【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は補強用繊維シートにマトリツクス樹脂
を均一に含浸させたテープ状のプリプレグの製造
方法に関するものである。
補強用繊維シートに樹脂を含浸させたテープ状
プリプレグはゴルフクラブシヤフト、釣竿等のス
ポーツ、レジヤー用素材として或いは航空宇宙用
構造材や車輌用構造材として利用されつつある。
プリプレグに求められる性能は、適度のタフネ
ス、形状保持性、ドレープ性を有し、且つ作業及
び均一性にすぐれていることである。
作業性のすぐれたプリプレグは、マトリツクス
樹脂組成の配合比、粘度調整によつて、さらに一
方向引揃えプリプレグの場合は目開などの隣接繊
維間の非接合を無くする種々の工夫によつて開発
されて来ているが、均一性特にマトリツクス樹脂
分布の均一性にすぐれたプリプレグとなると、未
だ満足すべきものが得られていないのが実情であ
る。プリプレグにおいてマトリツクス樹脂分布の
均一性、言い換えれば繊維含有率の均一性は、そ
のプリプレグによつて成形される成形体の寸法精
度はもとより強度、弾性率等機械的特性を大きく
左右するため、作業性以上に重要なプリプレグの
品質特性である。プリプレグの使用者がこの均一
性について、従来作業性ほど重要視しないのは、
検査、評価に手間が掛かり、又時間を要するため
回避せざるを得ないことに一因があると考えられ
る。
均一性にすぐれたプリプレグを得るには先ず均
一な目付の補強用繊維シートが用意されること
と、これにマトリツクス樹脂が均一な目付で含浸
されることである。
マトリツクス樹脂の含浸法には、大きく分けて
樹脂を一旦溶剤に溶かして補強用繊維シートに含
浸する方式と樹脂を加温により溶融させて含浸を
行なう方式である。本発明は後者によるプリプレ
グ製造法に係わり、マトリツクス樹脂を均一な目
付で含浸させることを目的とする。
本発明では、先ず離型紙に目付分布の均一なマ
トリツクス樹脂フイルムを形成し、しかる後これ
を一方向引揃え繊維束シートや織物状シートに転
写、含浸されることで均一なマトリツクス樹脂目
付を有するプリプレグを製造する。したがつて本
発明の重点はいかにして目付分布の均一な樹脂フ
イルムを離型紙上に形成するかと言う所にある。
従来、ホツトメルトタイプの接着剤やプリプレ
グ用樹脂フイルムを製造するには、各種のロール
コーター、ドクターナイフコーター、ダイコータ
ー、フアウンテンコーター等より離型紙上に塗布
することにより行われてきているがいずれのコー
ターを用いる場合においても用いる樹脂が加温下
においてもかなりの粘稠体であり離型紙上に薄く
均一に塗布することが極めて困難であつた。例え
ば第1図はフアウンテンコーターによる樹脂フイ
ルムの塗工工程を示す概略図である。同図中1は
フアウンテンコーターを、2はバツクアツプロー
ルを、3は離型紙、4は離型紙上に塗工された樹
脂フイルムを示すものである。第2図は第1図に
示した方法によつて離型紙上へ塗工された樹脂フ
イルムの幅方向の厚みを測定した結果を示したも
のであり、第1図中に示したフアウンテンコータ
ーのリツプ部の開口幅をいかに正確に均一化して
も、得られる樹脂フイルム幅方向の厚み斑の発生
を防ぐことはできない。
そこで、従来はフイルムの幅方向の厚みの斑の
発生を防止するため、ダイの吐出部の幅精度の向
上、バツクアツプロール表面の機械加工精度の向
上によるダイの吐出面とバツクアツプロール面間
の精度向上、ダイの樹脂吐出部の温度分布の改
良、ダイに設けた押し引きボルトによるダイスリ
ツト幅の調整等の方法によりかなりフイルムの幅
方向の厚み斑の発生は改良されているが、これら
の改良方法によつては第3図のa,b,c,dに
示した如くフイルムの厚み斑の発生を防止するこ
とは出来ず、フイルムの厚み斑を10μ以下の範囲
におさえることは実質上不可能といわれてきた。
そこで本発明者等ほフイルムの厚み斑の発生を
防止した樹脂フイルムの製造方法を見出すべく検
討した結果、溶融樹脂塗工部に前述した如き種々
の改良方法を適用しても第4図に示した如く温度
分布斑が生じ、かつ得られる樹脂フイルムに厚み
斑が生じることが判明した。そこで、ダイスリツ
ト部に帯状ヒーターを数個設け、吐出部の温度分
布斑の発生を防止しようとしたが、第2図に見ら
れるように、この方法によつては、フイルムの幅
方向厚み斑を解消するに至らず、労多くして効果
が少ないという結果に終つた。
そこで本発明者等は更に樹脂フイルムの幅方向
の厚み斑を解消する方法について検討した結果、
驚くべきことに溶融樹脂を塗工する離型紙を予め
加熱してやることにより得られる樹脂フイルムの
厚み斑の発生は解消し、10μ以下の厚み斑しかな
い樹脂フイルムが得られることを見出し、この樹
脂フイルムを用いて均一な樹脂目付分布を有する
プリプレグを製造することを可能としたものであ
る。
即ち本発明の要旨とするところは、マトリツク
ス樹脂を離型紙に塗布する際に、離型紙を加熱し
て樹脂を塗布した樹脂フイルムを、補強繊維シー
トに含浸してプリプレグをつくることにある。
第5図に本発明の樹脂フイルムの形成方法の一
例を、コーターとしてフアウンテンコーターを用
いた場合についての模式図を示した。同図中5が
離型紙を加熱するためのヒーターである。
離型紙の加熱は均一加熱による方法も取り得る
が第3図に示した如き樹脂フイルムの幅方向の厚
み斑発現パターンに応じ、離型紙加熱ヒーターを
多段分割ヒーターとして、樹脂フイルムの厚みが
他の部分よりも厚くなる部分の離型紙温度を他の
離型紙部分よりも高くなるように加熱することで
樹脂フイルムの厚み斑発生を防止することができ
たのである。
離型紙の加熱方法としては幅方向に帯別したプ
レートヒーターに接触加熱を行なうのが望ましい
が、暗赤外ヒーター等により非接触加熱方式によ
ることもできる。加熱部の帯別方法は使用するコ
ーターの特性にもよるが3分割以上が望ましい。
又、帯別された個々の加熱体はそれぞれ独自に温
度制御出来ることが望ましいが、隣接するヒータ
ーが断熱材等によつて完全に独立したものでなく
ても良い。
本発明の方法によれば前述の様な樹脂フイルム
の厚み斑を是正すると言う利点の他に、離型紙を
加熱する効果として、塗工時の樹脂の冷却を防ぐ
ことが出来、粘度の急激な低下をほとんど生じな
いため、この方法によらない場合に比べて同じ樹
脂温度でより薄い塗膜を得られ、又同じ厚みの塗
膜を塗布する場合には、樹脂温度をより低く設定
できると言う利点を備えており特に熱履歴を受け
やすい熱硬化性樹脂のプリプレグの製造には最適
の方法である。好都合な事に一般にプリプレグに
使用されている離型紙は100℃近くの温度に加熱
しても短時間であれば変質することはなく充分耐
えることができるため、本発明による樹脂フイル
ム塗布方式が採用できる。
上述の如き離型紙加熱方式で厚み斑の少ない樹
脂フイルムを離型紙上に形成し、これに一方向引
揃えや織物の補強繊維シートを貼り合わせ加熱ニ
ツプロールやその他の含浸方法で、樹脂フイルム
の樹脂を繊維へ転写含浸させプリプレグを製造す
る訳であるが、樹脂フイルム製造工程とプリプレ
グ化工程とは必ずしも連続した工程である必要は
