JPH0841220A - 熱可塑性一方向プリプレグシートの製造法 - Google Patents
熱可塑性一方向プリプレグシートの製造法Info
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- JPH0841220A JPH0841220A JP6174280A JP17428094A JPH0841220A JP H0841220 A JPH0841220 A JP H0841220A JP 6174280 A JP6174280 A JP 6174280A JP 17428094 A JP17428094 A JP 17428094A JP H0841220 A JPH0841220 A JP H0841220A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 連続補強繊維のトウに熱可塑性樹脂を含浸さ
せると同時にテープ状にしたトウプリプレグを幅方向に
複数本引き揃えて並べた後、前記トウプリプレグをTm
〜Tm +60℃(ただし、Tm は、前記熱可塑性樹脂の
溶融開始温度(℃)を表わす)の温度に加熱した状態
で、冷却ロールを用いて加圧してシート状にするととも
に、前記トウプリプレグをTc −50〜Tc ℃(ただ
し、Tc は、前記熱可塑性樹脂の固化開始温度(℃)を
表わす)の温度に冷却することを特徴とする熱可塑性一
方向プリプレグシートの製造法。 【効果】 本発明の製造法より、樹脂の含浸が良好で繊
維の乱れがない幅広の熱可塑性一方向プリプレグシート
を高速で、しかも工業的に有利に生産できる。
せると同時にテープ状にしたトウプリプレグを幅方向に
複数本引き揃えて並べた後、前記トウプリプレグをTm
〜Tm +60℃(ただし、Tm は、前記熱可塑性樹脂の
溶融開始温度(℃)を表わす)の温度に加熱した状態
で、冷却ロールを用いて加圧してシート状にするととも
に、前記トウプリプレグをTc −50〜Tc ℃(ただ
し、Tc は、前記熱可塑性樹脂の固化開始温度(℃)を
表わす)の温度に冷却することを特徴とする熱可塑性一
方向プリプレグシートの製造法。 【効果】 本発明の製造法より、樹脂の含浸が良好で繊
維の乱れがない幅広の熱可塑性一方向プリプレグシート
を高速で、しかも工業的に有利に生産できる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性一方向プリプ
レグシートの製造方法に関するものである。さらに詳し
くは、広幅の熱可塑性一方向プリプレグシートの高速製
造法に係るものである。
レグシートの製造方法に関するものである。さらに詳し
くは、広幅の熱可塑性一方向プリプレグシートの高速製
造法に係るものである。
【0002】本発明の方法により得られる熱可塑性一方
向プリプレグシートは、広幅のものが高速で製造され得
るにも拘らず、樹脂のガラス繊維への含浸が良好で気泡
がなく、かつ、繊維が好ましい状態で分散しているため
に、コスト/パーフォーマンス特性に優れており、自動
車用材料、電気・電子材料、建築材料、航空機材料など
として好適に使用することができる。
向プリプレグシートは、広幅のものが高速で製造され得
るにも拘らず、樹脂のガラス繊維への含浸が良好で気泡
がなく、かつ、繊維が好ましい状態で分散しているため
に、コスト/パーフォーマンス特性に優れており、自動
車用材料、電気・電子材料、建築材料、航空機材料など
として好適に使用することができる。
【0003】
【従来の技術およびその問題点】熱可塑性樹脂をマトリ
ックスとする複合材料は、その優れた靱性、成形性、貯
蔵特性、補修性、リサイクル性などのために近年脚光を
浴びている。この熱可塑性複合材料の成形に使用する基
本的な中間素材は、熱可塑性一方向プリプレグシート
(以下「プリプレグシート」と略記)である。
ックスとする複合材料は、その優れた靱性、成形性、貯
蔵特性、補修性、リサイクル性などのために近年脚光を
浴びている。この熱可塑性複合材料の成形に使用する基
本的な中間素材は、熱可塑性一方向プリプレグシート
(以下「プリプレグシート」と略記)である。
【0004】その製造は、従来、一般的には多数本の繊
維を引き揃え、シート状にした後、これに樹脂を含浸さ
せ、シート状のプリプレグとするものである。しかし、
その生産速度は1m/分以下という極めて遅いものであ
った。この理由は、熱可塑性樹脂の溶融粘度が高いため
ガラス繊維への含浸が困難であること、さらには、高速
生産時の繊維の破断、毛羽立ちなどによるものである。
維を引き揃え、シート状にした後、これに樹脂を含浸さ
せ、シート状のプリプレグとするものである。しかし、
その生産速度は1m/分以下という極めて遅いものであ
った。この理由は、熱可塑性樹脂の溶融粘度が高いため
ガラス繊維への含浸が困難であること、さらには、高速
生産時の繊維の破断、毛羽立ちなどによるものである。
【0005】そこで、この欠点を改良して、プリプレグ
生産速度の向上を図ろうとする試みが幾つかなされてい
る。その一つは、熱可塑性樹脂を粉末にして繊維に含浸
させる方法である。しかし、この方法は、樹脂が粉末に
限定されるという他に、プリプレグから気泡を完全に除
去することが困難であり、一般には、狭幅のストランド
状あるいはテープ状プリプレグの製造に限られているの
が実状である(特開昭60−36156号公報、特表昭
58−50194号公報など参照)。また、溶融樹脂を
直接繊維に含浸させる方法として、加圧チャンバーを有
するダイ(米国特許第3993726号明細書参照)や
ロッドを内蔵するダイ(特開昭61−40113号公報
参照)なども提案されているが、プリプレグの形状は幅
の狭いものに限られている。さらに、熱可塑性樹脂を繊
維状にして補強繊維と混繊する方法でも高速化が試みら
