JPH0357141B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、繊維強化プラスチツク（FRP）
を成形するときに使用する２層プリプレグを製造
する方法に関する。

＜従来の技術＞ ２層プリプレグは、互いに、たとえば直交する
ように層状に配置した、補強繊維糸を一方向に互
いに並行かつシート状に配列した２個の補強繊維
群にＢステージの熱硬化性樹脂を含浸してなるも
ので、FRPを成形するときに、いずれか一方の
補強繊維群の補強繊維糸がある方向に向くように
使用すると、他方の補強繊維群の補強繊維糸が交
差角度に応じた方向に必然的に向くことから、釣
竿やゴルフシヤフトなどの管状体を成形するとき
に好適なものである。

そのような２層プリプレグは、従来、たとえば
特開昭56−162642号公報に記載されているよう
に、一方向性プレプリグ、すなわち、補強繊維糸
を一方向に互いに並行かつシート状に配列し、Ｂ
ステージの熱硬化性樹脂を含浸してなるプリプレ
グを用意し、それを所望の大きさに裁断した後、
その裁断片を補強繊維糸が互いに交差するように
重ね合わせ、加圧して貼り合わせることによつて
製造している。しかしながら、この方法は、樹脂
の含浸に先立つて多数の補強繊維糸を一方向に互
いに並行かつシート状に引き揃えて並べる必要が
あつたり、それを裁断して重ね合わせ、貼り合わ
せる必要があつたりして、生産性が大変低い。ま
た、一方向性プリプレグは、補強繊維糸同士を拘
束するものがないので、樹脂含浸時に補強繊維糸
の配列が乱れたり、重ね合せに際して補強繊維糸
間に割れを生じたりして、均質な２層プリプレグ
を得にくい。

＜発明が解決しようとする課題＞ この発明の目的は、従来の方法の上述した問題
点を解決し、均質性に優れた２層プリプレグを生
産性よく製造する方法を提供するにある。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するために、この発明は、互い
に交差するように層状に配置した、補強繊維糸を
一方向に互いに並行かつシート状に配列した２個
の補強繊維群を熱可塑性低融点ポリマー糸によつ
て一体に保持してなるプリプレグ素材を加熱し、
上記低融点ポリマー糸を溶融するとともに、上記
補強繊維群にＢステージの熱硬化性樹脂を含浸す
ることを特徴とする、２層プリプレグの製造方法
を提供する。

この発明においては、まず、任意の角度で互い
に交差するように層状に配置した、補強繊維糸を
一方向に互いに並行かつシート状に配列した２個
の補強繊維群を熱可塑性低融点ポリマー糸によつ
て一体に保持してなるプリプレグ素材を用意す
る。これは、たとえば次のようにして行う。

すなわち、たとえばレピア織機やシヤツトル織
機を使用し、補強繊維糸と熱可塑性低融点ポリマ
ー糸とを経方向に一本交互に配列し、一方、緯方
向から同様に補強繊維糸と熱可塑性低融点ポリマ
ー糸とを１本交互に打ち込む。すると、第３図や
第４図に示すように、実質的に屈曲を有しない補
強繊維糸１が一方向に互いに並行かつシート状に
配列された補強繊維群Ａと、同様に実質的に屈曲
を有しない補強繊維糸２が一方向に互いに並行か
つシート状に配列された補強繊維群Ｂとが互いに
直交するように層状に配置され、かつ、それら両
補強繊維群Ａ，Ｂが経方向に延びる熱可塑性低融
点ポリマー糸３と緯方向に延びる熱可塑性低融点
ポリマー糸４によつて一体に保持されているプリ
プレグ素材５が得られる。織成時にいずれか一方
の耳の位相をずらせば、補強繊維群Ｂが経方向に
対してある角度で斜めに向いているプリプレグ素
材を得ることができる。ここにおいて、第３図に
示すものは、経方向の熱可塑性低融点ポリマー糸
３のみが屈曲しているのに対し、第４図に示すプ
リプレグ素材においては、いずれの方向の熱可塑
性低融点ポリマー糸も屈曲している。これは、織
成時における熱可塑性低融点ポリマー糸の張力を
調整することによつて可能となる。

別の方法として、径編機を使用して熱可塑性低
融点ポリマー糸による径編地を形成し、第３図や
第４図に示すように配置された２個の補強繊維群
をその編組織の中に取り込んで一体に保持した
り、マリモ機を使用したトリコツト編によつて一
体保持することもできる。

第３図および第４に示すプリプレグ素材におい
ては、補強繊維群間で補強繊維量が互いに等しい
が、そうである必要は必ずしもなく、たとえば補
強繊維糸１の配列密度に対する補強繊維糸２のそ
れを低くしたり、補強繊維糸２の太さを補強繊維
糸１のそれよりも細くすれば、補強繊維群Ｂの補
強繊維量が補強繊維群Ａのそれの、たとえば80％
以下とか50％以下であるようなプリプレグ素材を
得ることができる。そのようなプリプレグ素材を
使用する２層プリプレグは、釣竿やゴルフシヤフ
トなどの管状体を成形するときに有用である。管
状体においては、一般に、周方向補強繊維量を長
手方向補強繊維量よりも少なくすることが要求さ
れるからで、成形時に補強繊維群Ａの補強繊維糸
１が管状体の長手方向になるように使用すれば、
補強繊維群Ｂの補強繊維糸２により、必然的に、
長手方向よりも少ない量の補強繊維を周方向に向
けることができるようになる。

