JPH08183029A

JPH08183029A - 複合材料の連続的製造方法及びその装置

Info

Publication number: JPH08183029A
Application number: JP34060894A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Yamamoto; 雅晴山本; Takayuki Fukuda; 孝之福田; Kanji Miyao; 巻治宮尾; Hiroshi Toshima; 宏戸島
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】厚みの均一性、シート状補強基材への樹脂の
含浸性が良好で、ボイドの発生をなくし、しかも、両表
面の平滑性及び樹脂の均一性が極めて良好とされる複合
材料の製造方法及び装置を提供する。【構成】繊維からなるシート状補強基材Ａを連続的に
供給し、この補強基材Ａの片面側から、マトリクス樹脂
をダイコーター７を用いて均一に塗工する。同時に、こ
の補強基材Ａの塗工面とは反対側の裏面を減圧吸引型バ
ックアップローラ８にて減圧、吸引する。又、必要に応
じて、ファウンテンコーター２０にて、補強基材Ａの裏
面にマトリクス樹脂を塗布する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維からなるシート状
の補強基材に熱硬化型樹脂からなるマトリクス樹脂を含
浸させた複合材料を製造する方法及び製造装置に関し、
特に、ガラスクロスなどのシート状繊維補強基材に溶媒
を用いないで熱硬化型樹脂を含浸させてプリプレグのよ
うな繊維強化複合材料を製造する方法及び製造装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリプレグのような繊維強化複合材料を
製造する方法としては、従来から下記に説明するホット
メルト法及びソルベント法が知られている。

【０００３】ホットメルト法は、無溶媒の樹脂を使用
し、樹脂との剥離性の良い塗工紙に一旦コーティング
し、それをシート状繊維補強基材にラミネートする２段
プロセスであり、生産性が悪いためコストも高くつき、
またシート状繊維補強基材が重目付のクロスでは樹脂の
含浸性も良くなかった。

【０００４】また、ソルベント法は、特開平５−３２０
３８２号公報にて開示されているように、例えば電気絶
縁材料に使用するプリント基板使用のガラスクロスエポ
キシプリプレグを製造する場合のように、溶媒を使用し
て樹脂の粘度を小さくし、この樹脂槽にガラスクロスを
浸漬させ、毛細管現象により樹脂を含浸させ、その後樹
脂含浸ガラスクロスを乾燥、半硬化させる方法である。

【０００５】図１０を参照して更に説明すると、連続し
たガラスクロス１０２に樹脂槽１０３において熱硬化性
樹脂を含浸させ、乾燥炉１０５において乾燥、半硬化さ
せてプリプレグ１０２ａとし、これに加圧ロール１０８
によって均一に加圧して表面の凸部を圧潰させ、圧潰後
において遠赤外線炉１１０による輻射加熱を施し、上記
圧潰部及びその近傍のクラック部、白化部を平滑化し、
その直後に冷却ロール１０９によって表面を平滑化する
などによりプリプレグを得るものである。

【０００６】しかしながら、上記ソルベント法は可燃性
溶媒を使用するため、溶媒回収用設備、防爆設備などの
設備を必要とし、そのため設備コストが高く、かつ、プ
リプレグに微量の溶媒が残存するため、気泡発生による
品質上の問題もあった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
するとした繊維強化複合材料の製造方法として、特開平
５−２００７４８号公報に記載されるような製造方法が
提案されている。この製造方法を実施する装置は、図１
１及び図１２に示すように、複式ベルトプレス２０１を
備え、この複式ベルトプレス２０１の入口の手前には、
繰り出しユニット２０２と押出機２０３とが設けられ
る。繰り出しユニット２０２には、樹脂含浸されてない
ガラス繊維織布を備えた貯えロール２０４と引継ぎ用の
貯えロール２０５とが位置している。複式ベルトプレス
２０１の背後には、プリプレグウェブ２０６のためのロ
ール２０７と引継ぎロール２０８とを備えた巻取りユニ
ット２０９が設けられている。

【０００８】上記装置において、貯えロール２０４から
樹脂を含浸されてないガラス繊維織布ウェブが連続的に
引き出されて、変向ローラ２１０を介して複式ベルトプ
レス２０１に供給される。繰り出しユニット２０２に
は、さらに別の貯えロール２０５が設けられており、貯
えロール２０４のガラス繊維織布ウェブが終了すると、
他の貯えロール２０５からガラス繊維織布ウェブが繰り
出される。押出機２０３ではエポキシ樹脂が溶融され、
溶融体は押出機２０３の広幅スリットノズルを介して、
フィルムとして変向ローラ２１０の近くでガラス繊維織
布ウェブに被着される。

【０００９】ガラス繊維織布ウェブとエポキシ樹脂のフ
ィルムとからなる層形成物は、次いで複式ベルトプレス
２０１に導入されて、面圧を受けながら加熱される。こ
のときに、エポキシ樹脂溶融体はガラス繊維織布ウェブ
に侵入して、更にＢ−ステージにまで硬化する。複式ベ
ルトプレス２０１の出口では、Ｂ−ステージにまで前硬
化されてエポキシ樹脂を含浸されたプリプレグウェブ
が、複式ベルトプレス２０１から付着無しで冷却されて
走り出して、巻取りユニット２０９のロール２０７又は
２０８に連続的に巻取られる。

