JP2001219473A - Method for manufacturing fiber-reinforced resin molding - Google Patents
Method for manufacturing fiber-reinforced resin moldingInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、走行する１本もし
くは互いに並列して同時に走行する複数本の連続した強
化繊維束に熱可塑性樹脂を高レベルで付与し、品質の高
い繊維強化樹脂成形体を製造する方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-quality fiber-reinforced resin molded article obtained by applying a high level of thermoplastic resin to one running or a plurality of continuous reinforcing fiber bundles running in parallel with each other at the same time. And a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、炭素繊維やガラス繊維といっ
た複数本の連続した強化繊維束を互いに平行に引き揃え
た後、繊維束にマトリックスとなる樹脂を含浸させた繊
維強化樹脂成形体は一般的にプリプレグと呼ばれ、航空
機材料や一般用工業材料の他、例えばゴルフクラブシャ
フトや釣竿をはじめとするスポーツレジャー用途の成形
体として幅広く利用されている。2. Description of the Related Art Conventionally, a fiber-reinforced resin molded article in which a plurality of continuous reinforcing fiber bundles such as carbon fibers and glass fibers are aligned in parallel with each other and then impregnated with a resin serving as a matrix in the fiber bundles is generally used. In addition to aircraft materials and general industrial materials, they are widely used as molded articles for sports and leisure applications such as golf club shafts and fishing rods.
【０００３】このような成形品は、表面品位や強度など
の性能が要求される。そのため、成形品中の強化繊維束
にマトリックスとなる樹脂が十分に含浸されていること
が期待される。その理由は成形品の含浸が不十分である
と、成形品の品位を損なうばかりか、成形品物性（例え
ば強度、剛性、耐衝撃性など）の低下を招くことが予想
される。[0003] Such molded articles are required to have performance such as surface quality and strength. Therefore, it is expected that the reinforcing fiber bundle in the molded product is sufficiently impregnated with the resin serving as the matrix. The reason is that if the impregnation of the molded article is insufficient, not only the quality of the molded article is impaired, but also the physical properties of the molded article (for example, strength, rigidity, impact resistance, etc.) are expected to be reduced.
【０００４】かかる成形品中の含浸性を向上させるため
には、成形体の製造工程において、成形前の段階で成形
体中の単糸間に含まれる空気（ボイド）を外部に極力追
い出した成形体を得られるようにする工夫、すなわち成
形体の含浸性を高める工夫が必要となる。特にマトリッ
クスとなる樹脂が熱可塑性樹脂であった場合には、その
粘度の高さから含浸性に優れた成形体を得ることは非常
に困難である。[0004] In order to improve the impregnating property in such a molded article, in the production process of the molded article, molding (forming) is carried out by removing air (voids) contained between single yarns in the molded article to the outside as much as possible before molding. It is necessary to devise a method for obtaining a body, that is, a method for improving the impregnation property of the molded body. In particular, when the resin serving as the matrix is a thermoplastic resin, it is very difficult to obtain a molded article having excellent impregnation properties due to its high viscosity.
【０００５】ここで、本発明における成形体の含浸性と
はマトリックスとなる樹脂がどの程度単糸間にまで浸透
しているかを示すもので、成形体引取方向の断面を光学
顕微鏡で観察することにより相対的に評価することがで
きる。これを定量化する手法は確立されていないが、ボ
イド率から推測することができる。すなわちボイド率が
低い場合、含浸性が高くなっているケースが多い。な
お、ボイド率は、ＡＳＴＭ Ｄ−２７３４−９４により
計算される。Here, the impregnating property of the molded article in the present invention indicates how much the matrix resin has penetrated between the single yarns, and the cross section of the molded article in the take-off direction is observed with an optical microscope. Can be relatively evaluated. Although a method for quantifying this has not been established, it can be estimated from the void fraction. That is, when the void ratio is low, the impregnation is often high. The void ratio is calculated according to ASTM D-2734-94.
【０００６】熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂とした従
来の含浸手法としては、例えば、特開平８−３００３４
９号公報に開示されているような、溶融した熱可塑性樹
脂を強化繊維束に付着させた後にしごく、圧力を付与す
るなどの方法が提案されている。[0006] As a conventional impregnation method using a thermoplastic resin as a matrix resin, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-30034 is known.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-1990 discloses a method in which a molten thermoplastic resin is applied to a reinforcing fiber bundle and then pressure is applied thereto.
【０００７】しかし、この公報で例示されている方法で
は、例えば溶融粘度が５０Ｐａ・ｓを越えるような高粘
度の熱可塑性樹脂を強化繊維束に十分含浸させるために
は、繊維束引取速度を１０ｍ／分以下という非常に遅い
速度に設定する必要があり、生産性が悪い方法であると
言わざるを得ない。また、繊維束引取速度を１０ｍ／分
以上に設定し、熱可塑性樹脂が強化繊維束に十分含浸さ
れていない状態で、例えばフィラメントワインディング
等の方法で成形を行った場合、成形品中の強化繊維束に
熱可塑性樹脂が十分含浸していない領域が発生し、ボイ
ドが多く生じるため、強化繊維束の補強効果が弱くな
り、この成形体を用いてなる成形品の力学的特性が低下
することがある。However, according to the method exemplified in this publication, in order to sufficiently impregnate a reinforcing fiber bundle with a high-viscosity thermoplastic resin having a melt viscosity exceeding 50 Pa · s, for example, the fiber bundle take-up speed is 10 m. It is necessary to set a very low speed of not more than / min, which is a method with low productivity. Further, when the fiber bundle take-up speed is set to 10 m / min or more and the thermoplastic resin is not sufficiently impregnated into the reinforcing fiber bundle, and the molding is performed by a method such as filament winding, the reinforcing fibers in the molded product A region not sufficiently impregnated with the thermoplastic resin is generated in the bundle, and many voids are generated, so that the reinforcing effect of the reinforcing fiber bundle is weakened, and the mechanical characteristics of the molded article using this molded body may be reduced. is there.
【０００８】ここで熱可塑性樹脂の溶融温度とは、融点
を示す熱可塑性樹脂の場合はメトラーＤＳＣにより測定
された曲線の吸熱ピークが示される温度（測定時の昇温
速度は１０℃／分とする）、融点を示さない熱可塑性樹
脂の場合は該樹脂のカタログに掲載されている推奨射出
成形温度の下限値＋２０℃とされている。[0008] Here, the melting temperature of the thermoplastic resin is a temperature at which an endothermic peak of a curve measured by a Mettler DSC is shown in the case of a thermoplastic resin showing a melting point (the rate of temperature rise during measurement is 10 ° C / min. In the case of a thermoplastic resin which does not show a melting point, the lower limit of the recommended injection molding temperature listed in the catalog of the resin is set to + 20 ° C.
【０００９】一方、特開平１０−４０４号公報には、マ
トリックスとなる樹脂を付与する前に、強化繊維束に振
動などの外力を与え強化繊維束を開繊する技術が掲載さ
れている。しかし、マトリックス樹脂を付与する前に強
化繊維束の開繊を行うと、繊維束の単糸切れが発生しや
すく該成形体を用いてなる成形品の物性が低下する場合
がある。その上、繊維束の単糸切れによるケバが飛散し
やすく、飛散した強化繊維束が生産装置の部品に入り込
み、装置の誤作動を生ずるなどの生産性に問題が生じる
ことがある。マトリックス樹脂を付与した後に、マトリ
ックス樹脂により強化繊維束の表面がコーティングされ
た状態においてさらに開繊を行うことで、強化繊維束の
単糸切れを極力抑制するという工夫が必要となる。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-404 discloses a technique in which an external force such as vibration is applied to a reinforcing fiber bundle before applying a resin serving as a matrix to open the reinforcing fiber bundle. However, if the reinforcing fiber bundle is opened before the application of the matrix resin, single yarn breakage of the fiber bundle is likely to occur, and the physical properties of a molded article using the molded body may be reduced. In addition, fluff due to breakage of a single yarn of the fiber bundle is liable to be scattered, and the scattered reinforcing fiber bundle may enter parts of the production apparatus, causing a problem in productivity such as malfunction of the apparatus. After applying the matrix resin, it is necessary to devise a technique of further opening the reinforcing fiber bundle in a state where the surface of the reinforcing fiber bundle is coated with the matrix resin, thereby minimizing breakage of the single yarn of the reinforcing fiber bundle.
