JPH03149231A - プリプレグの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、繊維強化プラスチック等の繊維強化複合材料
の成形に用いられるシート状プリプレグの製造方法に関
する。 ［従来の技術］ 繊維強化複合材料の成形に用いられるシート状プリプレ
グは、従来たとえば第４図に示すように、少なくとも一
方が一面に樹脂（たとえばＢ−ステージの熱硬化性樹脂
）を担持した２枚の離型シート１．３間に互いに妓行か
つシート状に配列された強化繊維（−維束）２を挟持し
、加熱手段４、プレスロール５で加熱、加圧し強化繊！
１Ｉ２に樹脂を転移、含浸させてプリプレグ６を作成し
、一方の離型シート３を剥離してプリプレグ６を他方の
離型シート１とともにロール状に巻取る方法によって製
造されている。加熱手段４は、通常プレートヒータから
なっており、該プレートヒータ４を下方から（あるいは
上下から）、離型シート１（あるいは離型シート１およ
び３）の他面側に接触させて、又は非接触で離型シート
に近接させて加熱するようになっている。また、加熱を
補うために、プレスロール自身も加熱ロールとされるこ
とがある。このような方法で製造されたプリプレグは、
使用時にその片面から離型シートが剥離され、必要に応
じて複数枚同方向又は異方向に積層され、Ｉ！維強化複
合材料の成形に供される。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来のプリプレグの製造方法におい
ては、強化繊維２と樹脂担持離型シート１．３との重ね
合せ体の加熱について以下のような問題がある。 加熱対象は、本質的には離型シートに担持されている樹
脂だはなのであるが、該樹脂は、空気層、離型シート層
を介して主として熱伝導によって加熱されることになり
、しかも強化１１１ｉｉ２の層が介在するので、加熱効
率がそれ程良くないという問題がある。加熱効率を上げ
るために、プレートヒータ４を離型シートの上記他面に
接触させる方法も考えられるが、離型シートは通常離型
紙等から成っており離型シート自身の耐熱性がそれ程高
くないので、直接接触させる際にはヒータ側の温度はあ
るレベルに抑えられてしまい、却って加熱効率を低下さ
せるおそれもある。また、加熱を助勢するために、一対
のプレスロールの少なくとも一方を加熱ロールとする場
合には、加熱のための使用エネルギが大幅に増加してし
まうとともに、やはり直接接触に伴なう上記同様の問題
を招く。 加熱効率が低いと、プレスロールで加圧されるまでに担
持樹脂が望ましい温度まで昇湿されないことになり、強
化繊維２への樹脂含浸に大きな加圧力が要求される。加
圧力が不足すると樹脂含浸が不十分となり、ロールベン
ディング等により加圧力にむらが生じると樹脂含浸が不
均一になる。 また、通常、上記プレスロールによる樹脂含浸プロセス
は、該樹脂含浸時の樹脂の流動に伴なって、強化繊維２
も押し拡げ、強化繊維２をより均一にシート状に配列さ
せるプロセスも兼ねている。 しかし樹脂の加熱効率が低く樹脂が十分に高い温度まで
昇温されていないと、樹脂に所望の流動を行わせて強化
繊維２を十分に押し拡げるのに大きな加圧力を必要とし
、加圧力あるいはプレスロールでの加熱が不足すると、
強化繊維の埋設むらが生じるおそれがある。 さらにプレートヒータ４を接触させる方法では、プレー
トヒータ４が固定式であるため、離型シートの摺接によ
り離型シートに傷を付けたり摩耗による異物が生じたり
することがあり、生産速度が低く抑えられるとともに工
程上、品質上のドラブ−ルの原因になるおそれがある。 本発明は、上記従来の加熱方法における問題点に着目し
、非接触にて樹脂を所望の温度まで効率よく加熱し、小
さな加圧力でもって加熱された樹脂を強化繊維に均一に
含浸させると同時に強化繊維も十分に押し拡げ、少ない
熱エネルギで高品質のプリプレグを生産性良く製造する
ことを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ この目的に沿う本発明のプリプレグの製造方法は、シー
ト状に配列された強化繊維の各面に、少なくとも一方が
一面に樹脂を担持している離型シートを各々重ね合せ、
該重ね合せ体を加熱するとともに少なくとも一対のロー
ル間に通して両側から加圧することにより、前記樹脂を
強化繊維に転移、含浸させるプリプレグの製造方法にお
いて、前記重ね合せ体の加熱を、該重ね合せ体とは非接
触の遠赤外線放射体から放射される、波長２〜２０μｍ
の範囲に放射エネルギ分布のピークを有する遠赤外線に
より行う方法から成る。　　［作　用］ このような方法においては、強化繊維と樹脂担持離型シ
ート左の重ね合せ体が、非接触の遠赤外線放射体からの
、波長２〜２０μｍのＬ！囲に放射エネルギ分布のピー