【００１０】上記押出機２０３は、図１２に示すよう
に、細長いシリンダ２１８を有しており、このシリンダ
内には、減速伝動装置２１９を介してモータ２２０によ
って駆動されるスクリュ２２１が位置している。スクリ
ュ２２１の後側の部分は螺旋状の凹部で、フレークまた
は粉末からなる溶融させたい混合物を収容する。この混
合物は押出機２０３のホッパ２２２に充填される。エポ
キシ樹脂はスクリュ２２１によってさらに搬送されて、
この搬送の間に溶融される。このために、シリンダ２１
８を取り囲むように複数の加熱スリーブ２２３が設置さ
れている。シリンダ２１８を通ってエポキシ樹脂が搬送
されると、エポキシ樹脂は加熱されて溶融され圧縮され
るので、このエポキシ樹脂はスクリュ２２１の前端部で
均質で粘弾性的な溶融体を形成する。エポキシ樹脂溶融
体はシリンダ２１８の前側の部分にフランジ取付けされ
た広幅スリットノズル２２４を通って、ほぼ方形の横断
面を有する平なフィルムとして流出する。そして、前述
のように変向ローラ２１０の近くでガラス繊維織布ウェ
ブに被着され、複式ベルトプレス２０１に導入される。

【００１１】しかしながら、上記装置においては、押出
機２０３内におけるエポキシ樹脂のメルト滞留時間が長
く、そのため押出機での硬化トラブルなどが発生するこ
とがあった。またエポキシ樹脂はメルト状態でのシェア
が高く、シェアによる発熱があった。更に成膜性が良く
ないという問題があった。

【００１２】従って、本発明の目的は、メルト滞留時間
が短く押出機での樹脂の硬化トラブルをなくし、又メル
ト状態のシェアが低くシェアによる発熱を防止し、更に
成膜性が良好であって、均一な樹脂含浸が行なわれ、品
質一定の複合材料を連続的に得ることのできる複合材料
の製造方法及び装置を提供することである。

【００１３】本発明の他の目的は、厚みの均一性、シー
ト状補強基材への樹脂の含浸性が良好で、ボイドの発生
をなくし、しかも、両表面の平滑性及び樹脂の均一性が
極めて良好とされる複合材料の製造方法及び装置を提供
することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
複合材料の製造方法にて達成される。要約すれば、本発
明は、繊維からなるシート状補強基材に熱硬化型マトリ
クス樹脂を塗工、含浸させた複合材料を連続的に製造す
る方法において、（ａ）ダイコーターを用いて、実質的
に溶剤を含まない熱硬化型マトリクス樹脂を溶融状態に
て前記シート状補強基材の片面から、このシート状補強
基材の反対面を減圧状態に維持しながら、均一に塗工す
るコーティング工程、（ｂ）マトリクス樹脂が塗工さ
れ、そして含浸されたシート状補強基材を非接触タイプ
の加熱ユニットにより加熱し、該マトリクス樹脂を半硬
化させ、シート状プリプレグを形成する工程、及び
（ｃ）前記シート状プリプレグを一定長さにカットする
か、又はカットせずに巻取る工程、を有し、それぞれの
工程を連続化させてなる複合材料の製造方法である。

【００１５】好ましくは、本発明の前記製造方法は、前
記（ａ）工程の後に、前記マトリクス樹脂が塗工された
シート状補強基材を、非接触タイプの加熱ユニットで加
熱し、マトリクス樹脂をシート状補強基材に含浸させる
工程を有するか、前記（ａ）工程の後に、前記マトリク
ス樹脂が塗工されたシート状補強基材の樹脂塗工面とは
反対の面から、前記マトリクス樹脂と同じ熱硬化型マト
リクス樹脂を塗工する第２のコーティング工程を有する
か、又は、前記（ａ）工程の後に、前記マトリクス樹脂
が塗工されたシート状補強基材を、非接触タイプの加熱
ユニットで加熱し、マトリクス樹脂をシート状補強基材
に含浸させる工程と、該含浸工程の後に、前記マトリク
ス樹脂が塗工されたシート状補強基材の樹脂塗工面とは
反対の面から、前記マトリクス樹脂と同じ熱硬化型マト
リクス樹脂を塗工する第２のコーティング工程とを有す
る。