上記において、補強繊維糸は、FRPにおいて
普通に使用されている、炭素繊維、ガラス繊維、
有機高弾性率繊維（ポリアラミド繊維など）、シ
リコンカーバイド繊維、アルミナ繊維、アルミナ
−シリカ繊維、ボロン繊維などの高強度、高弾性
率繊維のストランド（マルチフイラメント）から
なる。もつとも、これらの補強繊維糸は、異なる
ものを、たとえば相互に配列することによつて併
用することができる。

また、熱可塑性低融点ポリマー糸は、ナイロ
ン、共重合ナイロン、ポリエステル、塩化ビニリ
デン、塩化ビニルなどのモノフイラメント、マル
チフイラメント、スリツトヤーンのようなもので
ある。なかでも、後述する、FRPのマトリクス
となる熱硬化性樹脂、とりわけエポキシ樹脂との
接着性がよく、また、熱硬化性樹脂の含浸温度で
溶融する共重合ナイロンからなるものが好まし
い。そのような共重合ナイロンとしては、ナイロ
ン６と12の共重合体、ナイロン６と66の共重合
体、ナイロン６と66および610の共重合体、ナイ
ロン６、12、66および610の共重合体などがある。
なお、熱可塑性低融点ポリマー糸は、熱硬化性樹
脂が含浸されるまでの間、２個の補強繊維群を一
体に保持してプリプレグ素材の形態を保つだけの
役目をもつものであり、溶融しても本質的に
FRPのマトリクスを形成するものではないから、
その量は可能な限り少ないほうがよい。そのた
め、補強繊維糸の太さや配列密度、一体保持の方
法などによつて異なるものの、補強繊維糸に対し
て0.2〜10重量％程度の範囲に制限するのが好ま
しい。また、熱可塑性低融点ポリマー糸は、補強
繊維糸を著しく屈曲させることがないよう、可能
な限り細いものであるのが好ましい。補強繊維糸
が屈曲していると、その屈曲部位に応力が集中
し、補強効果が減殺されるようになるからであ
る。

さて、この発明においては、次に上記プリプレ
グ素材を加熱し、熱可塑性低融点ポリマー糸を溶
融するとともに、補強繊維群にＢステージの熱硬
化性樹脂を含浸して２層プリプレグとする。これ
は、たとえば次のようにして行う。

すなわち、第１図において、上記プリプレグ素
材５に、その上下から、一面にＢステージの熱硬
化性樹脂を塗布した２枚の離型紙６，７をその樹
脂塗布面がプリプレグ素材５側を向くように重ね
合わせ、その重合せ体を加熱された一対の含浸ロ
ール８に通し、熱可塑性低融点ポリマー糸を溶融
して補強繊維糸の単糸の拡がりを促進するととも
に、離型紙６，７上の熱硬化性樹脂をプリプレグ
素材５の補強繊維群に転移、含浸する。含浸に先
立つて、重合せ体を予熱するのも好ましい。熱硬
化性樹脂の含浸後は、上側の離型紙７は剥ぎ取る
が、下側の離型紙６はそのまま残し、２層プリプ
レグとともに巻芯９に巻き取る。

このようにして得られる２層プリプレグは、第
２図に示すように、互いに直交するように層状に
配置された、補強繊維糸を一方向に互いに並行か
つシート状に配列してなる２個の補強繊維群Ａ，
ＢにＢステージの熱硬化性樹脂１０が含浸された
ものとなる。各補強繊維糸は、上述した樹脂含浸
工程で拡げられる結果、この状態ではほとんど単
糸ごとに分離していて、実質上、もはやストラン
ドの形態を保つてはいない。そうして、熱硬化性
樹脂中には、プリプレグ素材に使用した熱可塑性
低融点ポリマー糸が熱可塑性ポリマー１１として
残存している。この熱可塑性ポリマー１１は、使
用した糸の種類や太さ、樹脂含浸時の温度条件な
どにより、点状に残存している場合もあり、また
ほぼ糸の形態を保つたまま残存している場合もあ
る。

上記において、離型紙は、厚みが0.05〜0.2mm
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、でんぷん、ポリエチレン、ポ
リビニルアルコールなどの目止剤を塗布し、さら
にその上にシリコーン系または非シリコーン系の
離型剤を塗布したようなものである。

