JP2018126975A - シートモールディングコンパウンドの製造方法及びシートモールディングコンパウンドの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】繊維の種類や繊維目付が異なる2種類以上の繊維束を用いる場合に、切断後の繊維束が均一に分散され、物性のばらつきが抑制されたSMCが得られる、SMCの製造方法及びSMCの製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】SMC製造装置1を用い、繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束f1をロービングカッタ12により切断し、切断された繊維束f2、傾斜部材14の傾斜面14aを滑り落ちてから、一方向に走行する第1キャリアフィルムC1上に落下して、シート状繊維束群Fを形成するようにして、シート状繊維束群Fに樹脂組成物Pを含浸させる、シートモールディングコンパウンドの製造方法。【選択図】図1
Description
本発明は、シートモールディングコンパウンドの製造方法及びシートモールディングコンパウンドの製造装置に関する。
シートモールディングコンパウンド(以下、「SMC」ともいう。)は、強化材として繊維長が25mm程度の短い繊維束がランダムな方向に分散されたシート状の繊維束群を用いる。そのため、SMCは、連続した長尺の繊維束を引き揃えた強化材を使用するプリプレグに比べて、成形により得られる複合材料の機械物性は低くなる。一方、成形時にはSMCを構成する材料が型内を流動しやすく、細かい空間部分にも充填されやすいため、連続した長尺の繊維束を使用するプリプレグでは成形が困難な細かい凹凸を有する複雑な形状の複合材料を形成するのに好適である。
繊維束に用いる強化繊維としては、ガラス繊維や炭素繊維が知られている。ガラス繊維を用いれば優れた成形性が得られやすく、コスト面でも有利である。炭素繊維は、比強度、比弾性率が高いため、得られる複合材料の剛性が高く、また複合材料を大幅に軽量化できる。また、炭素繊維は成形時の流動性に優れるため、賦形の自由度も高い。
炭素繊維を用いたSMCは、軽量化ではメリットが大きく、自動車等の産業用部材の分野に用いることが検討されているものの、コスト面で不利である。そこで、軽量化と低コストを両立させる目的で、炭素繊維とガラス繊維を併用するSMCが提案されている(特許文献1)。
SMCの製造方法としては、連続した長尺の繊維束をロービングカッタにより切断し、切断された繊維束をシート状にばら撒き、形成されたシート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させてSMCを得る方法が挙げられる(特許文献1、2)。
しかし、特許文献1、2のような方法では、炭素繊維束とガラス繊維束のように繊維の種類が異なる2種類以上の繊維束を用いる場合、特にシート状繊維束群の厚さ方向において、ロービングカッタで切断された繊維束が不均一になりやすく、物性にばらつきが生じることがある。また、繊維目付が異なる2種類以上の繊維束を用いる場合も、同様に切断後の繊維束がシート状繊維束群中で不均一になりやすく、物性にばらつきが生じることがある。
本発明は、繊維の種類や繊維目付が異なる2種類以上の繊維束を用いる場合に、切断後の繊維束が均一に分散され、物性のばらつきが抑制されたSMCが得られる、SMCの製造方法及びSMCの製造装置を提供することを目的とする。
本発明は、以下の構成を有する。
[1]繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束をロービングカッタにより切断し、切断された繊維束を一方向に走行するキャリアフィルム上に落下させてシート状繊維束群を形成し、該シート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させるSMCの製造方法であって、
水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する傾斜部材を前記ロービングカッタと前記キャリアフィルムの間に配置し、
切断された繊維束が前記傾斜面を滑り落ちた後に前記シート状繊維束群が形成されるようにする、SMCの製造方法。
[2]前記の2種類以上の繊維束のうちの少なくとも1種類が炭素繊維束である、[1]に記載のSMCの製造方法。
[3]前記の2種類以上の繊維束が、炭素繊維束とガラス繊維束とを含む、[1]又は[2]に記載のSMCの製造方法。
[4]キャリアフィルムを搬送するキャリアフィルム搬送部と、
一方向に走行するキャリアフィルムの上方に設けられ、長尺の繊維束を所定の長さに切断するロービングカッタと、
繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束を前記ロービングカッタに供給する繊維束供給部と、
前記ロービングカッタと前記キャリアフィルムの間に配置され、水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する傾斜部材と、
前記ロービングカッタで切断された繊維束により前記キャリアフィルム上に形成されたシート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させる含浸部と、を備え、
前記ロービングカッタで切断された繊維束が前記傾斜面を滑り落ちてからキャリアフィルム上に落下し、前記シート状繊維束群が形成される、シートモールディングコンパウンドの製造装置。