れてはいるが、この方法は、ストランドあるいはテープ
状のプリプレグの製造を対象としているものである(特
開平4−62108号公報、特開平4−62111号公
報、特開平4−185313号公報、特開平2−173
121号公報など参照)。
生産速度の向上を図ろうとする試みが幾つかなされてい
る。その一つは、熱可塑性樹脂を粉末にして繊維に含浸
させる方法である。しかし、この方法は、樹脂が粉末に
限定されるという他に、プリプレグから気泡を完全に除
去することが困難であり、一般には、狭幅のストランド
状あるいはテープ状プリプレグの製造に限られているの
が実状である(特開昭60−36156号公報、特表昭
58−50194号公報など参照)。また、溶融樹脂を
直接繊維に含浸させる方法として、加圧チャンバーを有
するダイ(米国特許第3993726号明細書参照)や
ロッドを内蔵するダイ(特開昭61−40113号公報
参照)なども提案されているが、プリプレグの形状は幅
の狭いものに限られている。さらに、熱可塑性樹脂を繊
維状にして補強繊維と混繊する方法でも高速化が試みら
れてはいるが、この方法は、ストランドあるいはテープ
状のプリプレグの製造を対象としているものである(特
開平4−62108号公報、特開平4−62111号公
報、特開平4−185313号公報、特開平2−173
121号公報など参照)。
【0006】なお、補強繊維束に熱可塑性樹脂が付着し
た付着物を作り、これらを多数本並べて加熱加圧して、
樹脂を含浸したプリプレグシートを製造する方法も開示
されている(特開昭59−62114号公報、特開昭6
0−36136号公報など参照)。しかし、この方法で
は、加熱加圧時に熱可塑性樹脂の含浸操作を行うことが
必要であるため、工程の高速化は難しい。
た付着物を作り、これらを多数本並べて加熱加圧して、
樹脂を含浸したプリプレグシートを製造する方法も開示
されている(特開昭59−62114号公報、特開昭6
0−36136号公報など参照)。しかし、この方法で
は、加熱加圧時に熱可塑性樹脂の含浸操作を行うことが
必要であるため、工程の高速化は難しい。
【0007】ところで、本発明者達は、先に、連続補強
繊維のトウに熱可塑性樹脂を含浸させると同時にテープ
状にしたトウプリプレグを幅方向に複数本引き揃えて並
べた後、ロールなどで加熱下、加圧してシート状にする
方法を提案した(特願平5−170304号明細書参
照)。しかし、この方法では、ロールが熱可塑性樹脂の
溶融開始温度以上に加熱されているために、ロール表面
に溶融樹脂の付着が生じ、これを防止する目的でカバー
フィルムやカバーシートなどの間にトウプリプレグを挟
み込んで加圧することが必要であった。したがって、こ
の方法は、工業的には必ずしも満足の行く方法ではなか
った。
繊維のトウに熱可塑性樹脂を含浸させると同時にテープ
状にしたトウプリプレグを幅方向に複数本引き揃えて並
べた後、ロールなどで加熱下、加圧してシート状にする
方法を提案した(特願平5−170304号明細書参
照)。しかし、この方法では、ロールが熱可塑性樹脂の
溶融開始温度以上に加熱されているために、ロール表面
に溶融樹脂の付着が生じ、これを防止する目的でカバー
フィルムやカバーシートなどの間にトウプリプレグを挟
み込んで加圧することが必要であった。したがって、こ
の方法は、工業的には必ずしも満足の行く方法ではなか
った。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来公知のプリプレグシートの製造技術においては、得ら
れるプリプレグシートは狭幅であり、かつ、該プリプレ
グシートを高速で製造することができなかった。本発明
の目的は、従来技術の欠点を改良した広幅シート状の熱
可塑性一方向プリプレグを、高速でしかも工業的に有利
に製造する方法を提供することである。
来公知のプリプレグシートの製造技術においては、得ら
れるプリプレグシートは狭幅であり、かつ、該プリプレ
グシートを高速で製造することができなかった。本発明
の目的は、従来技術の欠点を改良した広幅シート状の熱
可塑性一方向プリプレグを、高速でしかも工業的に有利
に製造する方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者達は、上記課題
を解決するために鋭意検討した結果、連続補強繊維のト
ウに熱可塑性樹脂を含浸させると同時にテープ状にした
トウプリプレグを幅方向に複数本引き揃えて並べた後、
ロールなどで加熱下に加圧してシート状にするに際し、
加圧直前のトウプリプレグの温度が前記熱可塑性樹脂の
溶融開始温度より高い特定の温度範囲となるように加熱
し、次いで、溶融したトウプリプレグを冷却ロールによ
り加圧してシート状にするとともに、前記熱可塑性樹脂
の固化開始温度より低い特定の温度範囲となるように冷
却固化することによって、広幅シート状の熱可塑性一方
向プリプレグが高速で製造され得ることを見出し、本発
明を完成するに至った。
を解決するために鋭意検討した結果、連続補強繊維のト
ウに熱可塑性樹脂を含浸させると同時にテープ状にした
トウプリプレグを幅方向に複数本引き揃えて並べた後、
ロールなどで加熱下に加圧してシート状にするに際し、
加圧直前のトウプリプレグの温度が前記熱可塑性樹脂の
溶融開始温度より高い特定の温度範囲となるように加熱
し、次いで、溶融したトウプリプレグを冷却ロールによ
り加圧してシート状にするとともに、前記熱可塑性樹脂
の固化開始温度より低い特定の温度範囲となるように冷
却固化することによって、広幅シート状の熱可塑性一方
向プリプレグが高速で製造され得ることを見出し、本発
明を完成するに至った。
【0010】すなわち、本発明は、連続補強繊維のトウ
に熱可塑性樹脂を含浸させると同時にテープ状にしたト