【００１６】上記本発明の製造方法は、繊維からなるシ
ート状補強基材の巻出しユニットと、連続運転を可能と
すべく前記シート状補強基材の切替え時に作用するアキ
ュムレータユニットと、熱硬化型マトリクス樹脂を溶融
して連続的に供給するユニットと、前記シート状補強基
材の片面に前記マトリクス樹脂を塗工するための、加熱
制御可能なホッパーを有するダイコーターユニットと、
前記シート状補強基材のマトリクス樹脂の塗工面とは反
対側から減圧、吸引することのできる減圧、吸引ユニッ
トと、前記マトリクス樹脂を加熱、半硬化させ、シート
状プリプレグを形成するための非接触型加熱ユニット
と、該シート状プリプレグを一定長さに横方向に切断す
るカッターユニット又はロール状に巻取るための巻取り
ユニットとを有することを特徴とする複合材料を連続的
に製造する装置にて好適に実施される。

【００１７】斯かる本発明の製造装置は、好ましくは、
前記減圧、吸引ユニットの後に、前記マトリクス樹脂が
塗工されたシート状補強基材を加熱し、マトリクス樹脂
をシート状補強基材に含浸させるための非接触タイプの
加熱ユニットを有するか、前記減圧、吸引ユニットの後
に、前記マトリクス樹脂が塗工されたシート状補強基材
の樹脂塗工面とは反対の面から、前記マトリクス樹脂と
同じ熱硬化型マトリクス樹脂を塗工するための第２のコ
ーターユニットを有するか、又は、前記減圧、吸引ユニ
ットの後に、前記マトリクス樹脂が塗工されたシート状
補強基材を加熱し、マトリクス樹脂をシート状補強基材
に含浸させるための非接触タイプの加熱ユニットと、前
記加熱ユニットの後に、前記マトリクス樹脂が塗工され
たシート状補強基材の樹脂塗工面とは反対の面から、前
記マトリクス樹脂と同じ熱硬化型マトリクス樹脂を塗工
するための第２のコーターユニットとを有する。

【００１８】上記本発明の製造方法及び装置において、
好ましい実施態様によれば、（１）繊維からなるシート状補強基材は、ガラスクロス
（織物）であり、その目付は２０ｇ／ｍ² 〜１０００ｇ
／ｍ² である。

【００１９】（２）マトリクス樹脂は、臭素を含むビス
フェノール型エポキシ樹脂と、硬化剤及び硬化促進剤と
からなる。

【００２０】（３）実質的に溶剤を含まないマトリクス
樹脂の塗工時の粘度は１０００センチポイズ〜５０００
００センチポイズである。

【００２１】（４）樹脂組成物を混合器で混合し、コー
ターで塗工する際、混合器の入口からコーターの出口ま
での樹脂の平均滞留時間が２０分未満である。

【００２２】（５）ダイコーターユニットは、樹脂計量
用のギアポンプをコーター内に配設し、ギアポンプにお
ける樹脂流線と塗工部の樹脂流線の比が３未満のギアポ
ンプ・イン・ダイタイプのコーターである。

【００２３】（６）減圧、吸引ユニットは、減圧吸引型
バックアップローラである。

【００２４】（７）第２のコーターユニットは、ファウ
ンテンコーターである。

【００２５】（８）含浸工程の非接触タイプのヒーター
は、波長が約１μｍ〜１０μｍの赤外線ヒーターである
か、又は複数個のノズルから加熱流体を基材の上下から
噴射させるフローティングタイプの加熱ユニットであ
る。

【００２６】（９）半硬化工程の非接触タイプの加熱ユ
ニットは、複数個のノズルから加熱流体を基材の上下か
ら噴射させるフローティングタイプである。

【００２７】（１０）加熱流体は、空気又は窒素であ
る。

【００２８】（１１）フローティングタイプの加熱ユニ
ットにおいて、その前半部で含浸工程を、後半部で半硬
化工程を実施する。

【００２９】（１２）非接触タイプの加熱ユニットによ
る含浸工程では、雰囲気温度１２０〜３００℃、処理時
間３秒〜１２０秒で加熱する。

【００３０】（１３）非接触タイプの加熱ユニットによ
る半硬化工程では、雰囲気温度１２０〜２００℃、処理
時間２０秒〜３００秒で加熱する。

【００３１】

【実施例】以下、本発明に係る複合材料の製造方法及び
その装置を図面に則して更に詳しく説明する。以下の説
明においては、繊維からなるシート状補強基材としては
ガラスクロス基材を使用し、熱硬化型マトリクス樹脂と
してはエポキシ樹脂を使用して、繊維補強シート状複合
材料、即ち、プリプレグを連続的に製造するものとす
る。

【００３２】図１を参照すると、本発明によるプリプレ
グを連続的に製造する製造装置の一実施例の概略構成が
示される。

【００３３】本実施例では、ガラスクロス基材Ａが巻出
し装置１から製造装置内へと供給される。巻出し装置１
は、ガラスクロス基材Ａを有するローラ１’及び引継ロ
ーラ１”を備え、この巻出し装置１に隣接して、アキュ
ムレータ２が設けられる。このアキュムレータ２は、ロ
ーラ１’、引継ぎローラ１”間の切替え時に作用し、製
造装置の連続運転を可能とするためのものである。更
に、アキュムレータ２の隣にはバックアップローラ８が
配置される。従って、ガラスクロス基材Ａは、巻出し装
置１及びアキュムレータ２により、バックアップローラ
８へと一定の速度で連続して供給される。