[1]繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束をロービングカッタにより切断し、切断された繊維束を一方向に走行するキャリアフィルム上に落下させてシート状繊維束群を形成し、該シート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させるSMCの製造方法であって、
水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する傾斜部材を前記ロービングカッタと前記キャリアフィルムの間に配置し、
切断された繊維束が前記傾斜面を滑り落ちた後に前記シート状繊維束群が形成されるようにする、SMCの製造方法。
[2]前記の2種類以上の繊維束のうちの少なくとも1種類が炭素繊維束である、[1]に記載のSMCの製造方法。
[3]前記の2種類以上の繊維束が、炭素繊維束とガラス繊維束とを含む、[1]又は[2]に記載のSMCの製造方法。
[4]キャリアフィルムを搬送するキャリアフィルム搬送部と、
一方向に走行するキャリアフィルムの上方に設けられ、長尺の繊維束を所定の長さに切断するロービングカッタと、
繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束を前記ロービングカッタに供給する繊維束供給部と、
前記ロービングカッタと前記キャリアフィルムの間に配置され、水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する傾斜部材と、
前記ロービングカッタで切断された繊維束により前記キャリアフィルム上に形成されたシート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させる含浸部と、を備え、
前記ロービングカッタで切断された繊維束が前記傾斜面を滑り落ちてからキャリアフィルム上に落下し、前記シート状繊維束群が形成される、シートモールディングコンパウンドの製造装置。
本発明のSMCの製造方法によれば、繊維の種類や繊維目付が異なる2種類以上の繊維束を用いる場合に、切断後の繊維束が均一に分散され、物性のばらつきが抑制されたSMCを製造できる。
本発明のSMCの製造装置を用いれば、繊維の種類や繊維目付が異なる2種類以上の繊維束を用いる場合に、切断後の繊維束が均一に分散され、物性のばらつきが抑制されたSMCを製造できる。
本発明のSMCの製造装置を用いれば、繊維の種類や繊維目付が異なる2種類以上の繊維束を用いる場合に、切断後の繊維束が均一に分散され、物性のばらつきが抑制されたSMCを製造できる。
[SMCの製造装置]
本発明のSMCの製造装置は、所定の長さに切断された複数の繊維束から形成されたシート状繊維束群に樹脂組成物が含浸されたSMCを製造するための装置である。
本発明のSMCの製造装置は、キャリアフィルム搬送部と、ロービングカッタと、繊維束供給部と、傾斜部材と、含浸部と、を備える。キャリアフィルム搬送部は、キャリアフィルムを搬送する部分である。ロービングカッタは、一方向に走行するキャリアフィルムの上方に設けられ、長尺の繊維束を所定の長さに切断する部分である。繊維束供給部は、繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束をロービングカッタに供給する部分である。傾斜部材は、ロービングカッタとキャリアフィルムの間に配置され、水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する。含浸部は、ロービングカッタで切断された繊維束によりキャリアフィルム上に形成されたシート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させる部分である。
本発明のSMCの製造装置においては、ロービングカッタで切断された繊維束が傾斜部材の傾斜面を滑り落ちてからキャリアフィルム上に落下し、シート状繊維束群が形成される。
本発明のSMCの製造装置は、所定の長さに切断された複数の繊維束から形成されたシート状繊維束群に樹脂組成物が含浸されたSMCを製造するための装置である。
本発明のSMCの製造装置は、キャリアフィルム搬送部と、ロービングカッタと、繊維束供給部と、傾斜部材と、含浸部と、を備える。キャリアフィルム搬送部は、キャリアフィルムを搬送する部分である。ロービングカッタは、一方向に走行するキャリアフィルムの上方に設けられ、長尺の繊維束を所定の長さに切断する部分である。繊維束供給部は、繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束をロービングカッタに供給する部分である。傾斜部材は、ロービングカッタとキャリアフィルムの間に配置され、水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する。含浸部は、ロービングカッタで切断された繊維束によりキャリアフィルム上に形成されたシート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させる部分である。
本発明のSMCの製造装置においては、ロービングカッタで切断された繊維束が傾斜部材の傾斜面を滑り落ちてからキャリアフィルム上に落下し、シート状繊維束群が形成される。
以下、本発明のSMCの製造装置の一例を示して説明する。図1は、本実施形態のシートモールディングコンパウンドの製造装置1(以下、「SMC製造装置1」という。)を示した概略構成図である。以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、必要に応じてこのXYZ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。なお、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