クを有する遠赤外線により加熱される。プリプレグの製
造において、強化繊維に転移、含浸される樹脂は、通常
、熱硬化性樹脂あるいは熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂と
の混合樹脂からなるが、熱硬化性樹脂、特に、多用され
るエポキシ樹脂は上記遠赤外線に対して極めて高い吸収
率を有する。したがって、離型シートに覆われかつ強化
繊維が介在する重ね合せ体であっても、かつ該重ね合せ
体と遠赤外線放射体と間に空気層が介在する状態であっ
ても、遠赤外線放射体から放射された遠赤外線は、主と
して重ね合せ体中の担持樹脂に吸収されることになり、
該樹脂が効率よく迅速に加熱される。その結果、プレス
ロールに至るまでに、重ね合せ体中の樹脂が十分に高い
温度にまで昇温され、その粘度が適切に低下され、小さ
な加圧力でもって強化繊維中に均一に含浸される。また
、含浸時に樹脂は容易に押し拡げられる方向に流動する
ので、それに伴って強化繊維も押し拡げられ、強化繊維
の配列が一層均一化される。 また、遠赤外線放射体は非接触でよいため、重ね合せ体
走行上の支障は全くなく、担持樹脂の遠赤外線吸収率が
極めて高いため、使用エネルギの大部分が効率よく樹脂
の加熱に使用される。したがって、生産速度が容易に向
上されるとともに、品質の安定化、生産の安定化をはか
ることができ、しかも用役費的に極めて有利なプリプレ
グ製造プロセスを実現できる。 ［実施例］ 以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。 第１図および第２図は、本発明の一実施例に係るプリプ
レグの製造方法を示している。図において、１１は、多
数のクリール１２から引き出されシート状に一方向に引
き揃えられた後さらにガイドロール１３．１４で押し拡
げられた強化繊維（繊維束）、１５．１６は少なくとも
一方が一面に樹脂１７を担持している（本実施例では両
方が担持している）離型シートを示している。 本発明における強化繊維は、長繊維からなる強化繊維で
、炭素繊維、黒鉛繊維、有機高弾性率繊Ｎ（例えばアラ
ミド繊維等）、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、ボロン
繊維、タングステンカーバイド繊維、ガラス繊維等の高
強度、高弾性率繊維である。このような強化繊維は、同
じプリプレグについてただ１種類のものを使用してもよ
いし、異なる種類の強化繊維を規則的に、または不規則
に並べて使用してもよい。この強化繊維がシート状に配
列される。通常、特定の方向に比強度、比弾性率が高い
ことを要求される用途には単一方向プリプレグが最も適
しているが、シート状への配列形態として、上記単一方
向に引き揃えたちの以外、長繊維マットや織物などのシ
ート形態にあらかじめ加工したものを使用することも可
能である。 本発明で用いられる離型シートは、離型紙、たトエば厚
み０．０５〜Ｇ、２．程度のクラフト紙、ロール紙、グ
ラシン紙などの紙の両面に、クレー、澱粉、ポリエチレ
ン、ポリビニルアルコールなどの目止剤の塗布層を設け
、さらにその各塗布層の上にシリコーン系または非シリ
コーン系の離型剤、好ましくはポリジメチルシロキサン
とポリジメチルハイドロジエンシロキサンとの縮合反応
型または付加反応型シリコーンからなる離型剤を塗布し
たようなものである。コロナ放電処理などによって離型
性を付与した合成樹脂フィルムや、離型剤を塗布した合
成樹脂フィルムを使用することもできる（たとえばポリ
エチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム等）。 離型シート１５および／又は離型シート１６に担持され
る樹脂としては、特に限定されないが、代表的なものと
して、熱硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂を混
合した樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、エポ
キシ樹脂、マレイミド樹脂、ポリイミド樹脂、アセチレ
ン末端を有する樹脂、ビニル末端を有する樹脂、アリル
末端を有する樹脂、ナジック酸末端を有する樹脂、シア
ン酸エステル末端を有する樹脂があげられる。これらは
、一般に硬化剤や硬化触媒と組合せて用いることができ
る。１だ、適宜、これらの熱硬化性樹脂を混合して用い
ることも可能である。 またζ本発明のプリプレグ＠造方法に適した熱硬化性樹
脂として、上記の遠赤外線吸収率が極めて高いことから
、エポキシ樹脂が挙げられる。特に、アミン類、フェノ
ール類、炭素炭素二重結合を有する化合物を前駆体とす
るエポキシ樹脂が好ましい。具体的には、アミン類を前
