JPH08196980A - プリプレグの製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】繊維束４の糸速度や糸張力が変化しても合成樹
脂液３の繊維束４への供給量が安定し、かつ繊維束への
樹脂液の浸透性が高く、また長時間使用しても樹脂液中
の固形分が樹脂含浸槽底部に沈殿しないプリプレグの製
造方法およびその装置を提供する。 【構成】巻取パッケージ１から引き取った繊維束４に、
樹脂含浸用ロール８表面に塗布した合成樹脂液３を付
与、含浸し、樹脂液を含浸させた繊維束４を引取手段６
で引き取ってプリプレグシート１３を形成する。引取中
は、引取手段６の引取速度と樹脂含浸用ロール８の周速
度との速度関係を、引取手段の引取速度をＶ１（ｍ／
分）、前記樹脂含浸用ロールの周速度をＶ２（ｍ／分）
とした場合、０．９≦Ｖ２／Ｖ１＜１の関係に維持す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合材料用プリプレグ
の製造方法及びその装置の改良に関し、詳しくは繊維束
への合成樹脂液の含浸方法として、いわゆるウエット法
を採用するプリプレグの製造方法及びその装置の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、プリプレグシートの製造工程
における炭素繊維、ガラス繊維等への合成樹脂液の含浸
方法としては、いわゆるウエット法とホットメルト法
（ドライ法）の２方法が採用されているが、後者のウエ
ット法の方が設備が比較的簡便で製造コストが安価にな
るという理由から一般的に多用されている。

【０００３】（１）かかる従来の代表的なウエット法の
製造装置を図示したのが図９に示した実開平４−８７２
１５号公報記載の装置であり、巻取パッケージ１から引
き出された繊維束４は、合成樹脂槽２内にロール表面の
一部が浸漬した状態で設けられた樹脂含浸用ロール８に
よって合成樹脂３が付与される。合成樹脂液３が付与さ
れた繊維束４は、引取手段６に引き取られ、プリプレグ
シートを形成する。

【０００４】（２）図１０の装置もまた、かかる従来の
代表的なウエット法の装置を図示したもので、巻取パッ
ケージ１から引き出された繊維束４は、合成樹脂槽２内
に設けられた固定の押えバー７によって合成樹脂液３内
に直接浸漬される。合成樹脂液３が含浸された繊維束４
は、その上部に配列された複数本のスクィーズピン５に
よってしごかれ、余分な樹脂液が掻き取られると共に、
スクィーズピン軸方向に拡幅されてテープ状となる。テ
ープ状になった合成樹脂液付き繊維束４は、引取手段６
に引き取られ、プリプレグシートを製造するようになっ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術（１）は、繊維束４と樹脂含浸用ロール８表面の
間の摩擦によって繊維束が走行することで樹脂含浸用ロ
ールが駆動されるため、引取手段６の始動し始め（引き
始め）や始動し終わり（引き終わり）時には、樹脂含浸
用ロールの慣性により樹脂含浸用ロール８は繊維束に正
確に追従して回転しなかった。このため、樹脂含浸用ロ
ール８から繊維束への樹脂付与量が安定しないという欠
点があった。また、例えば樹脂含浸用ロールをモータ等
で駆動して、樹脂含浸用ロールが繊維束に正確に追従し
て回転するような手段を取った場合には、合成樹脂液３
は、繊維束が樹脂含浸用ロールに接している面にのみ付
与され、繊維束の単糸間にまでは浸透しなかった。この
結果、形成されたプリプレグシートには合成樹脂液が十
分に含浸されていない部分が発生し、プリプレグシート
の品位を悪質なものにしていた。

【０００６】一方、上記従来技術（２）は、繊維束４が
樹脂含浸槽２内を直接通過し、含浸槽内の合成樹脂液が
浸漬の状態で繊維束に供給され、その後スクィーズピン
５によって余分な樹脂を掻き取ることでその樹脂供給量
を制御しているので、引取手段６の始動し始め（引き始
め）や始動し終わり（引き終わり）時には、繊維束の速
度（引取手段の引取速度）が０から常用運転速度へと、
もしくは常用運転速度から０へと変化し、それに伴って
スクィーズピン間での糸張力が変化すると、スクィーズ
ピン５によって掻き取られる樹脂液量が変化するため、
繊維束４への樹脂付着量が安定しないという欠点があっ
た。