【００１０】また、上記公報には具体的なマトリックス
となる樹脂の種類も記載されていない。マトリックス樹
脂として、例えば熱可塑性樹脂のような溶融粘度の高い
ものを用いた場合に、例えば特開平１０−４０４号公報
提案による生産方法に従ってマトリックスとなる樹脂を
付与する前に開繊を行っても、強化繊維束中に含まれる
ボイドを繊維束の外部に押し出す工程において強化繊維
束に極めて強い張力を与えることが必要となる。すなわ
ち、マトリックスとなる樹脂を付与する前と後の少なく
とも２工程において強化繊維束に強い張力を与えなけれ
ばならないことになる。ゆえに、強化繊維束に与える損
傷が大きくなり、強化繊維束からケバ立ち、糸切れなど
が発生しやすくなる。これらの点からも、上記公報に記
載の技術は生産性があまりよくない手法であると言わざ
るを得ない。強化繊維束の開繊とマトリックス樹脂の含
浸を同時に行うことで、強化繊維束に与える張力、およ
び張力を与える工程数を極力減少させることが、生産性
を向上させる上で必須である。In addition, the above publication does not disclose the type of the resin serving as a specific matrix. As the matrix resin, for example, when using a resin having a high melt viscosity such as a thermoplastic resin, for example, even after performing fiber opening before applying the matrix resin in accordance with the production method proposed in JP-A-10-404 In the step of extruding voids contained in the reinforcing fiber bundle to the outside of the fiber bundle, it is necessary to apply an extremely strong tension to the reinforcing fiber bundle. In other words, a strong tension must be applied to the reinforcing fiber bundle in at least two steps before and after the application of the matrix resin. Therefore, the damage to the reinforcing fiber bundle is increased, and the reinforcing fiber bundle is liable to fluff and break the yarn. From these points, the technique described in the above-mentioned publication has to be said to be a technique with low productivity. By simultaneously opening the reinforcing fiber bundle and impregnating the matrix resin, it is essential to reduce the tension applied to the reinforcing fiber bundle and the number of steps for applying the tension as much as possible in order to improve productivity.
【００１１】更に、上記公報には振動子を用い、その加
熱温度は７０〜１００℃と記載されている。この温度は
強化繊維束に付着しているサイジング剤を軟化させ強化
繊維束を開繊させ易くするための加熱温度である。ここ
で上記公報に記載の方法により強化繊維束に熱可塑性樹
脂が付与された状態で振動子を接触させ、強化繊維束に
振動を与えようとした場合、記載されている温度条件で
は低すぎる。すなわち、一般的な熱可塑性樹脂の溶融温
度は１５０〜３５０℃であり、振動子と熱可塑性樹脂の
温度差が５０℃以上となるため、熱可塑性樹脂が冷却さ
れて粘度が増加し、含浸促進効果が失われる。Further, the above publication discloses that a vibrator is used and its heating temperature is 70 to 100 ° C. This temperature is a heating temperature for softening the sizing agent attached to the reinforcing fiber bundle and making it easier to open the reinforcing fiber bundle. Here, when the vibrator is brought into contact with the reinforcing fiber bundle in a state where the thermoplastic resin is applied to the reinforcing fiber bundle by the method described in the above publication to apply vibration to the reinforcing fiber bundle, the temperature condition described is too low. That is, the melting temperature of a general thermoplastic resin is 150 to 350 ° C., and the temperature difference between the vibrator and the thermoplastic resin is 50 ° C. or more. Therefore, the thermoplastic resin is cooled to increase the viscosity, and the impregnation is accelerated. The effect is lost.
【００１２】一方、強化繊維束にマトリックスとなる樹
脂を付着させた後、強化繊維束に超音波振動を与え樹脂
を含浸させる手法が特開平１０−３６５３１号公報に記
載されている。On the other hand, JP-A-10-36531 describes a method in which a matrix resin is attached to a reinforcing fiber bundle and then the reinforcing fiber bundle is subjected to ultrasonic vibration to impregnate the resin.
【００１３】しかし、上記公報に記載の技術では、振動
子の振幅が０．１〜０．５μｍと非常に小さく、強化繊
維束を開繊する効果が非常に弱いことは自明である。マ
トリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合、その
溶融粘度の高さから、強化繊維束開繊効果の弱い該手法
では含浸促進の効果が期待できない。このように、強化
繊維束を開繊すると同時に溶融状態の熱可塑性樹脂を含
浸させる方法はこれまでに見当たらなかった。However, it is obvious that the technique disclosed in the above publication has a very small amplitude of the vibrator of 0.1 to 0.5 μm and a very weak effect of opening the reinforcing fiber bundle. In the case where a thermoplastic resin is used as the matrix resin, the effect of promoting impregnation cannot be expected with this method having a weak reinforcing fiber bundle opening effect due to its high melt viscosity. As described above, no method has been found so far to open the reinforcing fiber bundle and simultaneously impregnate the molten thermoplastic resin.
【００１４】[0014]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、強化繊維束
中に熱可塑性樹脂を高レベルで含浸ならしめてなる繊維
強化樹脂成形体を安定した品質で、しかも高い生産性で
製造できる繊維強化樹脂成形体の製造方法を提供するこ
とを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to a fiber-reinforced resin which can be produced with a stable quality and a high productivity in a fiber-reinforced resin molded article in which a thermoplastic resin is impregnated into a reinforcing fiber bundle at a high level. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a molded article.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明の繊維強化樹脂成形体の製造方法は、以下の
構成を有する。Means for Solving the Problems To achieve the above object, a method for producing a fiber-reinforced resin molded article of the present invention has the following constitution.
【００１６】すなわち、本発明は、連続した強化繊維束
を引取りながら繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させて繊維
強化樹脂成形体を製造する方法において、（Ａ）強化繊
維束に熱可塑性樹脂を付与した後に、（Ｂ）強化繊維束
に、熱可塑性樹脂の溶融温度Ｔ±４０℃の範囲内に加熱
した少なくとも一つの振動子を直接接触させると共に、
（Ｃ）振動周波数が１Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲内で前記振
動子を振動させることにより、強化繊維束に前記熱可塑
性樹脂の含浸を促進させることを特徴とする繊維強化樹
脂成形体の製造方法である。That is, the present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced resin molded article by impregnating a thermoplastic resin into a fiber bundle while taking a continuous reinforcing fiber bundle, and (A) adding a thermoplastic resin to the reinforcing fiber bundle. After applying, at least one vibrator heated within the range of melting temperature T ± 40 ° C. of the thermoplastic resin is brought into direct contact with (B) the reinforcing fiber bundle,
(C) A method for producing a fiber-reinforced resin molded body, characterized by promoting the impregnation of the reinforcing fiber bundle with the thermoplastic resin by vibrating the vibrator within a vibration frequency range of 1 Hz to 5 kHz. .
