(57)【要約】【課題】扁平なトウに対してマトリックス樹脂を十分に且つ均一に含浸させることができ、得られるトウプリプレグを硬化させた際に個体差による引張強度のばらつきを抑制することができ、更には平均引張強度に優れ、歩留まり良く製造できるトウプリプレグの製造方法を提供すること。【解決手段】本発明のトウプリプレグの製造方法は、樹脂及び硬化剤を含む樹脂含有物(Ｘ)を、ノズルを介して連続する扁平なトウの両面から特定量供給すること、若しくは硬化剤水溶液(Ｙ)をノズルを介して連続する扁平なトウの表面から一定量供給した後、樹脂溶液(Ｚ)をノズルを介して連続する扁平なトウの表面から一定量供給することで、樹脂と硬化剤とをトウに十分に、且つ均一分散させる工程を含むことを特徴とする。【選択図】  図１
2005335296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平なトウにマトリックス樹脂を供給し、均一に含浸させて巻取るトウプリプレグの製造方法であって、
マトリックス樹脂及び硬化剤を含む樹脂含有物(Ｘ)を、第１のノズルを介して連続する扁平なトウの一方の面から特定量供給する工程(A-1)と、
第２のノズルを介して前記連続する扁平なトウの他方の面から前記樹脂含有物(Ｘ)を特定量供給する工程(B-1)と、
前記連続する扁平なトウが、工程(A-1)における第１のノズルと工程(B-1)における第２のノズルとを一定速度で通過するよう制御してトウプリプレグを巻取る工程(C-1)とを含み、
前記工程(A-1)及び工程(B-1)における樹脂含有物(Ｘ)を供給する各特定量を、工程(A-1)及び工程(B-1)によって扁平なトウにマトリックス樹脂及び硬化剤を均一に含浸させる量となるように制御す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】
扁平なトウにマトリックス樹脂を供給し、均一に含浸させて巻取るトウプリプレグの製造方法であって、
マトリックス樹脂の硬化剤を含む硬化剤水溶液(Ｙ)を、第1のノズルを介して連続する扁平なトウの表面から一定量供給する工程(A-2)と、
マトリックス樹脂を含む樹脂溶液(Ｚ)を、第２のノズルを介して連続する扁平なトウの表面から一定量供給する工程(B-2)と、
前記連続する扁平なトウが、工程(A-2)における第１のノズルと工程(B-2)における第２のノズルとを一定速度で通過するよう制御してトウプリプレグを巻取る工程(C-2)とを含み、
前記工程(A-2)による硬化剤水溶液(Ｙ)の供給を行なった後に、前記工程(B-2)による樹脂溶液(Ｚ)の供給を行なうことを特徴とするトウプリプレグの製造方法。
【請求項３】
前記工程(A-2)の後、工程(B-2)の前に、扁平なトウに供給した硬化剤水溶液(Ｙ)の水分を乾燥させる乾燥工程を行なうことを特徴とする請求項２記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチックの成形、特にＦＷ(フィラメントワインディング法)成形、組み紐、織物プリプレグ等に使用するトウプリプレグの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維等の強化繊維とエポキシ樹脂からなる複合材料は、比強度、比弾性率に優れているため、スポーツ用途、航空機等の構造材料、土木材料、ロール等の分野に広く使用されている。
これらの複合材料を製造するため、強化繊維をそのまま加工用材料として用いる場合もあるが、多くの場合は樹脂を含浸して織物プリプレグ、チョップドファイバープリミックス、シートプリプレグ、トウプリプレグ等の中間加工材料として使用される場合が多い。
いずれの場合においても最終製品である複合材料成形品の製造コストを低減させ、一方では品質を高くすることが望まれている。特に複合材料成形品の繊維とマトリックス樹脂との割合をコントロールすることは、複合材料成形品の強度、弾性率、熱膨張率等の物性を高くし、品質の安定した製品を得る上で極めて重要なことである。
