JPH10121344A - 開繊繊維束の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低張力で毛羽の発生がない状態で繊維束を薄く
均一に開繊できる開繊繊維束の製造方法および装置並び
にこれらの方法、装置を用いたプリプレグシートの製造
方法、装置を提供すること。 【解決手段】連続的に供給される複数本の繊維束１５
を、この繊維束と交差する方向に配置された複数本の突
起Ａの間に割り込ませ、この突起を繊維束１５とともに
その搬送方向に搬送しつつ隣接する突起間の間隔を広げ
ることにより開繊する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続した開繊繊維
束の製造方法および製造装置の改良、ならびにこれらの
製造方法、装置を用いたプリプレグシートの製造方法、
装置に関するものであり、例えば不織布やプリプレグシ
ートの製造分野に適用することができる。

【０００２】

【従来の技術】周知の通り、現在多くの分野でガラス繊
維，炭素繊維等の強化繊維を引き揃えたプリプレグシー
トが利用されている。このプリプレグシートは、繊維束
を開繊して薄く広がった状態のシート状に引き揃え、こ
れに合成樹脂を繊維間に充分含浸させて製造される。合
成樹脂には熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が使用される
が、繊維束への樹脂の含浸には樹脂の粘度が大きく影響
し、束ねられた繊維の間に樹脂を含浸させるのは困難で
ある。特に熱可塑性樹脂は粘度が非常に高いため、熱可
塑性樹脂を溶融させた状態で繊維束をその中に通しても
繊維束の外周に被膜ができる程度で繊維間には殆ど含浸
しない。そこで粉末状にした熱可塑性樹脂を入れた流動
床の中に繊維束を通して、樹脂の粉末を繊維束間に含浸
させる方法もあるが繊維束が束になった状態では内部ま
で確実に含浸させることはできない。そのため、樹脂の
含浸を促進させるために、繊維束を薄く均一に開繊させ
ることが必要である。また、プリプレグシートは、繊維
束の引き揃えが均一でなく単繊維間に隙間があったり、
毛羽の発生が多いと成形品の強度が低下し、表面品位も
悪くなる。それに加え、最近ではゴルフシャフトや釣竿
等の強度向上のため極薄の一方向引き揃えプリプレグが
必要とされている。そのため、毛羽を発生させることな
く繊維束を薄く均一に開繊する必要がある。

【０００３】そこで、このような繊維束を均一に開繊さ
せる技術として、特公平４−２４２０９号公報のように
曲面基材上を張力化で通過させる方法や、しごきバーで
しごく方法、特開昭５６−４３４３５号公報のように繊
維束に沿わせた円柱体を幅方向に振動させる方法等があ
るが、繊維に加わる張力が大きく、また繊維を擦るた
め、繊維の毛羽立ちが多く糸切れしやすいという欠点が
ある。そのため、糸の送り速度を速くできない。

【０００４】また、特開平２−１４５８３０号公報に
は、円柱体上に弾性体を備えたエキスパンダーロールに
繊維束を張力をかけて接触させ、ロール走行によるロー
ル表面の弾性体の軸方向の拡幅に合わせて繊維束を開繊
させる装置が記載されているが、繊維束の弾性体に対す
る接圧を高くして摩擦力により繊維束を弾性体と一緒に
拡げているので張力をかなり高くする必要がある。ま
た、円柱体を曲げて回転させるので、拡幅量はそれほど
多くなく設備が複雑な割には効果が小さい。また、拡幅
力が直接作用するのは繊維束の中でも弾性体と接する部
分の繊維のみであるため、繊維束の拡幅は均一ではな
く、中央部が盛り上がった状態となる欠点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点に鑑みてなされたもので、低張力で、しかも毛羽の
発生がない状態で繊維束を薄く均一に開繊できる開繊繊
維束の製造方法および装置並びにこれらの方法、装置を
用いたプリプレグシートの製造方法、装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、上
記課題を解決するために、連続的に供給される複数本の
繊維束を、該繊維束と交差する方向に配置された複数本
の突起の間に割り込ませ、前記突起を前記繊維束ととも
にその搬送方向に搬送しつつ隣接する突起間の間隔を広
げることにより、前記開繊繊維束を開繊することを特徴
とする。この場合、前記繊維束を前記突起に供給する前
に予備的に開繊するか若しくは加熱するのが好ましい。

