JPH02300238A - 樹脂の含浸法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、繊維強化プラスチックの製造、特にシート状
の強化繊維とマトリックスである樹脂とから成る平板状
材料の製造に於ける新規な樹脂の含浸法に関する。

〈従来の技術〉 繊、維強化プラスチック（以下ＦＲＰと略記）の１つの
形態、或はＦＲＰを得るための中薄材料の形態として強
化繊維の５ｙ−）状物に樹脂を含浸せしめた構造がある
。

上記の中間材料は一般にグリプレグとして知られてｂる
ものであり、本発明はこのプリプレグの製造に於ける樹
脂の含浸方法に関するものである。

この分野に於ける樹脂の含浸け、樹脂が熱硬化性或は熱
可塑性であるとに拘らず共通する要素は、溶剤又は加熱
等の手段によって樹脂の流動化を行い繊維層内に樹脂を
含浸せしめることで、現在量も多く採用されている代表
的な樹脂含浸法は加熱により樹脂の流動化を行うホット
メルト法である。

具体的には、図７に示す如く剥離紙１７上に樹脂を均一
に塗布した樹脂フィルム１８に１強化繊維から成るシー
ト状物１９を積層し、加熱ロール２０及びプレスロール
２１によりシート状物中に樹脂が含浸されたプリプレグ
２２を得ようとするもので、この様な含浸法を採用した
プリプレグ製造設備は例えばカリフォルニアグラファイ
ト　マシン　エｎｃ　（カナダ）或はカラン二＾Ｇ（ス
イス）などから発表されている。

これらの含浸法はブレスロール含浸法と呼ばれるが、こ
の含浸法の基本的な問題点は生産性の向上即ちシート状
物の速度を上げようとする時プレスロールによる樹脂の
絞す出し現象が発生することにある。すなわち図７に於
て加熱ロール２０により流動化された樹脂はプレスロー
ル２１で加圧することによりシート状物１９の繊！！層
に含浸するよりもむしろロール前方（図中ロール２０．
２１のニップ点よりも左方）に絞り出される現象を生ず
る。

この現象は被含浸物であるシート状物１９を構成する繊
維の線径が小さい程、繊維の方向がシート状物の方向と
一致した溝造である程、繊維層の厚さが厚い程或は樹脂
粘度が高Ａ程顕著である。

このため従来のロール含浸法に於ては粘度を出来るだけ
下げること、プレスロールを用いて徐々に＊ｍ層に樹脂
を含浸せしめることが基本とされてきた。したがってプ
リプレグの生産速度はシート状物の繊ｍＰｍ内への樹脂
の含浸速度で律速され、従来のロール含浸法には問題が
あつた。

さらに従来のロール含浸法では低粘度状態を長時間維持
することが必要であり、特に熱硬化性樹脂をマトリック
スとするプリプレグの製造に於ては硬化反応の進行に留
意する必要があり樹脂組成を制約する要因の１つであっ
た。

先に本発明者らは従来のロール含浸法の改良法として凹
凸プレスロールを用いた樹脂含浸法λ を提案した（＠顆間６３−’（５５５８８号）。

しかし、樹脂が高粘度の場合、あるいはプリプレグ表面 トが厚す場合、さらＫより生産速度を上げようとする場
合には凹凸プレスロールを用いる方法によるとロール加
圧の際その圧力を著しく高めねばならず、またその生産
速度も低くせねばならないことを見出した。その結果熱
硬化性樹脂の場合などは熱による樹脂の硬化反応がおこ
る。

さらにプレス圧力が高い場合にはプリプレグ表面に凹凸
がある時、全体の均一な加圧すなわち含浸が困雌となる
。

流体が多孔質材中へ含浸する場合、その浸透速度は流体
に加えられた圧力に比例し、さらに含浸距離はその圧力
が加っている時間に比例する。したがってシート状物中
への含浸を良好に行うためＫは、樹脂に加わる圧力とそ
の圧力を加えている時間を調整すればよい。これらのこ
とに鑑み、発明者らは加圧時間を長くとることによって
繊維中への樹脂の含浸を十分に行い且つ加圧部の距離を
大きくとることによる生産速度の増加を得、さらに全体
を均一に加圧することによって含浸を良好に行なわせし
める方法について鋭意検討を行った。

