JP4471135B2

JP4471135B2 - 強化繊維シートの製造方法

Info

Publication number: JP4471135B2
Application number: JP2000104783A
Authority: JP
Inventors: 勝彦高垣; 三徳三村
Original assignee: Maeda Kosen Co Ltd
Current assignee: Maeda Kosen Co Ltd
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: JP2001038840A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチックの補強材に適用する強化繊維シートおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維強化プラスチックの補強材として、一般に、使用されているバイアスシートは、織物をその織り目に対して斜めに切断したものであるから、単位面積当たりの強度が足りない。
【０００３】
従って、船舶や自動車などの大型のものを製造する場合は、構造上の強度を保つために、大量のバイアスシートが必要であった。その結果、製品の重量が増加し、例えば、エンジンのパワーアップが必要になるなど、設計変更が必要になる一方、コスト高の原因になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、単位層当たりの強度アップを計ることが可能な強化繊維シートおよびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の強化繊維シートは、一方向に強化繊維を引き揃えたシート状物が、強化繊維の方向が異なるように、２層以上積層されており、かつ、これらのシート状物が少なくとも表裏２枚の樹脂透過性基布によって固定されている。
【０００６】
この強化繊維シートは、一方向に強化繊維を引き揃えたシート状物が、強化繊維の方向が異なるように、２層以上積層されている上、シート状物が樹脂透過性基布によって互いに固定されているから、単位面積当たりの強度が従来品よりアップする。
【０００７】
また、本発明のように、樹脂透過性基布を、表裏２層と、各シート状物間に配置することによって強化繊維シートの単位面積当たりの強度が従来品より大幅にアップする。
【０００８】
ここで、樹脂透過性基布としては、加熱によって融解する樹脂を繊維にコーティングしたメッシュ状物、あるいは、加熱融解樹脂製の繊維からなるメッシュ状物が望ましい。
【０００９】
また、加熱によって溶融する樹脂の融点は、４０℃以上、１５０℃以下が望ましい。加熱によって溶融する樹脂の融点が４０℃未満の場合は、常温（２０℃）と差が少ないので、取り扱い難くなる。また、加熱によって溶融する樹脂の融点が１５０℃を超えると、プレスローラーの消費電力などが高騰する。
【００１０】
また、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、鋼繊維などの無機繊維、またはその組み合わせ、あるいは、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維、またはその組み合わせが望ましい。
【００１１】
一方、本発明の強化繊維シートの製造方法は、一方向に強化繊維を引き揃えたシート状物を、強化繊維の方向が異なるように、２層以上積層するとともに、シート状物の層間に熱溶融性を有する樹脂透過性基布を挿入して加熱圧着することを特徴としている。
【００１２】
このように、強化繊維の方向が異なるように２層以上積層したシート状物の層間に、熱溶融性を有する樹脂透過性基布を挿入して加熱圧着することにより、単位面積当たりの強度が強い強化繊維シートを効率的に製造することができる。
ここで、樹脂透過性基布としては、加熱によって融解する樹脂を繊維にコーティングしたメッシュ状物、あるいは、加熱融解樹脂製の繊維からなるメッシュ状物が望ましい。
【００１３】
また、角度の異なる２層以上の強化繊維を引き揃える方法としては、２本の平行するバーに所定の角度で強化繊維を連続的に巻きつけるとともに、その層間に上記の基布を挿入して移動させながら熱圧着するか、あるいは、移動可能なフック付きの２本の平行な支持体に所定の角度で強化繊維を引っ掛けながらその層間に上記の基布を挿入して熱圧着する方法が望ましい。
【００１４】