SMC製造装置1は、繊維束供給部10と、ロービングカッタ12と、傾斜部材14と、第1巻出機16と、キャリアフィルム搬送部18と、第1塗工部20と、第2巻出機22と、第2塗工部24と、含浸部26と、巻取機28と、を備えている。
繊維束供給部10は、繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の連続した長尺の繊維束f1をロービングカッタ12に供給する部分である。この例の繊維束供給部10では、2種類以上の繊維束f1が各ボビンに巻かれた複数の原反ロールRがそれぞれクリールによって回転自在に保持された状態になっている。
第1巻出機16には、長尺の第1キャリアフィルムC1が巻かれた第1原反ロールR1が設置されている。第1巻出機16により、第1原反ロールR1から長尺の第1キャリアフィルムC1が巻き出され、キャリアフィルム搬送部18へと供給される。キャリアフィルム搬送部18は、一対のプーリ19a,19bの間に無端ベルト19cを掛け合わせたコンベア19を備えている。コンベア19では、一対のプーリ19a,19bを同一方向に回転させることによって無端ベルト19cを周回させ、無端ベルト19cの面上において第1キャリアフィルムC1をX軸方向の右側に向けて搬送する。無端ベルト19cとしては、例えば、メッシュベルトを使用することができる。
第1塗工部20は、キャリアフィルム搬送部18におけるプーリ19a側の直上に位置しており、樹脂組成物Pを塗工するドクターブレード21を備えている。第1キャリアフィルムC1が第1塗工部20を通過することで、ドクターブレード21により第1キャリアフィルムC1の面上に樹脂組成物Pが所定の厚みで塗工され、第1樹脂シートS1が形成される。第1樹脂シートS1は、第1キャリアフィルムC1の搬送に伴って走行する。
ロービングカッタ12は、繊維束供給部10から供給された複数の繊維束f1を所定の繊維長に切断するものである。ロービングカッタ12は、第1キャリアフィルムC1の上方に設けられている。
この例のロービングカッタ12は、図2に示すように、ゴムローラ30と、カッタローラ32とを備えている。カッタローラ32においては、円筒状のロール部34の周面34aに、ロール部34の軸方向に延びる複数の刃36がロール部34の周方向に間隔を開けて設けられている。ロービングカッタ12の周方向における刃36と刃36の間隔が、所望のカット長に調節されている。
この例のロービングカッタ12は、図2に示すように、ゴムローラ30と、カッタローラ32とを備えている。カッタローラ32においては、円筒状のロール部34の周面34aに、ロール部34の軸方向に延びる複数の刃36がロール部34の周方向に間隔を開けて設けられている。ロービングカッタ12の周方向における刃36と刃36の間隔が、所望のカット長に調節されている。
ロービングカッタ12では、ゴムローラ30とカッタローラ32との間に繊維束f1を挟み込みながら、ゴムローラ30とカッタローラ32とが逆向きに回転する。これにより、原反ロールRから巻き出された繊維束f1が断続的に切断され、所望の長さの繊維束f2とされる。
傾斜部材14は、上側に水平方向に対して傾斜した傾斜面14aを有する部材である。この例の傾斜部材14は板状部材であり、ロービングカッタ12と第1キャリアフィルムC1の間に、傾斜面14aが水平方向に対して傾斜するように設けられている。ロービングカッタ12により切断された繊維束f2は、傾斜部材14の傾斜面14a上に落下し、傾斜面14a上を滑り落ちて、第1キャリアフィルムC1上に形成された第1樹脂シートS1の上に散布される。これにより、2種類以上の繊維束f2がそれぞれ均一に分散されたシート状繊維束群Fが形成される。
なお、傾斜部材14の形状は、傾斜面14aを有していれば板状には限定されず、例えば、三角柱状等であってもよい。
なお、傾斜部材14の形状は、傾斜面14aを有していれば板状には限定されず、例えば、三角柱状等であってもよい。
傾斜部材14の傾斜面14aの上側の縁から下側の縁までの長さは、5cm以上50cm以下が好ましく、10cm以上30cm以下がより好ましい。傾斜面14aの長さが前記範囲の下限値以上であれば、切断された繊維束f2が傾斜面14aに接触せずにそのまま落下してしまうことを抑制しやすく、2種類以上の繊維束f2が均一に分散されたシート状繊維束群Fが形成されやすい。傾斜面14aの長さが前記範囲の上限値以下であれば、傾斜面14a上を滑り落ちる途中で繊維束f2が停止し、傾斜面14a上に繊維束f2が堆積することを抑制しやすい。
傾斜部材14の傾斜面14aの水平方向に対する傾斜角度θ(図2)は、30°以上90°以下が好ましく、45°以上80°以下がより好ましい。傾斜面14aの傾斜角度θが前記範囲の下限値以上であれば、傾斜面14a上を滑り落ちる途中で繊維束f2が停止し、傾斜面14a上に繊維束f2が堆積することを抑制しやすい。傾斜面14aの傾斜角度θが前記範囲の上限値以下であれば、2種類以上の繊維束f2が均一に分散されやすい。
傾斜部材14の設置位置は、ロービングカッタ12の下方において、傾斜部材14がロービングカッタ12に接触しない範囲内で、ゴムローラ30とカッタローラ32の接点にできるだけ近い位置が好ましい。傾斜部材14の位置がロービングカッタ12に近いほど、切断された繊維束f2が傾斜部材14の傾斜面14aに当たらずに落ちてしまうことを抑制しやすい。
ゴムローラ30の最下点と傾斜部材14の上端との距離は、10〜300mmが好ましく、30〜150mmがより好ましい。
ゴムローラ30の最下点と傾斜部材14の上端との距離は、10〜300mmが好ましく、30〜150mmがより好ましい。