〈発明が解決しようとする課萌〉 本発明は、従来のロール含浸技術の基本的欠点、即ち繊
Ｍ層中への樹脂の含浸速度が低く、生産速度を高めよう
とすると樹脂の絞りだしを生じ、高い生産速度が得られ
ないこと及び長時間加熱に起因する諸問題を解決するこ
とを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 即ち本発明の要旨は、樹脂層上部シート状物を重ねて樹
脂を加圧含浸するに際し、凹凸パターンをもつエンドレ
スベルトで圧着もしくは挟持して樹脂をシート状物内に
圧入して樹脂を含浸せしめることにある。

以下本発明を図面に従って説明する。

図１は本発明の方法即ち加圧部としてエンドレスベルト
を用いた含浸法（以下プレスベルト含浸法と略記）に於
て特定の凹凸パターンを有するエンドレスベルトを用い
る樹脂の含浸法を示す模式図である。

剥離紙上に塗布された樹脂フィルム１上に強化繊維から
成るシート状物２が積層され、さらにその上部に剥離フ
ィルム３で被覆された積層体は、加熱ドラム４表面で加
熱され樹脂が流動化された時点でエンドレスベルト５−
１によりシート状物２の繊維層に樹脂が含浸される。

ここではエンドレスベルトとして内部に流体の出し入れ
が可能な密閉状空間を有し、エンドレスベルト内に流体
を注入して表面を加圧することのできるベルト（以下チ
ューブベルトと略記）を用すた。このチューブベルトを
使用するにあたり、シート上部かかる圧力を発生すぺ〈
６−１の位置に強固な中心軸をもった回転体を支持台と
してベルトをとりつけ、流体をチューブベルト内ＫＥ入
することにより６−１との相互作用でシート面への圧力
を発生させた。

このチューブベルトは全体の均一な加圧を良好に行うこ
とができるため例として用いたが他の加圧方法でも差支
えない。図２にチューブベルトの例を示す。図２−Ａは
全体図であシ８の面に凹凸をもつ特定のパターンを形成
している。

９は流体の注入口、１０はチューブベルトを回・転させ
るためチューブベルト本体をベアリングを介して支持し
てｂる軸である。なお流体として本検討では空気を用い
たが、他の気体・液体でも差支えない。図２−Ｂは凹凸
パターンの１例を示す。図２−０はチューブベルトの断
面図である。該ベルトは１００℃〜１４０℃の熱を受け
るため通常のゴムでは不適当であシ、したかってここで
は綿織布１１、アルミ箔１２、シリコンゴムパターン１
３をラミネートするという構成でｍ５た。

この凹凸ベルトは５−１．５−２・・・と複数での併用
さらには凹凸ロール、フラットベルト、フラットロール
と併用して用いることも出来る。

本発明で用いられる凹凸パターンについて説明する。本
発明者等はプリプレグの生産性の向上はり維層の厚さ方
向の含浸速度の向上にあるとの考え方に立って、絞り出
しを生ぜずかつ繊維層の厚さ方向に樹脂を導くことの出
来る凹凸パターンについて検討を行った。その結果、最
も好ましい凹凸パターンは直線、曲線或はその両者によ
って囲まれた凸部の領域を持つパターンであることを見
出した。凹凸パターンを図２−Ｂ、図５９図４に例示す
るが本発明のパターンはこれらの例示に限定されるもの
ではない。

図２−Ｂは直線によって囲まれた凸部の領域を持つ凹凸
パターンの代表的な平面図（図２−Ｂ−ａ）及び図２−
Ｂ−ａＫおけるＡ　−Ａ’断面の断面図（図２−ｓ−ｂ
）である。また図中矢印は、凹凸をもったエンドレスベ
ルト（以下凹凸プレスベルトと略記）の周方向に一致す
る。

この例示パターンに於ては直線によって囲まれた使形の
凸部の領域を有するものである。

図３の例示は、曲線忙よって囲まれた凸部の領域が楕円
形状を有する凹凸パターンの平面図である。

図４は、凸部が直線で囲まれた他の１例の平面図であり
、屈曲した凸部を有する例示であり図中矢印は何れも凹
凸プレスベルトの周方向と一致する。

図５に含浸の機構を示す。

図５に於て、ｙ　　）状物１４の下方に置かれた樹脂１
５は、凹凸プレスベルトの凸部１６−１で加圧されるこ
とによシ一部はシート状物を構成する繊維層内へ、剰余
の樹脂は前方（図中右方）Ｋ絞り出される。しかし、本
発明の如く凸部が不連続である場合凹部の体積を適切に
設定することにより凹部１６−２でその流れを止めると
共ＫＥＥ力の存在しな−凸部の方向即ち繊維層の厚さ方
向に樹脂の流れ方向を転換せしめることが出来る。即ち
凸部で剰余の樹脂により発生する圧力を繊維層の厚さ方
向に含浸せしめる圧力に転換せしめることが出来る。こ
の圧力による樹脂の移動により含浸が行われる。そして
特に粘度が高い場合などは、この圧力を加える時間を多
くする必要があり、ベルト方式が有効となる。