ない。
以下具体的に本発明を実施例によつて説明す
る。
実施例 1
第6図に示した如きフアウンテンコーターから
なる幅510mmの樹脂塗工部を持つプリプレグ製造
装置にて、炭素繊維(12000本)、82本で幅550mm
の離型紙上に幅500mmの一方向引揃えプリプレグ
を製造後、そのプリプレグを幅方向に8分割した
各部分のプリプレグ目付、樹脂含有率、繊維目
付、樹脂目付を測定しその結果を表−1に示し
た。尚加熱ヒーターは中心部60℃、両端部80℃、
平均70℃に設定した。又、同表に離型紙の加熱ヒ
ーターを使用せずに同プリプレグを製造した場合
の結果も合わせて示した。
なお第6図中1は引揃え炭素繊維、2はフイー
ドロール、3はコーム、4はダイを、5はバツク
アツプロールを、6は離型紙加熱用プレートヒー
ター、7は離型紙、8は含浸用予熱ヒーター、9
は含浸用加熱ロール、10はロール保護用の離型
紙、11はプリプレグ巻き取りロールをそれぞれ
示す。
The present invention relates to a method for manufacturing a tape-shaped prepreg in which a reinforcing fiber sheet is uniformly impregnated with a matrix resin. Tape-shaped prepregs made of reinforcing fiber sheets impregnated with resin are being used as materials for sports and leisure equipment such as golf club shafts and fishing rods, as well as structural materials for aerospace and vehicles. The performance required of a prepreg is that it has appropriate toughness, shape retention, drapability, and excellent workability and uniformity. Prepregs with excellent workability were developed by adjusting the blending ratio and viscosity of the matrix resin composition, and in the case of unidirectionally aligned prepregs, various measures were taken to eliminate non-bonding between adjacent fibers, such as openings. However, the reality is that a satisfactory prepreg with excellent uniformity, particularly uniformity of matrix resin distribution, has not yet been obtained. In prepreg, the uniformity of the matrix resin distribution, in other words, the uniformity of the fiber content, greatly affects the mechanical properties such as strength and modulus of elasticity as well as the dimensional accuracy of the molded product formed with the prepreg, so it is important to workability. These are the important quality characteristics of prepreg. Prepreg users do not place as much importance on this uniformity as they do on conventional workability.
This is thought to be partly due to the fact that inspection and evaluation are laborious and time-consuming, so they have to be avoided. In order to obtain a prepreg with excellent uniformity, first a reinforcing fiber sheet with a uniform basis weight is prepared, and then a matrix resin is impregnated with a uniform basis weight. There are two main methods for impregnating matrix resin: a method in which the resin is once dissolved in a solvent and impregnated into the reinforcing fiber sheet, and a method in which the resin is melted by heating and impregnated. The present invention relates to the latter prepreg manufacturing method, and aims to impregnate a matrix resin with a uniform basis weight. In the present invention, first, a matrix resin film with a uniform basis weight distribution is formed on a release paper, and then this is transferred and impregnated onto a unidirectionally aligned fiber bundle sheet or a woven sheet to have a uniform matrix resin basis weight. Manufacture prepreg. Therefore, the focus of the present invention is on how to form a resin film with a uniform basis weight distribution on a release paper. Traditionally, hot melt adhesives and resin films for prepregs