トウプリプレグは、FW成形、組み紐、織物等の製造に用いられており、既存の方法に比べトウプリプレグを用いると、毛羽立ちが少なく、歩留まりが良いことによる作業効率の高さと、樹脂含浸工程が不要になること等によって、製造コストを低減することが可能である。
【０００３】
ところで、トウプリプレグは、成形時に含浸させた樹脂を硬化させることによって優れた強度を発現する。このような優れた強度を発現させるためには、トウプリプレグの製造時においてトウにマトリックス樹脂をなるべく均一に含浸させる必要がある。
そこで、特許文献１においては、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トウプリプレグの製造方法が提案されている。また、特許文献２には、扁平かつ幅方向に構成するフィラメント密度に疎密を形成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トウプリプレグの製造方法が提案されている。更に、特許文献３には、ノズルを介してマトリックス樹脂を一定の供給量でトウに供給し、かつ該ノズル上を通過するトウを一定速度とすることを特徴とするトウプリプレグの製造方法が提案されている。
これらの製造方法においては、トウにマトリックス樹脂を略均一に含浸させることができ、従来のレジンバス法、回転ロール法、紙上転写法等により製造されたトウプリプレグに比べて優れた強度を発揮させることができる。
しかし、前記特許文献等に記載される方法により製造された樹脂含浸量が十分であるトウプリプレグであっても、例えば、得られるトウプリプレグを硬化させた際に、平均引張強度が樹脂含浸量から求められる理論値よりも１０％以上も低い場合や、引張強度のばらつきが大きいものが生じる場合がある。更に、このような傾向は特に繊度(TEX)の大きい扁平な糸束を用いた場合にその割合が高くなるようである。
そこで、得られるトウプリプレグの個体差による強度のばらつきをより抑制することができ、更には平均引張強度の更なる向上が期待しうるトウプリプレグの製造方法の開発が望まれている。
【特許文献１】特開平８−７３６３０号公報
【特許文献２】特開平９−３１２１９号公報
【特許文献３】特開平９−１７６３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、扁平なトウに対してマトリックス樹脂を十分に且つ均一に含浸させることができ、しかも、得られるトウプリプレグを硬化させた際に個体差による引張強度のばらつきを抑制することができ、更には平均引張強度に優れたトウプリプレグを歩留まり良く製造することが可能なトウプリプレグの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した。まず、扁平なトウに対してマトリックス樹脂を十分に且つ均一に含浸させることが可能であっても、例えば、得られたトウプリプレグを硬化させた際に、得られる平均引張強度が樹脂含浸量から求められる理論値よりもかなり低くなる場合や、平均引張強度のばらつきが大きくなるものが生じる場合があることの原因について検討した。その結果、得られるトウプリプレグを成形する際に硬化させるために用いる硬化剤が、通常はマトリックス樹脂を含む樹脂含有物に分散させてマトリックス樹脂と共にトウに含浸されるため、該硬化剤の粒子径や扁平なトウの繊維径等の関係によって、樹脂自体は十分に且つ均一にトウに含浸させることが可能であっても、硬化剤は均一分散されない状況が生じることがあるのではないかと推測した。
そして、このような推測に基づいて、マトリックス樹脂と共に硬化剤をもトウにより均一に分散させうる工程を考え、それを実行したところ、上述の平均引張強度の低下やばらつきが抑制しうることを見出し本発明を完成した。
【０００６】