したがって、凹凸パターンの大きさはベルトの材質、Ｖ
−）状物の圧ａ特性等によって決められるべきであるが
例として示せばベルトの材質としてゴムを使用する時に
は凸領域のベルト局方向の最大長は８〜１０＋ａ＋以下
であることが好ましい。

上記に説明した様な比較的細分化された凸部領域を持つ
凹凸パターンに対し直線状或は曲線状凸部を平行に並べ
ただけのパターン、例えばプレスベルトの回転軸に添っ
た溝を有する凹凸プレスベルトを使用するときは理論的
には図５に示す樹脂流れの方向転換が生ずるが、特にシ
ート状物が位置方向に引揃えられたドウシートである時
樹脂の流れに伴う繊維配向の乱れが生ずること、樹脂と
置換される空気の流路が閉じられること々どの理由によ
り含浸用凹凸プレスベルトとして好まし−パターンでは
ない。

但し後述する様に図２〜４に示した本発明のパターンを
使用して繊維層に樹脂を含浸した後に、主としてプレス
ベルトの周方向に連続した凹部を有する凹凸プレスベル
トまたは凹凸プレスロール（例えば周方向ＫＦＡつて定
ピツチの溝を有する筋ロール）を用いることを制約する
ものではな−。

次に凹凸プレスベルトの全周面積に占める凸部の面積の
割合（以下凸部面積比）は、被含浸物であるシート状物
の厚さ、含浸されたシート状物重量にしめる樹脂重量の
比率（以下樹脂含有率ｗｔ＊　）、樹脂粘度尋によプ決
定されるが、最も重要な因子は樹脂含有率である。−例
として、シート状物が炭素繊維トウを引揃えたもので１
５０　ｆ／ｍ”であって、含浸すべき樹脂が１０ボイス
（１００℃）のエポキシ樹脂である場合の樹脂含有率と
凸部の最適面積比を実験により求めると図６ＶＣ示す如
く樹脂含有率の増大に伴って凸部面積比を下げることが
必要である。

凸部面積比が大きすぎる場合には、シートのブレスベル
ト導入部において凹凸プレスベルトによる樹脂の絞り出
しを生じ、小さすぎる場合にはシート状物の厚さ方向へ
の樹脂の流れを促進せしめる圧力が発生せず前記に説明
した如き本発明の凹凸プレスベルトの作用効果が期待出
来ない。ＰＲＰの製造方法に於ける樹脂含有率はおよそ
１５〜６０　ｗｔ憾であ抄、好ましい凸部面積比は、お
よそ２０〜９０憾である。

また、凹部の深さは凸部によってシート状物の厚さ方向
に貫通して流された樹脂を捕捉しうる体積を持つことが
必要であり、１例を示せば凹部の断面が図２−Ｂ−ｔ）
に示された三角形である場合その深さは凹部中のα６倍
以上であればよい。凹凸プレスベルトのプレス圧力は実
験結果によると凹凸プレスベルトのシートへの接触面積
、ベルトの材質、樹脂粘度、繊維層の厚さ及び樹脂含有
率等によ抄最適値が異なるが例えばベルト進行方向の接
触長が２５０−とした場合、面圧としておよそ（Ｌ１〜
２０　ｋｇ／ｃｍ”、好ましくけ２〜Ｉ　Ｑ　ｋｌ／／
ｃｍ”程度が適当である。

次に凹凸ベルトの使用法につｂて説明する。

凹凸ベルトは図１に示される様に複数の凹凸プレスベル
ト或は従来のプレスロールと併用した含浸法として利用
される。

例えば図１に於て５−１と５−２に凹凸プレスベルトに
よる加圧含浸を行い、５−３をロールの周方向に連続し
た溝を有するロール、５−４を平滑なロールとして含浸
の均一性とプリプレグ表面の平滑性を得る組合せが代表
例である。

