JPH03230912A - プリプレグおよびその製造方法 - 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、炭素繊維と、ボロン繊維やチタン繊維等の金
属繊維を使用した、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プリプレグ、およびその
製造方法に関する。

［従来の技術］ ボロン繊維やチタン繊維等の金属繊維は、繊維径が炭素
繊維の繊維径に比べてはるかに大きいため、炭素繊維を
一方向に互に並行かつシート状に引き揃え、樹脂を含浸
してなる一方向性炭素繊維プリプレグのようには形成で
きない。そのため、ガラス繊維のスクリムクロスを担体
としてその上に金属繊維を一方向に並べ、仮接着した積
層シートとするか、あるいは、スクリムクロスと金属繊
維との積層シートに樹脂を含浸させてプリプレグの形態
とし、繊維強化複合材料の成形に供するようにしている
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような金属繊維の用い方および金
属繊維強化複合材料には以下のような問題がある。

すなわち、繊維強化複合材料の最も大きな特長は、比強
度や比弾性率が大きいということである。

そうして、特に大ぎな比強度、比弾性率が要求される釣
竿やゴルフシャフトにおいては、強化繊維として炭素繊
維を使用することが最もよいことが知られている。その
ため、繊維強化複合材料製の釣竿やゴルフシャフトとい
えば、安価なものは別として、はとんど例外なく炭素１
１１ｉＩｆｔを使用しているが、これらには流行のよう
なものがあり、毎年のように、外観等、目先を変えたも
のが求められ、金属繊維、セラミックス繊維、アラミド
繊維、金属ウィスカ等を併用したり、塗装を変えるとい
った工夫がなされている。しかしながら、一方で、他の
繊維を併用したことで比強度や比弾性率が低下してはな
らないのである。

ところで、従来の、金属繊維をカラス繊維のスクリムク
ロスと組合せて用いる方法では、ガラス繊維のスクリム
クロスも繊維強化複合材料中に埋設されてしまうことに
なるが、ガラス繊維は強度、弾性率等が金属繊維や炭素
繊維よりもはるかに劣るため、強化繊維が同一日付の繊
維強化複合材料あるいは同一重量の繊維強化複合材料を
比べた場合、金属繊維を併用したものは、炭素繊維のみ
を用いたものに比べ、比強度、比弾性率が小さくなって
しまう。金属繊維の最を増加させると、必然的にガラス
繊維スクリムクロスの量も多くなって構造体の軽量化、
小型化（肉厚等）に限界が生じ、逆に構造体を軽量化す
るためにガラス繊維スクリムクロスの量を抑えると、必
然的に金属繊維の量も抑えられてしまうのである。つま
り、ガラス繊維のスクリムクロスは、繊維強化複合材料
の特性を大きく向上する上で□、本来必要のないもので
あり、繊維強化複合材料構造体の設計上却って邪魔にな
り、゛その存在が、設計上の大きな制約の原因となって
いる。

本発明は、上記のような従来技術における問題点に着目
し、特性の向上に本質的に必要でないガラス繊維のスク
リムクロスを使用しない金属繊維プリプレグおよびその
製造方法を提供し、成形しようとする金属繊維強化複合
材料構造体についての設計の自由度を大幅に拡大して、
その強度等の向上と軽量化とを同時に確実に達成するこ
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は、金属繊維を一方
向に互に並行かつシーＩ・状に引き揃えてなる金属繊維
シートと、炭素繊維を互に並行かつシート状に引き揃え
、樹脂を含浸してなるプリプレグシートとが、繊維の引
き揃え方向が同一方向になるように積層され、かつ、前
記プリプレグシートの樹脂によって互に接合されている
ものから成る。

金属繊維シートとプリプレグシートとの接合パターンと
しては、金属繊維シートを２枚のプリプレグシートで両
側から挟むサンドインチ型が最も好ましい。ただし、金
属繊維の層を、成形すべき繊維強化複合材料構造体の表
面に位置させたい場合等の特別な用法に適用する場合に
は、金属繊維シートとプリプレグシートとの二層構造の
パターンとしてもよい。

このようなプリプレグにおいては、金属繊維シートの担
体として、予め形成された一方向性の炭素繊維プリプレ
グシートが用いられ、該炭素繊維プリプレグの樹脂を利
用して金属繊維シートと炭素繊維プリプレグシートが接
合される。ガラス繊維のスクリムクロスは全く使用され
ず、ガラス繊維よりも強度、弾性率の高い炭素繊維か用
いられるので、ガラス繊維スクリムクロスを用いた場合
に比べ繊維強化複合材料構造体の特性は、確実に高めら
れる。