すなわち本発明によれば、扁平なトウにマトリックス樹脂を供給し、均一に含浸させて巻取るトウプリプレグの製造方法であって、マトリックス樹脂及び硬化剤を含む樹脂含有物(Ｘ)を、第１のノズルを介して連続する扁平なトウの一方の面から特定量供給する工程(A-1)と、第２のノズルを介して前記連続する扁平なトウの他方の面から前記樹脂含有物(Ｘ)を特定量供給する工程(B-1)と、前記連続する扁平なトウが、工程(A-1)における第１のノズルと工程(B-1)における第２のノズルとを一定速度で通過するよう制御してトウプリプレグを巻取る工程(C-1)とを含み、前記工程(A-1)及び工程(B-1)における樹脂含有物(X)を供給する各特定量を、工程(A-1)及び工程(B-1)によって扁平なトウにマトリックス樹脂及び硬化剤を均一に含浸させる量となるように制御することを特徴とするトウプリプレグの製造方法(以下、本発明の第１の方法ということがある)が提供される。
また本発明によれば、扁平なトウにマトリックス樹脂を供給し、均一に含浸させて巻取るトウプリプレグの製造方法であって、マトリックス樹脂の硬化剤を含む硬化剤水溶液(Ｙ)を、第1のノズルを介して連続する扁平なトウの表面から一定量供給する工程(A-2)と、マトリックス樹脂を含む樹脂溶液(Ｚ)を、第２のノズルを介して連続する扁平なトウの表面から一定量供給する工程(B-2)と、前記連続する扁平なトウが、工程(A-2)における第１のノズルと工程(B-2)における第２のノズルとを一定速度で通過するよう制御してトウプリプレグを巻取る工程(C-2)とを含み、前記工程(A-2)による硬化剤水溶液(Ｙ)の供給を行なった後に、前記工程(B-2)による樹脂溶液(Ｚ)の供給を行なうことを特徴とするトウプリプレグの製造方法(以下、本発明の第２の方法ということがある)が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のトウプリプレグの製造方法では、前記工程(A-1)、工程(B-1)及び工程(C-1)を含み、工程(A-1)及び工程(B-1)における樹脂含有物(Ｘ)を供給する各特定量を制御するので、若しくは前記工程(A-2)、工程(B-2)及び工程(C-2)を含み、前記工程(A-2)による硬化剤水溶液(Ｙ)の供給を行なった後に、前記工程(B-2)による樹脂溶液(Ｚ)の供給を行なうので、扁平なトウに対してマトリックス樹脂及び硬化剤を十分に且つ均一に含浸させることができ、しかも、得られるトウプリプレグを硬化させた際に個体差による引張強度のばらつきを抑制することができ、更には平均引張強度に優れたトウプリプレグを歩留まり良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の製造方法を更に詳細に説明する。
本発明の製造方法に用いる扁平なトウとしては、トウとして適用される強化繊維束を扁平に束ねたものであって、例えば、幅と厚みの比が通常１０〜１０００：１、好ましくは３０〜１００：１の範囲となる扁平形状のトウが挙げられる。該強化繊維は特に限定されず、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、アラミド繊維等が挙げられ、特に炭素繊維の使用が好ましい。また、樹脂が含浸し難い、繊維径が６μｍ以下でかつ繊度が８００ｇ／ｋｍ以上の炭素繊維を用いることにより本発明の所望の効果がより顕著になる。
本発明の製造方法に用いるマトリックス樹脂は特に限定されず、トウプリプレグ用として用いられる熱硬化性樹脂が挙げられ、特にエポキシ樹脂が取扱い性の点で好ましい。
【０００９】
本発明の第１の方法に用いる樹脂含有物(Ｘ)は、前記マトリックス樹脂に加えて、該樹脂を硬化させるための硬化剤を含む。該硬化剤は、マトリックス樹脂の種類に応じて適宜選択でき、その配合割合も樹脂の種類や量に応じて適宜決定することができる。