have been manufactured by coating them on release paper using various roll coaters, doctor knife coaters, die coaters, fountain coaters, etc. No matter which coater is used, the resin used is quite viscous even under heating, and it is extremely difficult to apply it thinly and uniformly onto the release paper. For example, FIG. 1 is a schematic diagram showing a resin film coating process using a fountain coater. In the figure, 1 is a fountain coater, 2 is a back-up roll, 3 is a release paper, and 4 is a resin film coated on the release paper. Figure 2 shows the results of measuring the thickness in the width direction of the resin film coated on the release paper by the method shown in Figure 1, using the fountain coater shown in Figure 1. No matter how accurately the opening width of the lip portion is made uniform, it is impossible to prevent the occurrence of thickness unevenness in the width direction of the resulting resin film. Therefore, in order to prevent unevenness in the thickness of the film in the width direction, conventional methods have been used to improve the width accuracy of the die discharge section and improve the machining accuracy of the back-up roll surface. The occurrence of thickness unevenness in the width direction of the film has been significantly improved by improving the accuracy of the film, improving the temperature distribution of the resin discharge part of the die, and adjusting the die slit width using push-pull bolts installed in the die. Depending on the improved method, it is not possible to prevent the occurrence of film thickness unevenness as shown in a, b, c, and d of Figure 3, and it is practically impossible to suppress the film thickness unevenness to a range of 10μ or less. It has been said that it is impossible. Therefore, the present inventors conducted research to find a method for manufacturing a resin film that prevents the occurrence of film thickness unevenness, and found that even if the various improvement methods described above were applied to the molten resin coated area, the results shown in FIG. It has been found that unevenness in temperature distribution occurs, and unevenness in thickness occurs in the resulting resin film. Therefore, an attempt was made to prevent unevenness in the temperature distribution at the discharge area by installing several strip heaters in the die slit. However, as shown in Figure 2, this method did not reduce the unevenness in the thickness of the film in the width direction. The problem was not solved, and the result was that it took a lot of effort and had little effect. Therefore, the present inventors further investigated a method for eliminating thickness unevenness in the width direction of the resin film, and found that