【００３４】一方、本装置は、エポキシ樹脂の主剤を収
容するための主貯槽３、更に、硬化剤及び硬化促進剤な
どを含む樹脂を収容する副貯槽３’を備え、それぞれの
槽３、３’には主剤及び硬化剤を計量するための計量ポ
ンプ４、４’が接続されている。又、計量ポンプ４、
４’にはエポキシ樹脂主剤及び硬化剤含む組成物を均一
に混合し、所望のマトリクス樹脂を得るための、例えば
１５段のスタチックミキサーを備えた静止型混合器５が
接続されている。混合器５は、更に、ホッパー６を介し
て、ギヤポンプ・イン・ダイタイプのコーター、即ち、
ダイコーター７に接続されており、ダイコーター７のリ
ップ部７Ａが前述のバックアップローラ８に近接対向し
て配置されている。

【００３５】従って、この実施例によれば、先ず、主貯
槽３にエポキシ樹脂の主剤を、副貯槽３’に硬化剤及び
硬化促進剤などを含む樹脂をそれぞれ流動状態にて収容
し、主貯槽３及び副貯槽３’にそれぞれ接続された計量
ポンプ４、４’により所定量を計量した後、静止型混合
器５にて均一に混合し、実質的に溶剤を含まない溶融状
態のマトリクス樹脂を得る。このマトリクス樹脂は、更
にホッパー６を介してギヤポンプ・イン・ダイタイプの
コーター７に供給される。

【００３６】別法として、混合器５の代わりに、溶融、
混合機能を有するエクストルーダ型の装置にエポキシ樹
脂、硬化剤、硬化促進剤などからなるマトリクス樹脂を
供給し、溶融、混合、脱泡などの操作を行なった後、ダ
イコーター７へと供給することもできる。

【００３７】バックアップローラ８位置へとアキュムレ
ータ２から一定速度で供給されてきたガラスクロス基材
Ａの一方の面には、ダイコーター７により、硬化剤を含
むエポキシ樹脂、即ち溶融状態とされた実質的に溶剤を
含まないマトリクス樹脂が均一な厚さで塗工される。

【００３８】又、本実施例に採用したギヤポンプ・イン
・ダイタイプのコーター７は、図２に示すように、コー
ターリップ部７Ａの樹脂流線Ｌ₂ と、内蔵したギヤポン
プの樹脂流線Ｌ₁ との比（Ｌ₂ ／Ｌ₁ ）が１＜Ｌ₂ ／Ｌ
₁ ＜３に設定されるのが好ましい。

【００３９】これにより、ダイ内部での樹脂の幅方向の
流れをなくし、リップ部７Ａでの吐出を均一とし得る。
又、ギヤポンプがリップ部７Ａに極めて近接して配置さ
れているため、樹脂の内圧の上昇が早く、すばやい塗工
の立ち上がりを有する。従来のダイコーターに比して立
ち上げに要する基材ロスはおよそ１／３〜１／５であ
る。また、ポンプより先のコーティング材は吐出するこ
とができなく全てロスとなるが、コーティング材のロス
も少なくて済む。更に、一体型の構造であるため熱媒等
による均一な加熱も容易である、等の数多くの利点を有
している。

【００４０】また、エポキシ樹脂の主剤と、硬化剤及び
硬化促進剤などを含む樹脂との混合後、この混合物がコ
ーター７のリップ部７Ａから排出されるまでの滞留時間
は２０分未満であることが好ましい。これは、２０分間
を超えた場合、硬化反応が一部進み、品位の均一化、安
定製造が困難になるためであり、より好ましくは１５分
未満である。

【００４１】また、上記ダイコーター７による塗工時に
おける樹脂の粘度は、１０００ｃＰ（センチポイズ）〜
５０００００ｃＰであることが好ましい。これは１００
０ｃＰ以下ではギヤポンプによる樹脂の計量安定性が悪
くなり、かつあまりにも低粘度過ぎてガラスクロス基材
Ａへの含浸性が大き過ぎて裏面まで浸透し、バックアッ
プローラ８に樹脂が付着し安定走行が困難になるためで
ある。また、５０００００ｃＰを超えると樹脂の拡展性
が悪くなるため、ガラスクロス基材Ａへの均一な塗工が
困難となるためである。

【００４２】尚、ガラスクロス基材Ａとしては、２０ｇ
／ｍ² 〜１０００ｇ／ｍ² の目付を適用することがで
き、マトリクス樹脂の塗布量、即ち、樹脂量は、通常、
３０ｇ／ｍ² 〜５００ｇ／ｍ² とされる。

【００４３】上述したダイコーター７によるコーティン
グ工程において、本発明によれば、ガラスクロス基材Ａ
の塗工されている面とは反対の面、即ち、裏面側が減
圧、吸引状態に維持される。これによって、ガラスクロ
ス基材Ａ中に含まれる空気層がガラスクロス基材Ａの裏
面から除去されると共に、塗工面上のマトリクス樹脂が
裏面側へと一様に且つボイドを含むことなく含浸され
る。

