説明

短繊維配向プリプレグの製造方法

【課題】繊維強化樹脂成形品にした際に充分な機械的物性を発現する短繊維配向プリプレグが容易に得られる短繊維配向プリプレグの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の短繊維配向プリプレグの製造方法は、熱硬化性樹脂と一方向に配向した長さ200mm以上の強化繊維とを含有するプリプレグ形成用シートを前記強化繊維の長さ方向に延伸して、強化繊維を牽切する方法である。本発明の短繊維配向プリプレグFの製造方法においては、プリプレグ形成用シートを延伸する際に冷却することが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一方向に配向した短繊維を含有するプリプレグ(以下、短繊維配向プリプレグという。)の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
繊維強化樹脂成形品を得る際に使用するプリプレグとして、一方向に配向した強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた一方向プリプレグが知られている。一方向プリプレグに含まれる強化繊維は、通常、長繊維が使用される。
これに対し、特許文献1には、短繊維分散液を用いて短繊維が配向したシート状物を作る方法が開示され、さらに、これによって得られたシート状物が複合材料の強化材として使用可能なことが併せて記載されている。
また、特許文献2には、炭素繊維にドラフトをかけて牽切し、スライバー状としたのち樹脂を含浸して、一方向に配向した強化繊維を含むシート状物を得る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭61−12995号公報
【特許文献2】特開平7−118412号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1の方法では、短繊維分散液を用いることから、目付が小さいシート状物しか得られず、公知のプリプレグ中の炭素繊維目付とするためには、十数枚積層することが必要であった。また、特許文献2の方法では、炭素繊維は捲縮がないため、スライバーとして取り扱うのは非常に難しかった。
【0005】
ところで、通常、繊維配向プリプレグは、繊維の繊維束に熱硬化性樹脂を含浸させることで製造される。プリプレグの製造の際には、熱硬化性樹脂を均一に含浸させるために、繊維束を開繊させる処理が施される。繊維束を開繊する処理では、長繊維の場合、繊維束に大きな張力を付与でき開繊できるが、短繊維の繊維束に大きな張力が付与されると、分断しやすく、少なくとも長さ方向の短繊維同士の間隔が長くなる。そのような状態で熱硬化性樹脂を含浸させると、得られるプリプレグにおいて強化繊維が不足して補強が不充分になる部分が形成されやすかった。補強が不充分な部分を有するプリプレグを用いて繊維強化樹脂成形品を成形すると、引張強度等の機械的物性が低くなる傾向にある。したがって、短繊維の繊維束に張力を付与することは事実上困難であった。
そこで、開繊方法として、繊維束に超音波を照射する方法、繊維束を吸引する方法などを適用して、短繊維に付与される張力を小さくすることが考えられるが、これらの方法でも開繊するに従って、小さな張力でも分断しやすくなるため容易とはいえない。また、上記開繊方法を適用した場合には、充分に開繊させることが困難であるため、熱硬化性樹脂を均一に、且つ配向を維持して含浸させることができず、充分な機械的物性を発現するプリプレグが得られなかった。
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、繊維強化樹脂成形品にした際に充分な機械的物性を発現する短繊維配向プリプレグが容易に得られる短繊維配向プリプレグの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、以下の構成を有する。
[1] 熱硬化性樹脂と一方向に配向した長さ200mm以上の強化繊維とを含有するプリプレグ形成用シートを前記強化繊維の長さ方向に延伸して、強化繊維を牽切する短繊維配向プリプレグの製造方法。
[2] プリプレグ形成用シートを延伸する際に冷却する[1]に記載の短繊維配向プリプレグの製造方法。
なお、本発明において、長繊維とは、長さが200mm以上の繊維のことであり、短繊維とは、長さが200mm未満の繊維のことである。
【発明の効果】
【0007】
本発明の短繊維配向プリプレグの製造方法によれば、繊維強化樹脂成形品にした際に充分な機械的物性を発現する短繊維配向プリプレグが容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の短繊維配向プリプレグの製造方法の一実施形態例で使用される製造装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の短繊維配向プリプレグの製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態例の短繊維配向プリプレグの製造方法では、図1に示す製造装置1が使用される。