【０００７】繊維強化樹脂プリプレグは、上記製造方法
により繊維束を開繊した後、開繊繊維束を構成する複数
本の単繊維を一方向に並べてシート状にし、次いで合成
樹脂を含浸してプリレグを製造する。

【０００８】本発明の製造装置は、上記課題を解決する
ために、（Ａ）繊維束の搬送方向と交差する方向に伸縮
自在であって、かつその表面に複数個の突起が所定間隔
で並べられた突起付き弾性体と、（Ｂ）該弾性体を前記
搬送方向に走行させる駆動手段とを備え、（Ｃ）前記弾
性体は、搬送前は前記搬送方向と交差する方向の長さが
弾性体の自然長またはそれに近い長さであり、搬送方向
に移動する従って前記突起の隣接間隔が広がることを特
徴とする。この場合、前記突起付き弾性体は、コイルバ
ネ、ジグザグ状に屈曲したバネ、表面に多数の突起を有
するゴムベルト、突起物を編み込んだ伸縮性を有する編
織物のうちのいずれかを用いるのが好ましい。また、製
造装置の入口側に、さらに繊維束の予備開繊部または繊
維束の加熱部を設けるのが好ましい。

【０００９】繊維強化樹脂プリプレグの製造装置は、上
記いずれかの開繊繊維束の製造装置の出口側に、樹脂含
浸部を有することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面に基づいて説明する。

【００１１】図１は、本発明の開繊繊維束の製造装置の
概略平面図、図２は図１の装置の側面図である。

【００１２】まず、本発明の製造装置の構成要素を説明
する。１５は、本発明の製造装置により開繊される繊維
束で複数本の単繊維からなる。３と４は、エンドレスチ
ェーン１，２を回転させる駆動スプロケットであり、図
示しない軸受に支持されている。スプロケットは、出口
部が間隔Ｌで向き合い、その回転軸は角度θで交差して
いる。６は、駆動スプロケット３を回転させるための回
転数が調整可能なモーターである。５は、駆動スプロケ
ット３、４を接続するユニバーサルジョイントである。
７と８は、エンドレスチェーン１，２を案内支持するフ
リースプロケットであり、図示しない軸受に支持されて
いる。前記７，８のスプロケットは、入口部で間隔ｌで
向き合い、その回転軸は、前記３，４の駆動スプロケッ
トと同様に角度θで交差している。そのため、３と４の
駆動スプロケットの間隔Ｌは、７と８のフリースプロケ
ットの間隔ｌよりも長くなっている。エンドレスチェー
ンは、前記３，４，７，８のスプロケットにより繊維束
と同じ速度で循環する。９は多数の突起Ａを有する弾性
体であり、その両端はそれぞれチェーン１と２に固定さ
れ、チェーン全周にわたって等間隔で複数本が取付けら
れている。

【００１３】図２の１０と１１は、糸道を規制するフリ
ーローラーであり、図示しない軸受に支持されている。
１２は、前工程から搬送される繊維束１５に対して後述
する前処理を施す前処理部であり、開繊される繊維束の
状態に応じて、予備開繊やサイジング剤の軟化，除去を
行うものである。１３は、開繊された開繊繊維束にたと
えばエポキシ系熱硬化性樹脂、ポリアミド、ＰＰＳ繊維
などの熱可塑性樹脂などの合成樹脂を含浸する樹脂含浸
部である。

【００１４】図３〜６は、図１で示した多数の突起Ａを
有する弾性体９の斜視図であり、それぞれ引張コイルバ
ネ、ジグザグに屈曲したバネ、突起を有する帯ゴム、突
起物を編み込んだ伸縮性のある編み物である。