【０００７】また、合成樹脂液３の成分として例えば、
樹脂液内にゴム成分などの固形分が含まれている場合に
は、その固形分は溶剤に溶解しないため、長時間の使用
により固形分が樹脂含浸槽２底部に沈殿してしまい、そ
の結果付着する樹脂液の成分が徐々に変化し、樹脂付着
量が徐々に減少するという問題もあった。

【０００８】本発明は、かかる従来技術の欠点を解消
し、糸速度や糸張力が変化しても樹脂供給量が安定し、
また繊維束を構成する単糸間にまで樹脂が十分に含浸
し、さらには長時間使用しても樹脂中の固形分が樹脂含
浸槽底部に沈殿しないプリプレグの製造方法およびその
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明のプリプレグの製造方法は、繊維束に合成樹
脂を樹脂含浸用ロールで付与させた後、該繊維束を引取
手段で引き取ってプリプレグシートを製造するプリプレ
グの製造方法であって、前記引取手段の引取速度Ｖ１
（ｍ／分）と前記樹脂含浸用ロールの周速度Ｖ２（ｍ／
分）との間に０．９≦Ｖ２／Ｖ１＜１の速度関係を持た
せて前記繊維束を引取手段で引き取り、プリプレグシー
トを製造することを特徴とする。この場合、前記引取手
段の引取速度と、前記樹脂含浸用ロールの周速度との間
の速度関係は、引取手段の引取速度をＶ１（ｍ／分）、
前記樹脂含浸用ロールの周速度をＶ２（ｍ／分）とした
場合、０．９≦Ｖ２／Ｖ１＜１の関係に設定するのが好
ましい。

【００１０】また、上記課題を達成するための本発明の
プリプレグの製造装置は、合成樹脂液を受け入れる樹脂
含浸槽と、該樹脂含浸槽の内部にロール表面の一部が浸
漬した状態で回転自在に設けられた樹脂含浸用ロール
と、前記合成樹脂液を含浸させた繊維束を引き取る引取
手段とからなるプリプレグの製造装置であって、前記樹
脂含浸用ロールと前記引取装置との間に、前記樹脂含浸
用ロールの周速度（Ｖ１）と前記引取装置の引取速度
（Ｖ２）とを０．９≦Ｖ２／Ｖ１＜１の速度関係に維持
する速度調整手段を設けたことを特徴とする。この場
合、前記樹脂含浸槽の内部に前記樹脂含浸用ロールによ
って駆動される撹拌機を設けるのが好ましい。また、前
記樹脂含浸用ロールの外周面に近接し、前記ロール表面
方向に進退自在である樹脂膜厚調整板を設けるのがより
好ましい。

【００１１】

【実施態様例】以下、本発明のプリプレグ製造装置の一
実施態様例を図面に基づいて具体的に説明する。

【００１２】図１および図２は、本発明に係るプリプレ
グ製造装置の概略側面図、図３は、図１および図２中の
樹脂含浸用ロールの拡大斜視図、図４は、図１および図
２中の樹脂膜厚調整板の拡大縦断面図である。

【００１３】図１において、１は、例えば、炭素繊維、
ガラス繊維などの繊維束４が巻き取られている巻取パッ
ケージ、２は、例えば、溶媒で溶解されたエポキシ合成
樹脂、フェノール合成樹脂などの合成樹脂液３を受け入
れる樹脂含浸槽、８は、樹脂含浸槽２から樹脂液３をロ
ール表面に付着させて汲み上げ、繊維束４に塗布させて
繊維束内部に含浸させるための樹脂含浸用ロールであ
る。樹脂含浸用ロール８は、その外周面の一部が樹脂液
に浸る位置関係に駆動軸８ａが図示しない軸受で支持さ
れている。本実施態様例では、この樹脂含浸用ロール８
の駆動軸８ａは、後述する巻取ドラム６に設けた図示し
ないモータから駆動されるようになっている。

【００１４】１１は、合成樹脂液３を撹拌する撹拌機で
あり、図３に示すように、樹脂含浸用ロール８の両端に
設けられたギヤ８ｂと撹拌機１１に設けられたギヤ１１
ａとが噛み合って強制駆動されるようになっている。図
３の態様のものは、一例であって、駆動源としては樹脂
含浸用ロール８から駆動されるのでなく、独立モータに
より回転するものであってもよい。

【００１５】図１に戻り、樹脂含浸用ロール８の両側に
は、繊維束４を樹脂含浸用ロール８表面に所定長だけ巻
き付けさせるための押さえピン９が設けられている。な
お、１０は、樹脂含浸用ロール表面に付着した樹脂液を
所定の厚みに掻き取るための樹脂膜厚調整板であり、図
４に示すように、その先端が鋭利なナイフ状に形成さ
れ、押しボルト１０ａによってロール軸方向に進退でき
るようになっている。