【００１７】本発明によって製造される繊維強化樹脂成
形体とは、少なくとも、強化繊維と、マトリックス樹脂
となる熱可塑性樹脂の２種類を含有した成形体を言う。
本発明において使用される強化繊維の種類としては、ガ
ラス繊維、炭素繊維、金属繊維、芳香族ポリアミド繊
維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊
維、ボロン繊維等の高強度、高弾性律繊維等が使用で
き、２種以上を混合してもよい。The fiber-reinforced resin molded article produced by the present invention refers to a molded article containing at least two types of reinforcing fibers and a thermoplastic resin serving as a matrix resin.
Examples of the types of reinforcing fibers used in the present invention include glass fibers, carbon fibers, metal fibers, aromatic polyamide fibers, polyaramid fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, high-strength fibers such as boron fibers, and highly elastic fibers. They can be used and two or more kinds may be mixed.
【００１８】炭素繊維は、力学的特性の付与効果に優れ
ているため好ましく用いることができる。また、強化繊
維束の表面には予め表面処理、カップリング剤、サイジ
ング剤の付与を行うことができる。[0018] Carbon fibers are preferably used because they are excellent in imparting mechanical properties. The surface of the reinforcing fiber bundle can be subjected to a surface treatment, a coupling agent, and a sizing agent in advance.
【００１９】本発明におけるマトリックスとなる熱可塑
性樹脂の種類としては、特には制限はないが、耐衝撃性
に優れ、かつ、成形が容易である熱可塑性樹脂が好まし
い。そのような熱可塑性樹脂としては、例えば、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、
液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリブチレン等のポリオレフィンや、
ポリオキシメチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、
ポリメチレンメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフ
ェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリイ
ミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリス
ルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、
ポリエーテルエーテルケトン、フェノール（ノボラック
型）等や、これらの共重合体、変性体、および２種類以
上ブレンドした樹脂等が挙げられる。また、更に耐衝撃
性向上のために、上記樹脂にエラストマー、もしくは、
ゴム成分を添加した樹脂であっても良い。The type of the thermoplastic resin serving as the matrix in the present invention is not particularly limited, but a thermoplastic resin having excellent impact resistance and easy molding is preferable. As such a thermoplastic resin, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate,
Polyester such as liquid crystal polyester, polyethylene,
Polyolefins such as polypropylene and polybutylene,
Polyoxymethylene, polyamide, polycarbonate,
Polymethylene methacrylate, polyvinyl chloride, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polyimide, polyamideimide, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone,
Examples include polyether ether ketone, phenol (novolak type), copolymers and modified products thereof, and resins blended with two or more kinds. Further, in order to further improve impact resistance, the above resin is an elastomer, or
A resin to which a rubber component is added may be used.
【００２０】また、本発明で言う溶融温度Ｔとは、既に
述べたように、融点を示す熱可塑性樹脂の場合はメトラ
ーＤＳＣにより測定された曲線の吸熱ピークが示される
温度（測定時の昇温速度は１０℃／分とする）、融点を
示さない熱可塑性樹脂の場合は該樹脂のカタログに掲載
されている推奨射出成形温度の下限値＋２０℃とする。Further, as described above, the melting temperature T in the present invention is a temperature at which an endothermic peak of a curve measured by a Mettler DSC is exhibited in the case of a thermoplastic resin exhibiting a melting point (temperature rise during measurement). The rate is 10 ° C./min.) In the case of a thermoplastic resin that does not show a melting point, the lower limit of the recommended injection molding temperature listed in the resin catalog is + 20 ° C.
【００２１】また、本発明で用いる振動子とは、以下の
２条件を満たすものを言う。 （１）本発明において使用する熱可塑性樹脂の溶融温度
Ｔ±４０℃の範囲内に加熱可能である機能を有するこ
と。 （２）振動周波数１〜５ｋＨｚの範囲内、好ましくは振
幅０．１〜３０ｍｍの範囲内で振動が可能である機能を
有すること。The vibrator used in the present invention is one that satisfies the following two conditions. (1) The thermoplastic resin used in the present invention has a function capable of being heated within a melting temperature range of T ± 40 ° C. (2) It has a function capable of vibrating within a range of a vibration frequency of 1 to 5 kHz, preferably within a range of an amplitude of 0.1 to 30 mm.
【００２２】[0022]
【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。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２３】図１は本発明の製造方法に用いる繊維強化
樹脂成形体製造装置の概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view of an apparatus for producing a fiber-reinforced resin molding used in the production method of the present invention.
【００２４】図１において、強化繊維束Ａは、強化繊維
束Ａの複数の巻取パッケージ１から、撚りが入らないよ
うにいわゆる横取りをされ、マトリックスとなる熱可塑
性樹脂（以下、熱可塑性樹脂Ａ）の供給ダイ２に導入さ
れる。この場合、複数の巻取パッケージ１から強化繊維
束Ａを引き揃え、一束にして供給ダイ２に導入すること
もできる。In FIG. 1, a reinforcing fiber bundle A is so-called intercepted from a plurality of winding packages 1 of the reinforcing fiber bundle A so as not to be twisted, and a thermoplastic resin serving as a matrix (hereinafter referred to as thermoplastic resin A). ). In this case, the reinforcing fiber bundles A can be aligned from the plurality of winding packages 1 and introduced into the supply die 2 as a single bundle.
【００２５】ここで、強化繊維束Ａを供給ダイ２に導入
する前に、熱可塑性樹脂Ａと異なる他の熱可塑性樹脂
（以下、熱可塑性樹脂Ｈ）を付与しておくことができ
る。これは、熱可塑性Ａ樹脂を付与する前に、粘度が
０．１〜１０Ｐａ・ｓの範囲内の熱可塑性樹脂Ｈを強化
繊維束に付与、含浸を行うことにより、含浸を阻害する
原因である強化繊維束内の空気を予め追い出し、熱可塑
性樹脂が強化繊維束内に十分に含浸しやすくするためで
ある。これにより、得られる成形体のボイド率をより一
層減少させることができ、生産速度を格段に上げること
ができる。Here, before the reinforcing fiber bundle A is introduced into the supply die 2, another thermoplastic resin different from the thermoplastic resin A (hereinafter, thermoplastic resin H) can be applied. This is a cause of impairing the impregnation by applying the thermoplastic resin H having a viscosity in the range of 0.1 to 10 Pa · s to the reinforcing fiber bundle before impregnating the thermoplastic A resin, and performing impregnation. This is because air in the reinforcing fiber bundle is expelled in advance so that the thermoplastic resin can be sufficiently impregnated into the reinforcing fiber bundle. Thereby, the void ratio of the obtained molded body can be further reduced, and the production speed can be remarkably increased.
【００２６】また、強化繊維束Ａが供給ダイ２に導入さ
れる前に、適当な加熱装置により強化繊維束Ａを熱可塑
性樹脂Ａの溶融温度Ｔ±４０℃の範囲内に加熱する。溶
融温度がＴ−４０℃を下回ると、溶融した熱可塑性樹脂
が強化繊維束Ａに冷却されて樹脂粘度が増加し、含浸効
率が悪化するため好ましくない。一方、溶融温度がＴ＋
４０℃を上回ると、付与した熱可塑性樹脂が急激に加熱
され、樹脂の熱分解を招き、熱可塑性樹脂の炭化による
強化繊維束の融着などが発生するため好ましくない。好
ましい強化繊維束の加熱範囲は、熱可塑性樹脂の溶融温
度Ｔ±２０℃、更に好ましくは溶融温度Ｔ±１０℃であ
る。Before the reinforcing fiber bundle A is introduced into the supply die 2, the reinforcing fiber bundle A is heated to a melting temperature T ± 40 ° C. of the thermoplastic resin A by a suitable heating device. If the melting temperature is lower than T-40 ° C, the melted thermoplastic resin is cooled by the reinforcing fiber bundle A to increase the viscosity of the resin, thereby impairing the impregnation efficiency. On the other hand, when the melting temperature is T +
If the temperature is higher than 40 ° C., the applied thermoplastic resin is rapidly heated, which causes thermal decomposition of the resin and carbonization of the thermoplastic resin causes fusion of the reinforcing fiber bundle, which is not preferable. A preferable heating range of the reinforcing fiber bundle is a melting temperature T ± 20 ° C. of the thermoplastic resin, and more preferably a melting temperature T ± 10 ° C.