また、炭素繊維プリプレグシート自身、強化繊維や樹脂
の目付、プリプレグシートの厚さ等について製造」−大
きな自由度をもっており、かつ、従来のように、金属繊
維の量を増加させたからといって必然的に軽量化、強度
向上に相反するもの（ガラス繊維のスクリムクロス）も
増加してしまうという要素は本質的に無いので、金属繊
維の目付、それに対する炭素繊維プリプレグシートの炭
素繊維の目付、樹脂の日付について、大きな自由度が得
られ、繊維強化複合材料構造体の設計の自由度が大幅に
拡大される。

このようなプリプレグは、次のように製造される。

プリプレグが金属ｍ維シートと炭素繊維を互に並行かつ
シート状に引き揃え、樹脂を含浸してなるプリプレグシ
ートを、ドラムに、炭素繊維の弓き揃え方向がドラム周
方向になるように巻き付（プ、ドラムを回転し、回転し
ているドラム上のプリプレグシート上に、金属繊維を張
力をかけながら順次隣接させて巻き付けるとともにプリ
プレグシートの樹脂にめり込ませて、プリプレグシート
と該プリプレグシート上の金属繊維とを互に接合する方
法である。

プリプレグが金属繊維シートの両面側に炭素繊維プリプ
レグシートを積層したサンドインチ型の三層構造である
場合には、炭素繊維を互に並行かつシート状に引き揃え
、樹脂を含浸してなる第１のプリプレグシートを、ドラ
ム上に、炭素繊維の引き揃え方向がドラム周方向になる
ように巻き付け、ドラムを回転し、回転しているドラム
上の第１のプリプレグシート上に、金属繊維を張力をか
けイ【から順次隣接させて巻き付けるとともに第１のプ
リプレグシー１・の樹脂にめり込まぜて、第１のプリプ
レグシートと該第１のプリプレグシート上の金属繊維と
を互に接合し、接合により得られた第１のプリプレグシ
ートと金属繊維との積層シ＝１・をドラムから外し、該
積層シートの金属繊維側の而に、炭素繊維を互に並行か
つシート状に引き揃え、樹脂を含浸してなる第２のプリ
プレグシ［・を、炭素繊維の引き揃え方向か金属繊維の
引き揃え方向と同一方向になるように重ね合せ、前記積
層シートと第２のプリプレグシートとを互に接合する方
法から成る。

本発明による製造方法においては、いわゆるドラムワイ
ンディング法が用いられる。金属繊維は、基本的に、モ
ノフィラメントであるから、ドラム上に巻きイ」シブら
れた炭素繊維プリプレグシート上に順次巻き付けていく
際、ある程度高い張力をかけることが可能である。ドラ
ム上のプリプレグシ−トは、好ましくは加熱されその樹
脂が適度に軟化されているから、張力を加えられた金属
繊維は容易にプリプレグシートの樹脂中にめり込んでい
き、該樹脂に保持される。すなわち、同一方向に引き揃
えられた炭素繊維と金属繊維とが、同じ樹脂により効率
よくシー］・形態に保持される。したがって、樹脂の目
付を増大させることなく、炭素繊維と金属繊維とがシー
ト形態のプリプレグに形成され、該プリプレグが繊維強
化複合材料構造体の成形に供される。

Ｕ実施例］ 以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るプリプレグを製造す
る工程を、第３図は第１図の工程により製造されたプリ
プレグをそれぞれ示しており、第２図は、第１図の工程
にざらに付加される後続の工程を、第４図は第２図の工
程により製造されたプリプレグをそれぞれ示している。

第１図において、１は炭素繊維２の繊維束を互０ に並行かつシート状に引き揃えた強化繊維シートに樹脂
を含浸させることにより予めシート状プリプレグの形態
にした第１のプリプレグシートを示しており、離型シー
ト３上に担持されている。この第１のプリプレグシート
１が、ドラム４の外周面に、炭素繊維束の引き揃え方向
をドラム周方向にして、少なくともドラム−周分巻き付
けられている。

この炭素繊維のプリプレグシート１および後述の第２の
炭素繊維プリプレグシートの製造方法については、公知
の方法が採用できる。たとえば、少なくとも一方が一面
に樹脂（たとえばＢ−ステージのエポキシ樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂）を担持した２枚の
離型シート間にシート状に配列された炭素繊維の強化繊
維シートを挟持し、たとえばプレスロールで加圧、加熱
し強化繊維シートに樹脂を転移、含浸させてプリプレグ
を作成し、一方の離型シートを剥離してプリプレグを他
方の離型シートとともにロール状に巻取る方法、あるい
は、強化繊維シートを支持シ１ −トとともに適当な溶媒で稀釈した樹脂溶液に浸漬し、
引き上げ、加熱して溶媒を除去する方法によって製造さ
れる。

