であっても良い。
【００２３】
樹脂を均一含浸させたトウは加熱により樹脂粘度が低くなっており、すぐには巻取れないので冷却して操作性を向上させる必要がある。冷却温度は樹脂が冷却体、たとえば冷却ロール表面に付着せず剥がれる温度であればよく、樹脂系に応じて冷却温度を決定する必要がある。たとえば通常のプリプレグ用として用いられる樹脂系においては常温で多少べたつきがあるため、０℃〜３０℃の範囲内にトウ温度を下げるのが好ましい。
【００２４】
本発明では、樹脂を均一含浸させたトウを溝付きロールやクリアランスを設けたロールで幅を狭めると同時に圧縮して断面形状を制御することができる。その制御位置は均一含浸後の冷却時又はボビンに巻取る直前が良い。ボビンに巻取る直前にトウが冷えすぎて断面形状賦型が難しい場合は賦型可能な温度に加熱した後断面形状を規制すればよい。
また断面形状制御はボビンに巻取った後、オフラインで行い再度巻き直すことも可能である。
【００２５】
トウをボビンから引き出す時、トウの解舒性が重要となる。樹脂に常温で高粘度のものを使用した場合、トウ同士の接着は起こりにくく解舒も問題ないが、粘度が低いと解舒不能となる。それを解決する方法として粉体を表面に付着させ表面の粘着性をなくす方法がある。粉体の種類としては有機、無機の各種粉体が使用可能である。有機物質ではたとえば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が使用可能である。具体的には熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂などが良く、樹脂は硬化していても未硬化でもかまわない。熱可塑性樹脂としてはナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどが使用可能である。また無機物質ではタルク、シリカなど一般的なフィラーが使用可能である。
粉体を付着させる方法としてはいろいろとあるが、一般的には流動床中にトウを通過させる方法又は噴霧させる方法が良い。
粉体をトウに付着させる位置としては樹脂を均一に含浸させた後であればどこでも良い。
トウに粘着性がなくなり、ボビンからの解舒性が良好になれば、粉体の種類、粒子径、付着量には限定されない。
【００２６】
トウのボビンからの解舒性を向上させる方法としては、セパレーター担体をトウ片面に担持させる方法も好適に用いられる。
担体としてはいろいろなものが使用可能であるが、トウとの剥離性がよくしかも材料費を低減化させるために安価なフィルム状のものがよい。典型的な例としてポリエチレンフィルム及びポリプロピレンフィルムが好適である。離型紙などでもよいが高価である。フィルムの幅はトウ幅程度のものであればよく、片面に担持させておけばボビンに巻取った後の解舒も良好である。
担持させる位置としては粉体付着と同様に樹脂を均一含浸させた後であればどこでもよいが、断面形状制御をおこなう場合は形状制御後が望ましい。
【００２７】
複数本のトウプリプレグを個別に巻取って製造する場合は、複数本のトウに、樹脂の接触、浸透、均一含浸及び冷却を行った後、各トウを個別に巻取ればよい。樹脂の均一含浸はトウを複数本まとめて行っても、各トウを分離して個別に行ってもよい。ワインダーで巻取る際に分離されておればトウは個別に巻取ることができる。
また、複数本のトウからシート状のプリプレグを製造する場合は、扁平にした複数本のトウを用いて、樹脂の接触、浸透、均一含浸及び冷却を行った後、各トウを分離せずにシート状に巻取ればよい。この場合も、樹脂の均一含浸はトウを複数本まとめて行っても、各トウを分離して個別に行ってもよい。
【００２８】
更に製造したプリプレグに更に撚りをかける必要があるなら適宜冷却前後に加撚工程をいれることができる。
ライン定速制御は原則的にどこで行ってもよいが、トウ冷却後又は樹脂付着前で行うのが望ましい。
ワインダーとしては、トウ状態で巻取る場合は市販のワインダーが使用可能である。
【００２９】
本発明を図面に従って説明すると、図１は、トウプリプレグを製造するための基本的な工程の一例を示す側面図である。同図において、ボビンに巻かれてあるトウ２をクリール１から引き出し、引き出されたトウ２は擦過拡幅ロール３を通過させた後、ネルソンロール４で走行速度を制御しつつ供給する。樹脂加熱タンクとギアポンプを内蔵した樹脂吐出機５で樹脂を押し出し加熱管６を経由して吐出口７まで供給する。そのとき拡幅したトウ２を吐出口７部に設けた溝（図示せず）内に通して幅を狭め一定幅にして供給された樹脂と接触させる。その後樹脂浸透用擦過ロール８上で樹脂をトウ２の中に浸透させる。トウ幅を狭めるため、また樹脂付着や擦過による樹脂浸透の際に樹脂が溢れ出さないように樹脂浸透用擦過ロール８のトウ通過帯は溝状にするのが好ましい。その後フィラメント横方向移動含浸部９で均一含浸させ、均一含浸したトウ２は冷却ロール１０で冷却される。冷却されたトウ２はトルクモーターロール１２で定トルクで引き取り、最後にワインダー１４でボビンに巻取る。