Surprisingly, it was discovered that by preheating the release paper on which the molten resin is applied, the occurrence of thickness unevenness in the resin film obtained can be eliminated, and a resin film with thickness unevenness of less than 10 μm can be obtained. This makes it possible to manufacture prepregs with a uniform resin basis weight distribution. That is, the gist of the present invention is to prepare a prepreg by impregnating a reinforcing fiber sheet with a resin film coated with resin by heating the release paper when applying matrix resin to the release paper. FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of the method for forming the resin film of the present invention using a fountain coater as the coater. In the figure, 5 is a heater for heating the release paper. Although the release paper can be heated uniformly, depending on the uneven thickness development pattern in the width direction of the resin film as shown in Fig. By heating the part of the release paper that is thicker than the other part of the release paper, it was possible to prevent uneven thickness of the resin film. As a method of heating the release paper, it is preferable to perform contact heating using plate heaters separated in the width direction, but a non-contact heating method using a dark infrared heater or the like may also be used. The heating section is preferably divided into three or more zones, although it depends on the characteristics of the coater used.
Further, although it is desirable that the temperature of each of the separated heating elements can be controlled independently, it is not necessary for adjacent heaters to be completely independent by using a heat insulating material or the like. According to the method of the present invention, in addition to the advantage of correcting the thickness unevenness of the resin film as described above, the effect of heating the release paper is to prevent the cooling of the resin during coating, resulting in a rapid increase in viscosity. Because there is almost no drop in the coating, it is possible to obtain a thinner coating film at the same resin temperature than without this method, and when applying a coating film of the same thickness, the resin temperature can be set lower. It is an ideal method for producing prepregs of thermosetting resins which are particularly susceptible to thermal hysteresis. Fortunately, the release paper commonly used for prepreg can withstand heating to temperatures close to 100°C for a short period of time without deteriorating, so the resin film coating method of the present invention was adopted. can. A resin film with little unevenness in thickness is formed on the release paper using the above-mentioned release paper heating method, and then a unidirectionally aligned or woven reinforcing fiber sheet is attached to this and heated nip roll or other impregnation method is used to heat the resin film. The prepreg is produced by transferring and impregnating the resin into fibers, but the resin film production process and the prepreg production process do not necessarily have to be continuous processes. EXAMPLES The present invention will be specifically explained below using examples. Example 1 Carbon fibers (12,000 fibers), 82 fibers with a width of 550 mm, were manufactured using a prepreg manufacturing equipment having a resin coating section of 510 mm in width and consisting of a fountain coater as shown in Fig. 6.