【００２７】次に、供給ダイ２に導入された強化繊維束
Ａには熱可塑性樹脂Ａが付与され、複合体Ｂが成形され
る。熱可塑性樹脂Ａを付与する具体的方法としては、押
出機および電線被覆法用のコーティングダイを用いて連
続的に強化繊維束Ａの周囲を熱可塑性樹脂Ａで被覆する
方法や、ロールなどで扁平化した強化繊維束Ａの片面あ
るいは両面から押出機とＴダイを用いて溶融したフィル
ム状のマトリックス樹脂を付着させる方法などが挙げら
れる。Next, a thermoplastic resin A is applied to the reinforcing fiber bundle A introduced into the supply die 2, and a composite B is formed. Specific examples of the method of applying the thermoplastic resin A include a method of continuously coating the periphery of the reinforcing fiber bundle A with the thermoplastic resin A using an extruder and a coating die for an electric wire coating method, and a method of flattening with a roll or the like. A method in which a molten matrix resin is adhered from one side or both sides of the reinforced fiber bundle A using an extruder and a T-die.
【００２８】ここで複合体Ｂは下記のものから構成され
る。 （１）強化繊維束Ａ、または強化繊維束Ａと熱可塑性樹
脂Ｈとの混合体 （２）熱可塑性樹脂Ａ このとき、供給ダイ２の強化繊維束Ａの導入口および導
出口には、所望の形状及び大きさに加工された孔を持つ
ノズルを設置し、強化繊維束Ａを通過させることによっ
て、付与される熱可塑性樹脂Ａの付着形状および付着量
を任意に制御することができる。複合体Ｂの構成比は、
好ましくは強化繊維束Ａが１０〜６０重量部に対し、熱
可塑性樹脂Ａが４０〜９０重量部であることが好まし
い。強化繊維束Ａが１０重量部未満であると、この成形
体を用いてなる成形品の補強効果が著しく低下すること
がある。強化繊維束Ａが６０重量部を越えると繊維が補
強する足場が過小となり、成形品物性が著しく低下する
ことがある。更に好ましくは強化繊維束Ａが１５〜５０
重量部に対し熱可塑性樹脂Ａが５０〜８５重量部であ
る。Here, the complex B is composed of the following. (1) Reinforcing fiber bundle A or a mixture of reinforcing fiber bundle A and thermoplastic resin H (2) Thermoplastic resin A At this time, the inlet and outlet of the reinforcing fiber bundle A of the supply die 2 are preferably By installing a nozzle having a hole processed into the shape and size described above and passing the reinforcing fiber bundle A, the attached shape and amount of the applied thermoplastic resin A can be arbitrarily controlled. The composition ratio of the complex B is
Preferably, the amount of the thermoplastic resin A is 40 to 90 parts by weight based on 10 to 60 parts by weight of the reinforcing fiber bundle A. If the reinforcing fiber bundle A is less than 10 parts by weight, the reinforcing effect of a molded article using this molded article may be significantly reduced. If the reinforcing fiber bundle A exceeds 60 parts by weight, the scaffolding reinforced by the fibers becomes too small, and the physical properties of the molded product may be significantly reduced. More preferably, the reinforcing fiber bundle A is 15 to 50.
The amount of the thermoplastic resin A is 50 to 85 parts by weight with respect to the parts by weight.
【００２９】次に複合体Ｂを、直線上に配置された少な
くとも１つの含浸バー３に擦過させ、樹脂Ａの含浸の促
進を行う。含浸バー３の形状は、強化繊維束Ａの通過を
妨げない形状であれば特に限定されない。Next, the composite B is rubbed against at least one impregnating bar 3 arranged on a straight line to accelerate the impregnation of the resin A. The shape of the impregnation bar 3 is not particularly limited as long as the shape does not hinder the passage of the reinforcing fiber bundle A.
【００３０】ここで、含浸バー３を熱可塑性樹脂Ａの溶
融温度Ｔ±４０℃の範囲内に加熱することができる。溶
融温度Ｔ−４０℃を下回ると溶融した熱可塑性樹脂Ａが
強化繊維束Ａに冷却され、溶融粘度が増加し、含浸の効
率が悪化するため好ましくないことがある。溶融温度Ｔ
＋４０℃を上回ると付与した熱可塑性樹脂が急激に加熱
され熱分解を招き、樹脂の炭化による強化繊維束の融着
などが発生するため好ましくない。より好ましい含浸バ
ー３の加熱範囲としては熱可塑性樹脂の溶融温度Ｔ±２
０℃、更に好ましくは溶融温度Ｔ±１０℃である。Here, the impregnating bar 3 can be heated within the range of the melting temperature T ± 40 ° C. of the thermoplastic resin A. If the melting temperature is lower than T-40 ° C., the melted thermoplastic resin A is cooled by the reinforcing fiber bundle A, the melt viscosity increases, and the impregnation efficiency deteriorates, which may not be preferable. Melting temperature T
If the temperature exceeds + 40 ° C., the applied thermoplastic resin is rapidly heated to cause thermal decomposition, and the carbonization of the resin causes the fusion of the reinforcing fiber bundle, which is not preferable. A more preferable heating range of the impregnating bar 3 is a melting temperature T ± 2 of the thermoplastic resin.
0 ° C., more preferably the melting temperature T ± 10 ° C.
【００３１】ここで、含浸バー３のうちの少なくとも１
つを振動子４とし、複合体Ｂに接触させて張力を付加
し、複合体Ｂに振動を与えて更なる含浸を行う。このと
き付加する張力としては、１〜５０Ｎ／本の範囲が好ま
しい。張力が１Ｎ／本を下回ると熱可塑性樹脂Ａが強化
繊維束Ａに含浸せず、成形体にボイドが発生することが
ある。張力が５０Ｎ／本を上回ると、強化繊維束Ａに与
えるダメージが大きくなり、プロセス通過中に毛羽が発
生することがある。より好ましい張力は３〜４０Ｎ／本
であり、さらに好ましくは５〜３０Ｎ／本である。この
行程での振動子４の運動方式としては、特に限定されな
いが、図２に示すように複合体Ｂの走行面方向６に対し
て交差する水平方向と垂直方向の２方向７に、振動子４
を直線往復運動させる方式が簡便であり、好適である。Here, at least one of the impregnating bars 3
One is a vibrator 4, which is brought into contact with the composite B to apply tension, and vibrates the composite B to perform further impregnation. The tension applied at this time is preferably in the range of 1 to 50 N / piece. If the tension is less than 1 N / line, the thermoplastic resin A does not impregnate the reinforcing fiber bundle A, and voids may be generated in the molded product. When the tension exceeds 50 N / piece, damage to the reinforcing fiber bundle A increases, and fluff may be generated during passage through the process. More preferably, the tension is 3 to 40 N / line, and still more preferably 5 to 30 N / line. The method of motion of the vibrator 4 in this process is not particularly limited, but as shown in FIG. 4
Is simple and preferable.
【００３２】また、振動子４の振動波形パターンとして
は、往復する波形パターンとして一般的なものが使用で
きる。例としては正弦波、矩形波、鋸波などを挙げるこ
とができる。As a vibration waveform pattern of the vibrator 4, a general reciprocating waveform pattern can be used. Examples include sine waves, rectangular waves, sawtooth waves, and the like.
