JP2014019141A - プリプレグ製造装置及びプリプレグ製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】連続的に定量供給されるマトリクス樹脂粉体30に空気を混合して供給管32の後側から高圧で押し込み、その供給管32内でマトリクス樹脂粉体30を空気とともに帯電させた後、供給管32の先端口32aから、底面37cに設けられた複数の穴を介して上昇する風が送り込まれているチャンバー37内に投入してマトリクス樹脂粉体30を浮遊させ、マトリクス樹脂粉体30を、チャンバー37の前面37aに設けられた複数の吐出穴から吐出させ、チャンバー37の前面37aとシート状繊維基材50の間に設けられた導電性網状物39に高圧電圧がかけられることによりグランド接続されたシート状繊維基材50との間に電界がかけられてなるシート状繊維基材50に付着させる。
【選択図】図1
Description
溶融法では溶融時の粘度が高いため、含浸がうまくいかなく、塗布ムラも生ずる
また、溶剤法では樹脂を有機溶剤で溶かすため、乾燥時における大気汚染等の問題があり、溶剤に溶かせる樹脂の種類は限られている。フイルムスタッキング法ではフイルムとシート状繊維基材の含浸距離が長いため、十分に含浸ができない。
そのため、適用できる樹脂種類が多く、含浸距離が短く、大気汚染を生じない手法として樹脂粉体を帯電させた状態でシート状繊維基材に付着させてプリプレグを製造する方法が開示されている(例えば、特許文献1,2参照)。
そして空気と粉体17を混合してなる固気二相流を加速容器12の先端部に形成された穴18から、チャンバー19内において連続的に引き上げられる炭素繊維織物20に向けて吐出することで、帯電させた粉体17を炭素繊維織物20に付着させてプリプレグを製造するものである。
また逆に、空気と粉体17を混合してなる固気二相流の流速を遅くした場合には、加速容器12の底部に粉体17が落下して少しずつ堆積していくため、これにより加速容器12内の面積がさらに狭くなりかえって流速が速くなってしまう。
その上、従来例は、空気をまず、帯電させた後にその帯電された空気を粉体17にぶつけることにより粉体17を間接的に帯電させるものであるため直接的に粉体17を帯電させる場合と比較して帯電効率が悪いといった問題もある。
前記マトリクス樹脂粉体(30)を連続的に定量供給するフィーダー(31)と、略水平に延びる供給管(32)と、前記フィーダー(31)により供給される前記マトリクス樹脂粉体(30)に空気を混合して前記供給管(32)の後側から高圧で押し込むエアー供給装置(33,34,35)と、前記供給管(32)に設けられ前記マトリクス樹脂粉体(30)を空気とともに帯電させる帯電器(36)と、前記供給管(32)の先端口(32a)が後面(37b)に挿入され、底面(37c)に複数の穴が設けられるとともに前面(37a)には複数の吐出穴が設けられたチャンバー(37)と、前記チャンバー(37)の底面(37c)に設けられた複数の穴を介してチャンバー(37)内に風を送り前記マトリクス樹脂粉体(30)を浮遊させるブロワー(38)と、前記チャンバー(37)の前面(37a)と前記シート状繊維基材(50)の間に設けられるとともに、高圧電圧がかけられグランド接続された前記シート状繊維基材(50)との間に電界がかけられた導電性網状物(39)を備え、
前記チャンバー(37)の吐出穴から吐出される前記マトリクス樹脂粉体(30)を、前記シート状繊維基材(50)に付着させるようにしたことを特徴とする。
連続的に定量供給される前記マトリクス樹脂粉体(30)に空気を混合して供給管(32)の後側から高圧で押し込み、その供給管(32)内で前記マトリクス樹脂粉体(30)を空気とともに帯電させた後、前記供給管(32)の先端口(32a)から、底面(37c)に設けられた複数の穴を介して上昇する風が送り込まれているチャンバー(37)内に投入して前記マトリクス樹脂粉体(30)を浮遊させ、前記マトリクス樹脂粉体(30)を、前記チャンバー(37)の前面(37a)に設けられた複数の吐出穴から吐出させ、前記チャンバー(37)の前面(37a)と前記シート状繊維基材(50)の間に設けられた導電性網状物(39)に高圧電圧がかけられることによりグランド接続された前記シート状繊維基材(50)との間に電界がかけられてなる前記シート状繊維基材(50)に付着させるようにしたことを特徴とする。
そして、本発明は帯電させられた空気とマトリクス樹脂粉体からなる固気二相流を供給管から吐出して速い流速の状態でシート状繊維基材に当接させるものではなく、固気二相流を供給管よりも開口面積の広いチャンバー内に一旦送り込むことでチャンバー内で固気二相流の流速を遅くしてその後にシート状繊維基材と導電性網状物の間にかけられた高圧電界に送り込むようにしたので、従来例で示したように、マトリクス樹脂粉体が静電力の作用で炭素繊維織物などのシート状繊維基材に対して吸引される力よりも樹脂粉体の流速による慣性力のほうがかなり大きくなることはない。
