JP6361364B2 - Substrate papermaking apparatus for fiber-reinforced plastic molded article and substrate papermaking method for fiber-reinforced plastic molded article - Google Patents
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Description
本発明は、繊維強化プラスチック成形体用の基材を抄造する装置およびその方法に関するものである。 The present invention relates to an apparatus and a method for making a base material for a fiber-reinforced plastic molded body.
強化繊維を含む不織布を加熱加圧処理し、成形した繊維強化プラスチック成形体は、既にスポーツ,レジャー用品,航空機用材料など様々な分野で用いられている。これらの繊維強化プラスチック成形体においてマトリックスとなる樹脂には、エポキシ樹脂,不飽和ポリエステル樹脂,またはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられることが多い。しかし、熱硬化性樹脂を用いた場合には、熱硬化性樹脂と強化繊維を混合した不織布は冷蔵保管しなければならず、長期保管ができないという難点がある。 Fiber reinforced plastic moldings obtained by heating and pressurizing nonwoven fabrics containing reinforcing fibers have already been used in various fields such as sports, leisure goods and aircraft materials. Thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins, or phenol resins are often used as the matrix resin in these fiber-reinforced plastic moldings. However, when a thermosetting resin is used, the nonwoven fabric in which the thermosetting resin and the reinforcing fiber are mixed has to be refrigerated and cannot be stored for a long time.
このため、近年は、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用い、強化繊維を含有した繊維強化不織布の開発が進められている。このような熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用いた繊維強化不織布は、保存管理が容易であり、長期保管ができるという利点を有する。また、熱可塑性樹脂を含む不織布は、熱硬化性樹脂を含む不織布と比較して成形加工が容易であり、加熱加圧処理を行うことにより成形加工品を成形することができるという利点を有している。 For this reason, in recent years, development of a fiber reinforced nonwoven fabric using a thermoplastic resin as a matrix resin and containing reinforcing fibers has been advanced. A fiber reinforced nonwoven fabric using such a thermoplastic resin as a matrix resin has the advantage of easy storage management and long-term storage. In addition, a nonwoven fabric containing a thermoplastic resin is easier to mold than a nonwoven fabric containing a thermosetting resin, and has the advantage that a molded product can be molded by performing heat and pressure treatment. ing.
従来、熱可塑性樹脂は、耐薬品性・強度,耐熱性等に関し、熱硬化性樹脂よりも劣るものが主流であった。しかし、近年は、耐薬品性,強度,耐熱性等に優れた熱可塑性樹脂が盛んに開発されるようになり、これまで熱可塑性樹脂について常識とされてきた上記のような不具合が目覚ましく改善されてきている。このような熱可塑性樹脂は、いわゆる「エンプラ(エンジニアリングプラスチック)」と呼ばれる樹脂であり、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)等が挙げられる(例えば、非特許文献1)。 Conventionally, thermoplastic resins are inferior to thermosetting resins in terms of chemical resistance, strength, heat resistance, and the like. However, in recent years, thermoplastic resins excellent in chemical resistance, strength, heat resistance, etc. have been actively developed, and the above-mentioned problems that have been made common to thermoplastic resins so far have been remarkably improved. It is coming. Such thermoplastic resins are so-called “engineering plastics”, which are polycarbonate (PC), polyphenylene sulfide (PPS), polyetheretherketone (PEEK), polyamideimide (PAI), polyetherimide. (PEI) etc. are mentioned (for example, nonpatent literature 1).
強化繊維には、炭素繊維,ガラス繊維,アラミド繊維等が用いられている。このような強化繊維は繊維強化プラスチック成形体の強度を高める働きをする。また、強化繊維は、その配向方向を特定の方向に調整することによって、繊維強化プラスチック成形体の強度に方向性を持たせることが知られている(例えば、特許文献1〜6)。このような繊維強化プラスチック成形体は、自動車のバンパービーム等の補強用芯材や、一方向に機械的強度が要求される構造部品に用いられている。
Carbon fiber, glass fiber, aramid fiber or the like is used as the reinforcing fiber. Such reinforcing fibers serve to increase the strength of the fiber-reinforced plastic molded body. Further, it is known that reinforcing fibers have directionality in the strength of a fiber-reinforced plastic molded body by adjusting the orientation direction thereof to a specific direction (for example,
ところで、繊維強化プラスチック成形体用基材に用いる強化繊維は、その繊維長が長い方がプラスチック(マトリックス樹脂)をより強化することができる。そこで、繊維径が小さく繊維長が大きい繊維(例えばカーボン単繊維)を用いて繊維強化プラスチック成形体用基材を抄造することが好ましい。
しかし、強化繊維の多くは凝集性が比較的強いため、分散液中で互いに凝集して絡み付きやすい。強化繊維が凝集して塊状に絡み付くと、繊維の配向化も困難になり、繊維密度のばらつきも生じ易くなり、繊維強化プラスチック成形体用基材の品質低下の原因となる。
By the way, as for the reinforcing fiber used for the base material for fiber reinforced plastic moldings, the one where the fiber length is long can reinforce plastic (matrix resin) more. Therefore, it is preferable to fabricate a base material for a fiber-reinforced plastic molded body using fibers having a small fiber diameter and a long fiber length (for example, carbon single fiber).
However, since many of the reinforcing fibers have a relatively strong cohesiveness, they tend to aggregate and entangle with each other in the dispersion. If the reinforcing fibers are aggregated and entangled with each other in a lump, fiber orientation becomes difficult, fiber density variation is likely to occur, and this causes a reduction in the quality of the substrate for fiber-reinforced plastic molded bodies.