【００３３】振動子４の振動周波数および振幅は、接触
の状態、負荷張力、熱可塑性樹脂Ａや強化繊維束Ａの材
種により任意に選定できる。周波数の範囲としては１Ｈ
ｚ〜５ｋＨｚが好ましい。周波数が1Ｈｚを下回ると、
複合体Ｂの走行速度に対して振動子４の振動数が過小と
なる場合があり、複合体Ｂに振動が伝播しない領域が発
生して開繊効果が薄れ、含浸にムラが発生することがあ
る。また、周波数が５ｋＨｚを越えると、結果的に与え
る振幅が小さくなり、開繊効果及び熱可塑性樹脂Ａと強
化繊維束Ａを撹拌する力が失われ、含浸が促進されにく
いことがある。より好ましい振動子４の振動周波数の範
囲は１０Ｈｚ〜４ｋＨｚ、更に好ましくは２０Ｈｚ〜２
ｋＨｚである。The vibration frequency and amplitude of the vibrator 4 can be arbitrarily selected according to the state of contact, the applied tension, the material of the thermoplastic resin A or the reinforcing fiber bundle A. The frequency range is 1H
z to 5 kHz is preferred. When the frequency falls below 1Hz,
In some cases, the vibration frequency of the vibrator 4 becomes too low with respect to the traveling speed of the composite B, and a region where the vibration does not propagate occurs in the composite B, thereby weakening the fiber opening effect and causing unevenness in impregnation. is there. On the other hand, if the frequency exceeds 5 kHz, the resulting amplitude becomes small, and the fiber-spreading effect and the force for stirring the thermoplastic resin A and the reinforcing fiber bundle A are lost, so that the impregnation may not be easily promoted. A more preferable range of the vibration frequency of the vibrator 4 is 10 Hz to 4 kHz, and further preferably 20 Hz to 2 kHz.
kHz.
【００３４】複合体Ｂに付与する振幅の範囲は、好まし
くは０．５〜３０ｍｍである。振幅が０．１ｍｍを下回
ると、結果的に無振動と同等となり含浸促進効果が薄れ
る場合がある。３０ｍｍを越えると強化繊維束に与える
損傷が大きくなり、結果的に毛羽立ちや糸切れが発生す
る場合がある。より好ましい振動子４の振幅の範囲は
０．１〜２０ｍｍ、更に好ましくは０．５〜１０ｍｍで
ある。The range of the amplitude applied to the composite B is preferably 0.5 to 30 mm. If the amplitude is less than 0.1 mm, the vibration may be equivalent to no vibration, and the impregnation promoting effect may be weakened. If it exceeds 30 mm, the damage to the reinforcing fiber bundle is increased, and as a result, fluffing and yarn breakage may occur. A more preferable range of the amplitude of the vibrator 4 is 0.1 to 20 mm, and further preferably 0.5 to 10 mm.
【００３５】複合体Ｂを含浸バー３および振動子４に通
過させることにより、強化繊維束への熱可塑性樹脂Ａの
含浸が十分になされた、目的の成形体Ｃを得る。The composite B is passed through the impregnating bar 3 and the vibrator 4 to obtain the desired molded product C in which the reinforcing fiber bundle is sufficiently impregnated with the thermoplastic resin A.
【００３６】かくして成形体Ｃは、巻取ロール５により
連続的にボビンに巻取られる。巻取速度が低速である方
が走行速度が低速になるので熱可塑性樹脂Ａの強化繊維
束への含浸が容易になる。ただし、強化繊維束の走行速
度は成形体Ｃの生産性における律速段階となるため、走
行速度と含浸性のバランスを考える必要がある。その点
から１５〜５０分／ｍであることが好ましく、２０〜５
０ｍ／分であることが、含浸性と生産性を両立するため
にはさらに好ましい。また、巻取りの際、該成形体が巻
取ロール５の巻取用ニップローラ等へ融着する場合があ
るため、成形体Ｃをボビンに巻取る直前に、空冷や水冷
により成形体Ｃの冷却を行うことが好ましい。なお、上
記に例示した工程によって得られる成形体Ｃの長手方向
の断面形状としては特に限定されない。Thus, the compact C is continuously wound on the bobbin by the winding roll 5. The lower the winding speed is, the lower the running speed is, so that it is easy to impregnate the reinforcing fiber bundle with the thermoplastic resin A. However, since the traveling speed of the reinforcing fiber bundle is a rate-determining step in the productivity of the molded product C, it is necessary to consider a balance between the traveling speed and the impregnation. From that point, it is preferably 15 to 50 min / m, and preferably 20 to 5 min / m.
0 m / min is more preferable in order to achieve both impregnation and productivity. Further, at the time of winding, the formed body may be fused to a winding nip roller of the winding roll 5 or the like, so that the formed body C is cooled by air cooling or water cooling immediately before winding the formed body C onto a bobbin. Is preferably performed. In addition, the cross-sectional shape in the longitudinal direction of the molded body C obtained by the above-exemplified steps is not particularly limited.
【００３７】図３に、上記工程によって得られた成形体
Ｃの断面形状を示す。また、好ましくは成形体Ｃの幅ｄ
ｍｍと厚みｔｍｍの比である縦横比ｄ／ｔが１〜５０の
範囲内であると、ボビンに巻取りやすいなど取扱いの面
から非常に好適である。さらに好ましい範囲は縦横比ｄ
／ｔが１〜３０の範囲内である。FIG. 3 shows a cross-sectional shape of the compact C obtained by the above process. Also, preferably, the width d of the molded body C
When the aspect ratio d / t, which is the ratio of mm to the thickness tmm, is in the range of 1 to 50, it is very suitable from the viewpoint of handling such as easy winding on a bobbin. A more preferable range is the aspect ratio d.
/ T is in the range of 1 to 30.
【００３８】上記に例示した工程によって得られる成形
体Ｃにおいて、強化繊維束に熱可塑性樹脂Ａが完全に含
浸されている状態が望ましいが、現実的には多少のボイ
ドが含まれるため、非常に困難である。すなわち成形体
Ｃのボイド率が６０％を越えると、成形体Ｃを用いてな
る成形品中にボイドが多く発生し、成形品物性を低下さ
せる場合があるため、成形体Ｃ中に含まれるボイド率は
０〜６０％の範囲内が好ましい。更に好ましくは０〜５
５％である。It is desirable that the reinforcing fiber bundle is completely impregnated with the thermoplastic resin A in the molded article C obtained by the above-exemplified process. However, since the molded article C actually contains some voids, Have difficulty. That is, if the void ratio of the molded article C exceeds 60%, many voids are generated in the molded article using the molded article C, and the physical properties of the molded article may be deteriorated. The rate is preferably in the range of 0 to 60%. More preferably, 0 to 5
5%.
【００３９】上記に例示した工程によって得られる成形
体Ｃを巻取る際、作製した成形体Ｃを複数本一方向に引
き揃えて加熱・融着させることによりシート状の成形体
を作製することもできる。この工程により作製されたシ
ート状成形体は、従来法で作製されたシート状成形体と
比較すると含浸性に優れている。そのため、このシート
状成形体を用いてなる成形品のボイド率を低めることが
でき、成形品外観や力学的特性を向上させることができ
る。When winding the compact C obtained by the steps exemplified above, a plurality of compacts C may be drawn in one direction and heated and fused to form a sheet-like compact. it can. The sheet-like molded body produced by this step is superior in impregnation to a sheet-like molded body produced by a conventional method. Therefore, the void ratio of a molded article using this sheet-shaped molded article can be reduced, and the appearance and mechanical properties of the molded article can be improved.