After producing a prepreg aligned in one direction on a release paper of 500 mm in width, the prepreg was divided into 8 parts in the width direction and the prepreg basis weight, resin content, fiber basis weight, and resin basis weight were measured and the results are shown in Table 1. It was shown to. The heating temperature of the heater is 60℃ at the center and 80℃ at both ends.
The average temperature was set at 70°C. The same table also shows the results when the same prepreg was manufactured without using a heater for the release paper. In Fig. 6, 1 is the aligned carbon fiber, 2 is the feed roll, 3 is the comb, 4 is the die, 5 is the back-up roll, 6 is the plate heater for heating the release paper, 7 is the release paper, and 8 is for impregnation. Preheating heater, 9
10 indicates a heating roll for impregnation, 10 indicates a release paper for protecting the roll, and 11 indicates a prepreg winding roll.
【表】
実施例 2
第1図の如きフアウンテンコーターを用い、予
じめ幅550mmの離型紙に510mmの幅で樹脂フイルム
を塗布し、この離型紙を用い、第7図の如き含浸
装置にて、炭素繊維(3000本)使用の幅500mm織
布(5飛8枚朱子)にて樹脂含浸を施し、織布プ
リプレグを製造後幅方向に5分割した各部分のプ
リプレグ目付、樹脂含有率、繊維目付、樹脂目付
を測定し、その結果を表−2に示した。尚加熱ヒ
ーターは中心部60℃、両端部80℃、平均70℃に設
定した。又同表に加熱プレートヒーターを使用せ
ずに樹脂フイルムを塗布した離型紙を用いた場合
を合わせて示した。
なお第7図中、1は織布巻き出しロール、2は
樹脂フイルムを塗布した離型紙、3は含浸用予熱
プレートヒーター、4は含浸用加熱ニツプロー
ル、5はロール保護用離型紙、6はプリプレグ巻
き取りロールを示す。[Table] Example 2 Using a fountain coater as shown in Fig. 1, a resin film with a width of 510 mm was applied to a release paper of 550 mm in width in advance, and using this release paper, the resin film was applied to an impregnating device as shown in Fig. 7. Then, a 500 mm wide woven fabric (5 sheets and 8 pieces of satin) using carbon fiber (3000 pieces) was impregnated with resin, and after manufacturing the woven fabric prepreg, it was divided into 5 parts in the width direction, and the prepreg fabric weight, resin content, The fiber basis weight and resin basis weight were measured and the results are shown in Table 2. The heating temperature of the heater was set at 60°C at the center, 80°C at both ends, and 70°C on average. The same table also shows the case where a release paper coated with a resin film was used without using a heating plate heater. In Fig. 7, 1 is a woven fabric unwinding roll, 2 is a release paper coated with a resin film, 3 is a preheating plate heater for impregnation, 4 is a heating nip roll for impregnation, 5 is a release paper for protecting the roll, and 6 is a prepreg. A take-up roll is shown.
【表】【table】
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第1図はフアウンテンコーターによる塗工工
程、第2〜4図は塗工した樹脂フイルムの幅方向
の厚みの各測定結果、第5図は加熱ヒーターを設
けた本発明を実施した場合の塗工工程、第6〜7
図は本発明を実施するのに好適なプリプレグの製
造プロセスを各表す。
Figure 1 shows the coating process using a fountain coater, Figures 2 to 4 show the measurement results of the thickness in the width direction of the coated resin film, and Figure 5 shows the coating process when the present invention is implemented using a heating heater. Construction process, 6th to 7th
The figures represent prepreg manufacturing processes suitable for carrying out the invention.