プリプレグシート１が巻き付けられたドラム４は、適当
な減速機５を介して駆動源（モータ）６により、低速で
矢印の方向に回転される。同時に、ドラム温度制御手段
７により、ドラム表面温度が制御され、該温度制御を介
してプリプレグシート１が所定の温度に加熱制御される
。この加熱制御のためのドラム温度制御手段７・は、本
実施例では、ドラム４内にポンプ８を用いて熱媒を循環
させ、循環熱媒の温度を熱媒温度制御手段９で制御する
ものから成るが、たとえばドラム４内にヒータを埋設し
、該ヒータの温度を制御する方式でもよい。

プリプレグシート１の加熱により、該プリプレグシート
１の樹脂は適度に軟化される。

ドラム４上のプリプレグシート１上に、ボロン繊維やヂ
タン繊維等の金属繊維１０が、張力をかけながら順次隣
接するように巻き付けられていく。

金属繊維’１０は、パッケージ１１から連続的に巻き出
２ されてくるが、パッケージ１１の巻芯へと連結されるブ
レーキ装置１２により適切なブレーキをかけることによ
って、金属１．＠ｉｏに適度の張力がかげられる。送り
出されてくる金属繊維１０は、パッケージ１１とドラム
４との間に位置するガイド１３に通される。ガイド１３
は、たとえばボールネジ１４に螺合されたナラ１〜手段
１５に固定されており、ボールネジ１４を正転、逆転さ
せることにより、ナツト手段１５とともに、ドラム軸芯
に沿う方向に往復動される。ボールネジ１４は、可逆転
モータ１６（たとえば可逆転ギヤモータ）により、所定
の低速度で回転駆動される。このガイド１４の移動によ
り、プリプレグシート１上に巻き付けられる金属縁＃１
１０が、ドラム軸芯に沿う方向に順に送られていき、金
属繊維１０は、順次隣接するように巻き付けられていく
。金属繊維１０の、プリプレグ１上での巻付は幅は、プ
リプレグシート１と実質的に同一の幅とすればよい。金
属繊維１０のプリプレグシート１上への巻付は層数は、
１層以上任意の層数が可能である。

３ 巻き付けられていく金属縁１１０には適度な張力がかけ
られ、ドラム４上のプリプレグシート１は加熱されてそ
の樹脂は適度に軟化されているので、金属繊維１０は軟
化された樹脂中にめり込んでいき、場合によっては樹脂
中に埋没してしまう。その結果、巻付は後の金属繊維１
０は、プリプレグシート１の樹脂によってシート状に保
持される。

金属ＩＩｉ維１０の所定量の巻付けを終了した、金属繊
維１０とプリプレグシート１との積層シートをドラム４
から取り外すと、第３図に示すようなシート形態のプリ
プレグ１７が得られる。

このプリプレグ１７は、゛金属繊維シート１８と炭素繊
維の強化繊維シート１９が積層され、かつ両弾化繊維シ
ー］〜１８．１９が、プリプレグシート１に使用されて
いた、共通の樹脂によって保持された積層シート形態の
プリプレグである。

このような二層構造のプリプレグ１７は、金属繊維１０
の層を特定の位置（たとえば繊維強化複合材料構造体の
表面側）に配置したい場合に好適である。従来のように
、ガラス繊維のスクリムクロス４ を用いる必要がないので、繊維強化複合材料の設計の自
由度が大幅に拡大されるとともに、プリプレグシー１へ
１による樹脂量が必要最小限の樹脂量でよいこと、およ
び炭素繊維２の目付の自由度が大ぎいことから、軽量化
も同時に達成される。

本発明によるプリプレグは、金属繊維シートの両面側に
炭素繊維プリプレグシートを積層したザンドイッヂ型の
三層構造とすることにより、さらに安定した形態とでき
る。

第１図に示した方法により得られた第２図のプリプレグ
１７の金属繊維側の面に、第３図に示すように、プリプ
レグシート１と同じ、又は同等の第２の炭素繊維プリプ
レグシート２０が、その炭素繊維束引き揃え方向を金属
繊維１０の引き揃え方向と同一の方向にして重ね合せら
れる。第２のプリプレグシート２０も離型シートに担持
されており、上記重合せ状態では、第１のプリプレグシ
ート１の離型シートと第２の１リプレグシート２０の離
型シトが両性側に位置している。この重合せ体２１が、
加熱ロール２２、ｈ１圧ロール２３を備えたカレンダ５ 装置２４を通され、加熱されるとともに両側から加圧さ
れる。この加熱、加圧により、プリプレグ１７と第２の
プリプレグシート２０が接合され、第４図に示す三層構
造のプリプレグ２５が得られる。