【００４０】上記に例示した工程によって得られる成形
体Ｃを、少なくとも１〜５０ｍｍの範囲内で一定間隔に
カットし不連続な繊維強化樹脂成形体を生成して使用す
る成形法、例えば射出成形やプレス成形に対応させて好
ましいものとすることができる。この場合、切断長が１
ｍｍに満たないと成形品中の強化繊維束としての繊維長
が短くなり繊維補強効果が低下することがある。また、
切断長が５０ｍｍを越えると成形性や、成形体の取り扱
い性が低下することがある。好ましくは２〜４０ｍｍ、
最も好ましくは２〜３０ｍｍである。The molding C obtained by the above exemplified process is cut at regular intervals within a range of at least 1 to 50 mm to produce a discontinuous fiber-reinforced resin molding and used, for example, injection molding, It can be made preferable in correspondence with press molding. In this case, the cutting length is 1
If it is less than mm, the fiber length as a reinforcing fiber bundle in the molded product may be short, and the fiber reinforcing effect may be reduced. Also,
If the cutting length exceeds 50 mm, the moldability and the handleability of the molded body may decrease. Preferably 2-40 mm,
Most preferably, it is 2 to 30 mm.
【００４１】なお、本発明の製造方法により得られる繊
維強化樹脂成形体には、難燃剤、耐候性改良剤、その他
酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、
着色剤、相溶化剤、充填剤、導電性フィラー、カーボン
ブラック等を適宜添加しておくことができる。また、こ
れら２種以上の混合体を添加してもよい。The fiber-reinforced resin molded product obtained by the production method of the present invention contains a flame retardant, a weather resistance improver, other antioxidants, a heat stabilizer, an ultraviolet absorber, a plasticizer, a lubricant,
Coloring agents, compatibilizers, fillers, conductive fillers, carbon black, and the like can be appropriately added. Further, a mixture of two or more of these may be added.
【００４２】本発明の製造方法により得られる繊維強化
樹脂成形体は、通常の成形法により最終的な形状の製品
に加工できる。成形方法としては例えば、フィラメント
ワインディング成形、プレス成形、射出成形、及びこれ
らの組合せ等が挙げられる。The fiber-reinforced resin molded product obtained by the production method of the present invention can be processed into a final product by a usual molding method. Examples of the molding method include filament winding molding, press molding, injection molding, and combinations thereof.
【００４３】以上に述べた本発明の製造方法によって得
られる成形品としては、例えば、高強度中空パイプ、シ
リンダーヘッドカバー、ベアリングリテーナ、インテー
クマニホールド、ペダル等の自動車部品、モンキー、レ
ンチ等の工具類、電子機器の筐体等が挙げられる。Examples of the molded article obtained by the above-described production method of the present invention include automobile parts such as high-strength hollow pipes, cylinder head covers, bearing retainers, intake manifolds, pedals, etc., tools such as monkeys, wrenches, etc. Examples include a housing of an electronic device.
【００４４】[0044]
【実施例及び比較例】以下、本発明の実施例を説明す
る。 （実施例１）強化繊維束Ａとして、炭素繊維束（炭素繊
維本数１２，０００本、炭素繊維繊度０．６デニール）
を用い、直径４０ｍｍの単軸押出機の先端に設置された
電線被覆法用のコーティングダイ中を通過させ、押出機
からダイ中に２５０℃で溶融させた熱可塑性樹脂Ａであ
るナイロン６樹脂（東レ（株）製"アミラン"ＣＭ１００
１、溶融温度２２０℃）を吐出させ、強化繊維束Ａの周
囲を連続的に被覆して複合体Ｂを得た。Examples and Comparative Examples Hereinafter, examples of the present invention will be described. (Example 1) A carbon fiber bundle (12,000 carbon fibers, carbon fiber fineness 0.6 denier) as the reinforcing fiber bundle A
Nylon 6 resin, which is a thermoplastic resin A melted at 250 ° C. from an extruder into a die by passing through a coating die for a wire coating method installed at the tip of a single screw extruder having a diameter of 40 mm. "Amilan" CM100 manufactured by Toray Industries, Inc.
1, a melting temperature of 220 ° C.), and the periphery of the reinforcing fiber bundle A was continuously covered to obtain a composite B.
【００４５】次に前記複合体Ｂを一直線上に配置された
含浸ロール３の上下を交互に通過させ、複合体Ｂを扁平
に賦形し、成形体Ｃを得た。ここで含浸ロールの１つを
振動子４として繊維束走行方向と交差する方向に振動さ
せた。含浸ロール３および振動子４の表面温度は２５０
℃であった。このときの振動子の振動周波数は５０Ｈｚ
であった。また、このときの巻取速度は３０ｍ／分であ
った。この実験で得られた成形体のボイド率は５３％で
あった。 （実施例２）熱可塑性樹脂Ｈとして、テルペンフェノー
ル樹脂（単環式モノテルペンとフェノールの付加物を加
熱溶融させ、３００℃に加熱された炭素繊維束（炭素繊
維本数１２，０００本、炭素繊維繊度０．６デニール）
上に単位長さあたり一定量塗布した後、テルペンフェノ
ール樹脂を炭素繊維束内部まで含浸させ、強化繊維束Ａ
と熱可塑性樹脂Ｈとの複合体を得た。この段階で、該複
合体に対する熱可塑性樹脂Ｈの重量部は５重量部であっ
た。しかる後に直径４０ｍｍの単軸押出機の先端に設置
された電線被覆法用のコーティングダイ中を通過させ、
押出機からダイ中に２５０℃で溶融させた熱可塑性樹脂
Ａであるナイロン６樹脂（東レ（株）製"アミラン"ＣＭ
１００１、溶融温度２２０℃）を吐出させ、該複合体の
周囲を連続的に被覆して複合体Ｂを得た。Next, the composite B was passed alternately over the impregnating rolls 3 arranged in a straight line, and the composite B was shaped flat to obtain a compact C. Here, one of the impregnating rolls was vibrated as a vibrator 4 in a direction intersecting the running direction of the fiber bundle. The surface temperature of the impregnating roll 3 and the vibrator 4 is 250
° C. The vibration frequency of the vibrator at this time is 50 Hz
Met. The winding speed at this time was 30 m / min. The molded article obtained in this experiment had a void ratio of 53%. (Example 2) As the thermoplastic resin H, a terpene phenolic resin (a carbon fiber bundle heated to 300 ° C by heating and melting an adduct of a monocyclic monoterpene and phenol (12,000 carbon fibers, carbon fibers Fineness 0.6 denier)
After applying a fixed amount per unit length on the top, the carbon fiber bundle is impregnated with the terpene phenol resin to the inside, and the reinforcing fiber bundle A
And a thermoplastic resin H were obtained. At this stage, 5 parts by weight of the thermoplastic resin H relative to the composite was 5 parts by weight. Then, it is passed through a coating die for the wire coating method installed at the tip of a single-screw extruder having a diameter of 40 mm,
Nylon 6 resin which is a thermoplastic resin A melted at 250 ° C. in a die from an extruder (“Amilan” CM manufactured by Toray Industries, Inc.)
1001, a melting temperature of 220 ° C.) and the periphery of the composite was continuously covered to obtain a composite B.