この製造装置1は、強化繊維の繊維束Aを送給する繊維束送給手段10と、繊維束送給手段10から送給された繊維束Aを開繊させてシート状繊維束Bを得る開繊手段20と、離型紙の片面に熱硬化性樹脂が塗工された樹脂フィルムCを送給する樹脂フィルム送給手段30a,30bと、シート状繊維束Bに2つの樹脂フィルムC,Cを圧着して、シート状繊維束Bが2つの樹脂フィルムC,Cに挟持された積層体Dを得る圧着手段40と、積層体Dを加熱する加熱手段50と、加熱によって得られた長繊維配向プリプレグEを移送する移送手段60と、長繊維配向プリプレグEから離型紙Cを剥離してプリプレグ形成用シートFを得る剥離手段70と、プリプレグ形成用シートFを延伸する延伸手段80と、延伸手段80の周囲を冷却する冷却手段90とを具備する。
【0010】
上記製造装置1における繊維束送給手段10は、複数設けられたクリール11,11・・・である。
開繊手段20は、繊維束Aの走行方向を屈曲させることにより、繊維束Aをバー21に押し付けてしごくものである。
樹脂フィルム送給手段30a,30bは、樹脂フィルムCの巻取りが装着され、回転駆動する送給用ロールである。
圧着手段40は、互いに平行に配置された回転駆動する一対のロール41,41を備えている。ロール41,41間のクリアランスは、シート状繊維束Bに樹脂フィルムCを圧着可能なように設定されている。
加熱手段50は、例えば、抵抗発熱体等の発熱体である。
移送手段60は、互いに平行に配置された回転駆動する一対のロール61,61を備えている。ロール61,61間のクリアランスは、長繊維配向プリプレグEを押し潰さないように設定されている。
剥離手段70は、離型紙C,Cを屈曲させるバー71,71と、離型紙C,Cを巻き取る巻取用ロール72である。
延伸手段80は、回転駆動する主動ロール81と、主動ロール81に隣接する2本の従動ロール82,82とを具備する3つの延伸用ロールユニット80a,80b,80cを具備する。3つの延伸用ロールユニット80a,80b,80bは、互いに平行に配置され、上流側から下流側に向かって主動ロール81の回転速度が速くなるように設定されている。また、各延伸用ロールユニット80a,80b,80cにおいては、主動ロール81と従動ロール82との間にプリプレグ形成用シートFが通過するようになっている。
冷却手段90は、延伸手段80を収容する収容体91と、収容体91内の雰囲気を冷却する冷却器92とを具備する。
【0011】
上記製造装置1を用いた短繊維配向プリプレグの製造方法について説明する。
この製造方法では、まず、繊維束送給手段10により強化繊維の長繊維の繊維束Aを送給する。ここで、強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維等を使用できる。これらの中でも、比強度、比剛性に優れることから、炭素繊維が好ましい。
次いで、開繊手段20のバー21で繊維束Aをしごいて開繊させて、シート状繊維束Bを得る。
【0012】
また、樹脂フィルム送給手段30a,30bによって、熱硬化性樹脂がシート状繊維束Bに接するように樹脂フィルムC,Cを送給する。
樹脂フィルムCにおける熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビニールエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等を使用できる。ただし、これらの樹脂は未硬化のものである。熱硬化性樹脂の中でも、機械的特性に優れることから、エポキシ樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂は、硬化剤、硬化促進剤等を含んでいる。
離型紙としては、例えば、紙基材の片面がシリコーン等の離型剤によって離型処理されたものを用いることができる。
【0013】
その後、圧着手段40によって、シート状繊維束Bと2つの樹脂フィルムC,Cとを圧着して積層体Dを得る。
次いで、積層体Dを加熱手段50により加熱し、長繊維配向プリプレグEを移送手段60により移送する。
その後、長繊維配向プリプレグEの離型紙Cをバー71により屈曲させることにより剥離させ、巻取用ロール72により巻き取る。これにより、プリプレグ形成用シートFを得る。
【0014】
次いで、プリプレグ形成用シートFを、下流側になるにつれて主動ロール81の回転速度が速くなっている延伸用ロールユニット80a,80b,80cに通す。これら延伸用ロールユニット80a,80b,80cにプリプレグ形成用シートFを通過させることにより、長さ方向に引張力を付与することができる。そして、その引張力によってプリプレグ成形用シートFを、強化繊維の長さ方向に延伸させ、その延伸によってプリプレグ形成用シートF中の強化繊維を牽切する。なお、延伸時には、プリプレグ形成用シートFの熱硬化性樹脂は完全硬化していないため、復元力が高く、切断されない。
以上のようにプリプレグ形成用シートFの強化繊維のみを切断して、短繊維配向プリプレグGを得る。
【0015】
プリプレグ形成用シートFの延伸倍率は、使用する熱硬化性樹脂および強化繊維にもよるが、熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、強化繊維が炭素繊維である場合には、1.05〜1.7倍にすることが好ましい。延伸倍率が1.05倍以上であれば、確実に強化繊維を切断でき、1.7倍以下であれば、長さ方向における短繊維同士の間隔が長くなることを防ぎ、繊維強化樹脂成形品において充分な機械的物性を確実に発現できる。