【００１５】次に、上記図面を用いて本発明の製造方法
について説明する。

【００１６】繊維束１５は、先ず１０のフリーローラー
で糸道を規制される。次に前処理部１２において、繊維
束の状態により前処理が必要な場合には、適当な前処理
を施される。特にサイジング剤で繊維束に柔軟性がない
場合や繊維束が丸く束ねられている場合には、繊維束を
熱風ノズルやヒーターで加熱してサイジング剤を軟化或
いは除去したり、しごきバー等の簡単な開繊手段で予備
開繊しておくことが有効である。次に繊維束１５は、繊
維束の移動速度と同じ速度で循環している突起を有する
弾性体９の、長さがもっとも短くなる場所である入口側
（フリースプロケット７，８）付近で上記弾性体９に接
触する。ここで、弾性体上の多数の突起は、繊維束に割
り込む。その後、上記弾性体９は、繊維束１５と同じ速
度で移動しながら幅方向に伸びるので、繊維束間に割り
込んだ突起が繊維束を構成する単繊維間を開繊させる。
そして、繊維束は、上記弾性体９が最も長くなる出口側
（駆動スプロケット３，４）付近でもっとも開繊された
後、上記弾性体９から離れてフリーローラー１１で糸道
を規制され、次の工程に進む。プリプレグを製造する場
合は、樹脂含浸部１３において開繊繊維束間に樹脂を含
浸した後、シート化する。

【００１７】多数の突起を有する弾性体９は、上記の機
能を果たすものであれば図３〜６に示したもの以外にど
のような態様のものを用いてもかまわない。また、繊維
束を均一に開繊するためには、突起が等間隔に並んでい
ることが望ましいが、場合によっては等間隔である必要
はなく、ランダムに配置されていてもかまわない。突起
を有する弾性体９は繊維束と同じ速度で移動するので、
繊維束から毛羽が発生する可能性があるが、これは繊維
束に弾性体上の突起が割り込む時だけであり、突起の形
状や表面粗さを最適化すれば毛羽は殆ど発生しない。

【００１８】突起を有する弾性体９と繊維束の移動速度
が多少違っている場合でも多少毛羽が発生しやすくなる
が開繊には支障ない。本装置構成以外でも、突起を有す
る弾性体に上記の動作をさせることが可能であれば、ど
のような装置構成でも構わない。例えば、回転する円柱
体の表面に多数の突起を有する弾性体を配置した構造で
もよい。上記の製造装置を複数台直列に並べて使用すれ
ばさらに開繊幅を広くできる。また、この製造装置の後
に設置される樹脂含浸部は、薄く均一に開繊した開繊繊
維束が通過することができる構造であれば、どのような
ものでも構わない。また、含浸させる樹脂も、熱硬化性
樹脂だけでなく溶融した熱可塑性樹脂，粉末化した熱可
塑性樹脂，あるいは樹脂のかわりにバインダーを用いて
も構わない。

【００１９】なお、本発明が適用できる繊維束として
は、炭素繊維、ガラス繊維、ケブラー繊維などが挙げら
れる。

【００２０】以上に述べた本発明の開繊技術は、衣料用
繊維の高次加工など、あらゆる分野での開繊繊維束の製
造技術に適用できる。

【００２１】

【実施例】

実施例１ 図７は、本実施例で使用した装置の概略構成図であり、
突起を有する弾性体として、図３の金属製の引張コイル
バネ９を使用した。

【００２２】製造装置の前には、繊維束の糸道規制と繊
維束の偏平化のため、フリーローラー１０を設置した。
製造装置に使用したバネ９は、線径０．３２ｍｍ，巻き
径５ｍｍで、コイル部の自由長（線間の隙間が無い状
態）が３０ｍｍのもので、装置のチェーンリングに４０
本を等間隔で並べた。そして、繊維束が最初にバネに当
たる位置でのバネのコイル部の長さを４０ｍｍに設定
し、予めバネの線と線の隙間が０．１ｍｍ空くようにし
た。これは、バネが繊維束に割り込み易くするためであ
る。一方、繊維束が製造装置から離れる場所でのバネの
コイル部の長さは８０ｍｍ（限界は８７．７ｍｍ）で、
装置による開繊幅を２倍とした。また、コイルバネの最
短部から最長部までの長さは、約１５０ｍｍとした。製
造装置の後ろにも繊維束の糸道規制、繊維束の開繊均一
化のため、フリーローラー１１を設置した。また、製造
装置の入口より前方の前処理部１２の位置に熱風ノズル
を設けており、繊維束を７０℃〜１００℃くらいに加熱
して、繊維束に付着したサイジング剤を軟化させ、コイ
ルバネが繊維束に割り込み易くしている。