駆体とするエポキシ樹脂として、テトラグリシジルジア
ミノジフェニルメタン、トリグリシジル−ｐ−アミノフ
ェノール、トリグリシジル１−フミノフェノール、トリ
グリシジルアミノフレゾールの各種異性体、フェノール
類を前駆体とするエポキシ樹脂として、ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂、ヒスフェノ−ルＦ型エポキシ樹脂、
ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、フェノールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹
脂、炭素炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエ
ポキシ樹脂としては脂環式エポキシ樹脂等が、あげられ
るが、これに限定されない。またこれらのエポキシ樹脂
をブロム化したブロム化エポキシ樹脂も用いられる。テ
トラグリシジルジアミノジフェニルメタンに代表される
芳香族アミンを前駆体とするエポキシ樹脂は耐熱性が良
好で強化繊維との接着性が良好なため、前述の如きプリ
プレグ作成に最も適している。これらエポキシ樹脂はエ
ポキシ硬化剤と組合せて、好ましく用いられる。エポキ
シ硬化剤はエポキシ基と反応しうる活性基を有する化合
物であればこれを用いることができる。 さらに、上記の熱硬化性樹脂に熱可塑性樹脂を混合して
用いることも好適である。混合される熱可塑性樹脂は、
主鎖に、炭素炭素結合、アミド結合、イミド結合、エス
テル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン
結合、尿素結合、チオニ−テル結合、スルホン結合、イ
ミダゾール結合、カルボニル結合から選ばれる結合を有
する熱可塑性樹脂であり、より好ましくは、ポリアクリ
レート、ポリアミド、ポリアラミド、ポリエステル、ポ
リカーボナート、ポリフェニレンスルフィド、ポリベン
ズイミダゾール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポ
リスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエー
テルケトンのようなエンジニアニングプラスチツ、りに
属する熱可塑性樹脂の−群である。特に、ポリイミド、
ポリエーテルイミド、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は耐熱性に優れるの
で最適である。 第１図において、上記の如き熱硬化性樹脂又は熱硬化性
樹脂と熱可塑性樹脂との混合樹脂を担持した上下の離型
シート１５．１６がロール１８．１９から巻き出され、
ガイドロール２０．２１で方向転換されるとともに、シ
ート状強化繊維１１の上下に重ね合せられる。この重ね
合せ体が、該重ね合せ体とは非接触の状態で、該重ね合
せ体の上方および下方に配設された遠赤外線放射体２２
．２３から放射される遠赤外線によって加熱される。遠
赤外線放射体２２．２３は、放射体としてたとえばセラ
ミックを用い、該セラミックにより遠赤外線を発生する
ものである。一般の遠赤外線の波長領域は、２〜１００
０μ塵であるが、このうち本発明においては、２〜２０
μｍ、好ましくは５．６〜１２μｍの波長領域を選択で
きる。 この波長領域は、熱硬化性樹脂、とくに最も多く使用さ
れているエポキシ樹脂について、極めて高い遠赤外線吸
収特性を呈する領域である。第３図にエポキシ樹脂につ
いての、遠赤外線の波長（μｍ）とその波長の遠赤外線
吸収率（梶）を示すように、２０ｕＴＩＬ１好ましくは
１２μｍ以下の遠赤外線波長領域にて、−いくつかの極
めて吸収率の高いピーク値をもつので、この中の適当な
ピーク値あるいはその近傍の波長に設定することにより
、離型シート担持樹脂について極めて高い遠赤外線吸収
率が得られる。 本実施例では、上下の遠赤外線放射体２２．２３、２４
．２５．２６．２１が３段に配置され、一対のプレスロ
ール２８．２９．３０１３１．３２．３３も３段に配置
されている。とくに１段目の遠赤外線放射体２２．２３
から放射される遠赤外線により、遠赤外線吸収率の高い
、離型シート１５．１６に担持された樹脂１７が効率よ
く加熱されるので、該樹脂１１は極めて迅速に目標とす
る−一（例えば目標とする軟化状態になる温度）に到達
し、十分に昇湿された状態で１段目のプレスロール２８
．２９に至る。しかもこのとき、遠赤外線吸収率の違い
から、表面に現われてはいるものの離型シート１５．１
６が不必要に加熱されることはない。樹脂１７が十分に
加熱されることにより該樹脂の粘度も大きく低下し流動
性が極めて高くなるから、プレスロール２８．２９によ
る加圧力が低くても、該樹脂は強化繊維１１に十分に良