この対策には、分散液の繊維濃度を大幅に低下させて、強化繊維どうしの凝集を抑制した状態で抄造することが有効である。そこで、例えば図5に示すように、繊維濃度の薄い分散液に適した傾斜ワイヤ型抄紙機の技術を適用して、繊維強化プラスチック成形体用基材抄造することが考えられる。この装置には、分散液が一時的に貯留される貯留部500が設けられ、この貯留部500の底部から斜め上方にわたって移動する抄造領域611を有する傾斜ワイヤ610が備えられている。
For this measure, it is effective to make the paper in a state in which the fiber concentration of the dispersion liquid is greatly reduced and aggregation of the reinforcing fibers is suppressed. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, it is conceivable to apply a technique of an inclined wire type paper machine suitable for a dispersion having a low fiber concentration to make a base material for a fiber-reinforced plastic molded body. The apparatus is provided with a
しかしながら、貯留部500内の分散液の流速F11は、傾斜ワイヤ近傍から液面に向かうに連れて小さくなる。これにより、貯留部500の液面部690(二点鎖線で囲んで示す液面に近い領域)において、繊維の浮き溜まりや凝集が発生しやすくなる。この現象は、分散液の濾水性が悪いほど顕著となり、抄造時の繊維条件や坪量が制約される。
傾斜ワイヤ610近傍の繊維は傾斜ワイヤ610とともに移動しながら移動方向に沿って配向され易いが、貯留部500の液面部690では、繊維の配向はランダムになり易い。このため、この繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧成形した成形体の一方の面には、この繊維の密度や配向のばらつきによる剛性や強度の低下が発生するおそれがあり、品質低下の原因となる。
However, the flow rate F 11 dispersion in the
The fibers in the vicinity of the
本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、その目的の一つは、繊維強化プラスチック成形体用基材の品質を向上させることができるようにした、繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置および繊維強化プラスチック成形体用基材抄造方法を提供することである。
なお、ここでいう目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的として位置づけることができる。
The present invention was devised in view of the above-mentioned problems, and one of its purposes is for a fiber-reinforced plastic molded body that can improve the quality of a substrate for a fiber-reinforced plastic molded body. It is to provide a base paper making apparatus and a base paper making method for a fiber reinforced plastic molded body.
Note that the present invention is not limited to the purpose described here, and is an operational effect derived from each configuration shown in the embodiment for carrying out the invention described later, and also has an operational effect that cannot be obtained by conventional techniques. It can be positioned as a purpose.
(1)上記の目的を達成するために、本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置は、強化繊維と熱可塑性のマトリックス樹脂とを含む分散液から前記強化繊維と前記マトリックス樹脂とからなる繊維強化プラスチック成形体用基材を抄造する装置であって、前記分散液が一時的に貯留される貯留部と、前記貯留部の下部の前記分散液内から前記分散液の液面よりも上方にわたって斜め上方に向けて移動する抄造領域を有する傾斜ボトムワイヤと、前記貯留部に貯留された前記分散液の液面部を前記抄造領域の移動に対応して移動させる液面部移動装置と、を備えることを特徴としている。 (1) In order to achieve the above-mentioned object, the substrate papermaking apparatus for a fiber-reinforced plastic molded body of the present invention comprises a dispersion liquid containing reinforcing fibers and a thermoplastic matrix resin, and the reinforcing fibers and the matrix resin. An apparatus for making a base material for a fiber-reinforced plastic molded body, wherein the dispersion liquid is temporarily stored, and the dispersion liquid is lower than the liquid surface of the dispersion liquid from the dispersion liquid below the storage part. An inclined bottom wire having a papermaking area that moves obliquely upward over the upper part, and a liquid surface part moving device that moves the liquid surface part of the dispersion stored in the storage portion in accordance with the movement of the papermaking area. It is characterized by providing.
(2)前記液面部移動装置は、前記貯留部に貯留された前記分散液の前記液面部に沿うとともに前記抄造領域の移動に対応して移動する液面部移動領域を有する搬送ベルトを備えることが好ましい。
(3)前記液面部移動領域の下流端において、前記搬送ベルトを前記傾斜ボトムワイヤ上の湿基材に圧接させる圧接ロールを有することが好ましい。
(4)前記搬送ベルトは、トップワイヤであることが好ましい。
(2) The liquid surface portion moving device includes a transport belt having a liquid surface portion moving region that moves along the liquid surface portion of the dispersion liquid stored in the storage portion and moves in accordance with the movement of the papermaking region. It is preferable to provide.
(3) It is preferable to have a pressure contact roll that presses the conveyor belt against the wet base material on the inclined bottom wire at the downstream end of the liquid surface portion moving region.
(4) It is preferable that the said conveyance belt is a top wire.
(5)前記抄造領域を介して前記分散液の水分を下方に吸引する下部吸引装置と、前記トップワイヤの前記液面部移動領域を介して前記分散液の水分を上方に吸引する上部吸引装置と、を備えることが好ましい。
(6)前記抄造領域における前記搬送ベルトの前記液面部移動領域の下流端と対応する箇所の直下流に設けられ、前記抄造領域を介して前記傾斜ボトムワイヤ上の湿基材を下方に吸引するトランスファー吸引装置を備えることが好ましい。
(5) A lower suction device that sucks the water of the dispersion liquid downward through the papermaking region, and an upper suction device that sucks the water of the dispersion liquid upward through the liquid surface portion moving region of the top wire. And preferably.