【００２３】次に上記実施例装置の実施条件と効果を説
明する。

【００２４】使用した繊維束１５は、炭素繊維（東レ株
式会社製“トレカ”Ｔ７００ＳＣ−１２Ｋ−５０Ｃ）で
無撚糸である。繊維束はサイジング剤により偏平になっ
ており、初期幅は６ｍｍであった。この糸を送り速度９
ｍ／分で上記の製造装置に通したところ、製造装置の出
口直後では、開繊幅が約１３ｍｍで、コイルバネが割り
込んでいる箇所にわずかな隙間が生じているが、その後
のフリーローラー１１に接触した直後では、開繊幅が１
２ｍｍで、隙間もなくなり繊維が薄く均一に開繊してい
た。また、毛羽の発生も殆ど無かった。

【００２５】その際の糸張力は、製造装置の入口側のフ
リーローラー１０の前で、約７００ｇ、製造装置の出口
側のフリーローラー１１の後でも、約９００ｇ程度であ
った。

【００２６】この装置により開繊した繊維束を樹脂含浸
部１３において、エポキシ系熱硬化性樹脂を含浸したと
ころ、樹脂が均一に含浸しており、且つ繊維が毛羽等の
損傷なく均一に分散した高品位なプリプレグが得られ
た。

【００２７】実施例２ 装置構成は、実施例１と同じで図７に示す通りである
が、前処理部１２を実施例１の熱風ノズルに加えて、熱
風のあたる場所にしごきバー３本による予備開繊部を設
置した。実施条件は、実施例１と同じとした。

【００２８】その結果、前処理部１２で予備開繊した時
の幅が約８ｍｍ、製造装置の出口直後では、開繊幅が約
１６ｍｍで、その後、フリーローラー１１に接触した直
後では、開繊幅は、１５ｍｍで、隙間なく繊維が薄く均
一に開繊していた。しごきバーによる予備開繊のため、
張力は製造装置の出口側のフリーローラー１１の後で約
１２００ｇ程度と少し高くなったが、しごきバー付近で
わずかに毛羽が発生する程度であった。

【００２９】

【比較例】図８は比較例として使用した装置の概略構成
図である。

【００３０】この比較例は、開繊部に５本のシゴキバー
１５，１６，１７，１８，１９（表面クロムメッキ＋梨
地加工）のみを図のように配置したものであり、本発明
の製造装置を用いない例である。繊維束１５は上記の実
施例１，２と同じ炭素繊維を使用し、繊維束の送り速度
も実施例１，２と同じ９ｍ／分とした。

【００３１】この条件下では、ボビン１３に抵抗を負荷
し、糸張力を上げることで開繊幅を広くすることができ
るが、実施例１のように開繊幅が６ｍｍから１１ｍｍま
で開繊するように糸張力を調整したところ、開繊部の前
では、糸張力が約７００ｇであったが、開繊部の後で
は、シゴキバーによる摩擦抵抗が非常に大きく糸張力が
５０００ｇ以上であった。また、たえず繊維とシゴキバ
ーが擦れあっているので、毛羽の発生が非常に多く、繊
維束とガイドバーの接触部付近に毛羽溜まりが発生し
た。さらに、この製造装置で開繊した繊維束を、樹脂含
浸部１３において樹脂含浸したところ、プリプレグ表面
に毛羽溜まりや繊維束の割れ等の不均一領域が多く発生
した。毛羽発生を防止するため、繊維束の送り速度を遅
くしたところ、糸張力は減少したが実施例のように充分
な開繊ができなかった。