ウプリプレグを幅方向に複数本引き揃えて並べた後、前
記トウプリプレグをTm 〜Tm +60℃(ただし、Tm
は、前記熱可塑性樹脂の溶融開始温度(℃)を表わす)
の温度に加熱した状態で、冷却ロールを用いて加圧して
シート状にするとともに、前記トウプリプレグをTc −
50〜Tc ℃(ただし、Tc は、前記熱可塑性樹脂の固
化開始温度(℃)を表わす)の温度に冷却することを特
徴とする熱可塑性一方向プリプレグシートの製造法を提
供することによって達成できる。
に熱可塑性樹脂を含浸させると同時にテープ状にしたト
ウプリプレグを幅方向に複数本引き揃えて並べた後、前
記トウプリプレグをTm 〜Tm +60℃(ただし、Tm
は、前記熱可塑性樹脂の溶融開始温度(℃)を表わす)
の温度に加熱した状態で、冷却ロールを用いて加圧して
シート状にするとともに、前記トウプリプレグをTc −
50〜Tc ℃(ただし、Tc は、前記熱可塑性樹脂の固
化開始温度(℃)を表わす)の温度に冷却することを特
徴とする熱可塑性一方向プリプレグシートの製造法を提
供することによって達成できる。
【0011】以下に本発明の方法を詳しく説明する。本
発明における連続補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、
アラミド繊維、ポリエチレン繊維、液晶ポリマー繊維、
ポリフェニレンサルファイド繊維、アルミナ繊維、炭化
ケイ素繊維、金属繊維あるいはこれらの組合せなど公知
のものが挙げられる。これらの繊維(モノフィラメン
ト)は直径が4〜30μmのものが一般的である。これ
らの繊維には、樹脂との親和性を向上させるために公知
の表面処理剤(シランカップリング剤、チタネート系カ
ップリング剤など)による表面処理が施されるのが普通
である。
発明における連続補強繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、
アラミド繊維、ポリエチレン繊維、液晶ポリマー繊維、
ポリフェニレンサルファイド繊維、アルミナ繊維、炭化
ケイ素繊維、金属繊維あるいはこれらの組合せなど公知
のものが挙げられる。これらの繊維(モノフィラメン
ト)は直径が4〜30μmのものが一般的である。これ
らの繊維には、樹脂との親和性を向上させるために公知
の表面処理剤(シランカップリング剤、チタネート系カ
ップリング剤など)による表面処理が施されるのが普通
である。
【0012】本発明の連続補強繊維のトウは、多数本、
代表的には1000〜15000本程度のモノフィラメ
ントを集束したものである。この場合集束剤としては、
変性ポリオレフィン、ウレタン、エポキシド、ポリメチ
ルメタクリレート、ポリ酢酸ビニルなどの公知の物が用
いられる。
代表的には1000〜15000本程度のモノフィラメ
ントを集束したものである。この場合集束剤としては、
変性ポリオレフィン、ウレタン、エポキシド、ポリメチ
ルメタクリレート、ポリ酢酸ビニルなどの公知の物が用
いられる。
【0013】本発明の熱可塑性樹脂としては、通常よく
知られている熱可塑性樹脂が挙げられる。例えば、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリメチルメタクリレート、ナイロン6、ナイロ
ン66、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテ
レフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンノキ
サイド、ポリアセタール、ポリスルホン、ポリエーテル
スルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶芳香族ポリエス
テル、ポリイミドなど、およびそれらの共重合体や変性
体、そして前記の二種以上のブレンド物などである。ま
た、これらの使用に際しては、公知の添加剤、改質剤、
充填剤などを添加することは差し支えない。
知られている熱可塑性樹脂が挙げられる。例えば、ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリメチルメタクリレート、ナイロン6、ナイロ
ン66、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテ
レフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンノキ
サイド、ポリアセタール、ポリスルホン、ポリエーテル
スルホン、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶芳香族ポリエス
テル、ポリイミドなど、およびそれらの共重合体や変性
体、そして前記の二種以上のブレンド物などである。ま
た、これらの使用に際しては、公知の添加剤、改質剤、
充填剤などを添加することは差し支えない。
【0014】本発明で使用するトウプリプレグは、連続
補強繊維のトウに上記熱可塑性樹脂を含浸させてテープ
状にしたものである。この場合、含浸方法としては特に
制限はなく、従来公知の各種方法が採用できる。すなわ
ち、樹脂を溶液やエマルジョンにして含浸させた後、溶
剤や水分を除去する方法、樹脂を粉末、フィルム、糸に
して繊維間に導入した後、樹脂を溶融して含浸させる方
法、モノマーやオリゴマー状態で繊維中に含浸させた
後、重合させる方法、溶融状態の樹脂を直接繊維に含浸
させる方法(例えば、溶融したシート状の樹脂と繊維と
を重ね合わせた後、樹脂を繊維中へ圧入する方法、溶融
した樹脂中へ繊維を導入した後、ダイを通して引き抜く
方法など)などである。これらの中でも、特に、押出機
に付けたクロスヘッドダイを使用して行う溶融引抜法が
代表的な方法である。連続補強繊維のトウに熱可塑性樹
