(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の繊維フィラメントを収束した経糸と緯糸とを織成して成る繊維体若しくは複数の繊維フィラメントを収束した糸を一方向に引き揃えて成る繊維体を連続的に搬送しながら該繊維体に、離型フィルムに樹脂を積層して成る樹脂シートを積層して加熱することで該樹脂を含浸せしめてプリプレグを製造するプリプレグの製造装置であって、搬送される前記繊維体に積層される前記樹脂シートを供給する樹脂シート供給機構を有し、この樹脂シート供給機構は、前記離型フィルムを供給する離型フィルム供給部と、前記離型フィルム上に溶剤を含んだ前記樹脂を塗布する樹脂塗布部とで構成され、この樹脂シート供給機構は、前記離型フィルム供給部から繰り出される前記離型フィルムに溶剤を含んだ前記樹脂を積層して樹脂シートとし、この樹脂シートをロール状としたりせずにそのまま前記繊維体に積層するように構成されており、前記繊維体と前記樹脂シートとの接触部位の搬送下流側位置には、前記樹脂シートが積層せしめられた前記繊維体を加熱して該樹脂シートの前記樹脂から溶剤を除去する加熱溶剤除去部が設けられ、この加熱溶剤除去部の搬送下流側位置には、前記樹脂シートの前記樹脂を前記繊維体に含浸せしめる樹脂含浸用の加熱部が設けられていることを特徴とするプリプレグの製造装置。
【請求項２】
請求項１記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂として、粘度が０．５〜５０Ｐａ・ｓ／３０℃で且つ固形分濃度が１０〜５０％の熱硬化性樹脂が採用されていることを特徴とするプリプレグの製造装置。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂として、ポリイミド，ビスマレイミド若しくはポリアミドイミドが採用されていることを特徴とするプリプレグの製造装置。
【請求項４】
請求項１記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂として、熱可塑性樹脂が採用されていることを特徴とするプリプレグの製造装置。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂シート供給機構は、前記樹脂塗布部によって前記離型フィルムの上面に前記樹脂が塗布された樹脂シートを、前記樹脂が前記離型フィルムの上面に積層された状態のまま該樹脂が前記繊維体側となるように該繊維体の下面に積層するように構成されていることを特徴とするプリプレグの製造装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂塗布部にはスリット部が設けられ、このスリット部の幅を調整することで樹脂の塗布量を制御し得るように構成されていることを特徴とするプリプレグの製造装置。
【請求項７】
請求項６記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂塗布部には、前記繊維体の搬送速度に同期回転するロール体と、このロール体に設けられ該ロール体と共に回転して前記スリット部から前記樹脂を前記離型フィルム上に押し出す樹脂押出部とが設けられていることを特徴とするプリプレグの製造装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記繊維フィラメントは炭素繊維フィラメントであることを特徴とするプリプレグの製造装置。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記加熱溶剤除去部の搬送下流側位置には、前記繊維体の上面に設けられる保護フィルムを供給する保護フィルム供給部が設けられ、この保護フィルム供給部により保護フィルムが供給される部位の搬送下流側位置に前記加熱部が設けられていることを特徴とする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、プリプレグの製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の炭素繊維フィラメントを収束剤で収束した炭素繊維フィラメントの束（以下、繊維束または単に糸という。）を経糸及び緯糸として織成して成る織成繊維体（炭素繊維織物）や、上記糸を一方向に引き揃えて成る一方向繊維体は、例えばエポキシ樹脂等を均一に含浸せしめてプリプレグとし、このプリプレグを複数重ねて硬化成形して複合材料とすることにより、軽量且つ高強度を発現することから、特に炭素繊維織物から成る複合材料は航空機材料分野や車両分野などで幅広く利用されている。
【０００３】
プリプレグの製造方法として近年一般的に用いられているのは、例えば特許文献１，２に開示されるように、上記繊維体をガイド部に沿って連続的に搬送しながら、この繊維体の片面若しくは両面に、離型フィルムに熱硬化性樹脂を積層して成る樹脂シートを積層して加熱・加圧することで樹脂を含浸せしめる所謂ホットメルト法である。
【０００４】