また、本発明の如く、一方向に引き揃えた強化繊維シートを一定角度に折り曲げ、または積層して強化繊維が２方向に異なる角度となるようにすることにより、単位面積当たりの強度が強い強化繊維シートを効率的に製造することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、この実施の形態では、５層構造の強化繊維シートを例に採る。
【００１６】
図１は、本発明に係る強化繊維シートの解体図である。図１に示すように、強化繊維シート１０は、一方向に炭素繊維（強化繊維）２０を引き揃えた２種類のシート状物１２ａ，１２ｂを積層したものである。さらに詳しく説明すると、この強化繊維シート１０は、２種類のシート状物１２ａ，１２ｂの間と、上方のシート状物１２ａの上方と、下方のシート状物１２ｂの下方に、それぞれ、メッシュ状の熱融着支持体（樹脂浸透性基布）１３が配設され、加熱したプレスローラー（図示せず）によって互いに熱融着されている。
【００１７】
強化繊維シート１０の主軸１３に対して、上方のシート状物１２ａの炭素繊維２０は、角度αだけ傾斜し、下方のシート状物１２ｂの炭素繊維２０は、角度βだけ傾斜しており、炭素繊維２０どうしが互いに交差するようになっている。
この熱融着支持体（樹脂浸透性基布）１３には、加熱によって融解する樹脂を繊維にコーティングしたメッシュが用いられている。
【００１８】
一方、加熱融解樹脂としては、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいは、ポリエステル樹脂やビルニエステル樹脂などの熱可塑性樹脂が好ましい。
【００１９】
図２および図３は、本発明に係る強化繊維シートの製造方法を示している。図２に示すように、２本の平行なバー２１，２２に所定の角度で炭素繊維（強化繊維）２０をらせん状に連続的に巻きつけるとともに、その層間１６に既に説明したメッシュ状の熱融着支持体（樹脂浸透性基布）１３を挿入し、所定温度に加熱されている上下一対のプレスローラー２５，２６によってプレスする。すると、炭素繊維２０がメッシュ状の熱融着支持体１３に張り付いた帯状の３層構造の強化繊維シート１０ａが連続的に製造される。
【００２０】
平行な２本のバー２１，２２は、矢印の方向に間欠的に戻されるようになっている。また、炭素繊維２０は、図２に示すように、予め、複数本ずつ帯状に整経されたものを使用する。また、熱融着支持体（樹脂浸透性基布）１３は、平行な２本のバー２１，２２の間に挿入するため、図３に示すように、平行な２本のバー２１，２２の間隔より、多少、狭くなっている。
【００２１】
図４および図５は、本発明に係る強化繊維シートの製造方法の他の例を示している。図４に示すように、フック付きの平行な２本のエンドレスチェーン１７，１８に所定の角度で炭素繊維（強化繊維）２０をジグザグ状に引っ掛けながらその層間１９に既に説明したメッシュ状の熱融着支持体（樹脂浸透性基布）１３を挿入し、所定温度に加熱されている上下一対のプレスローラー２５，２６によってプレスする。すると、炭素繊維２０がメッシュ状の熱融着支持体１３に張り付いた帯状の３層構造の強化繊維シート１０ｂが連続的に製造される。
【００２２】
上記のエンドレスチェーン１７，１８は、それぞれ、駆動チェンホイール２７と従動チェンホイール２８間に掛け渡されている
【００２３】
ここで、上層の炭素繊維２０は、強化繊維シート１０ｂの主軸（図示せず）に対する角度がα度になるようにフック２９に掛け渡し、下地の炭素繊維２０は、強化繊維シート１０ｂの主軸（図示せず）に対する角度がβ度になるようにフック２９に掛け渡す。熱融着支持体（樹脂浸透性基布）１３は、平行な２本のエンドレスチェーン１７，１８の間の間隔より、多少、狭くなっている。
【００２４】
図６は、本発明に係る強化繊維シートの製造方法の他の例を示している。図６に示すように、メッシュ状で、かつ、帯状の熱融着支持体（樹脂浸透性基布）１３に、一方向に炭素繊維（強化繊維）２０を引き揃えたシート状物１２を一定角度でらせん状に巻き付けながら図示しないプレスローラーによってプレスすると、連続的に３層構造の強化繊維シート１０ｃを製造することができる。
【００２５】
また、図７に示すように、一方向に炭素繊維（強化繊維）２０を引き揃えたシート状物１２を平行な２本のバー２１，２２に所定の巻角度αになるようにらせん状に連続的に巻き付けながらプレスローラー２５，２６によってプレスしても連続した４層構造の強化繊維シート１０ｄが得られる。
【００２６】
この例の場合は、シート状物１２を裏面に、予め、メッシュ状で、かつ、帯状の熱融着支持体（樹脂浸透性基布）１３が止着されている。また、シート状物１２は、作業し易いように、予め、ロール状に巻かれている。