脂を含浸させる際、トウの本数には特に限定されない
が、1本のトウを使用するのが好ましい。
補強繊維のトウに上記熱可塑性樹脂を含浸させてテープ
状にしたものである。この場合、含浸方法としては特に
制限はなく、従来公知の各種方法が採用できる。すなわ
ち、樹脂を溶液やエマルジョンにして含浸させた後、溶
剤や水分を除去する方法、樹脂を粉末、フィルム、糸に
して繊維間に導入した後、樹脂を溶融して含浸させる方
法、モノマーやオリゴマー状態で繊維中に含浸させた
後、重合させる方法、溶融状態の樹脂を直接繊維に含浸
させる方法(例えば、溶融したシート状の樹脂と繊維と
を重ね合わせた後、樹脂を繊維中へ圧入する方法、溶融
した樹脂中へ繊維を導入した後、ダイを通して引き抜く
方法など)などである。これらの中でも、特に、押出機
に付けたクロスヘッドダイを使用して行う溶融引抜法が
代表的な方法である。連続補強繊維のトウに熱可塑性樹
脂を含浸させる際、トウの本数には特に限定されない
が、1本のトウを使用するのが好ましい。
【0015】本発明のトウプリプレグの一般的な形状
は、幅3〜20mm、厚み100μm〜1mmのもので
ある。また、その組成は、連続補強繊維が15〜65体
積%、好ましくは20〜60体積%、熱可塑性樹脂が3
5〜85体積%、好ましくは40〜80体積%(ただ
し、連続補強繊維と熱可塑性樹脂とは合計100体積%
である)である。
は、幅3〜20mm、厚み100μm〜1mmのもので
ある。また、その組成は、連続補強繊維が15〜65体
積%、好ましくは20〜60体積%、熱可塑性樹脂が3
5〜85体積%、好ましくは40〜80体積%(ただ
し、連続補強繊維と熱可塑性樹脂とは合計100体積%
である)である。
【0016】本発明の熱可塑性一方向プリプレグシート
は、以下のようにして製造される。すなわち、図1を参
照しながら本発明の製造法を以下に詳しく説明する。図
1に示すように、ボビンに巻いたトウプリプレグ1を複
数本クリルスタンド2に設置し送り出す。この場合、各
トウプリプレグの張力が同一になるようにするのが好ま
しい。これは、送り出しトルクを制御する方法などによ
って達成できる。
は、以下のようにして製造される。すなわち、図1を参
照しながら本発明の製造法を以下に詳しく説明する。図
1に示すように、ボビンに巻いたトウプリプレグ1を複
数本クリルスタンド2に設置し送り出す。この場合、各
トウプリプレグの張力が同一になるようにするのが好ま
しい。これは、送り出しトルクを制御する方法などによ
って達成できる。
【0017】送り出されたトウプリプレグは、ガイドロ
ール3を介して引き揃え装置4によって縦方向に引き揃
えられ、幅方向に並べられる。引き揃え装置4としては
各種のものが考えられるが、図2に示すような、くし型
の形状をした引き揃え装置5が最もよく知られている。
くしのピン6とピン6の間にトウプリプレグを通すこと
によって、複数本のトウプリプレグが引き揃えられる。
ール3を介して引き揃え装置4によって縦方向に引き揃
えられ、幅方向に並べられる。引き揃え装置4としては
各種のものが考えられるが、図2に示すような、くし型
の形状をした引き揃え装置5が最もよく知られている。
くしのピン6とピン6の間にトウプリプレグを通すこと
によって、複数本のトウプリプレグが引き揃えられる。
【0018】一方向に引き揃えて並べられたトウプリプ
レグは、加熱装置7に導入されて加熱される。加熱方式
としては、熱風循環、赤外線放射など公知のものが用い
られる。
レグは、加熱装置7に導入されて加熱される。加熱方式
としては、熱風循環、赤外線放射など公知のものが用い
られる。
【0019】本発明では、このようにして加熱されたト
ウプリプレグをロールを用いて加圧し、シート状にする
のである。この場合、本発明の重要な構成要件の一つは
加熱温度である。すなわち、本発明においては、前記ロ
ールを用いての加圧直前のトウプリプレグの温度が少な
くとも使用する熱可塑性樹脂の溶融開始温度(Tm )以
上であることが必要である。詳しくいえば、この加圧直
前のトウプリプレグの温度は、Tm 〜Tm +60℃、好
ましくはTm +5〜Tm +35℃の範囲に保持されるべ
きである。もし、Tm ℃より低ければ、トウプリプレグ
同士の熱融着が不十分で良好なシートが得られない。ま
た、Tm +60℃より高ければ、後記するロールでの冷
却が不十分なため、溶融樹脂がロールに付着し、本発明
の目的が達成できないばかりか、熱劣化の問題も生じる
ので好ましくない。なお、トウプリプレグの温度がTm
〜Tm +5℃の範囲もしくはTm +35〜Tm +60℃
の範囲では、上述の好ましくない現象が発生することが
ある。一方、加圧圧力は使用するトウプリプレグの形状
(幅、厚み)、本数、溶融粘度、製品であるプリプレグ
シートの形状(幅、厚み)、生産速度(加圧時間に関係
する)などによって決定される。
ウプリプレグをロールを用いて加圧し、シート状にする
のである。この場合、本発明の重要な構成要件の一つは
加熱温度である。すなわち、本発明においては、前記ロ
ールを用いての加圧直前のトウプリプレグの温度が少な
くとも使用する熱可塑性樹脂の溶融開始温度(Tm )以
上であることが必要である。詳しくいえば、この加圧直
前のトウプリプレグの温度は、Tm 〜Tm +60℃、好
ましくはTm +5〜Tm +35℃の範囲に保持されるべ
きである。もし、Tm ℃より低ければ、トウプリプレグ
同士の熱融着が不十分で良好なシートが得られない。ま
た、Tm +60℃より高ければ、後記するロールでの冷
却が不十分なため、溶融樹脂がロールに付着し、本発明
の目的が達成できないばかりか、熱劣化の問題も生じる
ので好ましくない。なお、トウプリプレグの温度がTm
〜Tm +5℃の範囲もしくはTm +35〜Tm +60℃
の範囲では、上述の好ましくない現象が発生することが