(6) The wet belt on the inclined bottom wire is sucked downward through the papermaking region, which is provided immediately downstream of the portion corresponding to the downstream end of the liquid surface portion moving region of the transport belt in the papermaking region. It is preferable to provide a transfer suction device.
(7)本発明の繊維強化プラスチック成形体用基材抄造方法は、強化繊維と熱可塑性のマトリックス樹脂とを含む分散液から前記強化繊維と前記マトリックス樹脂とからなる繊維強化プラスチック成形体用基材を抄造する方法であって、貯留部に前記分散液を一時的に貯留し、前記貯留部の下部から前記分散液の液面よりも上方にわたって斜め上方に向けて移動する抄造領域を有する傾斜ボトムワイヤを作動させて、前記抄造領域において前記分散液から前記強化繊維と前記マトリックス樹脂とを含んでなる湿基材を抄造する際に、前記貯留部に貯留された前記分散液の液面部を前記抄造領域の移動に対応して移動させることを特徴としている。 (7) The method for producing a base material for a fiber-reinforced plastic molded body according to the present invention comprises a base material for a fiber-reinforced plastic molded body comprising the reinforcing fiber and the matrix resin from a dispersion containing reinforcing fibers and a thermoplastic matrix resin. A sloping bottom having a papermaking region in which the dispersion is temporarily stored in a storage part and moved obliquely upward from the lower part of the storage part over the liquid level of the dispersion. When the wet base material comprising the reinforcing fibers and the matrix resin is made from the dispersion in the paper making region by operating a wire, the liquid surface part of the dispersion stored in the storage part is The paper making area is moved in accordance with the movement of the papermaking area.
(8)前記分散液の前記液面部の移動を、前記液面部に沿うとともに前記抄造領域の移動に対応して移動する液面部移動領域を有するトップワイヤを用いて行ない、前記液面部の移動とともに脱水を行なうことが好ましい。
(9)前記抄造領域において下部吸引装置により前記分散液の水分を下方に吸引するとともに、前記液面部移動領域において上部吸引装置により前記分散液の水分を上方に吸引することが好ましい。
(8) The liquid surface portion of the dispersion is moved using a top wire having a liquid surface portion moving region that moves along the liquid surface portion and corresponding to the movement of the papermaking region, It is preferable to perform dehydration as the part moves.
(9) It is preferable that the water in the dispersion liquid is sucked downward by the lower suction device in the paper making region, and the water in the dispersion liquid is sucked upward by the upper suction device in the liquid surface portion movement region.
本発明によれば、傾斜ボトムワイヤによって抄造する際に、貯留部に貯留された分散液の液面部を液面部移動装置によって傾斜ボトムワイヤの抄造領域の移動に対応して移動させる。これにより、分散液の液面部において、強化繊維の浮き溜まりや凝集を抑制することができ、強化繊維を配向させることができる。この結果、繊維強化プラスチック成形体用基材への凝集した強化繊維の混在を抑制することができ、強化繊維の密度や配向を均一なものにすることができる。よって、繊維強化プラスチック成形体用基材の品質を向上させることができる。延いては、繊維強化プラスチック成形体の剛性や強度を向上させることができる。 According to the present invention, when paper making is performed with the inclined bottom wire, the liquid surface portion of the dispersion stored in the storage portion is moved by the liquid surface portion moving device in accordance with the movement of the paper making region of the inclined bottom wire. Thereby, in the liquid surface part of a dispersion liquid, the retention and aggregation of a reinforced fiber can be suppressed, and a reinforced fiber can be oriented. As a result, it is possible to suppress agglomeration of aggregated reinforcing fibers to the substrate for fiber-reinforced plastic molded body, and to make the density and orientation of the reinforcing fibers uniform. Therefore, the quality of the base material for fiber reinforced plastic molding can be improved. As a result, the rigidity and strength of the fiber-reinforced plastic molding can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
本実施形態は、繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する装置(以下、「繊維強化プラスチック成形体用基材製造装置」という)に関するものであり、この繊維強化プラスチック成形体用基材製造装置は、本発明にかかる繊維強化プラスチック成形体用基材を抄造する装置(以下、「繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置」という)と、強化繊維を解繊する装置(以下、「強化繊維解繊装置」という)とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The present embodiment relates to an apparatus for manufacturing a base material for a fiber reinforced plastic molded body (hereinafter referred to as “a base material manufacturing apparatus for a fiber reinforced plastic molded body”), and this base material manufacturing apparatus for a fiber reinforced plastic molded body Are a device for making a base material for a fiber-reinforced plastic molded body according to the present invention (hereinafter referred to as a “base material making device for a fiber-reinforced plastic molded body”) and an apparatus for defibrating reinforcing fibers (hereinafter referred to as “reinforcing fiber”). A defibration device).
抄造して得られた繊維強化プラスチック成形体用基材は不織布状である。この繊維強化プラスチック成形体用基材を加熱加圧処理することで繊維強化プラスチック成形体が成形される。この繊維強化プラスチック成形体は、シート状あるいは所望形状の成形体に成形することができる。
本実施形態では、重力の作用方向を下方とし、その逆方向を上方とする。また、繊維強化プラスチック成形体用基材の製造過程を基準に上流および下流を定める。
The base material for fiber reinforced plastic molding obtained by papermaking is a nonwoven fabric. The fiber reinforced plastic molded body is molded by subjecting the substrate for fiber reinforced plastic molded body to heat and pressure treatment. This fiber-reinforced plastic molded product can be molded into a molded product having a sheet shape or a desired shape.