このホットメルト法は、上記樹脂シートを別工程で製造し、繊維体と同様に巻回ロールに巻回しておき、繊維体及び樹脂シートを夫々巻回ロール等から引き出して積層し加熱含浸するだけで樹脂を繊維体に含浸できるため、工程数が少なく設備も簡易で済む等の利点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３０９７１６号公報
【特許文献２】特開２００３−１３８０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ホットメルト法では、樹脂シートを別工程で製造しロール状にしておく必要があり、よって、離型フィルム上に塗布される樹脂は、塗布後、ロール状にした際に両脇から押し出され離型フィルムから流れ落ちない程度に固形状態を保つ必要がある。即ち、溶剤を含有せず且つ低温（常温）で高粘度のものである必要がある（離型フィルム上で固形状態を保てない樹脂はロール状にした際に離型フィルムから流れ落ちてしまうため、利用できない。）。
【０００７】
ところで、粘度が高く（５０Ｐａ・ｓ／３０℃程度）且つ固形分濃度の低い（１０％未満）熱硬化性樹脂の中には、複合材料とした場合に秀れた特性を発揮するものが少なくないが、このような粘度が高く且つ固形分濃度の低い熱硬化性樹脂は、以下のような理由によりホットメルト法を適用することが困難である。
【０００８】
即ち、粘度が高いため、離型フィルムへの塗布が困難であり、粘度を低くするために溶剤を用いると、樹脂シートをロール状とした際に離型フィルムから脱落してしまう。また、溶剤により固形分濃度が更に低下するため、所定量の樹脂を繊維体に含浸させるためには繰り返し含浸工程を行う必要があり、極めて生産性が悪化する。更に、溶剤を含んだ樹脂を用いて形成されたプリプレグから成る複合材料は、溶剤の存在により機械的特性が悪化することが知られており、この点においても好ましくない。
【０００９】
また、ホットメルト法以外のプリプレグの製造方法として、溶剤で希釈した熱硬化性樹脂中に繊維体を浸漬させることで繊維体に樹脂を含浸させて乾燥させる方法（所謂フリーディップ）も存在するが、この場合、低濃度であるために所定量の樹脂を含浸させるには長時間若しくは繰り返し樹脂中に浸漬させる必要があり、極めて生産性が悪化する。また、溶剤を用いるため、上記同様に機械的特性が悪化し好ましくない。
【００１０】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、特殊な設備を用いる必要なく、既存のホットメルト法用の設備を利用することが可能で、溶剤を用いることなく高粘度で低濃度の熱硬化性樹脂を簡単に繊維体に含浸せしめることが可能な極めて実用性に秀れたプリプレグの製造装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１２】
複数の繊維フィラメントを収束した経糸と緯糸とを織成して成る繊維体１若しくは複数の繊維フィラメントを収束した糸を一方向に引き揃えて成る繊維体１を連続的に搬送しながら該繊維体１に、離型フィルム２に樹脂３を積層して成る樹脂シート４を積層して加熱することで該樹脂３を含浸せしめてプリプレグ５を製造するプリプレグの製造装置であって、搬送される前記繊維体１に積層される前記樹脂シート４を供給する樹脂シート供給機構６を有し、この樹脂シート供給機構６は、前記離型フィルム２を供給する離型フィルム供給部７と、前記離型フィルム２上に溶剤を含んだ前記樹脂３を塗布する樹脂塗布部８とで構成され、この樹脂シート供給機構６は、前記離型フィルム供給部７から繰り出される前記離型フィルム２に溶剤を含んだ前記樹脂３を積層して樹脂シート４とし、この樹脂シート４をロール状としたりせずにそのまま前記繊維体１に積層するように構成されており、前記繊維体１と前記樹脂シート４との接触部位の搬送下流側位置には、前記樹脂シート４が積層せしめられた前記繊維体１を加熱して該樹脂シート４の前記樹脂３から溶剤を除去する加熱溶剤除去部12が設けられ、この加熱溶剤除去部12の搬送下流側位置には、前記樹脂シート４の前記樹脂３を前記繊維体１に含浸せしめる樹脂含浸用の加熱部13が設けられていることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【００１３】
また、請求項１記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂３として、粘度が０．５〜５０Ｐａ・ｓ／３０℃で且つ固形分濃度が１０〜５０％の熱硬化性樹脂が採用されていることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【００１４】
また、請求項１，２いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂３として、ポリイミド，ビスマレイミド若しくはポリアミドイミドが採用されていることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【００１５】