ある。一方、加圧圧力は使用するトウプリプレグの形状
(幅、厚み)、本数、溶融粘度、製品であるプリプレグ
シートの形状(幅、厚み)、生産速度(加圧時間に関係
する)などによって決定される。
【0020】ところで、本発明では、上記のようにして
加熱溶融したトウプリプレグを冷却ロールにより加圧し
てシート状にするとともに、シートを冷却固化するので
ある。この場合の冷却温度は、本発明のもう一つの重要
構成要件である。すなわち、冷却ロールによりシートを
冷却固化する際の温度は、少なくとも前記熱可塑性樹脂
の固化開始温度(Tc )以下に維持すべきであり、詳し
くいえば、Tc −50〜Tc ℃、好ましくはTc −30
〜Tc −10℃の範囲であることが必要である。もし、
Tc ℃より高いと、トウプリプレグが十分冷却固化せ
ず、樹脂のロール表面への付着が生じ、好ましくない。
また、Tc −50℃より低いと、トウプリプレグ同士が
十分熱融着しない状態で冷却固化が起こってしまうので
好ましくない。なお、冷却温度がTc −50〜Tc −3
0℃の範囲もしくはTc −10〜Tc℃の範囲では、上
述の好ましくない現象が発生することがある。本発明に
おける上述の冷却ロールの温度制御は、通常広く行われ
ている液体循環方式が適している。
加熱溶融したトウプリプレグを冷却ロールにより加圧し
てシート状にするとともに、シートを冷却固化するので
ある。この場合の冷却温度は、本発明のもう一つの重要
構成要件である。すなわち、冷却ロールによりシートを
冷却固化する際の温度は、少なくとも前記熱可塑性樹脂
の固化開始温度(Tc )以下に維持すべきであり、詳し
くいえば、Tc −50〜Tc ℃、好ましくはTc −30
〜Tc −10℃の範囲であることが必要である。もし、
Tc ℃より高いと、トウプリプレグが十分冷却固化せ
ず、樹脂のロール表面への付着が生じ、好ましくない。
また、Tc −50℃より低いと、トウプリプレグ同士が
十分熱融着しない状態で冷却固化が起こってしまうので
好ましくない。なお、冷却温度がTc −50〜Tc −3
0℃の範囲もしくはTc −10〜Tc℃の範囲では、上
述の好ましくない現象が発生することがある。本発明に
おける上述の冷却ロールの温度制御は、通常広く行われ
ている液体循環方式が適している。
【0021】本発明において、上述の加熱加圧条件の選
定に際しては、良好な繊維分散を得るようにすることが
重要であるが、同時に繊維配列を乱さないようにするこ
とが求められる。なお加熱・加圧・冷却操作は、例え
ば、図3に示すような二個以上の冷却ロールを使用した
り、加熱装置と冷却ロールの対を複数使用するなどの多
段工程によって行ってもよい。
定に際しては、良好な繊維分散を得るようにすることが
重要であるが、同時に繊維配列を乱さないようにするこ
とが求められる。なお加熱・加圧・冷却操作は、例え
ば、図3に示すような二個以上の冷却ロールを使用した
り、加熱装置と冷却ロールの対を複数使用するなどの多
段工程によって行ってもよい。
【0022】上記のようにしてシート状になったプリプ
レグは、引き取り装置9によって引き取られ、製品であ
るプリプレグシート10となる。
レグは、引き取り装置9によって引き取られ、製品であ
るプリプレグシート10となる。
【0023】本発明は、あらかじめ樹脂が含浸され、か
つ、繊維がよく分散したトウプリプレグを用いたプリプ
レグシートを使用しているので、送り出し装置、ガイド
ロール3、引き揃え装置4などでの繊維の損傷や毛羽立
ちが全くなく、樹脂の含浸操作が不要である。したがっ
て、全体の生産速度を上げることができる。生産速度
(引き取り速度)は、少なくとも3m/分以上が可能で
ある。なお、引き取り装置9としては、ニップロールや
キャタピラーベルトなど公知のものが使用できる。
つ、繊維がよく分散したトウプリプレグを用いたプリプ
レグシートを使用しているので、送り出し装置、ガイド
ロール3、引き揃え装置4などでの繊維の損傷や毛羽立
ちが全くなく、樹脂の含浸操作が不要である。したがっ
て、全体の生産速度を上げることができる。生産速度
(引き取り速度)は、少なくとも3m/分以上が可能で
ある。なお、引き取り装置9としては、ニップロールや
キャタピラーベルトなど公知のものが使用できる。
【0024】このようにして製造されるプリプレグシー
トの形状には特に限定されないが、一般に、幅が200
mm〜1000mmの範囲で、厚みが100μm〜1m
mのものが使用される。また、その組成は、使用された
トウプリプレグの組成と一致する。
トの形状には特に限定されないが、一般に、幅が200
mm〜1000mmの範囲で、厚みが100μm〜1m
mのものが使用される。また、その組成は、使用された
トウプリプレグの組成と一致する。
【0025】本発明によって製造されるプリプレグシー
トは、通常積層した後、各種のシート成形法(例えば、
オートクレーブ、ホットプレス、スタンピング、ダイア
フラムなど)を利用して成形される。温度、圧力、時間
などの成形条件は、使用するプリプレグシートの特性
(樹脂の種類、繊維の種類、組成、形状など)や採用す
る成形法によって変わるので一概には言えないが、繊維
配列の乱れ、ボイド、樹脂の劣化などが生じないよう最
適条件を選択すべきである。また、特に樹脂が結晶性の
場合は、冷却条件が物性に著しい影響を与えるので注意
を要する。
トは、通常積層した後、各種のシート成形法(例えば、
オートクレーブ、ホットプレス、スタンピング、ダイア
フラムなど)を利用して成形される。温度、圧力、時間
などの成形条件は、使用するプリプレグシートの特性
(樹脂の種類、繊維の種類、組成、形状など)や採用す
る成形法によって変わるので一概には言えないが、繊維
配列の乱れ、ボイド、樹脂の劣化などが生じないよう最