In the present embodiment, the action direction of gravity is the downward direction, and the opposite direction is the upward direction. Further, upstream and downstream are determined based on the manufacturing process of the substrate for fiber-reinforced plastic molded body.
〔一実施形態〕
[1.構成]
はじめに、一実施形態にかかる強化繊維解繊装置および繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置が適用された繊維強化プラスチック成形体用基材製造装置の構成を説明する。
[One Embodiment]
[1. Constitution]
First, the structure of the base material manufacturing apparatus for fiber reinforced plastic moldings to which the reinforcing fiber defibrating apparatus and the base paper making apparatus for fiber reinforced plastic moldings according to one embodiment are applied will be described.
[1−1.前提]
まず、繊維強化プラスチック成形体用基材製造装置の前提について説明する。
繊維強化プラスチック成形体用基材製造装置は、強化繊維とマトリックス樹脂とを含む分散液から強化繊維とマトリックス樹脂とからなる繊維強化プラスチック成形体用基材を抄造する繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置の上流側に、強化繊維解繊装置が設けられている。この強化繊維解繊装置は、所定長さに切断された強化繊維の集合体(以下、「強化繊維のチョップドストランド」という)を解繊する装置である。
[1-1. Premise]
First, the premise of the base material manufacturing apparatus for fiber reinforced plastic moldings will be described.
The base material manufacturing apparatus for fiber-reinforced plastic molded body is a base material for fiber-reinforced plastic molded body that forms a base material for fiber-reinforced plastic molded body composed of reinforcing fiber and matrix resin from a dispersion containing reinforcing fiber and matrix resin. A reinforcing fiber defibrating device is provided upstream of the paper making device. This reinforcing fiber defibrating apparatus is an apparatus for defibrating an assembly of reinforcing fibers cut to a predetermined length (hereinafter referred to as “chopped strands of reinforcing fibers”).
繊維強化プラスチック成形体用基材が加熱あるいは加圧されることにより、繊維強化プラスチック成形体が成形される。この繊維強化プラスチック成形体用基材は、不織布の一つであり、強化繊維とマトリックス樹脂とが分散(懸濁)された分散液(いわゆる「スラリー」)から抄造される。
以下、強化繊維,マトリックス樹脂,分散液について説明する。
The fiber reinforced plastic molded body is molded by heating or pressurizing the substrate for the fiber reinforced plastic molded body. This base material for fiber-reinforced plastic molded bodies is one of non-woven fabrics, and is made from a dispersion (so-called “slurry”) in which reinforcing fibers and a matrix resin are dispersed (suspended).
Hereinafter, the reinforcing fiber, the matrix resin, and the dispersion liquid will be described.
[1−1−1.強化繊維]
本実施形態では、上記の強化繊維に炭素繊維を適用している。ただし、強化繊維には、炭素繊維以外に、ガラス繊維、アラミド繊維、さらに他種の強化繊維を適用してもよく、複数種の強化繊維がハイブリッドされていてもよい。例えば、ガラス繊維やPBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)繊維等の耐熱性に優れた有機繊維が強化繊維に含有されていてもよい。なお、炭素繊維としては、特にポリアクリロニトリル(PAN)系繊維を用いたPAN系のものを用いることが好ましい。これらの繊維を強化繊維に用いることで、繊維強化プラスチック成形体用基材の強度や剛性を効率よく確保することができる。
[1-1-1. Reinforcing fiber]
In this embodiment, carbon fiber is applied to the reinforcing fiber. However, in addition to carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, and other types of reinforcing fibers may be applied to the reinforcing fibers, and a plurality of types of reinforcing fibers may be hybridized. For example, organic fibers excellent in heat resistance such as glass fibers and PBO (polyparaphenylene benzoxazole) fibers may be contained in the reinforcing fibers. In addition, as a carbon fiber, it is preferable to use especially the PAN type | system | group using a polyacrylonitrile (PAN) type | system | group fiber. By using these fibers as reinforcing fibers, it is possible to efficiently ensure the strength and rigidity of the substrate for fiber-reinforced plastic molded bodies.
また、強化繊維の繊維長は、2mm以上であって150mm以下であることが好ましい。繊維長が小さくなるほど強化繊維の分散性が良好で外観上優れた繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。また、強化繊維の繊維長が大きくなるほど、繊維強化プラスチック成形体の強度や耐衝撃性を向上させる傾向にある。ただし、強化繊維の繊維長が大きくなるほど、強化繊維どうしが絡み付いた塊状の凝集体(以下、「フロック」という)が生じるおそれがある。このため、要求される繊維強化プラスチック成形体の強度と強化繊維のフロックの抑制とを考慮して、強化繊維の繊維長を設定することが好ましい。 Further, the fiber length of the reinforcing fiber is preferably 2 mm or more and 150 mm or less. As the fiber length becomes shorter, a fiber-reinforced plastic molded article having better dispersibility of reinforcing fibers and excellent appearance can be obtained. Moreover, it exists in the tendency which improves the intensity | strength and impact resistance of a fiber reinforced plastic molding, so that the fiber length of a reinforced fiber becomes large. However, the larger the fiber length of the reinforcing fibers, the more likely that agglomerated aggregates (hereinafter referred to as “floc”) in which the reinforcing fibers are entangled with each other. For this reason, it is preferable to set the fiber length of the reinforcing fiber in consideration of the required strength of the fiber-reinforced plastic molded body and suppression of the flocs of the reinforcing fiber.