なお、傾斜部材14の設置位置は、前記の好ましい範囲には限られず、切断された繊維束f2がどの程度の角度で落下するかを確認し、すべての繊維束f2が傾斜部材14の傾斜面14aに当たり、滑りながら落下できるように調整することができる。
傾斜部材14を形成する材料は、繊維束が滑り落ちることができるものであればよく、例えば、金属、プラスチック、ゴム、木材、段ボール、ガラス等が挙げられる。傾斜部材14を形成する材料としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
金属としては、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅等が挙げられ、取り扱い性に優れる点から、アルミニウム又はステンレスが好ましい。
プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロプレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、アクリル、ナイロン、ポリカーボネート、テフロン(登録商標)、発泡スチロール等が挙げられる。
なかでも、プラスチックとしては、軽量化が容易な点から、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましく、また視認性に優れる点では、ポリカーボネートがより好ましい。
プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロプレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、アクリル、ナイロン、ポリカーボネート、テフロン(登録商標)、発泡スチロール等が挙げられる。
なかでも、プラスチックとしては、軽量化が容易な点から、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましく、また視認性に優れる点では、ポリカーボネートがより好ましい。
第2巻出機22には、長尺の第2キャリアフィルムC2が巻かれた第2原反ロールR2が設置されている。第2巻出機22により、第2原反ロールR2から長尺の第2キャリアフィルムC2が巻き出され、複数のガイドロール23によりキャリアフィルム搬送部18上のロービングカッタ12の後段に供給される。第2巻出機22から巻き出された第2キャリアフィルムC2は、第1キャリアフィルムC1の搬送方向とは反対方向(X軸方向の左側)に搬送された後、搬送方向が複数のガイドロール23によって第1キャリアフィルムC1と同じ方向に反転される。
第2塗工部24は、第1キャリアフィルムC1の搬送方向と反対方向に搬送されている第2キャリアフィルムC2の直上に位置し、樹脂組成物Pを塗工するドクターブレード25を備えている。第2キャリアフィルムC2が第2塗工部24を通過することで、ドクターブレード25により第2キャリアフィルムC2の面上に樹脂組成物Pが所定の厚みで塗工され、第2樹脂シートS2が形成される。第2樹脂シートS2は、第2キャリアフィルムC2の搬送に伴って走行する。
含浸部26は、シート状繊維束群F上に第2樹脂シートS2を貼り合せて加圧し、シート状繊維束群Fに樹脂組成物Pを含浸させてSMCとする部分である。含浸部26は、キャリアフィルム搬送部18におけるロービングカッタ12よりも後段に位置している。含浸部26は、複数の加圧ロール27を備えている。複数の加圧ロール27は、第1キャリアフィルムC1と同じ方向に反転された第2キャリアフィルムC2の背面、すなわち第2樹脂シートS2と反対側の面に接するように配置されている。
含浸部26では、第1キャリアフィルムC1と第2キャリアフィルムC2とが、その間に第1樹脂シートS1、シート状繊維束群F及び第2樹脂シートS2を挟み込んだ状態で重ね合わされ、複数の加圧ロール27で加圧されながら搬送される。これにより、第1樹脂シートS1及び第2樹脂シートS2の樹脂組成物がシート状繊維束群Fに含浸されてSMCの原反R3が得られる。
原反R3は、巻取機28に巻き取られるようになっている。原反R3は、所定の長さに切断して成形に使用することができる。なお、第1キャリアフィルムC1及び第2キャリアフィルムC2は、成形前にSMCから剥離される。
なお、本発明のSMCの製造装置は、前記したSMC製造装置1には限定されない。
例えば、SMC製造装置1では2種類以上の繊維束f1をそれぞれボビンに巻いて原反ロールとしたものを示したが、2種類以上の繊維束を互いに収束させずに単一のボビンに巻き取った原反ロールから各繊維束を巻き出してロービングカッタで切断する装置であってもよい。この場合も、切断により各繊維束が容易に剥離し、繊維束が円滑かつ断続的に所定の長さに切断される。
また、本発明のSMCの製造装置は、下側の第1キャリアフィルム上に樹脂組成物を塗工する塗工部を備えない装置であってもよい。
例えば、SMC製造装置1では2種類以上の繊維束f1をそれぞれボビンに巻いて原反ロールとしたものを示したが、2種類以上の繊維束を互いに収束させずに単一のボビンに巻き取った原反ロールから各繊維束を巻き出してロービングカッタで切断する装置であってもよい。この場合も、切断により各繊維束が容易に剥離し、繊維束が円滑かつ断続的に所定の長さに切断される。
また、本発明のSMCの製造装置は、下側の第1キャリアフィルム上に樹脂組成物を塗工する塗工部を備えない装置であってもよい。
[SMCの製造方法]