【００１６】６は、上記テープ状に成形された繊維束４
をドラム表面に巻き取ってシート状のプリプレグを形成
するための引取手段である巻取ドラムで、図示省略の例
えば誘導モータや同期モータなどのモータとトラバース
装置とを備え、ドラム軸方向にトラバースしつつ図の矢
印方向に回転できるようになっている。なお、トラバー
ス装置は、巻取ドラムとは独立に設けてもよく、このよ
うな態様も本発明に含まれる。

【００１７】１２は、速度調整手段であり、巻取ドラム
６表面の周速度と樹脂含浸用ロール８表面の周速度とを
所定の速度比になるように調整するものである。両速度
間の好ましい速度比としては、巻取ドラム６の周速度を
Ｖ１、樹脂含浸用ロール８の周速度をＶ２とした場合、
０．９≦Ｖ２／Ｖ１＜１の関係、すなわち樹脂含浸用ロ
ールの周速度を巻取ドラムの周速度の−１０％以内に制
御することである。このような速度調整手段としては、
本実施例のように樹脂含浸用ロール８と巻取ドラム６と
をギヤ変速機、上記速度比に設定した歯数の一対のチェ
ンホイル、タイミングベルトなどの機械的手段で接続す
ればよく、樹脂含浸用ロール８と巻取ドラム６とにそれ
ぞれ独立した誘導モータ、同期モータなどを設ける場合
には、これら両モータをインバータ、周波数設定器など
で電気的に接続してもよい。

【００１８】上述した装置を用いて、本発明のプリプレ
グの製造方法は、次のようにして実施される。

【００１９】巻取ドラム６の図示しないモータを駆動さ
せると、巻取ドラムが回転しつつトラバースが開始さ
れ、同時に樹脂含浸用ロール８も回転し、巻取パッケー
ジ１から繊維束４を引き出す。一方、樹脂含浸用ロール
の回転によりその表面に付着して掻き上げられた合成樹
脂液３は、図４に示す樹脂膜厚調整板１０によって所定
厚みに掻き取られて樹脂供給量が調整される。合成樹脂
液３が樹脂含浸用ロールの頂部手前に達すると、繊維束
４と接触して繊維束に樹脂液が付与される。そして樹脂
含浸用ロールは糸速度の０．９〜１倍の周速度で回転し
ているため、樹脂含浸用ロール表面と繊維束の間に摩擦
が発生し、繊維束は幅方向に拡幅されてテープ状の繊維
束となる。すなわち繊維束は開繊され、単糸間にまで樹
脂液が十分浸透し、繊維束には樹脂液が十分に含浸され
る。その後このテープ状の繊維束４は、トラバースしつ
つ回転する巻取ドラム６によってシート状に巻き取ら
れ、プリプレグを形成する。この場合、樹脂含浸用ロー
ル８と巻取ドラム６とは、図５に示すように巻き初めか
ら巻き終りまで所定の速度比を維持して連動回転してい
るので、巻取ドラム６の巻き始めや巻き終わり時に、巻
取ドラムの加減速により繊維束４の糸速度が変化し、そ
れに伴って糸張力が変化した場合においても樹脂含浸槽
２での繊維束４への樹脂付着量が一定となる。

【００２０】ここで、樹脂含浸用ロール８の周速度が糸
速度よりも速く設定する事は、樹脂含浸用ロールと巻取
ドラムの間で繊維束４にたるみが生じるため好ましくな
い。また、糸速度と樹脂含浸用ロールの周速度の速度差
が大きい場合には、樹脂含浸用ロール表面と繊維束の間
の摩擦もまた大きくなることから、次の表１に示すよう
に毛羽の発生量が増える。

【００２１】

【表１】 したがって、上記理由および表１から、樹脂含浸用ロー
ル８の周速度は、上述した通り糸速度の０．９〜１倍の
範囲内に制御することが好ましい。

【００２２】また、樹脂含浸槽２内には撹拌機１１が設
置されているため、糸速度が１０ｍ／分以下の低速の樹
脂固形分が沈殿し易い糸速度の場合においても、樹脂固
形分が沈殿することなく、長時間に渡って樹脂付着量の
安定したプリプレグを得ることができる。なお、この撹
拌機１１は、樹脂含浸用ロール８によって駆動されるの
で、ポンプ等を使用した従来の攪拌装置に比べ専用の動
力を必要としない。したがって経済的でもある。