また、強化繊維の繊維径は、3μm以上であって25μm以下であることが好ましい。強化繊維の繊維径は小さいほうが繊維強化プラスチック成形体の強度、剛性を高めることができるが、強化繊維のフロックが発生しやすくなる。例えば、繊維径が3μm以下であると人体に取り込まれた場合に発がん性の問題が生じうる。一方、繊維径が大きぎると強化繊維の分散性が低下し、繊維強化プラスチック成形体の強度が低下する。これらの観点から、強化繊維の繊維径を上記の範囲内とすることが好ましい。
また、強化繊維の断面形状は、円形に限定されず、楕円形などの異形断面のものであってもよい。
The fiber diameter of the reinforcing fibers is preferably 3 μm or more and 25 μm or less. The smaller the fiber diameter of the reinforcing fibers, the higher the strength and rigidity of the fiber-reinforced plastic molded body, but the flocs of the reinforcing fibers are likely to occur. For example, if the fiber diameter is 3 μm or less, a carcinogenic problem may occur when taken into the human body. On the other hand, when the fiber diameter is large, the dispersibility of the reinforcing fibers is lowered, and the strength of the fiber-reinforced plastic molded product is lowered. From these viewpoints, the fiber diameter of the reinforcing fiber is preferably within the above range.
Further, the cross-sectional shape of the reinforcing fiber is not limited to a circular shape, and may be an odd-shaped cross-section such as an ellipse.
強化繊維のチョップドストランドは、例えば2000本〜3000本の単繊維の強化繊維が同一方向に配向されて集束(集合)されたストランドが所定長さに切断されたものである。この強化繊維のチョップドストランドは、水等の液体に分散しやすい性質を有する。また、強化繊維のチョップドストランドとして、その強化繊維どうしが反発する薬品の塗布されたものを用いてもよい。 The chopped strands of reinforcing fibers are, for example, strands in which 2000 to 3000 single fiber reinforcing fibers are oriented in the same direction and converged (aggregated) are cut to a predetermined length. This chopped strand of reinforcing fibers has a property of being easily dispersed in a liquid such as water. Further, as the chopped strands of reinforcing fibers, those coated with a chemical that repels the reinforcing fibers may be used.
[1−1−2.マトリックス樹脂]
上記のマトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂を含んでおり、熱可塑性樹脂のみで構成されることが好ましく、本実施形態では熱可塑性樹脂のみで構成されている。この熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート(PC),ポリエーテルエーテルケトン(PEEK),ポリアミドイミド(PAI),ポリフェニレンスルフィド(PPS),ポリエーテルイミド(PEI),ポリエーテルケトンケトン(PEKK),ポリアミド,ポリプロピレンといった樹脂を例示することができる。これらの熱可塑性樹脂は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、これら熱可塑性樹脂の中でも、高強度の繊維強化プラスチック成形体用基材を得るために、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリプロピレンを用いることが好ましい。
[1-1-2. Matrix resin]
The matrix resin contains a thermoplastic resin and is preferably composed only of a thermoplastic resin. In the present embodiment, the matrix resin is composed only of a thermoplastic resin. As this thermoplastic resin, polycarbonate (PC), polyetheretherketone (PEEK), polyamideimide (PAI), polyphenylene sulfide (PPS), polyetherimide (PEI), polyetherketoneketone (PEKK), polyamide, polypropylene Such resin can be illustrated. One type of these thermoplastic resins may be used alone, or two or more types may be used in combination. Of these thermoplastic resins, it is preferable to use polycarbonate, polyetherimide, polyamide (nylon), or polypropylene in order to obtain a high-strength fiber-reinforced plastic molded article substrate.
さらに、熱可塑性樹脂は繊維状であることが好ましく、繊維分散性が良好なポリカーボネート繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリアミド(ナイロン)繊維、ポリプロピレン繊維といった繊維状の樹脂(熱可塑性樹脂繊維)を用いることが好ましい。本実施形態では、マトリックス樹脂に熱可塑性樹脂繊維を適用している。ただし、熱可塑性樹脂は粒子状などの他の形態であってもよい。 Further, the thermoplastic resin is preferably fibrous, and a fibrous resin (thermoplastic resin fiber) such as polycarbonate fiber, polyetherimide fiber, polyamide (nylon) fiber, or polypropylene fiber having good fiber dispersibility is used. Is preferred. In this embodiment, thermoplastic resin fibers are applied to the matrix resin. However, the thermoplastic resin may be in other forms such as particles.