前記樹脂含有物(Ｘ)は、マトリックス樹脂を溶解する溶媒や硬化促進剤を含んでいても良く、その粘度は、第１又は第２のノズルから扁平なトウに供給し易くするために、例えば１５〜３０℃において、通常０．０１〜３００ポイズ、好ましくは０．１〜１００ポイズ、最も好ましくは０．１〜１０ポイズの範囲の低粘度に溶剤等により調整することができる。該粘度が３００ポイズを超える場合はトウへの含浸が不十分になり易く、かつトウの毛羽が発生し易くなり、一方粘度が０．０１ポイズに満たない場合は液だれし易くなる場合があり好ましくない。
尚、トウへのマトリックス樹脂の含浸し易さは、樹脂含有物(Ｘ)の粘度だけでなく、トウのフィラメント径や使用されるサイジング剤でも異なり、一般に、フィラメント径が小さいトウや硬めのサイジング剤を使用したトウはマトリックス樹脂を含浸させ難いので、これらを考慮して樹脂含有物(Ｘ)の粘度等を適宜決定することが望ましい。
【００１０】
本発明の第１の方法における工程(A-1)及び(B-1)において、前記樹脂含有物(Ｘ)を、第１のノズルを介して連続する扁平なトウの一方の面から特定量供給する際、若しくは第２のノズルを介して連続する扁平なトウの他方の面から特定量供給する際の樹脂含有物(Ｘ)の温度は、マトリックス樹脂が硬化しない温度であれば良いが、トウ内部へ樹脂含有物(Ｘ)を含浸し易くするために、通常、マトリックス樹脂の硬化温度より３０℃低い温度を上限とし、１５〜１５０℃の範囲に調整することが好ましく、特に粘度を安定化させるために１５〜９０℃の範囲に調整することが望ましい。
【００１１】
前記工程(A-1)及び工程(B-1)における樹脂含有物(X)を供給する各特定量は、工程(A-1)及び工程(B-1)によって扁平なトウにマトリックス樹脂及び硬化剤を均一に含浸させる量となるように制御する必要がある。好ましくは、工程(A-1)及び工程(B-1)における樹脂含有物(Ｘ)の供給量を扁平なトウにマトリックス樹脂を均一に含浸させる量となるように略同量に制御することが好ましい。このような扁平なトウの両面から樹脂含有物(Ｘ)を特定量づつ供給することにより、該樹脂含有物(Ｘ)に含まれる硬化剤が供給した表面側等に多く存在してトウ内部への供給量が減少することによる硬化剤の分散性低下が抑制され、マトリックス樹脂と共に硬化剤も均一分散され易くなる。
また、樹脂含有物(Ｘ)を供給する第１のノズル及び第２のノズルの形状は、特に限定されないが、樹脂含有物(Ｘ)のトウへの含浸をより容易に均一化するために、排出口の形状が扁平なトウの幅に略合致するような扁平形状とすることが特に好ましい。更に好ましくは、トウ上に供給された樹脂含有物(Ｘ)が均一に分散されるようにノズル通過直後に柔軟なシリコンゴム等で作製されたヘラを用いて該樹脂含有物(Ｘ)を伸ばすことが良い。このような好ましい形状のノズルは、後述する本発明の第２の方法に用いる第１のノズル及び第２のノズルの形態としても好ましく挙げることができる。
更に、前記工程(A-1)及び工程(B-1)において樹脂含有物(Ｘ)を両面側から供給した後の扁平なトウを、後述する工程(C-1)の前に、例えば、加熱可能なニップロール等を通して加熱加圧することによって樹脂含有物(Ｘ)をより強制的にトウに均一含浸させることができる。
【００１２】
一方、本発明の第２の方法において工程(A-2)は、マトリックス樹脂の硬化剤を含む硬化剤水溶液(Ｙ)を、第1のノズルを介して連続する扁平なトウの表面から一定量供給する工程である。
工程(A-2)に用いる硬化剤は、後述する工程(B-2)に用いるマトリックス樹脂の硬化剤であって、硬化剤水溶液(Ｙ)としうる水溶性の硬化剤であれば特に限定されず、マトリックス樹脂の種類等に応じて適宜選択することができる。また、硬化剤の濃度は、工程(B-2)に用いるマトリックス樹脂の量に応じて、また、第１のノズルによりトウに供給した際にトウに留まるように適宜選択することができる。