適条件を選択すべきである。また、特に樹脂が結晶性の
場合は、冷却条件が物性に著しい影響を与えるので注意
を要する。
【0026】
【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて本発明の
内容を詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない
限り、これらの実施例に限定されるものではない。な
お、以下の実施例および比較例の中で使用する評価方法
は、下記の通りである。
内容を詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない
限り、これらの実施例に限定されるものではない。な
お、以下の実施例および比較例の中で使用する評価方法
は、下記の通りである。
【0027】(1)熱可塑性樹脂の溶融開始温度
(Tm )および固化開始温度(Tc ) DSC測定器((株)島津製作所製 DSC50)を使
用し、昇温速度10℃/minおよび降温速度10℃/
minで行った。吸熱および放熱のピーク温度からTm
(℃)およびTc (℃)を求めた。
(Tm )および固化開始温度(Tc ) DSC測定器((株)島津製作所製 DSC50)を使
用し、昇温速度10℃/minおよび降温速度10℃/
minで行った。吸熱および放熱のピーク温度からTm
(℃)およびTc (℃)を求めた。
【0028】(2)トウプリプレグの加熱温度(T1 )
および冷却温度(T2 ) 直径100μmの熱電対(Kタイプ)を直接トウプリプ
レグに埋め込み、成形工程中の材料の温度を実測し、加
熱工程終了時の温度をT1 (℃)、冷却工程終了時の温
度をT2 (℃)とした。
および冷却温度(T2 ) 直径100μmの熱電対(Kタイプ)を直接トウプリプ
レグに埋め込み、成形工程中の材料の温度を実測し、加
熱工程終了時の温度をT1 (℃)、冷却工程終了時の温
度をT2 (℃)とした。
【0029】(3)ロールへの樹脂付着 冷却ロール(図1および図3の8)表面に樹脂が付着し
ているか否かを肉眼で観察した。
ているか否かを肉眼で観察した。
【0030】(4)熱融着状態 得られたプリプレグシートにおいて、隣接するトウプリ
プレグ同士が隙間なく完全に熱融着しているかどうかを
肉眼で観察した。
プレグ同士が隙間なく完全に熱融着しているかどうかを
肉眼で観察した。
【0031】(5)表面平滑性 得られたプリプレグシートの表面を肉眼で観察し、凹凸
の有無や厚みムラなどから判定した。
の有無や厚みムラなどから判定した。
【0032】(6)プリプレグシートの厚み デジタルマイクロメーターを用いて幅方向の3点(中央
および両端近傍)で測定し、それらの平均値で表わし
た。
および両端近傍)で測定し、それらの平均値で表わし
た。
【0033】(7)繊維配列 得られたプリプレグシートにおいて、連続補強繊維が波
打ちや蛇行などがなく、一方向にきれいに配列している
かどうかを肉眼で観察した。
打ちや蛇行などがなく、一方向にきれいに配列している
かどうかを肉眼で観察した。
【0034】(8)繊維含有率(Vf ) JIS K7052に従い、成形品の樹脂を加熱分解さ
せ、その後残った繊維の質量と加熱分解前の成形品の質
量を測定した。これらの質量の値と樹脂および繊維の比
重から、繊維の体積含有率を下記数式1により計算し
た。
せ、その後残った繊維の質量と加熱分解前の成形品の質
量を測定した。これらの質量の値と樹脂および繊維の比
重から、繊維の体積含有率を下記数式1により計算し
た。
【0035】
【数1】
【0036】(9)曲げ特性(曲げ弾性率および曲げ強
度) インストロン社製万能試験機(モデル1185)を使用
し、ASTM D790に従って行った(三点曲げ試
験)。測定は、試験片の長さ方向が繊維の方向となるよ
うにし、該繊維の方向(0°方向)およびそれと直角な
方向(90°方向)の両方について行った。
度) インストロン社製万能試験機(モデル1185)を使用
し、ASTM D790に従って行った(三点曲げ試
験)。測定は、試験片の長さ方向が繊維の方向となるよ
うにし、該繊維の方向(0°方向)およびそれと直角な
方向(90°方向)の両方について行った。
【0037】(10)層間せん断強度(ILSS) インストロン社製万能試験機(モデル1185)を使用
し、ASTM D2344に従って行った。
し、ASTM D2344に従って行った。
【0038】参考例1 熱可塑性トウプリプレグの作製 ガラス繊維のトウ(繊維径:17μm、2300テック
ス、アミノシラン処理)およびポリプロピレン(宇部興
産(株)製、商品名:UBEポリプロTX283、無水
マレイン酸変性物、Tm :161℃、Tc :121℃)
を用い、幅が8mm、厚みが500μmのトウプリプレ
グを製造した。製造方法は次の通りである。 すなわ
ち、前記樹脂(つまり、ポリプロピレン)が供給される
クロスヘッドダイ(温度:250℃)に前記ガラス繊維
を通じ、引き抜き、熱風オーブン中(温度:230℃)
で繊維方向と垂直な複数のローラーに巻き掛けて引き取
り、予備含浸物を製造した。次に、この工程と連続し
た、前記の樹脂が供給されるクロスヘッドダイ(温度:
230℃)へ前記予備含浸物を通して引き抜き、予備含
浸物に前記樹脂を被覆した。この際の引き取り速度(引
き抜き速度)は15m/分であった。得られたトウプリ
プレグのガラス繊維含有率は26体積%で、含浸状態は
良好であった。
ス、アミノシラン処理)およびポリプロピレン(宇部興
産(株)製、商品名:UBEポリプロTX283、無水
マレイン酸変性物、Tm :161℃、Tc :121℃)
を用い、幅が8mm、厚みが500μmのトウプリプレ
グを製造した。製造方法は次の通りである。 すなわ
ち、前記樹脂(つまり、ポリプロピレン)が供給される