このような組合せを取ることにより、５−１゜５−２の
位置に凹凸ロールを用いる時と同じ熱履歴でより高倉漫
のプリプレグを得ることができる。

次に本発明に用いられるマトリックス用樹脂について説
明する。本発明け、繊維層内へ流動性のある樹脂を含浸
するものであるから、加熱によって流動性を示す樹脂で
あればよく、不飽和ポリエステル樹脂、エポキＶ樹脂、
フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ジアリル
フタレート樹脂、シリコン樹脂等の熱硬化性樹脂、ナイ
ロン、ポリスルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエー
テル・エーテルケトン、ポリ塩化ビニル、ＰＢＴ、ＰＷ
Ｔ％　ＰＫ等の熱塑性樹脂等が好適な樹脂として挙げら
れる。

本発明が対象とするシート状物について説明する。

シート状物として最も多く使用される形顔はトウ状物を
引揃えシート状とした所謂一方向ノートであり、この一
方向シート含浸に於て本発明の含浸法の特徴が特に発揮
される。

即ち一方向シート状物に於ては繊維層の厚さ方向と繊維
の長手方向（シートの長手方向）との樹脂の流れ速度が
最もかい離しており従来のロール含浸法では最も樹脂の
絞り出しを生じやすくまた繊維の配向を乱しやすい。し
かし本発明の含浸法によれば絞り出しと繊維配向の乱れ
を同時に解決しつるものである。

また本発明の含浸法は前述の如く局部的にシート状物を
拘束しつつ含浸を行うためシート状物が織物或は無配向
の繊維の集合体である不織布状のものＫも適用が可能で
ある。

この様なシート状物は炭素繊維、ガラス線維、全芳香族
ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維
等であり特にその材料の種類を限定するものではない。

単繊維の繊維直径が小さくかつ高弾性体である炭素繊維
トウから成るシート状物の場合、シート状物の厚さ方向
と繊維の配向方向の樹脂流れ速度のかじ離が特に大きく
本発明の含浸法は特に有効である。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ 図１に示された含浸設備に於て、樹脂フィルム１として
剥離紙上に６０９７ｍ”の樹脂を塗布した巾５０ｃＰＲ
の樹脂フィルムを用い、！／）状物２として直径８μの
炭素繊維フィラメントを１２．０００本集束した炭素繊
維トウを５０ｃｆＲ巾中に１５０本並列に並べた一方向
Ｖ−ト（２４０ｔ／？ＰＩり、剥離フィルム３として厚
さ２０μのポリプロピレンフィルムを積層し表面温度が
１３０℃に加熱された加熱ロール４上に供給した。

用すた凹凸プレスベルト及びプレスロールハ次の通りで
あった。

ａ、凹凸プレスベルト５−１．５−２ 凹凸パターンは図２に示される菱形とし、凸部菱形の短
径が３−１長径６ｍ、凹部溝巾α９−１深さαＢ閣、周
方向でのシートとの接触長２５０■（凸部面積比約４５
係）。加圧時の面圧は５　ｋｇ乙ザ。

ｂ、プレスロール　５−３ 外径１２５−の金属ロール上にピッチ１閤で周方向に深
さα７ｍの溝を有する筋ロール。

Ｃ，プレスロール　５−４ 外径１２５■のフラットロールを用いてプレス圧力３０
に９／備３、炭素繊維シートの移動速度５ｍ１分で樹脂
含浸を行ったが未含浸部及び炭素繊維の配向乱れは存在
せず、高品質の炭素線維一方向プリプレグが得られた。

比較例１ 実施例１で用いた凹凸プレスベルトの代りに同じパター
ンをもった凹凸プレスロールとした以外は実施例１と同
一の条件により含浸を試みた。この時凹凸プレスロール
のプレス圧力は５０ｋｇ／ｃｍ”である。その結果、通
常の樹脂含有率（３０〜ｓ　ｓ　ｗｔ％　）においてよ
〈含浸を行うことのできる凹凸プレスロールにおりても
、本検討の、ごとく低、樹脂含有率（２０ｗｔ４　）の
ものでは多くの未含浸部が残った。含浸を向上すべく生
産速度を１ｍ／分まで落じた結果、含浸性は若干改良さ
れたが十分ではないうえ熱による樹脂の硬化反応を伴い
、プリプレグとして実用に耐えうるものは得られなかっ
た。