このプリプレグ２５においては、金属繊維１０の金属繊
維シート層１８が、樹脂を含む炭素繊維の強化繊維シー
ト層１９．２６に両側から挟まれるザンドイッチ構造と
なるので、金属繊維１０は、シート形態に一層強固に保
持されることになる。したがって、繊維強化複合材料の
設計の自由度が大幅に拡大されるのは勿論のこと、繊維
強化複合材料構造体の成形に際し、上記プリプレグ２５
を所定の寸法に切断したり、所定形状に巻いたりする場
合に扱いやすくなり、作業性が良くなる。その他の作用
は、第１図、第２図の説明に準じる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のプリプレグおよびその製
造方法によるときは、予めプリプレグの形態に形成され
た炭素繊維プリプレグシート上に、該プリプレグシー］
〜の樹脂を利用して金属繊維を６ 所定のシート形態で保持させ、従来のようにガラス繊維
のスクリムクロスを使用しなくても良いようにしたので
、金属繊維強化複合材料構造体の成形に際し、薄肉化を
達成しつつ、強度、弾性率等について設計の自由度を大
幅に拡大することができ、軽量化と強度等の向上を同時
に達成することができる。

【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の製造方法
を示すドラムワインディング装置の概略斜視図、 第２図は第１図の方法により得られたプリプレグをさら
に三層構造のプリプレグとする場合のカレンダー装置の
概略側面図、 第３図は第１図の方法により得られるプリプレグの、一
部破断表示斜視図、 第４図は第２図の方法により得られるプリプレグの、一
部破断表示斜視図、 である。 １・・・・・・第１のプリプレグシート７ ２・・・・・・炭素繊維 ３・・・・・・離型シート ４・・・・・・ドラム ６・・・・・・モータ ７・・・・・・ドラム温度制御手段 ９・・・・・・熱媒温度制御手段 １０・・・・・・金属繊維 １１・・・・・・パッケージ １２・・・・・・ブレーキ装置 １３・・・・・・カイト １４・・・・・・ボールネジ １６・・・・・・可逆転モータ １７・・・・・・プリプレグ １８・・・・・・金属繊維シート １９．２６・・・・・・炭素繊維の強化繊維シー２０・
・・・・・第２のプリプレグシート２１・・・・・・重
合せ体 ２２・・・・・・加熱ロール ２３・・・・・・加圧ロール ２４・・・・・・カレンダー装置 ８ １〜 ２５・・・・・・プリプレグ 特 許 出 願 人 東し株式会社 ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属繊維を一方向に互に並行かつシート状に引き揃
   えてなる金属繊維シートと、炭素繊維を互に並行かつシ
   ート状に引き揃え、樹脂を含浸してなるプリプレグシー
   トとが、繊維の引き揃え方向が同一方向になるように積
   層され、かつ、前記プリプレグシートの樹脂によって互
   に接合されていることを特徴とするプリプレグ。 ２、炭素繊維を互に並行かつシート状に引き揃え、樹脂
   を含浸してなるプリプレグシートを、ドラムに、炭素繊
   維の引き揃え方向がドラム周方向になるように巻き付け
   、ドラムを回転し、回転しているドラム上のプリプレグ
   シート上に、金属繊維を張力をかけながら順次隣接させ
   て巻き付けるとともにプリプレグシートの樹脂にめり込
   ませて、プリプレグシートと該プリプレグシート上の金
   属繊維とを互に接合することを特徴とする、プリプレグ
   の製造方法。 ３、炭素繊維を互に並行かつシート状に引き揃え、樹脂
   を含浸してなる第１のプリプレグシートを、ドラム上に
   、炭素繊維の引き揃え方向がドラム周方向になるように
   巻き付け、ドラムを回転し、回転しているドラム上の第
   １のプリプレグシート上に、金属繊維を張力をかけなが
   ら順次隣接させて巻き付けるとともに第１のプリプレグ
   シートの樹脂にめり込ませて、第１のプリプレグシート
   と該第１のプリプレグシート上の金属繊維とを互に接合
   し、接合により得られた第１のプリプレグシートと金属
   繊維との積層シートをドラムから外し、該積層シートの
   金属繊維側の面に、炭素繊維を互に並行かつシート状に
   引き揃え、樹脂を含浸してなる第２のプリプレグシート
   を、炭素繊維の引き揃え方向が金属繊維の引き揃え方向
   と同一方向になるように重ね合せ、前記積層シートと第
   ２のプリプレグシートとを互に接合することを特徴とす
   る、プリプレグの製造方法。