熱可塑性樹脂が繊維状である場合、熱可塑性樹脂の繊維長についても、2mm以上であって150mm以下であることが好ましい。強化繊維及び熱可塑性樹脂繊維の各繊維長は上記範囲内であればそれぞれ任意に選定することができる。熱可塑性樹脂の繊維長は、大きくなるほど抄造される繊維強化プラスチック成形体用基材の工程強度を向上させることができる傾向にある。ここでいう工程強度とは、繊維強化プラスチック成形体用基材を製造する工程における破損に耐える強度を意味する。繊維強化プラスチック成形体用基材は、工程強度が向上されることで、製造工程において例えばベルトやロールに支持されていない個所での不具合を抑制することができる。ただし、熱可塑性樹脂の繊維長が大きくなるほど、熱可塑性樹脂どうしの絡み付きによるフロックが生じやすい。これにより、後述する輸送パートIIIや導入パートIVでバルブやポンプ等で詰まりが発生するおそれがある。このため、要求される繊維強化プラスチック成形体の強度と熱可塑性樹脂の繊維どうしの絡み付きの抑制とを考慮して、強化繊維の繊維長を設定することが好ましい。 When the thermoplastic resin is fibrous, the fiber length of the thermoplastic resin is also preferably 2 mm or more and 150 mm or less. Each fiber length of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin fiber can be arbitrarily selected within the above range. As the fiber length of the thermoplastic resin increases, the process strength of the base material for a fiber-reinforced plastic molded body to be made tends to be improved. Process strength here means the strength which resists the damage in the process of manufacturing the substrate for fiber reinforced plastic moldings. The base material for a fiber reinforced plastic molded body is improved in process strength, so that it is possible to suppress inconveniences in places that are not supported by, for example, a belt or a roll in the manufacturing process. However, the larger the fiber length of the thermoplastic resin, the more likely it is that a floc is caused by the entanglement of the thermoplastic resins. As a result, there is a possibility that clogging may occur due to a valve, a pump, or the like in the transportation part III or the introduction part IV described later. For this reason, it is preferable to set the fiber length of the reinforcing fiber in consideration of the required strength of the fiber-reinforced plastic molded body and suppression of the entanglement of the fibers of the thermoplastic resin.
また、熱可塑性樹脂の繊維径は、3μm以上であって300μm以下であることが好ましい。熱可塑性樹脂の繊維径が小さくなるほど、抄造される繊維強化プラスチック成形体用基材の柔軟性の向上,表面繊維の脱落防止に寄与しうるものの、熱可塑性樹脂のフロックが生じやすい。このため、要求される繊維強化プラスチック成形体用基材の特性と熱可塑性樹脂のフロックの抑制とを考慮して、熱可塑性樹脂の繊維径を設定することが好ましい。 The fiber diameter of the thermoplastic resin is preferably 3 μm or more and 300 μm or less. As the fiber diameter of the thermoplastic resin becomes smaller, it can contribute to the improvement of the flexibility of the base material for the fiber-reinforced plastic molded article to be produced and the prevention of the falling off of the surface fibers, but the thermoplastic resin flock is likely to occur. For this reason, it is preferable to set the fiber diameter of the thermoplastic resin in consideration of the required characteristics of the base material for a fiber-reinforced plastic molded body and the suppression of the flocs of the thermoplastic resin.
繊維強化プラスチック成形体用基材における強化繊維と熱可塑性樹脂との質量比は、10:90〜80:20の範囲であることが好ましく、20:80〜70:30の範囲であることがより好ましく、30:70〜70:30の範囲であることが更に好ましい。このような範囲内に強化繊維と熱可塑性樹脂との質量比を設定することにより、軽量かつ高強度の繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。なお、分散液には、繊維強化プラスチック成形体用基材の強化繊維と熱可塑性樹脂どうしを結着させるために、バインダー成分が含まれていてもよい。 The mass ratio of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin in the substrate for fiber-reinforced plastic molded body is preferably in the range of 10:90 to 80:20, and more preferably in the range of 20:80 to 70:30. Preferably, it is in the range of 30:70 to 70:30. By setting the mass ratio of the reinforcing fiber and the thermoplastic resin within such a range, a lightweight and high-strength fiber-reinforced plastic molded body can be obtained. The dispersion may contain a binder component in order to bind the reinforcing fibers of the substrate for fiber-reinforced plastic molded body and the thermoplastic resin.
バインダーとしてはアクリル樹脂エマルジョン,スチレン−アクリル樹脂エマルジョン,PVA,熱可塑性樹脂等の湿紙機不織布の製造に一般的に使用されるものを使用することができる。添加方法は、PET−変性PET芯鞘構造繊維,ポリプロピレン−ポリエチレン芯鞘構造バインダー繊維等の熱可塑性樹脂,またはPVA繊維やPVA樹脂等を強化繊維等と共に分散させて添加することができ、PVA溶液,アクリル樹脂エマルジョン,スチレン・アクリル樹脂エマルジョン等の液状バインダーを、乾燥パートの上流側でスプレーやディッピングによって添加することもできる。 As a binder, what is generally used for manufacture of wet paper machine nonwoven fabrics, such as an acrylic resin emulsion, a styrene-acrylic resin emulsion, PVA, and a thermoplastic resin, can be used. The addition method can be added by dispersing a thermoplastic resin such as PET-modified PET core-sheath structure fiber, polypropylene-polyethylene core-sheath structure binder fiber, or PVA fiber or PVA resin together with reinforcing fiber, etc. Liquid binders such as acrylic resin emulsion and styrene / acrylic resin emulsion can be added by spraying or dipping upstream of the drying part.
[1−1−3.分散液]
分散液とは、分散溶媒に強化繊維および熱可塑性樹脂が分散あるいは浮遊した状態となっているものである。分散液としては、分散溶媒に水を用いた水系分散液や、分散溶媒としてアルコールなどの有機溶媒を用いた有機溶媒系の分散液がある。本実施形態では、安価で管理の容易な水系分散液を適用している。水系分散液は、少なくとも水を含む分散液であり、水のみからなってもよいし、水系分散液の安定性を損ねない限り、水以外の溶剤や界面活性剤等が含まれてもよい。
[1-1-3. Dispersion]
The dispersion is a dispersion in which reinforcing fibers and a thermoplastic resin are dispersed or suspended in a dispersion solvent. Examples of the dispersion include an aqueous dispersion using water as a dispersion solvent and an organic solvent dispersion using an organic solvent such as alcohol as a dispersion solvent. In the present embodiment, an inexpensive and easy-to-manage aqueous dispersion is applied. The aqueous dispersion is a dispersion containing at least water, and may be composed of water alone, or may contain a solvent other than water, a surfactant, or the like as long as the stability of the aqueous dispersion is not impaired.