【００３０】
図２は、トウを構成するフィラメントの横方向移動を、トウ幅の拡大と縮小とを併用して行う手段の一例を示す側面図で、同図において、１５はトウ幅を拡大するためのロールであり、１６はトウ幅を縮小するためのロールであって、ロールを傾斜させることによりトウ幅を狭めることができる。
【００３１】
図３は、トウを構成するフィラメントの横方向移動を、トウの加撚とトウ幅の拡大とを併用して行う手段の一例を示す側面図で、同図において、１７は加撚具を示している。
【００３２】
図４は、トウを構成するフィラメントの横方向移動を、トウの折り畳みとトウ幅の拡大とを併用した手段の一例を示す側面図で、同図において、トウ２は折り畳みガイド１９で徐々に折り畳まれて行き、垂直に立ったロール対１８で完全に折り畳まれる。
【００３３】
図５は、冷却ロール上でトウ幅を狭めると同時に圧縮してトウの断面形状を制御するための手段の一例を示す正面図で、同図において冷却ロール２０に設けた凹部２１と圧縮ロール２２に設けた凸部とが適宜間隙をおいて嵌合し、その間にトウ２を通過させることにより、トウ幅を狭めると同時に圧縮してトウ２の断面形状を制御するようになっている。
【００３４】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に具体的に説明する。
【００３５】
［実施例１］
図１に示す製造工程に、フィラメント横方向移動手段として図２に示す装置を２ユニット用いてトウプリプレグを製造した。トウとしてグラフィル社製炭素繊維ＴＲ３０Ｇトウ１本を使用し、該トウ２を擦過拡幅ロール３で５ｍｍ幅以上に拡幅し、樹脂吐出口７部の溝で４ｍｍ幅に狭めてトウ２の片面に樹脂吐出口７から樹脂を供給接触させると共に樹脂浸透用擦過ロール８で擦過して樹脂をトウ２内に浸透させた。樹脂は油化シェルエポシキ社製エピコート１００１及び８３４を５０／５０で混合し、その混合物にジシアンジアミドを４部混合した樹脂組成物を用いた。樹脂はタンクで６５℃に保持され、ギアポンプから加熱ホース６を通して吐出口７から１２０℃で吐出した。吐出口７部近傍では樹脂のトウへの接触及びトウ内への浸透時に樹脂の溢れ出しや樹脂の停滞はなく、樹脂吐出機５から供給された樹脂が停滞なくトウに付着していることが確認された。
【００３６】
その後図２のトウ幅拡大及び縮小ロール（いずれも回転させずに固定）間を通過させてトウを構成するフィラメントを横方向に移動させることによりトウ内に樹脂を均一に含浸させた。樹脂接触浸透後のトウ温度は７０℃であったが、最初のロールで１２０℃までトウ温度を昇温させ、その後のロールでは樹脂温度は１２０℃に保持され、その時の粘度は約５００ＣＰＳであった。最後のロールでトウ幅を約５ｍｍ幅に拡幅した後、次の冷却ロールでトウを冷却し、トルクモーターロール１２で定トルクで引き取り、その後ワインダー１４で巻取った。
トウプリプレグの製造速度は１００ｍ／ｍｉｎで含浸状態は良好であり、樹脂含有量は３５％±１％の範囲内にあり高精度であった。
【００３７】
［実施例２］
実施例１において、フィラメント横方向移動手段として図２に示す装置に代えて図３に示す装置を用いる他は、実施例１と同様にしてトウプリプレグを製造した。この場合の加撚具１７による加撚数は１０Ｔ／Ｍとした。
トウプリプレグの樹脂含浸状態は良好で樹脂含有量の精度も実施例１と同様に高精度であった。
【００３８】
［実施例３］
実施例１において、フィラメント横方向移動手段として図２に示す装置に代えて図４に示す装置を用いる他は、実施例１と同様にしてトウプリプレグを製造した。
トウプリプレグの樹脂含浸状態は良好で樹脂含有量の精度も実施例１と同様に高精度であった。
【００３９】
［実施例４］
実施例１の製造工程と同様の工程で、トウを５本用い、それぞれのトウをクリールから引き出して擦過拡幅ロールでそれぞれ５ｍｍ幅以上にした後４ｍｍ幅に狭め、次いで５本まとめて２０ｍｍ幅にした後、樹脂吐出口からトウ片面に樹脂を供給接触させると共に樹脂浸透用擦過ロールで擦過して樹脂をトウ内に浸透させた。次いでトウを１本づつ分離し、トウ幅拡大及び縮小ロール間を通過させてトウを構成するフィラメントを横方向に移動させることにより樹脂をトウ内に均一に含浸させた。その後冷却ロールで冷却後、５台のワインダーで個別に巻取った。
得られた各トウプリプレグの樹脂含浸状態は良好で樹脂含有量の精度も実施例１と同様に高精度であった。
【００４０】
［実施例５］
実施例１において、樹脂吐出口の前に加熱ロールを設置して、トウを予備加熱する以外は、実施例１と同様にしてトウプリプレグを製造した。