本発明のSMCの製造方法は、繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束をロービングカッタにより切断し、切断された繊維束を一方向に走行するキャリアフィルム上に落下させてシート状繊維束群を形成し、該シート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させてSMCを得る方法である。本発明においては、水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する傾斜部材をロービングカッタとキャリアフィルムの間に配置し、切断された繊維束が傾斜面を滑り落ちた後にシート状繊維束群が形成されるようにする。
本発明のSMCの製造方法は、繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束をロービングカッタにより切断し、切断された繊維束を一方向に走行するキャリアフィルム上に落下させてシート状繊維束群を形成し、該シート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させてSMCを得る方法である。本発明においては、水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する傾斜部材をロービングカッタとキャリアフィルムの間に配置し、切断された繊維束が傾斜面を滑り落ちた後にシート状繊維束群が形成されるようにする。
以下、本発明のSMCの製造方法の一例として、SMC製造装置1を用いたSMCの製造方法について説明する。
本実施形態の製造方法では、第1巻出機16により第1原反ロールR1から長尺の第1キャリアフィルムC1を巻き出し、キャリアフィルム搬送部18へと供給する。そして、第1塗工部20により、第1キャリアフィルムC1の面上に樹脂組成物Pを所定の厚みで塗工して第1樹脂シートS1を形成する。キャリアフィルム搬送部18によって第1キャリアフィルムC1を搬送することにより、第1キャリアフィルムC1上の第1樹脂シートS1を走行させる。
本実施形態の製造方法では、第1巻出機16により第1原反ロールR1から長尺の第1キャリアフィルムC1を巻き出し、キャリアフィルム搬送部18へと供給する。そして、第1塗工部20により、第1キャリアフィルムC1の面上に樹脂組成物Pを所定の厚みで塗工して第1樹脂シートS1を形成する。キャリアフィルム搬送部18によって第1キャリアフィルムC1を搬送することにより、第1キャリアフィルムC1上の第1樹脂シートS1を走行させる。
また、繊維束供給部10により、2種類以上の連続した長尺の繊維束f1をロービングカッタ12に供給する。ロービングカッタ12に供給する際には、2種類以上の繊維束f1は、ロービングカッタ12の軸方向(Y軸方向)において等間隔で並ぶように供給することが好ましい。これにより、SMCの幅方向において各繊維束を均一に分散させやすくなり、物性にばらつきが生じることを抑制しやすくなる。
繊維束供給部10から供給された2種類以上の繊維束f1を、ロービングカッタ12により切断する。切断された繊維束f2は、傾斜部材14の傾斜面14a上に落下し、傾斜面14a上を滑り落ち、第1キャリアフィルムC1上に形成された第1樹脂シートS1上に落下する。これにより、第1樹脂シートS1上に複数の繊維束f2からなるシート状繊維束群Fが形成される。切断した繊維束f2が傾斜部材14の傾斜面14a上を滑り落ちるようにすることで、シート状繊維束群F中で2種類以上の繊維束f2が厚さ方向においてもそれぞれ均一に分散される。
切断後の繊維束f2の長さは、2〜100mmが好ましく、5〜50mmがより好ましく、10〜30mmがさらに好ましい。繊維束f2の長さが前記範囲の下限値以上であれば、優れた剛性が得られやすく、複合材料の軽量化が容易になる。繊維束f2の長さが前記範囲の上限値以下であれば、成形時にSMCの流動性がより良好になり、複雑な形状の複合材料の製造がより容易になる。
第2巻出機22により第2原反ロールR2から長尺の第2キャリアフィルムC2を巻き出し、第2塗工部24により第2キャリアフィルムC2の面上に樹脂組成物Pを所定の厚みで塗工し、第2樹脂シートS2を形成する。第2キャリアフィルムC2を搬送することで第2樹脂シートS2を走行させ、シート状繊維束群F上に第2樹脂シートS2を貼り合わせて、含浸部26において複数の加圧ロール27で加圧し、第1樹脂シートS1及び第2樹脂シートS2の樹脂組成物Pをシート状繊維束群Fに含浸させる。これにより、SMCが第1のキャリアフィルムC1と第2のキャリアフィルムC2で挟持された原反R3が得られる。原反R3は巻取機28に巻き取る。
繊維束f1としては、繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束を用いる。繊維束f1としては、繊維目付が同じで繊維の種類が異なる2種類以上の繊維束を用いてもよく、繊維の種類が同じで繊維目付が異なる2種類以上の繊維束を用いてもよく、繊維の種類も繊維目付も異なる2種類以上の繊維束を用いてもよい。これらいずれの態様でも、切断後の2種類以上の繊維束をシート状繊維束群中に均一に分散させることができる。
繊維束f1の数は、製造するSMCの幅や繊維目付にもよるが、10本以上200本以下が好ましく、30本以上150本以下がより好ましい。
繊維束f1の数は、製造するSMCの幅や繊維目付にもよるが、10本以上200本以下が好ましく、30本以上150本以下がより好ましい。
繊維束f1に用いる繊維の種類としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、有機繊維等が挙げられる。軽量化と比強度、剛性向上の点では、2種類以上の繊維束f1のうちの少なくとも1種類が炭素繊維束であることが好ましい。また、さらに軽量化と比強度、剛性に加えて、コスト面でも有利な点から、2種類以上の繊維束f1は炭素繊維束とガラス繊維束を含むことが好ましい。
繊維束f1の繊維目付は、0.1g/m以上10g/m以下が好ましい。