【００２３】なお、本実施例では引取手段に上述のよう
な巻取ドラム６をトラバースさせる方式を用いたが、そ
れ以外にも、図２のようなカレンダロール方式を用いて
もよい。その場合には複数本の繊維束１ａ、１ｂ、１ｃ
を同時に引き取っても、トラバース装置を用いずともプ
リプレグシートを製造する事ができる。

【００２４】

【作用】本発明のプリプレグの製造方法及び装置は、引
取手段の引取速度と樹脂含浸用ロールの周速度との間に
速度差を持たせて所定の関係で繊維束を引取手段で引き
取る。よって、従来技術のように繊維束が樹脂含浸用ロ
ールに接している面にのみ樹脂液が付着する事がなく、
また、引取手段の引き始めや引き終わり時に、樹脂含浸
用ロールの周速度と糸速度の相対速度が変化する事がな
い。したがって、繊維束への樹脂未含浸部分や樹脂付着
量のバラツキがない品質の安定したプリプレグシートを
製造することができる。

【００２５】

【実施例及び比較例】実施例１〜３ 図１において、樹脂含浸用ロール８の外径を３００ｍ
ｍ、巻取ドラム６の外径を６００ｍｍとした。また、樹
脂膜厚調整板１０と樹脂含浸用ロール８との間隙は０．
４ｍｍに設定した。そして、樹脂含浸用ロール８と巻取
ドラム６の駆動手段として、夫々独立のスピードコント
ローラ付モータを用い、それぞれのモータの回転数をイ
ンバータを使って制御した。そして、樹脂含浸用ロール
８の回転数を９０ｒｐｍすなわち樹脂含浸用ロールの周
速度Ｖ２を８５ｍ／分、巻取ドラム６の回転数を５０ｒ
ｐｍ、すなわち糸速度Ｖ１を９４ｍ／分に設定し、図１
のプリプレグ製造装置によって、図６に示したような寸
法のプリプレグシート１３を製造した。そして、このプ
リプレグシートを図７に示したように、２４ピースに裁
断して個々のピース重量を実測し、そのバラツキσ／ｍ
［％］（ただし、σは個々のピース重量の標準偏差、ｍ
は個々のピース重量の平均値である。）を計算した。

【００２６】比較例１〜３ これに対し、図１０の従来装置を用い、巻取ドラム６の
周速度Ｖ１、すなわち糸速度を９４ｍ／分とし、その他
の条件は実施例１〜３と全く同一条件でプリプレグシー
ト１３を製造し、同様に２４ピースの重量バラツキを実
測した。

【００２７】このような実施例１〜３、比較例１〜３の
バラツキの実測結果及びバラツキの平均値を示したのが
次の表２である。

【００２８】

【表２】 この表２によれば、本発明の方法及び装置によって製造
されたプリプレグシートは、ピースの重量バラツキの範
囲が０．６１〜０．７８％であるに対し、従来法の場合
は、１．０１〜１．３０％であるから、従来法に比べて
約４０％も改善されたことになる。

【００２９】実施例４、比較例４ 図１の本発明の装置において、実施例１〜３と全く同一
条件でプリプレグシートを製造し、その際に巻取パッケ
ージから巻出された直後の繊維束の幅と、樹脂含浸用ロ
ールの表面上にある時の繊維束の幅を測定した結果が表
３中の実施例４である。

【００３０】これに対し、繊維束の糸速度と樹脂含浸用
ロールの周速度に速度差のない図９の従来法でプリプレ
グシートを製造した場合に巻取パッケージから巻出され
た直後の繊維束の幅と、樹脂含浸用ロールの表面上にあ
る時の繊維束の幅を測定した結果が表３中の比較例４で
ある。

【００３１】表３によれば、繊維束の糸速度と樹脂含浸
用ロールの周速度に速度差をつけないで比較した繊維束
は、樹脂含浸用ロール表面で繊維束が擦過されないた
め、その幅が変化しないことを示しているが、繊維束の
糸速度と樹脂含浸用ロールの周速度に速度差をつけて運
転した本発明方法による繊維束は、樹脂含浸用ロール表
面で拡幅、開繊していることが分る。

【００３２】

【表３】 実施例５、比較例５ 図１の本発明の装置において、撹拌機１１の外径を８０
ｍｍとし、６枚羽根の羽根車とした。この装置により上
記実施例１〜３と同様条件でプリプレグシート１３を製
造し、１０分毎に重量変化を実測してプロットしたのが
図８中の実施例５である。