また、請求項１記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂３として、熱可塑性樹脂が採用されていることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【００１６】
また、請求項１〜４いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂シート供給機構６は、前記樹脂塗布部８によって前記離型フィルム２の上面に前記樹脂３が塗布された樹脂シート４を、前記樹脂３が前記離型フィルム２の上面に積層された状態のまま該樹脂３が前記繊維体１側となるように該繊維体１の下面に積層するように構成されていることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【００１７】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂塗布部８にはスリット部９が設けられ、このスリット部９の幅を調整することで樹脂の塗布量を制御し得るように構成されていることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【００１８】
また、請求項６記載のプリプレグの製造装置において、前記樹脂塗布部８には、前記繊維体１の搬送速度に同期回転するロール体10と、このロール体10に設けられ該ロール体10と共に回転して前記スリット部９から前記樹脂３を前記離型フィルム２上に押し出す樹脂押出部11とが設けられていることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【００１９】
また、請求項１〜７いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記繊維フィラメントは炭素繊維フィラメントであることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【００２０】
また、請求項１〜８いずれか１項に記載のプリプレグの製造装置において、前記加熱溶剤除去部12の搬送下流側位置には、前記繊維体１の上面に設けられる保護フィルム30を供給する保護フィルム供給部が設けられ、この保護フィルム供給部により保護フィルム30が供給される部位の搬送下流側位置に前記加熱部13が設けられていることを特徴とするプリプレグの製造装置に係るものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は上述のようにしたから、特殊な設備を用いる必要なく、既存のホットメルト法用の設備を利用することが可能で、溶剤を用いることなく高粘度で低濃度の熱硬化性樹脂を簡単に繊維体に含浸せしめることが可能な極めて実用性に秀れたプリプレグの製造装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００２３】
離型フィルム２上に溶剤を含む樹脂３を塗布した樹脂シート４を、ロール状とすることなくそのまま繊維体１に積層し加熱含浸を行うことができ、従って、樹脂シート４を別工程で製造する必要がない。
【００２４】
また、樹脂シート４をロール状とすることなく、そのまま繊維体１に積層できるから、離型フィルム２上に樹脂３を塗布するに際し、この樹脂３に溶剤を含ませることができる。即ち、樹脂３に溶剤を含ませても樹脂３を離型フィルム２から脱落させることなく繊維体１に積層でき、高粘度で且つ固形分濃度が低い樹脂（例えば粘度が０．５〜５０Ｐａ・ｓ／３０℃で且つ固形分濃度が１０〜５０％の熱硬化性樹脂）であってもホットメルト法と同様に効率良く連続的に繊維体１に樹脂３を含浸せしめることが可能となる。
【００２５】
また、樹脂シート４の製造と繊維体１への樹脂３の含浸を１つの装置を用いて行うことができ、それだけ作業を簡略化でき、品質の安定したプリプレグを製造可能となる。
【実施例】
【００２６】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００２７】
本実施例は、複数の炭素繊維フィラメントを収束した糸を一方向に引き揃えて成る繊維体１を連続的に搬送しながら該繊維体１に、離型フィルム２に樹脂３を積層して成る樹脂シート４を積層して加熱することで該樹脂３を含浸せしめてプリプレグ５を製造するプリプレグの製造装置であって、搬送される前記繊維体１に積層される前記樹脂シート４を供給する樹脂シート供給機構６は、前記離型フィルム２を供給する離型フィルム供給部７と、前記離型フィルム２上に溶剤を含んだ前記樹脂３を塗布する樹脂塗布部８とで構成され、この樹脂シート供給機構６は、前記離型フィルム２に溶剤を含んだ前記樹脂３を積層して成る樹脂シート４をロール状とすることなく前記繊維体１に積層するように構成されているものである。
【００２８】
本実施例は樹脂３として、粘度が０．５〜５０Ｐａ・ｓ／３０℃で且つ固形分濃度が１０〜５０％の熱硬化性樹脂が採用されている。具体的には、粘度５．０Ｐａ・ｓ／３０℃で固形分濃度３０％のポリイミドが採用されている。尚、ポリイミドに限らず、ビスマレイミドやポリアミドイミド等の他の樹脂を採用しても良いし、熱可塑性樹脂を採用しても良い。