炭素繊維束を用いる場合、炭素繊維束の繊維目付は、0.1g/m以上5g/m以下が好ましい。ガラス繊維束を用いる場合、ガラス繊維束の繊維目付は、0.5g/m以上10g/m以下が好ましい。繊維目付の異なる2種類以上の繊維束を用いる場合、それらの繊維束の繊維目付の差が0.3g/m以上になると従来の方法では均一な分散が特に困難となるため、本発明の製造方法が特に有用である。
炭素繊維束を用いる場合、炭素繊維束の繊維目付は、0.1g/m以上5g/m以下が好ましい。ガラス繊維束を用いる場合、ガラス繊維束の繊維目付は、0.5g/m以上10g/m以下が好ましい。繊維目付の異なる2種類以上の繊維束を用いる場合、それらの繊維束の繊維目付の差が0.3g/m以上になると従来の方法では均一な分散が特に困難となるため、本発明の製造方法が特に有用である。
厚さの異なる2種類以上の繊維束を用いる場合も、シート状繊維束群において各繊維束の分散が不均一になりやすい傾向があるが、本発明はこの場合でも切断後の各繊維束を均一に分散させることができる。なお、繊維束の厚さとは、繊維束をマイクロメーターで測定した際に最初に接触した部分の厚さを意味する。繊維束が扁平形状の場合は、短辺方向の厚さとする。厚さの異なる繊維束の厚さの差が100μm以上である場合に、本発明の製造方法が特に有用である。
樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物が好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。強化繊維として炭素繊維を用いる場合、熱硬化性樹脂としては、炭素繊維との接着性の点から、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂組成物は、熱硬化性樹脂に加えて重合性単量体を含有することが好ましい。
重合性単量体の種類と熱硬化性樹脂の種類の組み合わせは、使用する熱硬化性樹脂に適した重合性単量体を使用する限り特に制限されない。例えばビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂の場合は、スチレン系単量体、アクリル系単量体、メタクリル系単量体、又はそれらの混合系等の重合性単量体が好ましい。エポキシ樹脂の場合は、エポキシ基を含有する単量体が好ましい。重合性単量体としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
重合性単量体の種類と熱硬化性樹脂の種類の組み合わせは、使用する熱硬化性樹脂に適した重合性単量体を使用する限り特に制限されない。例えばビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂の場合は、スチレン系単量体、アクリル系単量体、メタクリル系単量体、又はそれらの混合系等の重合性単量体が好ましい。エポキシ樹脂の場合は、エポキシ基を含有する単量体が好ましい。重合性単量体としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
樹脂組成物は、増粘剤、無機充填剤、硬化剤、重合開始剤、重合禁止剤、顔料、内部離型剤等の添加剤を含有してもよい。添加剤としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
増粘剤としては、熱硬化性樹脂に適した公知のものを使用でき、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の金属酸化物;ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、MDIの変性物等のイソシアネート類;有機過酸過物等が挙げられる。
無機充填剤としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、シリカ、溶融シリカ、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、リン酸カルシウム、タルク、マイカ、クレー、ガラスパウダー等が挙げられる。無機充填剤の含有量は軽量化の点から必要最小限の添加にすることが好ましく、0%でも構わない。
硬化剤としては、使用する樹脂組成物に適した公知のものを使用できる。例えばビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂を用いる場合には一般的な有機過酸化物が好ましい。エポキシ樹脂の場合はアミン系や酸無水物系の硬化剤が好ましい。
内部離型剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム等の界面活性剤等が挙げられる。
内部離型剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム等の界面活性剤等が挙げられる。
なお、樹脂組成物Pは、熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物であってもよい。
SMC中の樹脂組成物の含有量は、SMCの総質量に対して、30〜70質量%が好ましい。樹脂組成物の含有量が30質量%以上であれば、樹脂組成物のシート状繊維束群への含浸が良好となり、優れた物性が得られやすい。樹脂組成物の含有量が70質量%以下であれば、成形後の複合材料の機械強度が良好となる傾向にある。
SMC中の樹脂組成物の含有量の下限値は、35質量%がより好ましく、40質量%が特に好ましい。SMC中の樹脂組成物の含有量の上限値は、65質量%がより好ましく、60質量%が特に好ましい。