また、そのような離型紙に塗布する熱硬化性樹
脂は、FRPのマトリクスとなる、エポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、フエノール樹脂、ポリ
イミド樹脂などである。これらの熱硬化性樹脂
は、離型紙上でＢステージの状態にある。塗布量
は、補強繊維糸の太さや配列密度などによつて異
なるものの、10〜350ｇ／m²程度がよい。厚みに
して0.008〜0.3mm程度である。このような量的範
囲にすることで、熱硬化性樹脂の含有率が20〜60
重量％程度の２層プリプレグを得ることができ
る。なお、熱硬化性樹脂を塗布した離型紙は、２
層プリプレグの表裏で樹脂量に差ができにくいよ
う、第１図に示したようにプリプレグ素材が上下
両面から重ね合わせるのが好ましいが、いずれか
一面のみから重ね合わせることであつてもよい。

含浸ロールによる熱可塑性低融点ポリマー糸の
溶融や熱硬化性樹脂の含浸は、120〜170℃程度で
行う。この温度は、熱可塑性低融点ポリマー糸が
溶融する温度であり、また、熱硬化性樹脂の粘度
が一旦低くなり、補強繊維群に対する含浸を容易
に行える温度である。なお、含浸時の加圧力は、
線圧で３〜８Kg／cm程度でよい。また、含浸ロー
ルは多段に設けてもよいし、含浸ロールに代えて
熱プレートと加圧ロールとを組み合わせて使用し
てもよい。

＜実施例＞ 東レ株式会社製炭素繊維糸“トレカ”T300（フ
イラメント数：3000本、繊度：1800デニール）
と、同社製共重合ナイロン糸“エルダー”（フイ
ラメント数：10本、繊度：50デニール、融点：約
120℃）とを用意した。

次に、レピア織機を用い、上記炭素繊維糸と共
重合ナイロン糸とを経方向に１本交互に配列し、
また緯方向から上記炭素繊維糸と共重合ナイロン
糸とをレピアで１本交互に打ち込み、第３図に示
すような１ｍ幅のプリプレグ素材を得た後、巻芯
に巻き取つた。なお、炭素繊維糸と共重合ナイロ
ン糸の密度は、経緯方向ともに３本／cmとした。

次に、巻芯にブレーキをかけながら５Kgの張力
でプリプレグ素材を繰り出し、第１図に示すよう
に、Ｂステージの、東レ株式会社製プリプレグ用
エポキシ樹脂＃2500を、一様に、かつ、43ｇ／m²
になるように塗布した離型紙を上下から重ね合わ
せ、約120℃に予熱した後、125℃、線圧４Kg／
cm、周速５ｍ／分の含浸ロールに通し、共重合ナ
イロン糸の溶融と補強繊維群に対するエポキシ樹
脂の含浸とを行い、２層プリプレグを得た。

得られた２層プリプレグは、補強繊維糸の配列
の乱れがなく、また、共重合ナイロンが点状に、
しかし、全体としてみると線状に存在していた。

＜発明の効果＞ この発明は、層状に配置され、かつ、互いに交
差する２方向に補強繊維糸が延在している２個の
補強繊維群を熱可塑性低融点ポリマー糸によつて
一体に保持してなるプリプレグ素材にＢステージ
の熱硬化性樹脂を含浸するから、樹脂含浸に先立
つて補強繊維糸を揃えて並べる必要がなく、生産
性が向上する。また、補強繊維糸の配列方向を選
定することにより、上述した従来の方法のように
裁断、貼合せといつた工程を経ないで、いずれか
一方の群の補強繊維糸が長手方向に対して斜めに
向いているような２層プリプレグでも簡単に製造
することができる。しかも、補強繊維群が熱可塑
性低融点ポリマー糸によつて保持されており、ま
た、熱可塑性低融点ポリマー糸の溶融と同時に熱
硬化性樹脂の含浸を行うので、補強繊維糸の配列
の乱れを防止することができ、しかも、熱可塑性
低融点ポリマー糸の溶融によつて補強繊維糸の拡
がりが促進され、単糸間に熱硬化性樹脂がよく入
り込むので、得られる２層プリプレグは均質性に
優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法を実施している様子
を示す概略工程図、第２図は、この発明によつて
得られる２層プリプレグを示す概略斜視図、第３
図および第４図は、この発明で使用する、それぞ
れ異なるプリプレグ素材を示す概略斜視図であ
る。 １……補強繊維糸、２……補強繊維糸、３……
熱可塑性低融点ポリマー糸、４……熱可塑性低融
点ポリマー糸、５……プリプレグ素材、６……離
型紙、７……離型紙、８……含浸ロール、９……
巻芯、１０……Ｂステージの熱硬化性樹脂、１１
……熱可塑性低融点ポリマー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 互いに交差するように層状に配置した、補強
   繊維糸を一方向に互いに並行かつシート状に配列
   した２個の補強繊維群を熱可塑性低融点ポリマー
   糸によつて一体に保持してなるプリプレグ素材を
   加熱し、上記低融点ポリマー糸を溶融するととも
   に、上記補強繊維群にＢステージの熱硬化性樹脂
   を含浸することを特徴とする、２層プリプレグの
   製造方法。