工程(A-2)においては、例えば、本発明の第１の方法に用いる前記樹脂含有物(Ｘ)のように、硬化剤が分散されたものではなく、硬化剤が溶解した硬化剤水溶液(Ｙ)を用いるので、硬化剤を容易に扁平なトウの内部や裏面にまで均一に浸透させることができる。従って、本発明の第２の方法では、第１の方法のように扁平なトウの両面から硬化剤水溶液(Ｙ)を供給することは必ずしも必要ではない。
【００１３】
工程(A-2)により、扁平なトウに硬化剤水溶液(Y)を供給した後、次の工程(B-2)に進む前に、扁平なトウに供給された水分を、マトリックス樹脂への悪影響を考慮して乾燥させる必要がある。該乾燥は、自然乾燥であっても良いが、工業的生産においては各工程を連続的に行なうために、工程(A-2)の後、工程(B-2)の前に、乾燥炉等を用いて強制的に乾燥させる乾燥工程を行なうことが好ましい。このような乾燥を強制的に行なうことで、水分を乾燥させることができると共に、工程(A-2)により供給した硬化剤を扁平なトウ内に速やかに固定させることができる。
【００１４】
本発明の第２の方法において工程(B-2)は、マトリックス樹脂を含む樹脂溶液(Ｚ)を、第２のノズルを介して連続する扁平なトウの表面から一定量供給する工程である。
工程(B-2)において樹脂溶液(Ｚ)は、前述の第１の方法に用いる樹脂含有物(Ｘ)と同様な好ましい粘度や温度となるように溶剤や加温等により調整することが望ましい。
工程(B-2)においては、樹脂溶液(Ｚ)を供給する扁平なトウには既に硬化剤が均一に分散固定されているので、マトリックス樹脂が扁平なトウに均一分散するように第２のノズルから一定量供給すれば良い。
【００１５】
本発明の第２の方法においては、更に、前記工程(A-2)及び工程(B-2)における硬化剤及びマトリックス樹脂の供給を行なった後の扁平なトウを、後述する工程(C-2)の前に、例えば、加熱可能なニップロール等を通して加熱加圧することによってマトリックス樹脂をより強制的にトウに均一含浸させることができる。
【００１６】
本発明の第１及び第２の方法において、工程(A-1)又は工程(A-2)における第１のノズル、若しくは工程(B-1)又は工程(B-2)における第２のノズルから、樹脂含有物(Ｘ)を特定量で、また、硬化剤水溶液(Ｙ)又は樹脂溶液(Ｚ)を一定量で、扁平なトウに供給するには、例えば、重力を利用して各ノズルに所望の液を供給するか、あるいは供給ポンプ等を用いて強制的に各ノズルに所望の液を供給する方法等により行なうことができる。
重力を利用する場合には、流量計や流量調節弁等でノズルへの供給量を調整することが好ましい。供給ポンプを使用する場合には、定量供給性に優れるポンプ、例えばロータリーポンプ、プランジャーポンプ、ギアポンプ、モーノポンプ、渦巻ポンプ、カスケードポンプ、ミッドランドポンプ、ダイヤフラムポンプ等を用いてノズルに供給することが好ましい。
【００１７】
トウプリプレグ中のマトリックス樹脂含有量は、後述する工程(C)において、連続する扁平なトウの各ノズルを通過する際の糸速を一定に制御するので、樹脂含有物(Ｘ)又は硬化剤水溶液(Ｙ)及び樹脂溶液(Ｚ)の供給量を調整することにより容易に制御することができる。
樹脂含有物(Ｘ)又は硬化剤水溶液(Ｙ)及び樹脂溶液(Ｚ)の供給量は、(糸速)×(単位長さあたりのトウの重さ)×(マトリックス樹脂含有量(質量％)の設定値)／［１００−(マトリックス樹脂含有量(質量％)の設定値)］で決定できるが、通常、含有されるマトリックス樹脂換算量で０．１〜２４０ｇ／分、好ましくは１〜１００ｇ／分の範囲で設定することができる。
上記方法によるマトリックス樹脂含有量の設定範囲は特に限定されないが、トウに対して通常５〜５０質量％、好ましくは１０〜４０質量％にすることができる。マトリックス樹脂の含有量が５０質量％を超える場合は液だれが生じ樹脂含有量を精度よく制御することが困難であり、また５質量％未満ではトウ内部にマトリックス樹脂を均一に含浸させることが困難となるので好ましくない。前記マトリックス樹脂含有量の設定値に対する精度は、±２％以下、好ましくは±１％以下が好ましい。