【００４４】この実施例によれば、バックアップローラ
８に減圧、吸引ユニットとしての機能が付加され、従っ
てバックアップローラ８は、例えば、図３及び図４に例
示するような減圧吸引型のバックアップローラとされ
る。この減圧吸引型のバックアップローラ８は、表面に
多数の孔を有した回転自在に保持された外筒８１を備
え、ローラ内部に配置した内筒８２に連通した吸引ファ
ン手段８３により吸引される。斯かる減圧吸引型のバッ
クアップローラは市販されており、当業者には周知の構
造であるので、これ以上の詳しい説明は省略する。勿
論、減圧、吸引ユニットとしては、ロール状のバックア
ップローラの代わりに、平板状の減圧吸引手段とするこ
ともできる。

【００４５】上述のようにして、マトリクス樹脂が塗工
されたガラスクロス基材Ｂは、次いで、バックアップロ
ーラ８に隣接して配置されたフローティングドライヤー
１０へと送給される。フローティングドライヤー１０に
て、更にマトリクス樹脂がガラスクロス基材Ｂの内部へ
と含浸され、そして含浸されたマトリクス樹脂のＢ−ス
テージ化、即ち、半硬化が行なわれる。

【００４６】フローティングドライヤー１０は、非接触
タイプであって、図５に示すように、複数個のノズル１
０ａから加熱流体を基材Ｂの上下から噴射させ、基材Ｂ
を浮上させた状態で加熱する。又、加熱流体としては空
気又は窒素が好ましい。

【００４７】このように、フローティングドライヤー１
０内を通過する間にマトリクス樹脂が半硬化されるの
で、フローティングドライヤー１０における雰囲気温度
は１２０℃〜２００℃、処理時間は２０秒〜３００秒が
許容範囲である。

【００４８】尚、図６に示すように、所望に応じて、バ
ックアップローラ８と上記フローティングドライヤー１
０との間に、更に、赤外線ヒーター９を設け、マトリク
ス樹脂のガラスクロス基材Ｂへの含浸をより促進させる
ことも可能である。この赤外線ヒーター９は上部と下部
にヒーターを配備し、その中間部を被加熱材を通過させ
る、非接触式ヒーターとされる。又、赤外線ヒーター９
は、その波長が約１μｍ〜１０μｍであることが好まし
い。赤外線ヒーター９は、雰囲気温度の均一を高めるた
め熱風循環装置を併設することが好ましい。また単に熱
風循環式のヒーターのような非接触式の加熱ユニットを
も使用することができる。

【００４９】上述のようにして、含浸した樹脂がＢ−ス
テージ化されたガラスクロス基材、即ち、シート状プリ
プレグＣは、図１及び図６に示すように、次いで、プル
ロール１１、１１’を経由して、巻取りローラ１２及び
引継ぎローラ１２’を備えた巻取り装置１２へと送給さ
れ、そして巻き取られる。所望に応じて、図に示さない
シートカット装置により所定のサイズに切断することも
できる。

【００５０】本発明の、好ましい他の実施態様によれ
ば、図７に示すように、上記減圧吸引型のバックアップ
ローラ８の後に第２のコーターユニット２０を設置し、
マトリクス樹脂が塗工されたガラスクロス基材Ｂの樹脂
塗工面とは反対の面から、更に、この塗工されたマトリ
クス樹脂と同じ熱硬化型マトリクス樹脂を塗工すること
ができる。

【００５１】好ましくは、このコーターユニット２０
は、上面にマトリクス樹脂が既に塗工されているガラス
クロス基材Ｂの下面側から塗工を実施することのできる
ファウンテンコーターとされる。ファウンテンコーター
は当業者には周知のものであり、例えば、図８に例示す
るように、ガラスクロス基材Ｂの下面に、基材Ｂの幅方
向に配置されたダイ２１を有し、このダイ２１にヘッダ
２２及びディストリビュータ管２３を介して、計量ポン
プ４”にて計量されたマトリクス樹脂が供給される。ダ
イ２１には、ガラスクロス基材Ｂに対向して、この基材
Ｂの幅方向に所定のピッチにて多数の孔が穿設されてお
り、この孔から流出したマトリクス樹脂が基材Ｂの下面
側に塗工される。このときガラスクロス基材Ａをダイ２
１の方向へと所定の圧力にて押圧し、ダイ２１との間の
所定の距離を保持するために、このダイ２１と対向し
て、エアノズル２５が配置される。本実施例にて、エア
ノズル２５は、ダイ２１を中心として両側にそれぞれノ
ズル２５’、２５”を配置した構成とされる。斯かる構
成により、エアノズル２５から噴射されたエアにより基
材Ｂは、ダイ２１による上方向への塗工圧に抗して下方
へとダイ２１の方に押圧される。

【００５２】更に、他の好ましい態様によれば、図９に
示すように、上記減圧吸引型のバックアップローラ８と
上記フローティングドライヤー１０との間に、上記赤外
線ヒーター９と前記第２のコーターユニット２０とを配
置することも可能である。このような構成により、ガラ
スクロス基材Ｂへのより均一なマトリクス樹脂の含浸が
より促進される。