好に、つまり十分に均一にかつ所望の深さまで容易に転
移、含浸される。 また、加熱された樹脂１７の流動に伴ない、強化繊維１
１もざらに押し拡げられるので、強化繊維１１のシート
状への配列が一層均一化される。樹脂１７が目標温度ま
で高められているので、プレスロール２８．２９による
加圧力が小さくても、上記樹脂流動は容易に行われ、強
化繊維１１も容易に押し拡げられる。　　　 また、遠赤外線放射体２２．２３．２４．２５．２６．
２７は離型シート１５．１６とは非接触でよいから、重
ね合せ体走行上の支障は全くなく、必要な熱量が供給さ
れる限り、走行速度（生産速度）は容易に増大される。 また、離型シフ十との接触に伴なう、■捏上、品質上の
トラブルも全く生じない。 １段目の遠赤外線放射体２２．２３によって加熱され、
１段目のプレスロール２８．２９によって加圧されるこ
とにより、担持樹脂１７が強化繊維１１中に含浸され、
略所定のプリプレグ３４が形成される。本実施例では、
さらに２段目の遠赤外線放射体２４．２５からの遠赤外
線によって加熱又は保温され、２段目のプレスロール３
０１３１によってさらに樹脂含浸が進められ、続いてさ
らに、３段目の遠赤外線放射体２６．２７からの遠赤外
線によって加熱又は保温され、３段目のプレスロール３
２．３３によって−１５一 層樹脂含浸が進められて、完全な形態のプリプレグ３４
とされる。 作成されたプリプレグ３４と離型シート１５．１６との
重ね合せ体から、上側の離型シート１５単体が剥離され
てロール３５に巻き取られる。プリプレグ３４は、下側
の離型シート１６とともに、ロール３６に巻き取られる
。 なお、上記実施例では、遠赤外線放射体、プレスロール
をそれぞれ３段設けたが、必要に応じて１段以上任意の
段数にできる。また、遠赤外線放射体は各段とも上下に
配設したが、上下いずれか一方のみでもよい。含浸すべ
き樹脂の目付や強化ｓＩＩの厚み（密度）によっても異
なるが、エポキシ樹脂の場合、通常樹脂を５０〜２００
℃の範囲に昇温する必要があるので、仕様に応じて遠赤
外線放射体の段数、配置数、容量等を適宜決定すればよ
い。 ［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のプリプレグの製造方法に
よれば、遠赤外線放射体からの、波長２〜２０μｍの範
囲に放射エネルギ分布のピークを有する遠赤外線により
含浸すべき樹脂を加熱するようにしたので、遠赤外線吸
収率の高い樹脂を効率よくかつ迅速に昇湿させることが
でき、小さなプレスロール加圧力でもって、樹脂を極め
て良好かつ均一に強化繊維に転移、含浸させることがで
き、同時に強化繊維を押し拡げて一層均一な配列状態と
することができる。 また、非接触にて極めて高い加熱効率が得られ、接触加
熱による工程、品質上のトラブルを皆無にできるととも
に、少ないエネルギで効果的かつ安価に加熱でき、しか
も生産速度を容易に増速できるようになるので、プリプ
レグの生産性を大幅に高めることができる。 また、加熱効率が高いことから、樹脂の加熱目標温度を
細かくかつ高精度に設定することも可能になり、樹脂目
付等に応じて高精度かつ安定したプリプレグの品質管理
も可能になる。 ざらに°、プレスロール加圧力が小さくてよいことから
、プレスロールおよびその付帯設備の設計が楽になり、
かつそめ設備費も安価になるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るプリプレグ製造プロセ
スの概略側面図、 第２図は第１図のプロセスの拡大部分側面図、第３図は
エポキシ樹脂における遠赤外線波長と吸収率との関係図
、 第４図は従来のプリプレグ製造プロセスの概略側面図、 である。 １１・・・・・・強化繊維 １５．１６・・・・・・離型シート １７−−−−−−担持樹脂 ２２．２３．２４．２５．２６．２７ ・−・・・・遠赤外線放射体　　− ２８，２９，３０１３１，３２，３３ ・・・・・・プレスロール ３４・・・・・・プリプレグ ＝　１８− ６勝錯よ 、、、ｌ＼−ノ ００リ− トト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、シート状に配列された強化繊維の各面に、少なくと
   も一方が一面に樹脂を担持している離型シートを各々重
   ね合せ、該重ね合せ体を加熱するとともに少なくとも一
   対のロール間に通して両側から加圧することにより、前
   記樹脂を強化繊維に転移、含浸させるプリプレグの製造
   方法において、前記重ね合せ体の加熱を、該重ね合せ体
   とは非接触の遠赤外線放射体から放射される、波長２〜
   ２０μｍの範囲に放射エネルギ分布のピークを有する遠
   赤外線により行うことを特徴とするプリプレグの製造方
   法。