クロスヘッドダイ(温度:250℃)に前記ガラス繊維
を通じ、引き抜き、熱風オーブン中(温度:230℃)
で繊維方向と垂直な複数のローラーに巻き掛けて引き取
り、予備含浸物を製造した。次に、この工程と連続し
た、前記の樹脂が供給されるクロスヘッドダイ(温度:
230℃)へ前記予備含浸物を通して引き抜き、予備含
浸物に前記樹脂を被覆した。この際の引き取り速度(引
き抜き速度)は15m/分であった。得られたトウプリ
プレグのガラス繊維含有率は26体積%で、含浸状態は
良好であった。
【0039】実施例1 参考例1で製造したトウプリプレグ24本を、ピン間隔
8.3mmに調整した、くし型引き揃え装置によって引
き揃え、ヒータ温度200℃、冷却ロールの温度40
℃、加圧力(引き揃えられたトウプリプレグ全幅当りの
加圧荷重)5N/mmおよび製造速度1m/分の条件
で、幅200mmのプリプレグシートを製造した。加熱
・加圧・冷却の工程は、図1に示すような加熱ヒータ1
個、冷却ロール1個を使用したものであった。得られた
プリプレグシートの評価結果を表1に示す。
8.3mmに調整した、くし型引き揃え装置によって引
き揃え、ヒータ温度200℃、冷却ロールの温度40
℃、加圧力(引き揃えられたトウプリプレグ全幅当りの
加圧荷重)5N/mmおよび製造速度1m/分の条件
で、幅200mmのプリプレグシートを製造した。加熱
・加圧・冷却の工程は、図1に示すような加熱ヒータ1
個、冷却ロール1個を使用したものであった。得られた
プリプレグシートの評価結果を表1に示す。
【0040】実施例2 トウプリプレグを24本に変えて30本とし、ヒータ温
度を200℃から250℃に変えた以外は、実施例1と
全く同様の処理を行い、幅250mmのプリプレグシー
トを製造した。得られたプリプレグシートの評価結果を
表1に示す。
度を200℃から250℃に変えた以外は、実施例1と
全く同様の処理を行い、幅250mmのプリプレグシー
トを製造した。得られたプリプレグシートの評価結果を
表1に示す。
【0041】比較例1 製造速度を1m/分から2m/分に変えた以外は、実施
例2と全く同様の処理を行って得られたプリプレグシー
トの評価結果を表1に示す。
例2と全く同様の処理を行って得られたプリプレグシー
トの評価結果を表1に示す。
【0042】比較例2 ヒータ温度を250℃から270℃、および、製造速度
を1m/分から2m/分に変えた以外は、実施例2と全
く同様の処理を行って得られたプリプレグシートの評価
結果を表1に示す。
を1m/分から2m/分に変えた以外は、実施例2と全
く同様の処理を行って得られたプリプレグシートの評価
結果を表1に示す。
【0043】実施例3 ヒータ温度を250℃から300℃、および、製造速度
を1m/分から2m/分に変えた以外は、実施例2と全
く同様にしてプリプレグシートの製造を行った。得られ
たプリプレグシートの評価結果を表1に示す。
を1m/分から2m/分に変えた以外は、実施例2と全
く同様にしてプリプレグシートの製造を行った。得られ
たプリプレグシートの評価結果を表1に示す。
【0044】実施例4 製造速度を2m/分から2.5m/分に変えた以外は、
実施例3と全く同様にしてプリプレグシートの製造を行
った。得られたプリプレグシートの評価結果を表1に示
す。
実施例3と全く同様にしてプリプレグシートの製造を行
った。得られたプリプレグシートの評価結果を表1に示
す。
【0045】比較例3 実施例2において、ヒータ温度を250℃から300℃
に変えた以外は、実施例2と全く同様にしてプリプレグ
シートの製造を行った。得られたプリプレグシートの評
価結果を表1に示す。
に変えた以外は、実施例2と全く同様にしてプリプレグ
シートの製造を行った。得られたプリプレグシートの評
価結果を表1に示す。
【0046】比較例4および5 比較例4および5において、冷却ロールの温度を40℃
から、それぞれ0℃および100℃に変えた以外は、実
施例2と全く同様にしてプリプレグシートの製造を行っ
た。得られたプリプレグシートの評価結果を表1に示
す。
から、それぞれ0℃および100℃に変えた以外は、実
施例2と全く同様にしてプリプレグシートの製造を行っ
た。得られたプリプレグシートの評価結果を表1に示
す。
【0047】
【表1】
【0048】実施例5 実施例2で得られたプリプレグシートを23cm×23
cmにカットし、これを6枚、繊維方向を同一にして重
ね合わせ、160℃、1MPaで1分間プレス成形して
予備成形物を作製した。これを250℃の熱風オーブン
中で5分間予熱し、80℃、24MPa(成形圧力)で
30秒間スタンピング成形して、厚み2mm(デジタル
マイクロメーターで測定)の平板を得た。得られた成形
品の物性評価結果を表2に示す。
cmにカットし、これを6枚、繊維方向を同一にして重
ね合わせ、160℃、1MPaで1分間プレス成形して
予備成形物を作製した。これを250℃の熱風オーブン
中で5分間予熱し、80℃、24MPa(成形圧力)で
30秒間スタンピング成形して、厚み2mm(デジタル
マイクロメーターで測定)の平板を得た。得られた成形
品の物性評価結果を表2に示す。
【0049】実施例6 実施例2で得られたプリプレグシートに代えて、実施例
4で得られたプリプレグシートを使用したこと以外は、
実施例5と全く同様の処理を行って得られた成形品の物
性評価結果を表2に示す。
4で得られたプリプレグシートを使用したこと以外は、
実施例5と全く同様の処理を行って得られた成形品の物
性評価結果を表2に示す。
【0050】
【表2】
【0051】
【発明の効果】本発明により、樹脂の含浸が良好でボイ
ドが少なく、繊維の乱れがない幅広の熱可塑性一方向プ
リプレグシートを高速でしかも工業的に有利に生産でき