【００３２】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、繊維
が一方向に引きそろえられたシートであって、その厚さ
が十分薄いうえに繊維の開繊が十分に行われている高品
位なシートを容易に製造できる。また、請求項３の発明
によれば、繊維強化樹脂プリプレグの製造において、合
成樹脂の含浸を均一、かつ確実に行うことができる。

【００３３】請求項４〜８の発明によれば、繊維束を低
張力で、かつ毛羽を発生させることなく充分に薄く均一
に開繊できる装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造装置の概略平面図である。

【図２】図１の製造装置の概略側面図である。

【図３】本発明の多数の突起を有する弾性体の一実施態
様例の斜視図である。

【図４】図３とは異なる態様の本発明で使用する多数の
突起を有する弾性体の斜視図である。

【図５】図３とは異なる態様の多数の突起を有する弾性
体の斜視図である。

【図６】図３とは異なる態様の多数の突起を有する弾性
体の斜視図である。

【図７】本発明の実施例装置の概略構成図である。

【図８】比較例装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１：チェーンリング ２：チェーンリング ３：駆動スプロケット ４：駆動スプロケット ５：フレキシブルジョイント ６：駆動モーター ７：フリースプロケット ８：フリースプロケット ９：多数の突起を持つ弾性体 １０：フリーローラー １１：フリーローラー １２：前処理部 １３：樹脂含浸部 １４：ドライブステーション（糸送り用） １５：炭素繊維ヤーン １６：しごきバー １７：しごきバー １８：しごきバー １９：しごきバー ２０：しごきバー ２１：ボビン ２２：コイルバネ ２３：ジグザグバネ ２４：帯ゴム ２５：伸縮性のある編み物 Ａ：突起 Ｌ：３と４の駆動スプロケットの間隔 ｌ：７と８のフリースプロケットの間隔 θ：３と４の駆動スプロケット、７と８のフリースプロ
ケットの回転軸の交差角度

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続的に供給される複数本の繊維束を、該
   繊維束と交差する方向に配置された複数本の突起の間に
   割り込ませ、前記突起を前記繊維束とともにその搬送方
   向に搬送しつつ隣接する突起間の間隔を広げることによ
   り、前記繊維束を開繊することを特徴とする開繊繊維束
   の製造方法。
2. 【請求項２】前記繊維束を前記突起に供給する前に予備
   的に開繊するか若しくは加熱することを特徴とする請求
   項１の開繊繊維束の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１または２の製造方法により繊維束
   を開繊した後、該開繊繊維束を構成する複数本の単繊維
   を一方向に並べてシート状にし、次いで合成樹脂を含浸
   してプリレグを製造することを特徴とする繊維強化樹脂
   プリプレグの製造方法。
4. 【請求項４】（Ａ）繊維束の搬送方向と交差する方向に
   伸縮自在であって、かつその表面に複数個の突起が所定
   間隔で並べられた突起付き弾性体と、 （Ｂ）該弾性体を前記搬送方向に走行させる駆動手段と
   を備え、 （Ｃ）前記弾性体は、搬送前は前記搬送方向と交差する
   方向の長さが弾性体の自然長またはそれに近い長さであ
   り、搬送方向に移動する従って前記突起の隣接間隔が広
   がることを特徴とする開繊繊維束の製造装置。
5. 【請求項５】前記突起付き弾性体は、コイルバネ、ジグ
   ザグ状に屈曲したバネ、表面に多数の突起を有するゴム
   ベルト、突起物を編み込んだ伸縮性を有する編織物のう
   ちのいずれかであることを特徴とする請求項４の開繊繊
   維束の製造装置。
6. 【請求項６】請求項４または５の製造装置の入口側に、
   さらに繊維束の予備開繊部または繊維束の加熱部を有す
   ることを特徴とする開繊繊維束の製造装置。
7. 【請求項７】請求項４ないし６のいずれかの開繊繊維束
   の製造装置の出口側に、樹脂含浸部を有することを特徴
   とする繊維強化樹脂プリプレグの製造装置。