【００３３】これに対し、撹拌機１１を設置しない図９
の従来法で製造したプリプレグシートの重量変化をプロ
ットしたのが図８中の比較例５である。

【００３４】図８によれば、撹拌機１１を設置しないで
比較したプリプレグシートは、樹脂固形分が徐々に沈殿
するため、その重量が減少することを示しているが、撹
拌機１１を設置して製造した本発明方法によるプリプレ
グシートは、その重量に経時変化がなく品質的に優れた
ものであることが分る。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果を奏する
ことができる。

【００３６】（１）請求項１〜２の発明によれば、従来
のような浸漬方式によるプリプレグの樹脂付着量の不安
定性が解消できるので、繊維束の引取手段への引き始め
から引き終わりまでの全範囲に渡って、樹脂付着量のバ
ラツキのない安定したプリプレグシートが得られる。ま
た、樹脂含浸用ロールの表面と繊維束との間に発生する
摩擦により繊維束が拡幅、開繊し、単糸間にまで樹脂液
が浸透するので、樹脂含浸性のよい高品質のプリプレグ
シートが得られる。

【００３７】（２）請求項３の発明によれば、樹脂槽内
の合成樹脂液が撹拌機によって撹拌されるため、樹脂固
形分が沈殿することない。したがって、長時間に渡って
運転しても繊維束への樹脂付着量が一定であり、優れた
品質のプリプレグシートが得られる。

【００３８】（３）請求項４の発明によれば、樹脂含浸
用ロール表面方向に進退自在である樹脂膜厚調整板を設
けたので、さらに繊維束への樹脂供給量のバラツキが安
定し、優れた品質のプリプレグシートが製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプリプレグ製造装置の概略側面図
である。

【図２】本発明に係るプリプレグ製造装置の概略側面図
である。

【図３】図１中の樹脂含浸用ロール及び撹拌機の拡大斜
視図である。

【図４】図１中の樹脂膜厚調整板の拡大縦断面図であ
る。

【図５】図１中の巻取ドラム及び樹脂含浸用ロールの巻
取中における周速度変化を示した図である。

【図６】本発明の製造方法及び装置によって得られたプ
リプレグシートの斜視図である。

【図７】プリプレグピースの裁断寸法を示した斜視図で
ある。

【図８】プレプレグシート重量の経時変化を説明した図
である。

【図９】従来装置の概略縦断面図である。

【図１０】従来装置の概略縦断面図である。

【符号の説明】

１：巻取パッケージ ２：樹脂含浸槽 ３：合成樹脂液 ４：繊維束 ５：スクィーズピン ６：引取手段 ７：押さえバー ８：樹脂含浸用ロール ９：押さえピン １０：樹脂膜厚調整板 １１：撹拌機 １２：速度調整手段 １３：プリプレグシート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】繊維束に合成樹脂を樹脂含浸用ロールで付
   与させた後、該繊維束を引取手段で引き取ってプリプレ
   グシートを製造するプリプレグの製造方法であって、前
   記引取手段の引取速度Ｖ１（ｍ／分）と前記樹脂含浸用
   ロールの周速度Ｖ２（ｍ／分）との間に０．９≦Ｖ２／
   Ｖ１＜１の速度関係を持たせて前記繊維束を引取手段で
   引き取り、プリプレグシートを製造することを特徴とす
   るプリプレグの製造方法。
2. 【請求項２】合成樹脂液を受け入れる樹脂含浸槽と、該
   樹脂含浸槽の内部にロール表面の一部が浸漬した状態で
   回転自在に設けられた樹脂含浸用ロールと、前記合成樹
   脂液を含浸させた繊維束を引き取る引取手段とからなる
   プリプレグの製造装置であって、前記樹脂含浸用ロール
   と前記引取装置との間に、前記樹脂含浸用ロールの周速
   度（Ｖ１）と前記引取装置の引取速度（Ｖ２）とを０．
   ９≦Ｖ２／Ｖ１＜１の速度関係に維持する速度調整手段
   を設けたことを特徴とするプリプレグの製造装置。
3. 【請求項３】前記樹脂含浸槽の内部に前記樹脂含浸用ロ
   ールによって駆動される撹拌機を設けたことを特徴とす
   る請求項２のプリプレグの製造装置。
4. 【請求項４】前記樹脂含浸用ロールの外周面に近接して
   配置され、前記ロール表面方向に進退自在である樹脂膜
   厚調整板を設けたことを特徴とする請求項３のプリプレ
   グの製造装置。