SMC中の樹脂組成物の含有量の下限値は、35質量%がより好ましく、40質量%が特に好ましい。SMC中の樹脂組成物の含有量の上限値は、65質量%がより好ましく、60質量%が特に好ましい。
切断した繊維束f2が傾斜部材14の傾斜面14a上を滑り落ちるようにすることで、シート状繊維束群Fの厚さ方向においても2種類以上の繊維束f2が均一に分散される要因は、必ずしも明らかではない。
従来の方法では、繊維の種類や繊維目付の異なる2種類以上の繊維束をロービングカッタで切断する際には、同一の刃による各繊維束の切断においても、繊維の種類や繊維目付によって繊維束が完全に切断されるタイミングが異なったり、刃が接触した際に繊維束が湾曲したりすることがあると考えられる。これにより、繊維の種類や繊維目付によって、切断された繊維束が落下するタイミングや、落ちる角度や速さが異なることで、キャリアフィルム上に種類毎に繊維束が層状に堆積しやすく、均一な分散が難しくなると考えられる。
従来の方法では、繊維の種類や繊維目付の異なる2種類以上の繊維束をロービングカッタで切断する際には、同一の刃による各繊維束の切断においても、繊維の種類や繊維目付によって繊維束が完全に切断されるタイミングが異なったり、刃が接触した際に繊維束が湾曲したりすることがあると考えられる。これにより、繊維の種類や繊維目付によって、切断された繊維束が落下するタイミングや、落ちる角度や速さが異なることで、キャリアフィルム上に種類毎に繊維束が層状に堆積しやすく、均一な分散が難しくなると考えられる。
これに対して、SMC製造装置1を用いる方法では、ロービングカッタ12で切断された繊維束f2が傾斜面14a上に一旦落下して滑り落ち、傾斜面14aから第1樹脂シートS1上に落下する。これにより、繊維の種類や繊維目付の違いによる、切断された繊維束が落下するタイミングの差や、落ちる角度や速さの差による影響が低減されるため、各繊維束が厚さ方向においても均一に分散されると考えられる。
以上説明したように、本発明においては、繊維の種類や繊維目付が異なる2種類以上の長尺の繊維束をロービングカッタにより切断し、切断された繊維束がロービングカッタの下方に配置された傾斜部材の傾斜面を滑り落ち、キャリアフィルム上に落下してシート状繊維束群が形成されるようにする。これにより、2種類以上の繊維束が均一に分散され、物性のばらつきが抑制されたSMCが得られる。
なお、本発明のSMCの製造方法は、前記したSMC製造装置1を用いる方法には限定されない。例えば、SMC製造装置1では2種類以上の繊維束f1をそれぞれボビンに巻いて原反ロールとしたものを示したが、2種類以上の繊維束を互いに収束させずに単一のボビンに巻き取った原反ロールから各繊維束を巻き出してロービングカッタで切断するようにしてもよい。
また、本発明のSMCの製造方法は、下側の第1キャリアフィルム上に第1樹脂シートを形成せず、第1キャリアフィルム上に直接シート状繊維束群を形成する方法であってもよい。
また、本発明のSMCの製造方法は、下側の第1キャリアフィルム上に第1樹脂シートを形成せず、第1キャリアフィルム上に直接シート状繊維束群を形成する方法であってもよい。
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
[繊維束の分散性評価]
各例で形成されたシート状繊維束群における、上面から厚さ5mm×縦10cm×10cmの上層領域の繊維束を採取し、ガラス繊維束と炭素繊維束を分けて質量をそれぞれ測定した。また、シート状繊維束群における、下面から厚さ5mm×縦10cm×10cmの下層領域の繊維束を採取し、ガラス繊維束と炭素繊維束を分けて質量をそれぞれ測定した。測定は3回実施し、その平均値を求めた。
[繊維束の分散性評価]
各例で形成されたシート状繊維束群における、上面から厚さ5mm×縦10cm×10cmの上層領域の繊維束を採取し、ガラス繊維束と炭素繊維束を分けて質量をそれぞれ測定した。また、シート状繊維束群における、下面から厚さ5mm×縦10cm×10cmの下層領域の繊維束を採取し、ガラス繊維束と炭素繊維束を分けて質量をそれぞれ測定した。測定は3回実施し、その平均値を求めた。
[実施例1]
図1及び図2に示したSMC製造装置1を用いて、以下に示すようにシート状繊維束群Fを形成した。
傾斜部材14として、ロービングカッタ12と第1キャリアフィルムC1の間に、ステンレス製の板状物(厚さ2mm、幅70cm、長さ20cm)を設置した。傾斜部材14の設置位置は、ロービングカッタ12におけるゴムローラ30の最下点から3cmのところに傾斜部材14の上端がくる位置とした。また、傾斜部材14の傾斜面14aの水平方向に対する傾斜角度θは45°とした。
繊維束f1としては、炭素繊維束(三菱レイヨン社製、商品名「TR50S 15L」、繊維目付:1.0g/m)37本と、ガラス繊維束(日東紡社製、商品名「ガラスロービング RS480PB−549AN」、繊維目付:4.8g/m)13本を使用し、それぞれの繊維束が切断時に重ならないようにロービングカッタ12に連続的に供給し、切断後の繊維束f2が1インチになるように切断を行った。ロービングカッタ12に供給する繊維束f1の並びは、ロービングカッタ12の軸方向において、炭素繊維束3本、ガラス繊維束1本の繰り返しとした。
第1キャリアフィルムを走行速度は5m/分とした。第1キャリアフィルム上には樹脂組成物は塗布せず、ロービングカッタ12で切断された繊維束f2が傾斜部材14の傾斜面14aを滑り落ち、第1キャリアフィルム上に落下するようにして、繊維目付が1600g/m2のシート状繊維束群Fを形成した。
図1及び図2に示したSMC製造装置1を用いて、以下に示すようにシート状繊維束群Fを形成した。