【００４６】次に前記複合体Ｂを一直線上に配置された
含浸ロール３の上下を交互に通過させ、複合体Ｂを扁平
に賦形し、成形体Ｃを得た。ここで含浸ロールの１つを
振動子４として繊維束走行方向と交差する方向に振動さ
せた。含浸ロール３および振動子４の表面温度は２５０
℃であった。このときの振動子の振動周波数は５０Ｈｚ
であった。また、このときの巻取速度は３０ｍ／分であ
った。この実験で得られた成形体のボイド率は６％であ
った。 （比較例１）強化繊維束Ａとして、炭素繊維束（炭素繊
維本数１２，０００本、炭素繊維繊度０．６デニール）
を用い、直径４０ｍｍの単軸押出機の先端に設置された
電線被覆法用のコーティングダイ中を通過させ、押出機
からダイ中に２５０℃で溶融させた熱可塑性樹脂Ａであ
るナイロン６樹脂（東レ（株）製"アミラン"ＣＭ１００
１、溶融温度２２０℃）を吐出させ、強化繊維束Ａの周
囲を連続的に被覆して複合体Ｂを得た。Next, the composite B was passed alternately over the impregnating rolls 3 arranged in a straight line, and the composite B was shaped flat to obtain a compact C. Here, one of the impregnating rolls was vibrated as a vibrator 4 in a direction intersecting the running direction of the fiber bundle. The surface temperature of the impregnating roll 3 and the vibrator 4 is 250
° C. The vibration frequency of the vibrator at this time is 50 Hz
Met. The winding speed at this time was 30 m / min. The molded article obtained in this experiment had a void ratio of 6%. (Comparative Example 1) Carbon fiber bundle (12,000 carbon fibers, carbon fiber fineness: 0.6 denier) as reinforcing fiber bundle A
Nylon 6 resin, which is a thermoplastic resin A melted at 250 ° C. from an extruder into a die by passing through a coating die for a wire coating method installed at the tip of a single screw extruder having a diameter of 40 mm. "Amilan" CM100 manufactured by Toray Industries, Inc.
1, a melting temperature of 220 ° C.), and the periphery of the reinforcing fiber bundle A was continuously covered to obtain a composite B.
【００４７】次に前記複合体Ｂを、一直線上に配置され
た含浸ロール３の上下を交互に通過させ、複合体Ｂを扁
平に賦形し、成形体Ｃを得た。ここで含浸ロールの１つ
を振動子４として繊維束走行方向と交差する方向に振動
させた。含浸ロール３および振動子４の表面温度は１８
０℃であった。このときの振動子の振動周波数は５０ｋ
Ｈｚであった。また、このときの巻取速度は３０ｍ／分
であった。この実験では、熱可塑性樹脂Ａが複合体Ｂか
ら剥離し、成形体Ｃを作製することができなかった。 （比較例２）強化繊維束Ａとして、炭素繊維束（炭素繊
維本数１２，０００本、炭素繊維繊度０．６デニール）
を用い、直径４０ｍｍの単軸押出機の先端に設置された
電線被覆法用のコーティングダイ中を通過させ、押出機
からダイ中に２５０℃で溶融させた熱可塑性樹脂Ａであ
るナイロン６樹脂（東レ（株）製"アミラン"ＣＭ１００
１、溶融温度２２０℃）を吐出させ、強化繊維束Ａの周
囲を連続的に被覆して複合体Ｂを得た。Next, the composite B was passed alternately over the impregnating rolls 3 arranged in a straight line, and the composite B was shaped flat to obtain a molded product C. Here, one of the impregnating rolls was vibrated as a vibrator 4 in a direction crossing the fiber bundle running direction. The surface temperature of the impregnating roll 3 and the vibrator 4 is 18
It was 0 ° C. The vibration frequency of the vibrator at this time is 50k
Hz. The winding speed at this time was 30 m / min. In this experiment, the thermoplastic resin A was separated from the composite B, and the molded body C could not be produced. (Comparative Example 2) As a reinforcing fiber bundle A, a carbon fiber bundle (12,000 carbon fibers, carbon fiber fineness: 0.6 denier)
Nylon 6 resin, which is a thermoplastic resin A melted at 250 ° C. from an extruder into a die by passing through a coating die for a wire coating method installed at the tip of a single screw extruder having a diameter of 40 mm. "Amilan" CM100 manufactured by Toray Industries, Inc.
1, a melting temperature of 220 ° C.), and the periphery of the reinforcing fiber bundle A was continuously covered to obtain a composite B.
【００４８】次に前記複合体Ｂを、一直線上に配置され
た含浸ロール３の上下を交互に通過させ、複合体Ｂを扁
平に賦形し、成形体Ｃを得た。含浸ロール３の表面温度
は２５０℃であった。また、このときの巻取速度は３０
ｍ／分であった。このときは複合体Ｂに振動を与えなか
った。この実験で得られた成形体のボイド率は７１％で
あった。 （比較例３）強化繊維束Ａとして、炭素繊維束（炭素繊
維本数１２，０００本、炭素繊維繊度０．６デニール）
を用い、直径４０ｍｍの単軸押出機の先端に設置された
電線被覆法用のコーティングダイ中を通過させ、押出機
からダイ中に２５０℃で溶融させた熱可塑性樹脂Ａであ
るナイロン６樹脂（東レ（株）製"アミラン"ＣＭ１００
１、溶融温度２２０℃）を吐出させ、強化繊維束Ａの周
囲を連続的に被覆して複合体Ｂを得た。Next, the composite B was passed alternately over the impregnating rolls 3 arranged in a straight line, and the composite B was flattened to obtain a compact C. The surface temperature of the impregnation roll 3 was 250 ° C. The winding speed at this time is 30
m / min. At this time, no vibration was applied to the composite B. The void ratio of the molded product obtained in this experiment was 71%. (Comparative Example 3) As the reinforcing fiber bundle A, a carbon fiber bundle (12,000 carbon fibers, carbon fiber fineness: 0.6 denier)
Nylon 6 resin, which is a thermoplastic resin A melted at 250 ° C. from an extruder into a die by passing through a coating die for a wire coating method installed at the tip of a single screw extruder having a diameter of 40 mm. "Amilan" CM100 manufactured by Toray Industries, Inc.
1, a melting temperature of 220 ° C.), and the periphery of the reinforcing fiber bundle A was continuously covered to obtain a composite B.
【００４９】次に前記複合体Ｂを、一直線上に配置され
た含浸ロール３の上下を交互に通過させ、複合体Ｂを扁
平に賦形し、成形体Ｃを得た。ここで含浸ロールの１つ
を振動子４として繊維束走行方向と交差する方向に振動
させた。含浸ロール３および振動子４の表面温度は２５
０℃であった。このときの振動子の振動周波数は６ｋＨ
ｚであった。また、このときの巻取速度は３０m／分で
あった。この実験で得られた成形体のボイド率は７０％
であった。Next, the composite B was passed alternately over the impregnating rolls 3 arranged in a straight line, and the composite B was shaped flat to obtain a molded product C. Here, one of the impregnating rolls was vibrated as a vibrator 4 in a direction crossing the fiber bundle running direction. The surface temperature of the impregnating roll 3 and the vibrator 4 is 25
It was 0 ° C. The vibration frequency of the vibrator at this time is 6 kHz.
z. The winding speed at this time was 30 m / min. The void fraction of the molded product obtained in this experiment was 70%.
Met.
【００５０】以上をまとめたのが次の表１である。Table 1 summarizes the above.
【００５１】[0051]
【表１】 [Table 1]
【００５２】上記実施例、比較例及び表１の検討の結
果、以下のことが明らかとなった。 （１）振動子４を熱可塑性樹脂Ａの溶融温度Ｔ±４０℃
に加熱しなかった場合、成形体Ｃの引取が不可能だっ
た。 （２）振動子４により複合体Ｂに振動周波数が５０Ｈｚ
の振動を与えた場合、振動を与えない場合と比較してボ
イド率が１８％減少し、含浸性が向上した。 （３）振動子４により複合体Ｂに振動周波数が６ｋＨｚ
の振動を与えた場合、振動を与えない場合と比較しても
ボイド率はほぼ改善されず、含浸性も大差なかった。 （４）強化繊維束Ａに熱可塑性樹脂Ｈを含浸させた後に
熱可塑性樹脂Ａを付与し、振動子４により複合体Ｂに振
動を与えた場合、熱可塑性樹脂Ｈを使用しない場合と比
較してボイド率が４７％減少し、含浸性が大きく向上し
た。As a result of the examination of the above Examples, Comparative Examples and Table 1, the following became clear. (1) The vibrator 4 is heated at a melting temperature T ± 40 ° C. of the thermoplastic resin A.