る。これは、従来の技術では不可能であった。この結
果、本発明によって製造される熱可塑性一方向プリプレ
グシートは、安価で優れた物性を有するために、特にコ
スト/パーフォーマンスを重視する自動車材料をはじめ
として、電気・電子材料、建築材料、航空機材料などと
して実用に供することができる。
ドが少なく、繊維の乱れがない幅広の熱可塑性一方向プ
リプレグシートを高速でしかも工業的に有利に生産でき
る。これは、従来の技術では不可能であった。この結
果、本発明によって製造される熱可塑性一方向プリプレ
グシートは、安価で優れた物性を有するために、特にコ
スト/パーフォーマンスを重視する自動車材料をはじめ
として、電気・電子材料、建築材料、航空機材料などと
して実用に供することができる。
【図1】本発明の製造法に関する製造装置のフローチャ
ートの一例である。
ートの一例である。
【図2】くし型引き揃え装置の一例を示すものである。
分割されたくしの角度を変えることにより引き揃えの間
隔を調整することができる。
分割されたくしの角度を変えることにより引き揃えの間
隔を調整することができる。
【図3】本発明の製造方法に関する製造装置の、特に加
熱装置および冷却ロールを複数使用した場合のフローチ
ャートの一例を示すものである。
熱装置および冷却ロールを複数使用した場合のフローチ
ャートの一例を示すものである。
1 トウプリプレグ 2 クリルスタンド 3 ガイドロール 4 引き揃え装置 5 くし型引き揃え装置 6 ピン 7 加熱装置 8 冷却ロール 9 引き取り装置 10 プリプレグシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B29C 43/20 7365−4F B29L 9:00
Claims (1)
- 【請求項1】 連続補強繊維のトウに熱可塑性樹脂を含
浸させると同時にテープ状にしたトウプリプレグを幅方
向に複数本引き揃えて並べた後、前記トウプリプレグを
Tm 〜Tm +60℃(ただし、Tm は、前記熱可塑性樹
脂の溶融開始温度(℃)を表わす)の温度に加熱した状
態で、冷却ロールを用いて加圧してシート状にするとと
もに、前記トウプリプレグをTc −50〜Tc ℃(ただ
し、T c は、前記熱可塑性樹脂の固化開始温度(℃)を
表わす)の温度に冷却することを特徴とする熱可塑性一
方向プリプレグシートの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6174280A JPH0841220A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 熱可塑性一方向プリプレグシートの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6174280A JPH0841220A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 熱可塑性一方向プリプレグシートの製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0841220A true JPH0841220A (ja) | 1996-02-13 |
Family
ID=15975909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6174280A Pending JPH0841220A (ja) | 1994-07-26 | 1994-07-26 | 熱可塑性一方向プリプレグシートの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0841220A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012159839A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Lg Innotek Co Ltd | レンズアセンブリ及びカメラモジュール |
| JP2021160212A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 三菱ケミカル株式会社 | 繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法 |
| KR20230081766A (ko) * | 2021-11-29 | 2023-06-08 | 주식회사 이지컴퍼지트 | 물성평가 시편용 토우 프리프레그 제작장치 |
-
1994
- 1994-07-26 JP JP6174280A patent/JPH0841220A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012159839A (ja) * | 2011-01-31 | 2012-08-23 | Lg Innotek Co Ltd | レンズアセンブリ及びカメラモジュール |
| US9395517B2 (en) | 2011-01-31 | 2016-07-19 | Lg Innotek Co., Ltd. | Lens assembly and camera module |
| JP2021160212A (ja) * | 2020-03-31 | 2021-10-11 | 三菱ケミカル株式会社 | 繊維強化熱可塑性樹脂シートの製造方法 |
| KR20230081766A (ko) * | 2021-11-29 | 2023-06-08 | 주식회사 이지컴퍼지트 | 물성평가 시편용 토우 프리프레그 제작장치 |
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