分散溶媒に用いる水としては、通常の工業用水のほか、蒸留水や精製水などを用いることができる。この水には、必要に応じて界面活性剤が混合されうる。界面活性剤は、陽イオン型,陰イオン型,非イオン型,両性の各種に分類されるが、本発明においては繊維の種類に応じて適切な界面活性剤を任意に選定することができる。
界面活性剤を水に混合する場合の界面活性剤の濃度は、好ましくは0.01質量%以上であって1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以上であって0.5質量%以下である。
As water used for the dispersion solvent, distilled water or purified water can be used in addition to normal industrial water. In this water, a surfactant can be mixed as necessary. Surfactants are classified into cationic, anionic, nonionic, and amphoteric types. In the present invention, an appropriate surfactant can be arbitrarily selected according to the type of fiber.
When the surfactant is mixed with water, the concentration of the surfactant is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or more and 0.5% by mass. It is as follows.
分散溶媒には必要に応じて高分子化合物(粘剤)を溶解させ、分散溶媒の粘度を調整し得る。この高分子化合物は、溶媒の種類に応じて水溶性高分子、溶剤系高分子を用いることができる。分散溶媒が水の場合は、ポリアクリルアミド、デンプン,ポリビニルアルコール,ポリエチレンオキシドを用いることが好ましい。強化繊維が炭素繊維の場合、特にアニオン性のポリアクリルアミドがこのましい。高分子化合物を分散溶媒に溶解する場合の高分子化合物の濃度は、好ましくは0.01質量%以上であって5質量%以下、より好ましくは0.05質量%以上であって1質量%以下である。
分散溶媒を構成する界面活性剤,高分子化合物はそれぞれ1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、分散液については、後述する導入パートIVにおいて詳細を後述する。
In the dispersion solvent, a polymer compound (viscous agent) can be dissolved as necessary to adjust the viscosity of the dispersion solvent. As the polymer compound, a water-soluble polymer or a solvent-based polymer can be used depending on the type of the solvent. When the dispersion solvent is water, it is preferable to use polyacrylamide, starch, polyvinyl alcohol, or polyethylene oxide. When the reinforcing fiber is a carbon fiber, anionic polyacrylamide is particularly preferable. When the polymer compound is dissolved in the dispersion solvent, the concentration of the polymer compound is preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or more and 1% by mass or less. It is.
Each of the surfactant and the polymer compound constituting the dispersion solvent may be used alone or in combination of two or more.
The details of the dispersion will be described later in the introduction part IV described later.
[1−1−4.基本構成]
次に、図1を参照して、繊維強化プラスチック成形体用基材製造装置の基本構成を説明する。
この繊維強化プラスチック成形体用基材製造装置は、上流側から順に、強化繊維のチョップドストランド5(図1では図示省略,図2および図3参照)を解繊する解繊パートI(解繊工程,図1では二点鎖線で示す,図2および図3参照)と、解繊パートIで解繊された強化繊維9が分散溶媒に投入された分散液を貯留する第一貯留パートII(第一貯留工程)と、第一貯留パートIIから分散液を輸送する輸送パート(輸送工程)IIIと、輸送パートIIIで輸送された分散液を次に述べる第二貯留パート(第二貯留工程)Vに導入する導入パート(導入工程)IVと、導入パートIVで導入された分散液を貯留する第二貯留パートVと、第二貯留パートVで貯留された分散液から繊維強化プラスチック成形体用基材の湿基材(強化繊維およびマトリックス樹脂に水を含有するウェットウェブ,図1では太線で示す)を抄造する抄造パート(抄造工程)VIと、水を供給して輸送パートIIIで輸送される分撒水を希釈する希釈パート(希釈工程)VIIとを備えている。
[1-1-4. Basic configuration]
Next, with reference to FIG. 1, the basic composition of the base material manufacturing apparatus for fiber reinforced plastic moldings is demonstrated.
This base material manufacturing apparatus for a fiber reinforced plastic molded body is a defibrating part I for defibrating chopped strands 5 (not shown in FIG. 1, refer to FIG. 2 and FIG. 3) in order from the upstream side. , FIG. 1, shown by a two-dot chain line, see FIGS. 2 and 3), and a first storage part II for storing the dispersion liquid in which the reinforcing fibers 9 defibrated in the defibrating part I are put in the dispersion solvent (No. 1) One storage process), a transport part (transport process) III for transporting the dispersion liquid from the first storage part II, and a second storage part (second storage process) V described below for the dispersion transported in the transport part III. An introduction part (introduction process) IV to be introduced into the second storage part V, a second storage part V for storing the dispersion introduced in the introduction part IV, and a base for fiber reinforced plastic molding from the dispersion stored in the second storage part V Wet base material (reinforced fiber) And a papermaking part (papermaking process) VI for papermaking a wet web containing water in the matrix resin (shown in bold in FIG. 1), and a dilution part for diluting the divided water transported in transport part III by supplying water Dilution step) VII.