【００１８】
本発明の第１及び第２の方法においては、前記連続する扁平なトウが、工程(A-1)又は工程(A-2)における第１のノズルと工程(B-1)又は工程(B-2)における第２のノズルとを一定速度で通過するよう制御してトウプリプレグを巻取る工程(C-1)又は工程(C-2)(以下、これらを求めて工程(C)ということがある)を行なうことによって所望のトウプリプレグを製造することができる。
前記工程(C)において前記連続する扁平なトウを、第１のノズル及び第２のノズルを一定速度で通過させる際の速度、即ち糸速は、マトリックス樹脂を含む前記樹脂含有物(Ｘ)又は樹脂溶液(Ｚ)の供給量やその粘度、更には強化繊維の種類等に応じて適宜選択することができる。扁平なトウにマトリックス樹脂を均一に含浸させるために設定する目的の糸速は、その変動が±５％以内、好ましくは±３％以内になるように制御することが好ましい。
強化繊維の種類が炭素繊維の場合の糸速は、通常５〜２００ｍ／分、好ましくは５〜１５０ｍ／分であることが作業性の点で好ましい。前記糸速が５ｍ／分未満ではトウプリプレグの生産性が悪く好ましくなく、また２００ｍ／分を超えると糸切れや毛羽が発生し易くなるので好ましくない。
前記樹脂含有物(Ｘ)又は樹脂溶液(Ｚ)の粘度が０．０１〜１０ポイズの場合の糸速は、通常５〜２００ｍ／分、好ましくは５〜１５０ｍ／分である。また前記樹脂含有物(Ｘ)又は樹脂溶液(Ｚ)の粘度が１０ポイズを超え１００ポイズ以下の場合の糸速は、通常５〜１５０ｍ／分、好ましくは５〜１２０ｍ／分である。更に前記樹脂含有物(Ｘ)又は樹脂溶液(Ｚ)の粘度が１００ポイズを超え３００ポイズ以下の場合の糸速は、通常５〜１２０ｍ／分、好ましくは５〜１００ｍ／分である。
前記樹脂含有物(Ｘ)又は樹脂溶液(Ｚ)の粘度が３００ポイズより大きい場合の糸速は、低速化し、該粘度が０．０１ポイズ未満の場合の糸速は高速化することが可能であるが、液だれが発生し易いので好ましくない。
【００１９】
以下に、図１及び図２を参照して本発明の製造方法の好ましい実施態様を説明する。
図１は、本発明の第１の方法を説明するための模式概略図であって、１０はトウ１１の繰出し部、２０は樹脂含浸部、３０は多段式定速フィードローラ部、４０はトウプリプレグ４１の巻取り部である。
繰出し部１０は、クリール１２を備えており、該クリール１２からトウ１１が、ガイドローラ１３を介して樹脂含浸部２０に繰出される。
【００２０】
樹脂含浸部２０は、予熱プーリー(２１ａ，２１ｃ）、熱プーリー(２１ｂ，２１ｄ）、マトリックス樹脂及び硬化剤を含む樹脂含有物(Ｘ)のタンク２２からギヤポンプ２３を介して樹脂含有物(Ｘ)を特定量供給するための第１の扁平ノズル２４ａ及び第２の扁平ノズル２４ｂ、及び加熱可能なニップロール２５を備える。
樹脂含浸部２０においては、繰出し部１０から繰出されるトウ１１が、予熱プーリー(２１ａ，２１ｃ)に通されて、所定温度まで加熱され同時にトウの断面を扁平な形状としながら進行する。予熱プーリー２１ａから熱プーリー２１ｂに進むトウ１１には、該熱プーリー２１ｂ上で第１の扁平ノズル２４ａから特定量の樹脂含有物(Ｘ)が一方の面側から供給される。続いて、トウ１１は、予熱プーリー２１ｃを通過させることにより反転させ、熱プーリー２１ｄに進行する。そして該熱プーリー２１ｄ上において第２の扁平ノズル２４ｂから特定量の樹脂含有物(Ｘ)が、トウ１１の他方の面側に供給される。この際、第１及び第２の扁平ノズル(２４ａ，２４ｂ)から供給される樹脂含有物(Ｘ)の供給量は同量に制御することが好ましい。
樹脂含有物(Ｘ)が両面側から供給されたトウ１１は、ニップロール２５において樹脂含有物(Ｘ)を更に強制的にトウ１１内に均一に含浸させ、一定速度で回転する多段式フィードローラ部３０を通過させ、巻取り部４０においてトウプリプレグ４１として巻き取られる。この際、線速度が一定であるため、巻き始めから巻き終わりまで、巻取り部４０におけるボビンの径が変化しても、終始一定の樹脂含量でトウプリプレグを製造することができる。