【００２９】
また、本実施例においては、炭素繊維フィラメントを採用しているが、アラミド繊維など他の繊維フィラメントを採用しても良い。また、本実施例においては繊維体として一方向繊維体を採用しているが、経糸と緯糸とを織成して成る織成繊維体を採用しても良い。
【００３０】
各部を具体的に説明する。
【００３１】
複数の炭素繊維フィラメントを収束した糸（炭素繊維束）は、ＣＦロービング15から複数本引き出され、一方向に引き揃えられて繊維体１としてガイドロール20にガイドされて搬送される。尚、繊維体１の搬送速度は６つのプーラー14の回転速度を調整することで制御される。
【００３２】
搬送される繊維体１の下方位置には、樹脂シート供給機構６が設けられている。
【００３３】
樹脂シート供給機構６の離型フィルム２を供給する離型フィルム供給部７は、離型フィルム２が巻回される巻回ロール17とこの離型フィルム２をガイドする複数のガイドロール26とで構成されている。
【００３４】
樹脂塗布部８は、繊維体１の搬送速度（プーラーの回転速度）に同期回転するロール体10（フリーロール）と、このロール体10に設けられ該ロール体10と共に回転して数１００μ程度のスリット幅のスリット部９から樹脂３を離型フィルム２上に押し出す樹脂押出部11とが設けられている。
【００３５】
従って、繊維体１の搬送速度（プリプレグ製造速度）に連動してロール体10が回転するため、製造速度毎のロール体10の速度設定は不要であり、常に安定した量の樹脂３を塗布することができる。
【００３６】
この樹脂押出部11は、ロール体10の外周部に取り付けた底板体25とロール体10との間に樹脂３が貯留されるように構成され、ロール体10の回転に伴って傾いてスリット部９を介して樹脂３を離型フィルム２上に押し出すように構成されている。従って、スリット部９を通過した離型フィルム２には、このスリット部９を介して押し出された樹脂３が所定厚で積層される。
【００３７】
ガイドロール26にガイドされる離型フィルム２は、樹脂押出部11とロール体10との間（底板体25にしてロール体10との当接部の一部に設けた離型フィルム２が通過し得る溝）を通過し、ロール体10及び該ロール体10と所定間隔をおいて設けられるスリット用ロール16の間を通過するようにロール体10に掛け回されて繊維体１の下面に向かって搬送される。尚、スリット用ロール16は樹脂押出部11より離型フィルム２の搬送方向下流側位置に設けられる。
【００３８】
従って、繊維体１の搬送速度と同期回転するロール体10の回転に伴い樹脂押出部11から離型フィルム２上に（ロール体10とスリット用ロール16を用いて樹脂を塗布する所謂ロールコートによって）適宜樹脂３を押し出して塗布することができ、しかも、スリット用ロール16の位置を適宜調整してスリット部９のスリット幅を変えることで簡単に離型フィルム２への樹脂３の塗布量を制御することができ、用途に応じた樹脂量を設定できる。
【００３９】
また、樹脂シート供給機構６は、離型フィルム２の上面に溶剤を含んだ樹脂３を積層して成る樹脂シート４を、略直線的に、ロール状とすることなく（巻いたり曲げたりすることなく）、樹脂３が離型フィルム２の上面に積層された状態のまま該樹脂３が繊維体１側となるように繊維体１の下面に積層するように構成されている。
【００４０】
従って、離型フィルム２をできるだけ変形させずに、離型フィルム２上から溶剤を含んだ樹脂３を脱落させることなく繊維体１へと積層することができ、従来のホットメルト法のようにロール状にする必要がないため、今までホットメルト法を適用できなかった様々な樹脂を簡単に繊維体１に含浸せしめることが可能となる。
【００４１】
尚、樹脂３には溶剤が含まれており離型フィルム２から脱落し易い状態であり、また、長時間そのままにしておくと樹脂が離型フィルム２上で凝集して均一な樹脂シート４を得られないため、このスリット部９から繊維体１までの距離は可及的に短く設定するのが望ましい。具体的には３０００ｍｍ以内が望ましい。
【００４２】
また、ロール体10から下記加熱溶剤除去部12を構成する加熱板へと向かう樹脂シート４の角度（繊維体１への入射角度）は、１０〜３０°に設定すると良い。１０°未満であると装置構成上ロール設定ができない等の不具合があり、３０℃を超えると重力により樹脂が垂れてしまう。本実施例においては１７°に設定されている。
【００４３】
繊維体１と樹脂シート４との接触部位の搬送下流側位置には、繊維体１に樹脂シート４を積層しつつ（重ね合わせた直後に）この樹脂シート４の樹脂３から溶剤を加熱して除去するための加熱溶剤除去部12（加熱板）が設けられている。この加熱溶剤除去部12による加熱温度は８０〜１８０℃に設定すると良い。８０℃未満では溶剤が十分に揮発せず、１８０℃を超えると粘度が低下し樹脂が凝集してしまう。本実施例においては１６０℃に設定されている。
【００４４】
従って、溶剤を含み脱落し易い樹脂３から早期に加熱溶剤除去部12により溶剤を除去して粘度を上昇させることができ、更に、後記加熱部13において良好に樹脂３を繊維体１に含浸せしめることが可能となる。