これにより、従来例で示したように、マトリクス樹脂粉体がシート状繊維基材に当接するが付着せずに跳ね返ってしまうことはなく、本発明では、マトリクス樹脂粉体はシート状繊維基材に均一に付着して品質性能に優れたプリプレグが得られる。
図1は、本発明の実施形態に係るプリプレグ製造装置の構成概要を示し、図2乃至図5は、図1に示す装置構成の要部をそれぞれ示したものである。
なお、マトリクス樹脂粉体30としては、一般的にPA6,PA11,PA66,PPS,PBT,PET,PEEK,PEKK,PSU,PES,PAI,PET,PC等熱可塑性樹脂が使用されるがフェノール樹脂等の熱硬化樹脂や天然樹脂などであってもよい。また、シート状繊維基材は炭素繊維系以外の金属繊維やアルミ蒸着されたガラス繊維等の導電性を持つものからなるものであってもよい。
また、空気増倍器34の底部、すなわち、供給管32との接続位置の直前には、図3に示すように、複数のスリットノズル344が設けられ、それら複数のスリットノズル344を通過することで固気二相流を均一な流れとしている。
これにより、フィーダー31により供給されるマトリクス樹脂粉体30に空気が混合されてなる固気二相流が高圧で供給管32に対して押し込まれ、第一ブロワー35で発生した空気と混合される。なお、第一ブロワー35から送られる風も複数のスリットノズル351を通過したものである。このとき、空気増倍器34側から供給管32の途中位置に送られる固気二相流の空気圧は、供給管32の後側に配置され、供給管32の後側から前側に向かって風を送る第一ブロワー35による空気圧に比較して大きく、第一ブロワー35からの空気の流れに空気増倍器34側から送られる固気二相流が叩き込まれるようにしている。
分散混合部41を構成する円柱41aは、供給管32の延びる方向に略垂直の方向(図4の紙面に直交する表裏方向)に対して延びるものであり、供給管32を流れる固気二相流を均一に分散させて、しかも凝集したマトリクス樹脂粉体30を砕いてバラバラにする。これにより、固気二相流は空気とマトリクス樹脂粉体30とがより均一に混合させてなるものとなる。また、固定二相流は隣接する円柱41a間の狭くなった流路を通過することにより流速は非常に速くなる。
帯電器36は、マトリクス樹脂粉体30を空気とともにマイナス(逆にプラスでもよい)に帯電させるもので、例えば、(株)増田研究所社製の「ボクサーチャージャー(BCS−70)」などが使用され、高い電荷量がマトリクス樹脂粉体30に与えられる。帯電させられたマトリクス樹脂粉体30の帯電器36の荷電部の壁面に付着することなく供給管32の下流側に送られる。
また、筺体部37内には、図5に示すような、整流格子42が設けられている。整流格子42は、絶縁体で構成されたハニカム構造で、固定二相流に渦流や旋回流が生じることを抑制して整流化を図っている。
図2に示したように、二軸フィーダー31から空気増倍器34のダクト341上部からマトリクス樹脂粉体30が連続的に定量供給されると、コンプレッサ33から高圧空気が入力されコアンダ効果によって流速を高めつつ多量の空気を取り込むエアマルチプライヤー342のはたらきによって、マトリクス樹脂粉体30は空気と混合された固定二相流として供給管32側に向って送られる。
このとき、供給管32にはその後側から前側に向かって第一ブロワー35からの風が送られているが、その風の空気圧よりも空気増倍器34側から供給管32の途中位置に送られる固気二相流の空気圧の方が大きく、第一ブロワー35からの空気の流れに空気増倍器34側からの固気二相流が叩き込まれて供給管32の前側に送られる。
次に固気二相流は、供給管32内に設けられた帯電器36によってマトリクス樹脂粉体30と空気がともにマイナスに帯電させられた後に、供給管32の先端口32aから筺体部37内に投入される。
筺体部37内のマトリクス樹脂粉体30はマイナスに帯電されているため互いに斥力を生じて反発しながら均一に分散しながら筺体部37の前面37a側に進んでいくが、その途中に設けられた整流格子42を通過することで渦流や旋回流が除去され整流化され、さらに筺体部37の前面37a側に進んでいく。このとき、筺体部37の底面37cからは整流格子42を挟んで前側及び後側のいずれからも上昇する風が送り込まれているので、マトリクス樹脂粉体30は浮遊状態で導電性網状物39の網の目から吐出される。
そして、帯電させられた空気とマトリクス樹脂粉体30からなる固気二相流を供給管32から吐出して速い流速の状態で炭素繊維織物50に当接させるものではなく、固気二相流を供給管32よりも開口面積の広い筺体部37内に一旦送り込むことで筺体部37内で固気二相流の流速を遅くしてその後に炭素繊維織物50と導電性網状物39の間にかけられた高圧電界に送り込むようにしたので、従来例で示したように、樹脂粉体が静電力の作用で炭素繊維織物に対して吸引される力よりも樹脂粉体の流速による慣性力のほうがかなり大きくなることはない。