【0016】
本実施形態例では、延伸の際には、冷却手段90によって、プリプレグ形成用シートFを冷却する。具体的には、冷却器92によって収容体91内を冷却することによって、収容体91内のプリプレグ形成用シートFを冷却する。ここで、冷却とは、室温より低い温度にすることである。
プリプレグ形成用シートFの熱硬化性樹脂の流動性が高いと、各延伸用ロールユニット80a,80b,80cのロール81,82,83が熱硬化性樹脂にて滑って空回りするため、強化繊維を延伸しにくい。しかし、延伸の際にプリプレグ形成用シートFを冷却すれば、プリプレグ形成用シートFの熱硬化性樹脂の流動性が低くなるため、各ロール81,82,83が熱硬化性樹脂にて滑ることを防止でき、強化繊維を確実に延伸させて切断することができる。
【0017】
プリプレグ形成用シートFを延伸すると、当然のことながら薄くなる。そのため、得られる短繊維配向プリプレグGの厚さが目標値になるように、樹脂フィルムCにおける熱硬化性樹脂の厚さを適宜調整しておくことが好ましい。
【0018】
上記製造方法により得た短繊維配向プリプレグGには、新たな離型紙を積層して保護することが好ましい。
【0019】
上記のように、本製造方法では、プリプレグ形成用シートFを延伸手段80により延伸させることにより、プリプレグ形成用シートF内の強化繊維を切断する。この方法によれば、長さ方向の短繊維同士の間隔を容易に調整でき、強化繊維による補強が不充分な部分の形成を防止できる。また、上記製造方法では、従来の長繊維の開繊方法を適用できるため、繊維束Aを均一に開繊させることができる。そのため、熱硬化性樹脂を充分にかつ繊維の配向を維持したまま含浸させることができる。
したがって、上記製造方法によれば、繊維強化樹脂成形品にした際に充分な機械的物性を発揮する短繊維配向プリプレグGを容易に得ることができる。
また、得られる短繊維配向プリプレグGは賦形性に優れるため、繊維強化樹脂成形品に皺が生じにくい。
【0020】
なお、本発明の短繊維配向プリプレグの製造方法は、上記実施形態例に限定されない。例えば、プリプレグ形成用シートFを延伸する際の冷却は、収容体91内の雰囲気を冷却する代わりに、プリプレグ形成用シートFのみを冷却雰囲気下とすることや冷却板に接触させるなどの手段を適用してもよいし、延伸用ロールユニット80a,80b,80cを冷却ロールとすることもできる。
また、延伸の際の冷却を省略しても構わない。しかし、プリプレグ形成用シート中の繊維を確実に切断するためには、冷却することが好ましい。
また、本発明の短繊維配向プリプレグの製造方法においては、長繊維配向プリプレグEを得るまで工程と、長繊維配向プリプレグEから離型紙を剥離し、プリプレグ形成用シートFを延伸させる工程とを連続的に行う必要はなく、これらを各々独立に行ってもよい。各々独立に行う場合には、長繊維配向プリプレグEを一旦巻き取って、保管・輸送することができる。
また、プリプレグ形成用シートFとして、一方向に配向した長繊維を含有する市販のプリプレグを使用してもよい。プリプレグ形成用シートFにポリエチレンやポリプロピレンなどのカバーフィルムを片面又は両面ラミネートした状態で延伸し、強化繊維を牽切してもよい。
【0021】
延伸手段80の延伸用ロールユニットは2つであってもよいし、4つ以上であってもよい。
また、プリプレグ形成用シートの延伸は、回転速度が順次速くなるロールを備えた延伸手段80を使用しなくてもよい。例えば、プリプレグ形成用シートの長さ方向の両端部を把持用具により把持し、把持用具同士が離れるように動かして、プリプレグ形成用シートを延伸させてもよい。ただし、この場合には、把持部分では強化繊維の牽切数が減少する。
【符号の説明】
【0022】
1 製造装置
10 繊維束送給手段
11 クリール
20 開繊手段
21 バー
30a,30b 樹脂フィルム送給手段
40 圧着手段
41 ロール
50 加熱手段
60 移送手段
61 ロール
70 剥離手段
71 バー
72 巻取用ロール
80 延伸手段
80a,80b,80c 延伸用ロールユニット
81 主動ロール
82 従動ロール
90 冷却手段
91 収容体
92 冷却器
A 繊維束
B シート状繊維束
C 樹脂フィルム
D 積層体
E 長繊維配向プリプレグ
F プリプレグ形成用シート
G 短繊維配向プリプレグ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱硬化性樹脂と一方向に配向した長さ200mm以上の強化繊維とを含有するプリプレグ形成用シートを前記強化繊維の長さ方向に延伸して、強化繊維を牽切する短繊維配向プリプレグの製造方法。
【請求項2】
プリプレグ形成用シートを延伸する際に冷却する請求項1に記載の短繊維配向プリプレグの製造方法。

【図1】
image rotate


【公開番号】特開2010−285575(P2010−285575A)
【公開日】平成22年12月24日(2010.12.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−142079(P2009−142079)
【出願日】平成21年6月15日(2009.6.15)
【出願人】(000006035)三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Fターム(参考)】