【００４５】
加熱溶剤除去部12の搬送下流側位置には、繊維体１の上面に設けられる保護フィルム30を供給する保護フィルム供給部が設けられている。この保護フィルム供給部は、保護フィルム30が巻回される巻回ロール18と該保護フィルム30をガイドするガイドロール27とで構成されている。
【００４６】
保護フィルム供給部により保護フィルム30が供給される部位の搬送下流側位置には、樹脂含浸用の加熱部13（加熱板）が設けられている。この加熱部13で樹脂３が繊維体１に含浸せしめられてプリプレグ５となる。この加熱部13による加熱温度は５０〜１５０℃に設定すると良い。５０℃未満では樹脂粘度低下が小さくプリプレグに未含浸部位が生じてしまい、１５０℃を超えると粘度低下が大きく樹脂が流れ出てしまう。本実施例においては１００℃に設定されている。
【００４７】
従って、加熱溶剤除去部12の加熱板と加熱部13の加熱板とを並設することで、プリプレグの乾燥状態を任意に設定でき、目的に応じたプリプレグの製造が容易となる。
【００４８】
加熱部13の搬送下流側位置には、一対の熱ラミネートロール23が設けられている。この一対の熱ラミネートロール23を通過することでプリプレグ５は平坦化される。
【００４９】
熱ラミネートロール23の搬送下流側位置には平坦化されたプリプレグ５から保護フィルム30を回収する保護フィルム回収部が設けられている。保護フィルム回収部は、保護フィルム30を巻き取る巻取ロール19と保護フィルム30をガイドするガイドロール28とで構成されている。
【００５０】
保護フィルム回収部により保護フィルム30が回収される部位の搬送下流側位置には、プリプレグ５の上面にセパレータ31を供給するセパレータ供給部が設けられている。セパレータ供給部は、セパレータ31（ポリエチレンフィルム）が巻回される巻回ロール22とセパレータ31をガイドするガイドロール29とで構成されている。
【００５１】
セパレータ供給部によりセパレータ31が供給される部位の搬送下流側位置には、プリプレグ５が巻き取られる巻取ロール24が設けられている。
【００５２】
即ち、樹脂シート供給機構６及び該樹脂シート供給機構６により供給された樹脂シート４の樹脂３から溶剤を除去した後の工程は、従来のホットメルト法と同様に行うことが可能であり、既存の設備を利用してそれだけ容易に実施可能となる。
【００５３】
本実施例は上述のように構成したから、離型フィルム２上に溶剤を含む樹脂３を塗布した樹脂シート４を、ロール状とすることなくそのまま繊維体１に積層し加熱含浸を行うことができ、従って、樹脂シート４を別工程で製造する必要がない。
【００５４】
また、樹脂シート４をロール状とすることなく、そのまま繊維体１に積層できるから、離型フィルム２上に樹脂３を塗布するに際し、この樹脂３に溶剤を含ませることができる。即ち、樹脂３に溶剤を含ませても樹脂３を離型フィルム２から脱落させることなく繊維体１に積層でき、高粘度で且つ固形分濃度が低い樹脂（例えば粘度が０．５〜５０Ｐａ・ｓ／３０℃で且つ固形分濃度が１０〜５０％の熱硬化性樹脂）であってもホットメルト法と同様に効率良く連続的に繊維体１に樹脂３を含浸せしめることが可能となる。
【００５５】
また、樹脂シート４の製造と繊維体１への樹脂３の含浸を１つの装置を用いて行うことができ、それだけ作業を簡略化でき、品質の安定したプリプレグを製造可能となる。
【００５６】
従って、本実施例は、特殊な設備を用いる必要なく、既存のホットメルト法用の設備を利用することが可能で、溶剤を用いることなく高粘度で低濃度の熱硬化性樹脂を簡単に繊維体に含浸せしめることが可能な極めて実用性に秀れたものとなる。
【００５７】
本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
【００５８】
図２に図示したように、使用基材、使用樹脂、希釈溶剤、樹脂固形分濃度及び樹脂粘度を同一に設定し、上述の本実施例に係る装置（ロールギャップ（スリット幅）は４００μｍ）を用いて製造したプリプレグ（実施例１）と、従来のフリーディップにより製造したプリプレグ（比較例１）の樹脂付着量及び揮発分を測定し、ＰＰ状態を観察した。
【００５９】
図２より、実施例１は目標の樹脂付着量を達成し且つＰＰ状態も良好であるのに対し、比較例１は目標の樹脂付着量を達成できず且つＰＰ状態も悪いことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施例の概略説明図である。
【図２】実験条件及び実験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００６１】
１  繊維体
２  離型フィルム
３  樹脂
４  樹脂シート
５  プリプレグ
６  樹脂シート供給機構
７  離型フィルム供給部
８  樹脂塗布部
９  スリット部
10  ロール体
11  樹脂押出部
12  加熱溶剤除去部
13  加熱部
30 保護フィルム
【図１】
0005301132.tif 000002
【図２】
0005301132.tif 000003