これにより、従来例で示したように、マトリクス樹脂粉体30が炭素繊維織物50に当接するが付着せずに跳ね返ってしまうことはなく、炭素繊維織物50に均一に付着して品質性能に優れたプリプレグが得られる。
図6は、整流格子42を筺体部37内に離間させて二つ設けた例を示している。また、整流格子42を設ける位置も様々考えることができ、図6に示す整流格子42Bのように、筺体部37の底面37cから第二ブロワー38から送られる風の影響を受けないような筺体部37内の前側に配置することもできる。
また、導電性網状物39を筺体部37の前面37aに設けたが、筺体部37の前面37aにマトリクス樹脂粉体30を吐出させるための複数の吐出穴を設けるとともに導電性網状物39を筺体部37の前面37aから離間した位置に設けるようにしてもよい。
また、本発明の実施形態では、分散混合部41及び整流格子42を設けて固気二相流の均一化を一層図るようにしたが省略することも可能であり、また、空気増倍器34の底部に複数のスリットノズル344を設けることで固気二相流を一層均一な流れとしたがこれについても省略することは可能である。さらに、空気増倍器34としてエアマルチプライヤー342を設けてコアンダ効果によって流速を高めつつ多量の空気を取り込むようにしたが、コンプレッサ33及び第一ブロワー35による圧力を大きく設定することで固気二相流の流速を高くすることができるものであればエアマルチプライヤー342を省略することもできる。
12 加速容器
13 ブラジ
14 圧縮部
15 格納ボックス
16 チューブ
17 粉体
18 穴
19 チャンバー
20 炭素繊維織物
30 マトリクス樹脂粉体
31 フィーダー
32 供給管
32a 先端口
33 コンプレッサ
34 空気増倍器
341 ダクト
342 エアマルチプライヤー
343 小径穴
344 スリットノズル
35 第一ブロワー
351 スリットノズル
36 帯電器
37 筺体部
37a 前面
37b 後面
37c 底面
38 第二ブロワー
39 導電性網状物
41 分散混合部
41a 円柱
42 整流格子
42A 整流格子
42B 整流格子
43 網
44 ダクト
50 炭素繊維織物
Claims (5)
- マトリクス樹脂粉体をシート状繊維基材に付着させてプリプレグを製造するプリプレグ製造装置であって、
前記マトリクス樹脂粉体を連続的に定量供給するフィーダーと、
略水平に延びる供給管と、
前記フィーダーにより供給される前記マトリクス樹脂粉体に空気を混合して前記供給管の後側から高圧で押し込むエアー供給装置と、
前記供給管に設けられ前記マトリクス樹脂粉体を空気とともに帯電させる帯電器と、
前記供給管の先端口が後面に挿入され、底面に複数の穴が設けられるとともに前面には複数の吐出穴が設けられたチャンバーと、
前記チャンバーの底面に設けられた複数の穴を介してチャンバー内に風を送り前記マトリクス樹脂粉体を浮遊させるブロワーと、
前記チャンバーの前面と前記シート状繊維基材の間に設けられるとともに、高圧電圧がかけられグランド接続された前記シート状繊維基材との間に電界がかけられた導電性網状物を備え、
前記チャンバーの吐出穴から吐出される前記マトリクス樹脂粉体を、前記シート状繊維基材に付着させるようにしたことを特徴とするプリプレグ製造装置。 - 前記供給管における前記帯電器の前段に前記供給管の延びる方向に略垂直に延びる円柱又は楕円柱を複数設けたことを特徴とする請求項1に記載のプリプレグ製造装置。
- 前記チャンバー内に設けられ、渦流を抑制して整流化する整流格子を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のプリプレグ製造装置。
- 前記エアー供給装置は、前記マトリクス樹脂粉体と空気が混合された固気二相流を通過させ、前記供給管に入力する複数のスリット部を有することを特徴とする請求項1乃至3のうちいずれか一つに記載のプリプレグ製造装置。
- マトリクス樹脂粉体をシート状繊維基材に付着させてプリプレグを製造するプリプレグ製造方法であって、
連続的に定量供給される前記マトリクス樹脂粉体に空気を混合して供給管の後側から高圧で押し込み、その供給管内で前記マトリクス樹脂粉体を空気とともに帯電させた後、
前記供給管の先端口から、底面に設けられた複数の穴を介して上昇する風が送り込まれているチャンバー内に投入して前記マトリクス樹脂粉体を浮遊させ、
前記マトリクス樹脂粉体を、前記チャンバーの前面に設けられた複数の吐出穴から吐出させ、
前記チャンバーの前面と前記シート状繊維基材の間に設けられた導電性網状物に高圧電圧がかけられることによりグランド接続された前記シート状繊維基材との間に電界がかけられてなる前記シート状繊維基材に付着させるようにしたことを特徴とするプリプレグ製造方法。
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