, It was impossible to take off the molded body C. (2) The vibration frequency of the composite B is 50 Hz by the vibrator 4
When the vibration was given, the void ratio was reduced by 18% as compared with the case where no vibration was given, and the impregnation property was improved. (3) The vibration frequency of the complex B is 6 kHz by the vibrator 4.
When the vibration was applied, the void ratio was not substantially improved even when no vibration was applied, and the impregnation was not much different. (4) When the thermoplastic resin A is applied after the reinforcing fiber bundle A is impregnated with the thermoplastic resin H, and the composite B is vibrated by the vibrator 4, as compared with the case where the thermoplastic resin H is not used. As a result, the void ratio was reduced by 47%, and the impregnation property was greatly improved.
【００５３】[0053]
【発明の効果】本発明は、連続した強化繊維束を熱可塑
性樹脂Ａを付与した後、樹脂の溶融温度Ｔ±４０℃の範
囲内に加熱した振動子を直接接触させるとともに、振動
周波数が１Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲内で振動させ、強化繊
維束中への熱可塑性樹脂の含浸を促進させる製造方法と
してので、従来技術のように繊維束を大幅に開繊した
り、繊維束が損傷を受けるほどしごいたりすることな
く、従来技術よりもマイルドな張力負荷で十分な樹脂含
浸が達成された繊維強化樹脂成形体を得ることが可能に
なった。また、毛羽立ちや糸切れを減少させることがで
き、さらには成形体の生産性の律速段階となる繊維束走
行速度を著しく高めることができた。According to the present invention, a continuous reinforcing fiber bundle is provided with a thermoplastic resin A, and then a vibrator heated within a melting temperature T ± 40 ° C. of the resin is brought into direct contact with the vibrating frequency 1 Hz. As a manufacturing method of vibrating in the range of ~ 5 kHz to promote the impregnation of the thermoplastic resin into the reinforcing fiber bundle, the fiber bundle is greatly opened as in the related art, or the fiber bundle is damaged. It has become possible to obtain a fiber-reinforced resin molded product in which sufficient resin impregnation has been achieved with a milder tension load than in the prior art, without being stiff. In addition, fluffing and yarn breakage could be reduced, and the running speed of the fiber bundle, which was the rate-determining step in the productivity of the molded product, could be significantly increased.
【図１】本発明に係る製造方法に用いられる製造装置の
概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view of a manufacturing apparatus used in a manufacturing method according to the present invention.
【図２】本発明に係る振動子の運動方向の一実施例を示
した概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing one embodiment of a motion direction of a vibrator according to the present invention.
【図３】本発明により生成される連続繊維強化熱可塑性
成形体の概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a continuous fiber reinforced thermoplastic molded article produced according to the present invention.
Ａ： 強化繊維束Ａ Ｂ： 複合体Ｂ Ｃ： 成形体Ｃ １： 強化繊維束Ａの巻取パッケージ ２： 熱可塑性樹脂Ａの供給ダイ ３： 含浸バー ４： 振動子 ５： 巻取ロール ６： 複合体Ｂの走行方向 ７： 複合体Ｂの走行方向に対して垂直方向 ８： 熱可塑性樹脂Ａ、もしくは熱可塑性樹脂Ａと熱可
塑性樹脂Ｈの複合 体A: Reinforcing fiber bundle A B: Composite B C: Molded product C 1: Winding package of reinforcing fiber bundle A 2: Supply die of thermoplastic resin A 3: Impregnation bar 4: Vibrator 5: Winding roll 6: The traveling direction of the composite B 7: The direction perpendicular to the traveling direction of the composite B 8: The thermoplastic resin A or the composite of the thermoplastic resin A and the thermoplastic resin H
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Claims (9)
に熱可塑性樹脂を含浸させて繊維強化樹脂成形体を製造
する方法において、（Ａ）強化繊維束に熱可塑性樹脂を
付与した後に、（Ｂ）強化繊維束に、熱可塑性樹脂の溶
融温度Ｔ±４０℃の範囲内に加熱した少なくとも一つの
振動子を直接接触させると共に、（Ｃ）振動周波数が１
Ｈｚ〜５ｋＨｚの範囲内で前記振動子を振動させること
により、強化繊維束に前記熱可塑性樹脂の含浸を促進さ
せることを特徴とする繊維強化樹脂成形体の製造方法。1. A method for producing a fiber-reinforced resin molded article by impregnating a thermoplastic resin into a fiber bundle while taking over a continuous reinforcing fiber bundle, the method comprising: (A) applying a thermoplastic resin to the reinforcing fiber bundle; (B) At least one vibrator heated within the range of the melting temperature T ± 40 ° C. of the thermoplastic resin is brought into direct contact with the reinforcing fiber bundle, and (C) the vibration frequency is 1
A method for producing a fiber-reinforced resin molded body, characterized in that the vibrator is vibrated in the range of Hz to 5 kHz to thereby accelerate the impregnation of the reinforcing fiber bundle with the thermoplastic resin.
の走行速度で引き取ることを特徴とする請求項１に記載
の繊維強化樹脂成形体の製造方法。2. The method for producing a fiber-reinforced resin molded product according to claim 1, wherein the reinforcing fiber bundle is taken at a traveling speed in a range of 15 to 50 m / min.
引き取り張力で振動子に擦過させることを特徴とする請
求項１または２に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方
法。3. The method for producing a fiber-reinforced resin molded product according to claim 1, wherein the reinforcing fiber bundle is rubbed against the vibrator with a take-up tension in a range of 1 to 50 N / piece.
幅で振動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。4. The method for producing a fiber-reinforced resin molded product according to claim 1, wherein the vibrator is vibrated at an amplitude within a range of 0.5 to 30 mm.
塑性樹脂の溶融温度Ｔ±４０℃の範囲内に加熱すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化
樹脂成形体の製造方法。5. The fiber reinforcement according to claim 1, wherein the reinforcing fiber bundle is heated to a temperature within a range of a melting temperature T ± 40 ° C. of the thermoplastic resin before applying the resin. A method for manufacturing a resin molded body.
ｔｍｍとの比である縦横比（ｄ／ｔ）が１〜５０の範囲
内に設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか
に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。6. The method according to claim 1, wherein an aspect ratio (d / t), which is a ratio of a width dmm of a cross section in a longitudinal direction of the molded body to a thickness tmm, is set in a range of 1 to 50. The method for producing a fiber-reinforced resin molded article according to any one of the above.
であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
の繊維強化樹脂成形体の製造方法。7. The method for producing a fiber-reinforced resin molded product according to claim 1, wherein a void ratio of the molded product is in a range of 0 to 60%.
樹脂成形体を複数本束ね、シート状の成形体にすること
を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化
樹脂成形体の製造方法。8. The fiber-reinforced resin according to claim 1, wherein after applying the resin, a plurality of the obtained fiber-reinforced resin moldings are bundled to form a sheet-like molding. A method for producing a molded article.
あることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の
繊維強化樹脂成形体の製造方法。9. The method for producing a fiber-reinforced resin molded article according to claim 1, wherein the fibers constituting the reinforcing fiber bundle are carbon fibers.
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