【００２１】
前記タンク２２は、樹脂含有物(Ｘ)におけるマトリックス樹脂の可使時間を長くできるように密閉型が好ましい。また樹脂含有物(Ｘ)の加熱は、タンク２２、並びに第１及び第２の扁平ノズル(２４ａ，２４ｂ)の加熱により行うことができる。
前記ノズル(２４ａ，２４ｂ)として扁平ノズルを用いることにより、樹脂含有物(Ｘ)は広がったトウの幅全面に引き伸ばされた状態でトウ１１に供給される。
【００２２】
図２は、本発明の第２の方法を説明するための模式概略図であって、繰出し部１０、多段式定速フィードローラ部３０及び巻取り部４０は、図１と同様であるので図１と同一番号を付してその説明は省略する。
【００２３】
図２において５０は、繰出し部１０からガイドローラ１３を通過して繰出されるトウ１１に樹脂を含浸させる樹脂含浸部であって、熱プーリー(５１ａ，５１ｂ）、硬化剤水溶液(Ｙ)のタンク５３ａからギヤポンプ５４ａを介して硬化剤水溶液(Ｙ)を一定量供給するための第１の扁平ノズル５５ａ、マトリックス樹脂を含む樹脂溶液(Ｚ)のタンク５３ｂからギヤポンプ５４ｂを介して樹脂溶液(Ｚ)を一定量供給するための第２の扁平ノズル５５ｂ、これら第１及び第２の扁平ノズル(５５ａ，５５ｂ)の間に設けた乾燥炉５２及び加熱可能なニップロール２５を備える。
樹脂含浸部５０においては、繰出し部１０から繰出されるトウ１１が、熱プーリー５１ａに通されて、所定温度まで加熱され同時にトウの断面を扁平な形状としながら該熱プーリー５１ａ上で第１の扁平ノズル５５ａから一定量の硬化剤水溶液(Ｚ)が供給される。続いて、トウ１１は、乾燥炉５２に通されて水分を乾燥し、硬化剤をトウ内部に固定した後、熱プーリー５１ｂに進み、該熱プーリー５１ｂ上において第２の扁平ノズル５５ｂから一定量の樹脂溶液(Ｚ)がトウ１１に供給される。
硬化剤水溶液(Ｙ)及び樹脂溶液(Ｚ)が供給されたトウ１１は、ニップロール２５において樹脂溶液(Ｚ)を更に強制的にトウ１１内に均一に含浸させ、一定速度で回転する多段式フィードローラ部３０を通過させ、巻取り部４０においてトウプリプレグ４１として巻き取られる。この際、線速度が一定であるため、巻き始めから巻き終わりまで、巻取り部４０におけるボビンの径が変化しても、終始一定の樹脂含量でトウプリプレグを製造することができる。
【００２４】
図１及び図２において、クリール、ガイドプーリー、予熱プーリー等の数は適宜選択でき、またこれらを並列に設置して複数のトウプリプレグを同時に製造することもできる。また、前記トウの加熱方法はどのような方法でもよいが、トウの加熱、トウの扁平化及び樹脂含有物(Ｘ)や硬化剤水溶液(Ｙ)、樹脂溶液(Ｚ)の含浸を同時に行える予熱プーリー及び熱プーリーの使用が好ましい。該プーリーの使用によって樹脂含有物(Ｘ) や硬化剤水溶液(Ｙ)、樹脂溶液(Ｚ)の含浸を効果的に促進することができる。また並列に熱プーリーを２個以上並べて、複数本のトウプリプレグを製造することも容易であり、場所をとらずかつ大量生産を行なうことができる。
均一な樹脂含有量のトウプリプレグを得るには、前記各プーリーの溝の断面形状が影響する場合がある。予熱プーリー及び熱プーリーの溝の断面形状は、Ｕ字型、Ｖ字型、逆Ｕ字型、底が平らなＵ字型等いずれの形状でも使用することができるが、底が平らなＵ字型のものが、均一な厚みにトウを扁平化でき、かつ樹脂含有物(Ｘ)を均一に含浸することができるので好ましく用いられる。
なお、本発明においては、前記のような同様な効果が得られるならばプーリーの替わりにドラムやロール等を使用することもできる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが本発明はこれにより限定されない。
実施例１