ここで、巻角度とは、平行な２本のバー２１，２２の中心軸２３と、シート状物１２の縁部１４とが交差する角度のことをいう。
【００２７】
この例では、平行な２本のバー２１，２２にらせん状に巻かれた積層体１１を図示しない移送手段によって連続的に前進させるようになっている。移送手段としては、２本のバー２１，２２に沿って積層体１１を連続的に前進させることができるものであれば、如何なるものでもよい。
【００２８】
例えば、多数本の針を持つ上下一対の櫛状の移送手段を用い、シート状物１２を巻いたロール１５が２本のバー２１，２２の下方側に位置するときは、上方の櫛状移送手段によって積層体１１を前進させ、シート状物１２を巻いたロール１５が２本のバー２１，２２の上方側に位置するときは、下方の櫛状移送手段によって積層体１１を前進させるようにするとよい。これらの櫛状移送手段は、所定量前進すると、それぞれ、積層体１１から離れて初期位置に戻り、再度、積層体１１に突き刺さるようになっている。
【００２９】
シート状物の目付は、１００〜８００ｇ／ｍ²、より好ましくは、２００〜６０ｇ／ｍ²が望ましい。
また、シート状物に用いる強化繊維の引張弾性率は、５０〜１，０００ＧＰａが好ましい。５０ＧＰａ未満の場合は、シート状物の剛性が十分ではない。一方、１，０００ＧＰａを超えると、シート状物製造時の屈曲によって、強化繊維が破断しやすくなって、シート状物の製造ができなくなる。好ましくは、７０〜５００ＧＰａの範囲である。
【００３０】
本発明の繊維強化シートは、連続しているため、船舶や自動車などの大型のものを製造する場合の補強材として最適である。
【００３１】
【発明の効果】
上記のように、本発明の繊維強化シートは、一方向に強化繊維を引き揃えたシート状物が、強化繊維の方向が異なるように、２層以上積層されている上、シート状物が樹脂透過性基布によって互いに固定されているから、従来の織物に比較して、繊維の直線性が保たれるので、単位面積当たりの強度が従来よりアップするようになった。
従って、船舶や自動車などの大型のものを製造する場合でも、少量の繊維強化シートで必要な強度が出せるようになり、製造コストの高騰を抑えることが可能になった。
【００３２】
また、本発明のように、樹脂透過性基布を、表裏２層と、各シート状物間に配置することによって強化繊維シートの強化繊維の直線性保持が容易になり、安定して単位面積当たりの強度を従来の織物タイプのシートよりアップさせることが可能になった。
【００３３】
一方、本発明のように、強化繊維の方向が異なるように２層以上積層したシート状物の層間に、熱溶融性を有する樹脂透過性基布を挿入して加熱圧着すると、単位面積当たりの強度の高い強化繊維シートを効率的に製造することが可能になる。
【００３４】
また、本発明の如く、一方向に引き揃えた強化繊維シートを一定角度に折り曲げ、または積層して強化繊維が２方向に異なる角度となるようにすることによって単位面積当たりの強度の高い強化繊維シートを効率的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る繊維強化シートの解体図である。
【図２】本発明に係る繊維強化シートの製造工程説明図である。
【図３】図２の要部断面図である。
【図４】本発明に係る繊維強化シートの製造工程の他の例を示す説明図である。
【図５】図４の要部断面図である。
【図６】本発明に係る繊維強化シートの製造工程の他の例を示す説明図である。
【図７】本発明に係る繊維強化シートの製造工程の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０強化繊維シート
１２シート状物
１３樹脂透過性基布
２０強化繊維

Claims

一方向に強化繊維を引き揃えたシート状物を、強化繊維の方向が異なるように、２層以上積層するとともに、シート状物の層間に熱溶融性を有する樹脂透過性基布を挿入して加熱圧着する強化繊維シートの製造方法であって、
前記方向が異なる２層以上の強化繊維を引き揃える方法として、２本の平行するバーに所定の角度で強化繊維を連続的に巻きつけるとともに、その層間に前記樹脂透過性基布を挿入して移動させながら熱圧着することを特徴とする強化繊維シートの製造方法。
前記樹脂透過性基布が、シート状物の表裏面もしくはどちらか一方に止着されていることを特徴とする、請求項１記載の強化繊維シートの製造方法。
前記樹脂透過性基布が、加熱によって融解する樹脂を繊維にコーティングしたメッシュ状物であることを特徴とする、請求項１または２記載の強化繊維シートの製造方法。
前記樹脂透過性基布が、加熱融解樹脂製の繊維からなるメッシュ状物からなることを特徴とする、請求項１または２記載の強化繊維シートの製造方法。