【００５３】尚、上記実施例では、本発明に使用するダ
イコーター７としては、リップ部７Ａから樹脂が均一な
分布状態で吐出されるようにコントロールできるものが
好ましく、そのためにギヤポンプ・イン・ダイタイプの
ダイコーターであるとしたが、ウルトラコートダイタイ
プのダイコーターでもよい。

【００５４】このウルトラコートダイタイプのコーター
は、ダイリップのリップ面と被塗工材（ガラスクロス基
材）とが極めて近接しているが接触しておらず、両者間
に常に塗工液（マトリクス樹脂）が介在し流動している
点に特徴がある。リップスロットから吐出されたマトリ
クス樹脂は、リップ面とガラスクロス基材との間に流れ
出る。この時、ガラスクロス基材は常に一定方向へ一定
速度で動いているので、事実上、マトリクス樹脂は、リ
ップ面とガラスクロス基材との間を通過していく。即ち
マトリクス樹脂は、リップ面とガラスクロス基材との間
隙を、ある流速で通過する際に大きな剪断応力がかけら
れ、急激な粘度変化を起こして一定の成膜力を与えられ
て、ガラスクロス基材の上にスムースに塗布される。こ
の時の、マトリクス樹脂の流速は、ポンピング量とガラ
スクロス基材の速度によって決定される。

【００５５】又、必要に応じて、温度が一定に保持され
たコンパクションローラ等のロールユニットを、フロー
ティングドライヤー１０による半硬化工程の前或は後、
又は、フローティングドライヤー１０内（即ち、半硬化
工程の間）など、いずれの箇所に配置してもよい。又、
その複数箇所に同時に配置してもよい。

【００５６】上記説明で、マトリクス樹脂としては、エ
ポキシ樹脂を用いたが、エポキシ樹脂の他に不飽和ポリ
エステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニルエステル樹脂
等の熱硬化型樹脂も使用できる。

【００５７】また、繊維からなるシート状補強基材Ａと
しては、上記説明したガラス繊維のクロス（ガラスクロ
ス）の他に、芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエステ
ル繊維等の有機繊維のクロス、炭素繊維のクロス、又
は、これら繊維の一方向配列繊維シート、ランダム配列
不織布シートなども同様に使用できる。

【００５８】次に、本発明を実施例について更に詳しく
説明する。

【００５９】実施例１図１に示す構成の製造装置を使用して複合材料（プリプ
レグ）を製造した。

【００６０】この実施例では、繊維からなるシート状補
強基材Ａとしては、厚さ１８０μｍ、目付２０５ｇ／ｍ
² のガラスクロス基材（日東紡績株式会社製、ＷＥ−１
８Ｋ−ＢＹ−５８）を使用し、巻出し装置１からアキュ
ムレータ２を経由して、コーターの塗布のためバックア
ップローラ８に供給した。バックアップローラとして
は、ロール直径３００ｍｍの減圧吸引型のバックアップ
ローラ（中外炉工業株式会社製サクションドライブロー
ル）を使用した。

【００６１】一方、主貯槽３で７０℃で液状に保持され
た臭素を含むビスフェノールエポキシ樹脂を主成分とす
る組成物Ａを計量ポンプ４で計量したものと、副貯槽
３’で７０℃に保持された硬化剤ジシアンジアミド（Ｄ
ＩＣＹ）を含むエポキシ樹脂組成物、更にはイミダゾー
ル系硬化促進剤を含むエポキシ樹脂組成物Ｂを計量ポン
プ４’で計量したものとを混合器５で混合器内の滞留時
間を１分で混合してマトリクス樹脂を調整し、７０℃に
保温されたホッパー６に供給した。

【００６２】ホッパー６に供給された樹脂をギアポンプ
・イン・ダイコーター（Ｌ₂ ／Ｌ₁＝１．１）７で計量
してコーターのリップ部７Ａでガラスクロス基材Ａの片
面に樹脂粘度６０００ｃＰで樹脂量１４５ｇ／ｍ² を均
一な厚さに塗工した。この時、ガラスクロス基材の裏面
側は、外周に多数の細い吸引孔を有するバックアップロ
ーラ８で２００Ｔｏｒｒで減圧吸引した。これにより、
ガラスクロス基材中の空気が除去され、そしてガラスク
ロス基材の片面に塗工された樹脂は、ガラスクロス基材
の裏面側へと含浸されながら、次の工程へと送出され
た。

【００６３】この時、混合器５の入口からコーター７の
出口までの樹脂の滞留時間は１０分であった。

【００６４】次に、図５に示すような上下に加温気体を
噴射する複数個のノズル１０ａを配備し、雰囲気温度を
１６５±１℃に制御されたフローティングドライヤー１
０の中を、マトリクス樹脂を塗工、含浸させたガラスク
ロス基材Ｂを５０秒間走行させ、半硬化工程を実施し
た。