トウは加熱ロールとの接触で１３０℃に予備加熱した。吐出口から吐出した樹脂の温度は１１０℃であったが樹脂を接触、浸透させた後のトウ温度は約１２０℃となった。樹脂をトウ内に均一含浸させた後、冷却してボビンに巻取った。実施例１では樹脂接触、浸透後のトウ温度は予備加熱していなかったので最初のフィラメント横方向移動ロールでトウ温度を上昇させる必要があったが、樹脂接触前にトウを予備加熱して温度を上昇させておくことによりトウの加熱効率が向上した。
得られた各トウプリプレグの樹脂含浸状態は良好で樹脂含有量の精度も実施例１と同様に高精度であった。
【００４１】
［実施例６］
実施例１においてトウ幅拡大及び縮小ロールを、周速約２．５ｍ／分で回転させる以外は実施例１と同様にしてトウプリプレグを製造した。実施例１においては、トウ幅拡大及び縮小ロールの後部に毛羽が少し堆積していたが、本実施例では毛羽の堆積が全くなく、作業性が良好であった。
【００４２】
［実施例７］
実施例１において、冷却ロール１０の代わりに図５に示す凹部を有する冷却ロール２０と凸部を有する圧縮ロール２３を用いてトウ幅を狭めると同時に圧縮し、その後ワインダーに巻取って４ｍｍ幅の断面矩形のトウプリプレグを製造した。
【００４３】
［実施例８］
実施例１において、ワインダーで巻取る直前に加熱ロールを用いてトウを加熱し、引き続いて図５に示す凹部を有する冷却ロール２０と凸部を有する圧縮ロール２３を用いてトウ幅を狭めると同時に圧縮し、その後ワインダーに巻取って４ｍｍ幅の断面矩形のトウプリプレグを製造した。
【００４４】
［実施例９］
実施例１において、トウ構成フィラメントに樹脂を均一に含浸させた後、粉体の流動床を設置してトウに粉体を付着させ、その後トウを冷却して巻取りトウプリプレグを製造した。粉体には粒径約２０μｍのシリカ微粒子を用いた。粉体の付着量は約２重量％で、得られたトウプリプレグのボビンからの解舒性は良好であった。
【００４５】
［実施例１０］
実施例１において、トウ冷却後に５ｍｍ幅のポリプロピレンフィルムをトウの片面に担持させてワインダーに巻取った。得られたトウプリプレグのボビンからの解舒性は良好であった。
【００４６】
［実施例１１］
実施例７において、トウを１０本用い、各トウを４ｍｍ幅の断面矩形のトウプリプレグとなした後、加熱ロールで加熱し、引き続いて図５に示す形状の４０ｍｍ幅の凹部を有する冷却ロールの凹部内に並べると共に圧縮ロールの凸部で圧縮して４０ｍｍ幅のシート状のプリプレグとなし、その片面にポリプロピレンフィルムを担持させてリールで巻取った。
得られたシート状プリプレグの樹脂含浸状態は良好で樹脂含有量の精度も実施例７のトウプリプレグと同様に高精度であった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、ホットメルト樹脂を用いて樹脂含有量を精密に制御し且つ効率的な均一含浸を行うことによって高生産性でトウプリプレグ及びシート状プリプレグを製造することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的なトウプリプレグの製造工程の一例を示す側面図である。
【図２】トウを構成するフィラメントの横方向移動を、トウ幅の拡大と縮小とを併用して行う手段の一例を示す側面図である。
【図３】トウを構成するフィラメントの横方向移動を、トウの加撚とトウ幅の拡大とを併用して行う手段の一例を示す側面図である。
【図４】トウを構成するフィラメントの横方向移動を、トウの折り畳みとトウ幅の拡大とを併用して行う手段の一例を示す側面図である。
【図５】冷却ロール上でトウ幅を狭めると同時に圧縮してトウの断面形状を制御するための手段の一例を示す側面図である。
【符号の説明】
１      クリール
２            トウ
３            擦過拡幅ロール
４            ネルソンロール
５            樹脂吐出機
６            加熱管
７            吐出口
８            樹脂浸透用擦過ロール
９            フィラメント横方向移動樹脂含浸ロール
１０            冷却ロール
１１            ガイドロール
１２            トルクモーターロール
１３            ガイドロール
１４            ワインダー
１５            トウ幅拡大ロール
１６            トウ幅縮小ロール
１７            加撚具
１８            垂直ロール
１９            折り畳みガイド
２０            冷却ロール
２１            凹部
２２            圧縮ロール
２３            凸部
【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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