実施例２ 実施例１と同一条件で、但し樹脂量が１０６ｆ　７ｍ　
”、炭素績、１！！／−）の移動速度が４０ｍ／分で実
験したところ、未含浸部は存在せず高品質の炭素繊維一
方向プリプレグを得ることができた。

比較例２ 実施例２で用すた凹凸プレスベルトの代りに同じパター
ンを本った凹凸プレスロールとした以外は実施例１と同
一の条件により含浸を試みた。この時凹凸プレスロール
による含浸は可能であったが、実施例２のとと＜４ＯＦ
Ｆ！／分の高速での含浸は十分に行われなかった。

実施例３ 実施例１と同じ装置を用いて、但しマトリックス樹脂と
して２００　ｔ／ｍ”の融点１２０℃のナイロンを樹脂
フィルムに使用した。該樹脂は１４０℃加熱時の粘度が
５０００ボイズ程度であり、汎用熱硬化性エポキシのそ
の温度における粘度の１０００倍である。

この時加熱ロール表面を１５０℃、凹凸プレスベルト面
圧５睦／譚冨、炭素繊維シートの移動速度を１２ｍ／分
とした。その結果未含浸部の存在しない熱可塑性炭素繊
維一方向プリプレグを得ることができた。

尚、熱可塑性フィルムをマトリックスとする場合、温度
を上げ速度を落とせば凹凸プレスロールにおいても含浸
は可能であるが、剥離フィルムの耐熱性あるいはローラ
ーそのものの耐熱性等が問題になるためベルト方式に比
べてその含浸は困難である。

〈発明の効果〉 本発明によれば、凹凸プレスベルトを用いることにより
、高粘性樹脂の含浸、低樹脂含有率プリプレグの生産、
汎用プリプレグの高速生産を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明のプレスベルト含浸法に於て特定の凹凸パ
ターンを有するプレスベルトを用いる樹脂の含浸法を示
す模式図、 図２〜４け本発明で用すられる特定のパターンを例示し
た平面図及び断面図、 図５は本発明の凹凸プレスペル）Ｋよる含浸過程を説明
するための模式図、 図６け含浸が良好となる場合の適切な凸部面積とプリプ
レグ中の樹脂含有率の関係を示すグラフ、 図７は従来のロールによる加圧含浸法を説明するための
模式図である。 １：樹脂フィルム（剥離紙上に樹脂を塗った本の） ２：シート状物　　３：剥離フィルム ４：加熱ロール ｓ−ｔ、５−２：エンドレスベルト ５−３．５−−４ニブレスロール ６：圧力支持ベルト ７：プリプレグ（樹脂含浸されたＶ−）状物）８：チュ
ーブベルト本体　９；流体注入口１０：チューブベルト
中心軸 １１〜１３：チューブベルト構造体（Ｍ布、アルミ箔、
シリコンゴム） １４：シート状物　　　１５：樹　脂 １６：凹凸ベルト　　　１７：離型紙 １８ニブレスロール　　１９：Ｖ−）状物２０：ヒータ
ーロール　２１ニブレスロール２２ニブリプレグ 出　願　人　　三菱レイヨン株式会社 図１ ，６−／ 圀　２ 凹３ （２］４ 凹　５ 図る 柑脂嬬攬辛（ｗｔｌ＝）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、樹脂層上にシート状物を重ねて樹脂を加圧含浸する
   に際し、凹凸パターンをもつエンドレスベルトで圧着も
   しくは挟持して、樹脂をシート状物内に圧入することを
   特徴とする樹脂の含浸法。 ２、凹凸パターンが直線、曲線又はその両者によつて囲
   まれた凸部領域を有する凹凸パターンであることを特徴
   とする請求項１記載の含浸法。 ３、凸部領域の面積が表面積の２０〜９０％である凹凸
   パターンをもつエンドレスベルトを用いることを特徴と
   する請求項１記載の含浸法。 ４　エンドレスベルトが内部に流体の出し入れが可能な
   密閉空間を有し、内部に流体を注入してシート表面を加
   圧することができるようにしたことを特徴とする請求項
   １記載の含浸法。 ５、シート状物がトウ状物の引き揃えシートであること
   を特徴とする請求項１記載の含浸法。 ６、シート状物が織物であることを特徴とする請求項１
   記載の含浸法。 ７、シート状物が炭素繊維であることを特徴とする請求
   項１記載の含浸法。