トウとして三菱レイヨン(株)製の炭素繊維ＴＲＨ５０−１２Ｋ(商品名、フィラメント数１２０００本、トウの単位長さ当たりの重量０．８１ｇ／ｍ)を用い、２５℃における粘度が３０ポイズで、かつ８０℃における粘度が０．４ポイズであり、マトリックス樹脂として硬化温度が１３０℃の熱硬化性エポキシ樹脂を含み、硬化剤としてジシアンジアミドを含む樹脂含有物(Ｘ)を用い、前述の図１に示される製造工程によってトウプリプレグを製造した。
樹脂含有物(Ｘ)を供給する第１のノズル及び第２のノズルを通過するトウの糸速は５０ｍ／分とした。樹脂含有物(Ｘ)の供給量は１７ｇ／分(第１のノズル及び第２のノズルから各８．５ｇ／分)として、樹脂含有量目標値３０質量％のトウプリプレグを製造した。得られたトウプリプレグの実際の樹脂含有量を測定した。結果を表１に示す。
また、このトウプリプレグを用いてフィラメントワインディング法により繊維が一方向に配列した厚さ約０．９ｍｍのシートを作製し、オートクレーブにて加熱硬化させて成形板を得た。得られた板に対してJIS K７０７３試験法に準拠して引張り試験を実施した。結果を表１に示す。なお、各値の測定回数は７回であり、表１にはその結果における平均値と標準偏差を示す。
【００２６】
比較例１
実施例１と同様のトウに、実施例１と同様の樹脂含有物(Ｘ)を、ドクターブレードを有する回転ドラムを使用して含浸させ、実施例１と同様の樹脂含有量となるようにトウプリプレグを製造した。得られたトウプリプレグの樹脂含有量を測定した。結果を表１に示す。
また、このトウプリプレグを実施例１と同様に成形し、成形板の引張り試験を行なった。結果を表１に示す。
【００２７】
比較例２
実施例１において、第１のノズルから樹脂含有物(Ｘ)を供給せずに、実施例１における第１のノズル及び第２のノズルからの樹脂含有物(Ｘ)の全供給量を第２のノズルのみから行なった。要するに、トウの片面のみの含浸を行なった以外は実施例１と同様にトウプリプレグを製造した。得られたトウプリプレグの樹脂含有量を測定した結果を表１に示す。
また、このトウプリプレグを実施例１と同様に成形し、成形板の引張り試験を行なった。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１から、本発明の製造方法により製造された実施例１のトウプリプレグ及び比較例２により製造されたトウプリプレグは、比較例１で製造されトウプリプレグに比して樹脂含有量の均一性が極めて高いことが判る。更に、本発明の製造方法により製造された実施例１のトウプリプレグは、比較例２により製造されたトウプリプレグと樹脂含有量の均一性が同程度であるにもかかわらず、最終製品としての機械物性(平均引張強度)が比較例２により製造されたトウプリプレグより高く、かつばらつきが小さいという優れた性能を有していることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のトウプリプレグの製造方法における一実施態様を説明するための模式概略図である。
【図２】本発明のトウプリプレグの製造方法における他の実施態様を説明するための模式概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０：繰出し部
１１：トウ
１２：クリール
１３：ガイドプーリー
２０，５０：樹脂含有部
２１ａ，２１ｃ：予熱プーリー
２１ｂ，２１ｄ，５１ａ，５１ｂ：予熱プーリー
２２：樹脂含有物(Ｘ)タンク
２３，５４ａ，５４ｂ：ギヤポンプ
５３ａ：硬化剤水溶液(Ｙ)タンク
５３ｂ：樹脂溶液(Ｚ)タンク
２４ａ，５５ａ：第１の扁平ノズル
２４ｂ，５５ｂ：第２の扁平ノズル
２５：ニップロール
３０：多段式定速フィードローラ部
４０：巻取り部
４１：トウプリプレグ
【図１】
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【図２】
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