【００６５】これにより、ガラスクロス基材Ｂに熱硬化
型樹脂を完全に含浸させた繊維補強シート状複合材、所
謂プリプレグＣを得て、プルロール１１、１１’を経由
して、巻取り装置１２で巻取った。

【００６６】また、使用したコーター７は、従来のよう
な細長いシリンダ、スクリュを備えない、ギヤポンプ・
イン・ダイタイプのコーターであるため、メルト状態で
のシェアが低く、シェアによる発熱がなく、又、成膜性
が良好である。

【００６７】また、得られたシート状複合材Ｃは、厚み
の均一性、ガラスクロス基材への樹脂の含浸性が良好
で、３０倍に拡大して観察したところ、ボイドは全く認
められなかった。また、両表面の平滑性もほぼ良好であ
った。半硬化の程度を示す硬化反応率は４７％で、常温
での表面の粘着性はなく、取扱い性にも優れていた。

【００６８】実施例２実施例２では、図７に示す構成の製造装置を使用して複
合材料を製造した。即ち、バックアップローラ８の次に
ファウンテンコーター２０による第２のコーティング工
程が設けられた。それ以外は、実施例１と同様の装置構
成とした。

【００６９】この実施例２では、実施例１と同じシート
状補強基材及びマトリクス樹脂を使用した。

【００７０】ギヤポンプ・イン・ダイタイプのコーター
７により樹脂量１０２ｇ／ｍ² を均一な厚さに塗工し、
実施例１と同じ減圧吸引型バックアップローラ８にて、
且つ同じ減圧吸引条件で処理して、ガラスクロス基材の
上面から内部及び下面へと樹脂を含浸させた。次いで、
このガラスクロス基材の下方から、先の第１のコーター
７で塗工したと同じマトリクス樹脂をギヤポンプ４”に
て計量した後、ファウンテンコーター２０で、樹脂量４
３ｇ／ｍ² を均一な厚さに塗布した。塗布時において、
ガラスクロス基材の上方にエアノズル２５（２５’、２
５”）にてエアを噴射させた。これによって、粘着性の
ある樹脂が塗工されたガラスクロス基材の上面に接触す
ることなく所定の押圧力を付与しつつ、均一な厚さに塗
工することができた。次いで、実施例１と同じフローテ
ィングドライヤ１０で、実施例１と同じ条件で半硬化処
理し、シート状複合材（プリプレグ）Ｃを得、プルロー
ル１１、１１’を経由して、巻取り装置１２で巻取っ
た。

【００７１】得られたシート状複合材は、厚みの均一
性、ガラスクロス基材への樹脂の含浸性が良好で、３０
倍に拡大して観察したところ、ボイドは全く認められな
かった。また、両表面の平滑性及び樹脂の均一性は極め
て良好であった。半硬化の程度を示す硬化反応率は４６
％で、常温での表面の粘着性はなく、取扱い性も優れて
いた。

【００７２】比較例１減圧吸引型のバックアップローラ８の代わりに、表面に
クロムメッキを施した通常のバックアップローラを使用
した以外は、実施例２の製造装置（図７）を使用し、同
じ製造条件にて、且つ、実施例２と同じシート状補強基
材及びマトリクス樹脂を使用して複合材料を製造した。

【００７３】得られたシート状複合材の両表面の平滑性
及び樹脂の均一性は良好であったが、３０倍に拡大して
観察したところ、ボイドの数が１００個／ｉｎ² 認めら
れ、やや多めのボイドの発生があった。

【００７４】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
による複合材料の製造方法及び製造装置によれば、メル
ト滞留時間が短く押出機での樹脂の硬化トラブルをなく
し、又メルト状態のシェアが低くシェアによる発熱を防
止し、更に成膜性が良好であって、均一な樹脂含浸が行
なわれ、品質一定の複合材料を連続的に得ることができ
る。更に、本発明によれば、厚みの均一性、シート状補
強基材への樹脂の含浸性が良好で、ボイドの発生をなく
し、しかも、両表面の平滑性及び樹脂の均一性が極めて
良好とされる複合材料を連続的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複合材料の製造方法を実施するた
めの一実施例による製造装置の概略構成図である。