傾斜部材14として、ロービングカッタ12と第1キャリアフィルムC1の間に、ステンレス製の板状物(厚さ2mm、幅70cm、長さ20cm)を設置した。傾斜部材14の設置位置は、ロービングカッタ12におけるゴムローラ30の最下点から3cmのところに傾斜部材14の上端がくる位置とした。また、傾斜部材14の傾斜面14aの水平方向に対する傾斜角度θは45°とした。
繊維束f1としては、炭素繊維束(三菱レイヨン社製、商品名「TR50S 15L」、繊維目付:1.0g/m)37本と、ガラス繊維束(日東紡社製、商品名「ガラスロービング RS480PB−549AN」、繊維目付:4.8g/m)13本を使用し、それぞれの繊維束が切断時に重ならないようにロービングカッタ12に連続的に供給し、切断後の繊維束f2が1インチになるように切断を行った。ロービングカッタ12に供給する繊維束f1の並びは、ロービングカッタ12の軸方向において、炭素繊維束3本、ガラス繊維束1本の繰り返しとした。
第1キャリアフィルムを走行速度は5m/分とした。第1キャリアフィルム上には樹脂組成物は塗布せず、ロービングカッタ12で切断された繊維束f2が傾斜部材14の傾斜面14aを滑り落ち、第1キャリアフィルム上に落下するようにして、繊維目付が1600g/m2のシート状繊維束群Fを形成した。
[比較例1]
ロービングカッタ12と第1キャリアフィルムC1の間に傾斜部材14を設置しなかった以外は、実施例1と同様にしてシート状繊維束群を形成した。
ロービングカッタ12と第1キャリアフィルムC1の間に傾斜部材14を設置しなかった以外は、実施例1と同様にしてシート状繊維束群を形成した。
各例のシート状繊維束群における上層領域と下層領域の炭素繊維束とガラス繊維束の質量の測定結果を表1に示す。
表1に示すように、ロービングカッタ12で切断された繊維束f2が傾斜部材14の傾斜面14aを滑り落ちるようにした実施例1では、炭素繊維束の質量とガラス繊維束の質量がシート状繊維束群の上層と下層でほぼ同等であり、炭素繊維束とガラス繊維束がそれぞれ均一に分散されていた。
一方、傾斜部材14を設けなかった比較例1では、シート状繊維束群における上層に存在する繊維束はほぼガラス繊維束であり、下層に存在する繊維束はほぼ炭素繊維束であり、炭素繊維束とガラス繊維束は均一に分散できず、2層化していた。
一方、傾斜部材14を設けなかった比較例1では、シート状繊維束群における上層に存在する繊維束はほぼガラス繊維束であり、下層に存在する繊維束はほぼ炭素繊維束であり、炭素繊維束とガラス繊維束は均一に分散できず、2層化していた。
1…シートモールディングコンパウンドの製造装置、10…繊維束供給部、12…ロービングカッタ、14…傾斜部材、14a…傾斜面、16…第1巻出機、18…キャリアフィルム搬送部、20…第1塗工部、22…第2巻出機、24…第2塗工部、26…含浸部、28…巻取機、30…ゴムローラ、32…カッタローラ、34…ロール部、36…刃、f1,f2…繊維束、F…シート状繊維束群、C1…第1キャリアフィルム、C2…第2キャリアフィルム、P…樹脂組成物、S1…第1樹脂シート、S2…第2樹脂シート。
Claims (4)
- 繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束をロービングカッタにより切断し、切断された繊維束を一方向に走行するキャリアフィルム上に落下させてシート状繊維束群を形成し、該シート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させるシートモールディングコンパウンドの製造方法であって、
水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する傾斜部材を前記ロービングカッタと前記キャリアフィルムの間に配置し、
切断された繊維束が前記傾斜面を滑り落ちてからキャリアフィルム上に落下して、前記シート状繊維束群を形成するようにする、シートモールディングコンパウンドの製造方法。 - 前記の2種類以上の繊維束のうちの少なくとも1種類が炭素繊維束である、請求項1に記載のシートモールディングコンパウンドの製造方法。
- 前記の2種類以上の繊維束が、炭素繊維束とガラス繊維束とを含む、請求項1又は2に記載のシートモールディングコンパウンドの製造方法。
- キャリアフィルムを搬送するキャリアフィルム搬送部と、
一方向に走行するキャリアフィルムの上方に設けられ、長尺の繊維束を所定の長さに切断するロービングカッタと、
繊維の種類及び繊維目付のいずれか一方又は両方が異なる2種類以上の長尺の繊維束を前記ロービングカッタに供給する繊維束供給部と、
前記ロービングカッタと前記キャリアフィルムの間に配置され、水平方向に対して傾斜した傾斜面を有する傾斜部材と、
前記ロービングカッタで切断された繊維束により前記キャリアフィルム上に形成されたシート状繊維束群に樹脂組成物を含浸させる含浸部と、を備え、
前記ロービングカッタで切断された繊維束が前記傾斜面を滑り落ちてからキャリアフィルム上に落下し、前記シート状繊維束群が形成される、シートモールディングコンパウンドの製造装置。
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JP2017023178A JP2018126975A (ja) | 2017-02-10 | 2017-02-10 | シートモールディングコンパウンドの製造方法及びシートモールディングコンパウンドの製造装置 |
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2017
- 2017-02-10 JP JP2017023178A patent/JP2018126975A/ja active Pending
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