【図２】ダイコーターのギアポンプにおける樹脂流線と
塗工部の樹脂流線の比を示すための説明図である。

【図３】減圧吸引型バックアップローラの一実施例の概
略構成図である。

【図４】図３のバックアップローラの縦断面図である。

【図５】フローティングドライヤーのノズルを示す断面
概略図である。

【図６】本発明による複合材料の製造方法を実施するた
めの他の実施例による製造装置の概略構成図である。

【図７】本発明による複合材料の製造方法を実施するた
めの他の実施例による製造装置の概略構成図である。

【図８】ファウンテンコーターの一実施例の概略構成図
である。

【図９】本発明による複合材料の製造方法を実施するた
めの他の実施例による製造装置の概略構成図である。

【図１０】従来の製造装置の第１例を示す概略構成図で
ある。

【図１１】従来の製造装置の第２例を示す斜視図であ
る。

【図１２】図１１の製造装置の要部断面図である。

【符号の説明】

１巻出しユニット２アキュムレータユニット３主貯槽３’ 副貯槽４計量ポンプ（計量装置）４’ 計量ポンプ（計量装置）５混合器（混合ユニット）６ホッパー７ギヤポンプ・イン・ダイタイプコーター（ダイ
コーターユニット）８バックアップローラ（減圧、吸引ユニット）９赤外線ヒーター（加熱ユニット）１０フローティングドライヤ（加熱ユニット）１２巻取りユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸島宏埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡１−３−１東燃株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維からなるシート状補強基材に熱硬化
型マトリクス樹脂を塗工、含浸させた複合材料を連続的
に製造する方法において、（ａ）ダイコーターを用い
て、実質的に溶剤を含まない熱硬化型マトリクス樹脂を
溶融状態にて前記シート状補強基材の片面から、このシ
ート状補強基材の反対面を減圧状態に維持しながら、均
一に塗工するコーティング工程、（ｂ）マトリクス樹脂
が塗工され、そして含浸されたシート状補強基材を非接
触タイプの加熱ユニットにより加熱し、該マトリクス樹
脂を半硬化させ、シート状プリプレグを形成する工程、
及び（ｃ）前記シート状プリプレグを一定長さにカット
するか、又はカットせずに巻取る工程、を有し、それぞ
れの工程を連続化させてなる複合材料の製造方法。
【請求項２】前記（ａ）工程の後に、前記マトリクス
樹脂が塗工されたシート状補強基材を、非接触タイプの
加熱ユニットで加熱し、マトリクス樹脂をシート状補強
基材に含浸させる工程を有することを特徴とする請求項
１の複合材料の製造方法。
【請求項３】前記（ａ）工程の後に、前記マトリクス
樹脂が塗工されたシート状補強基材の樹脂塗工面とは反
対の面から、前記マトリクス樹脂と同じ熱硬化型マトリ
クス樹脂を塗工する第２のコーティング工程を有するこ
とを特徴とする請求項１の複合材料の製造方法。
【請求項４】前記（ａ）工程の後に、前記マトリクス
樹脂が塗工されたシート状補強基材を、非接触タイプの
加熱ユニットで加熱し、マトリクス樹脂をシート状補強
基材に含浸させる工程と、該含浸工程の後に、前記マト
リクス樹脂が塗工されたシート状補強基材の樹脂塗工面
とは反対の面から、前記マトリクス樹脂と同じ熱硬化型
マトリクス樹脂を塗工する第２のコーティング工程とを
有することを特徴とする請求項１の複合材料の製造方
法。
【請求項５】前記第２のコーティング工程は、ファウ
ンテンコーターにて行なわれる請求項３又は４の複合材
料の製造方法。
【請求項６】繊維からなるシート状補強基材の巻出し
ユニットと、連続運転を可能とすべく前記シート状補強
基材の切替え時に作用するアキュムレータユニットと、
熱硬化型マトリクス樹脂を溶融して連続的に供給するユ
ニットと、前記シート状補強基材の片面に前記マトリク
ス樹脂を塗工するための、加熱制御可能なホッパーを有
するダイコーターユニットと、前記シート状補強基材の
マトリクス樹脂の塗工面とは反対側から減圧、吸引する
ことのできる減圧、吸引ユニットと、前記マトリクス樹
脂を加熱、半硬化させ、シート状プリプレグを形成する
ための非接触型加熱ユニットと、該シート状プリプレグ
を一定長さに横方向に切断するカッターユニット又はロ
ール状に巻取るための巻取りユニットと、を有すること
を特徴とする複合材料を連続的に製造する装置。
【請求項７】前記減圧、吸引ユニットの後に、前記マ
トリクス樹脂が塗工されたシート状補強基材を加熱し、
マトリクス樹脂をシート状補強基材に含浸させるための
非接触タイプの加熱ユニットを有することを特徴とする
請求項６の装置。
【請求項８】前記減圧、吸引ユニットの後に、前記マ
トリクス樹脂が塗工されたシート状補強基材の樹脂塗工
面とは反対の面から、前記マトリクス樹脂と同じ熱硬化
型マトリクス樹脂を塗工するための第２のコーターユニ
ットを有することを特徴とする請求項６の装置。
【請求項９】前記減圧、吸引ユニットの後に、前記マ
トリクス樹脂が塗工されたシート状補強基材を加熱し、
マトリクス樹脂をシート状補強基材に含浸させるための
非接触タイプの加熱ユニットと、前記加熱ユニットの後
に、前記マトリクス樹脂が塗工されたシート状補強基材
の樹脂塗工面とは反対の面から、前記マトリクス樹脂と
同じ熱硬化型マトリクス樹脂を塗工するための第２のコ
ーターユニットとを有することを特徴とする請求項６の
装置。
【請求項１０】前記第２のコーターユニットはファウ
ンテンコーターである請求項８又は９の装置。