解繊パートIには、強化繊維解繊装置1が適用され、第一貯留パートII,輸送パートIII,導入パートIV,第二貯留パートV,抄造パートVI,希釈パートVIIには、繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置2が適用されている。
図2および図3に示すように、解繊パートIには、強化繊維のチョップドストランド5(ここでは一箇所にのみ符号を付す)を解繊する強化繊維解繊装置1が設けられている。この強化繊維解繊装置1によってチョップドストランド5は解繊されて、抄造材料としての強化繊維9となる。
A reinforced
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the defibrating part I is provided with a reinforced
図1に示すように、第一貯留パートIIには、分散溶媒が貯留される貯留槽20が設けられている。この貯留槽20に貯留された分散溶媒には、強化繊維解繊装置1によって解繊された強化繊維9(図2および図3参照)が投入される。この分散溶媒には、図示省略する熱可塑性樹脂も投入される。
輸送パートIIIには、貯留槽20から分散液を輸送する輸送パイプ30が設けられている。この輸送パイプ30には、詳細を後述するポンプP1およびミキサMが介装されている。貯留槽20から輸送される分散液は、希釈パートVIIの希釈水導入パイプ81によって導入される希釈水により、希釈される。
As shown in FIG. 1, the first storage part II is provided with a
In the transport part III, a
導入パートIVには、輸送パイプ30により輸送された分散液を第二貯留パートVに導入する導入部40が設けられている
第二貯留パートVには、導入部40により導入された分散液を一時的に貯留する貯留部(「ポンド」とも称される)50が設けられている。
そして、抄造パートVIで貯留部50に貯留された分散液から湿基材が抄造される。
The introduction part IV is provided with an
And a wet base material is made from the dispersion liquid stored in the
なお、図示省略するが、繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置2においては、抄造パートVIよりも下流側に、脱水フェルト等の公知の装置を用いたプレスパートや、ヤンキードライヤーや熱風ドライヤーといった公知の装置を用いたドライヤパートが装備され、抄造パートVIから送り出された湿基材に対して、下流側の各処理パートによって脱水および加熱による乾燥がなされ、シート状の繊維強化プラスチック成形体用基材が製造される。
Although not shown in the drawings, in the base
[1−2.詳細構成]
次に、繊維強化プラスチック成形体用基材製造装置における各パートの詳細構成を上流側から順に説明する。
[1−2−1.解繊パート]
図2および図3を参照して、解繊パートIの強化繊維解繊装置1について説明する。
強化繊維解繊装置1は、上載された強化繊維のチョップドストランド5を下方から搬送する下部搬送装置10と、下部搬送装置10に強化繊維のチョップドストランド5を載置するホッパ16(図3では図示省略する)と、強化繊維のチョップドストランド5を上方から搬送する上部搬送装置13と、上部搬送装置13とホッパ16の間に設けられたシャワー(給液装置)17(図3では図示省略する)とを備えている。
[1-2. Detailed configuration]
Next, the detailed structure of each part in the base material manufacturing apparatus for fiber-reinforced plastic molded bodies will be described in order from the upstream side.
[1-2-1. Defibration part]
With reference to FIG. 2 and FIG. 3, the reinforcing
The reinforcing
以下、下部搬送装置10および上部搬送装置13を説明し、その次にホッパ16,シャワー17の順で各構成を説明する。
下部搬送装置10は、ロール12a,12bに巻回された無端状の下部搬送ベルト11を有する。ここでは、下部搬送ベルト11の搬送面111が水平に設けられており、搬送面111上に載せられた強化繊維のチョップドストランド5を搬送方向(図2,図3中では右方向)に搬送する。
Hereinafter, the
The
ロール12a,12bの少なくとも一方が下部搬送ベルト11を搬送駆動する駆動ロールであって、この駆動ロールは下部搬送速度V1に応じた周速で回転する。すなわち、下部搬送ベルト11は搬送面111を含む何れの個所においても下部搬送速度V1で搬送方向に移動する。
上部搬送装置13は、下部搬送装置10の搬送方向と同一方向に強化繊維のチョップドストランド5を搬送するものである。なお、上部搬送装置13による搬送とは、強化繊維のチョップドストランド5に搬送方向への力を加えることを意味し、このチョップドストランド5の搬送は下部搬送装置10を主体として行なわれる。この上部搬送装置13は、ロール15a,15b,15c,15dに巻回された無端状の上部搬送ベルト14を有する。
The upper conveying
上部搬送ベルト14は、下部搬送装置10の搬送方向(上部搬送装置13の搬送方向と同一方向)に伸縮可能である。なお、下部搬送ベルト11,上部搬送ベルト14の何れにも、ゴムなどの伸縮性のある材料を用いることができる。なお、下部搬送ベルト11は、上部搬送ベルト14よりも伸縮しにくいものが用いられている。
The
ロール15a,15b,15c,15dは、上部搬送ベルト14の搬送面141の上流端14aに配置される上流駆動ロール15aと、上部搬送ベルト14の搬送面141の下流端14cに配置される下流駆動ロール15bと、従動ロール15c,15dとに類別することができる。
The
上流駆動ロール15aは、下部搬送速度V1と等速の周速で回転する。したがって、上部搬送ベルト14は、上流駆動ロール15aによって下部搬送ベルト11と等速(下部搬送速度V1)で搬送方向へ駆動される。
一方、下流駆動ロール15bは、下部搬送速度V1よりも高速の上部搬送速度V2(>V1)に応じた周速で回転する。したがって、上部搬送ベルト14は、下流駆動ロール15bによって下部搬送ベルト11よりも高速(上部搬送速度V2)で搬送方向へ駆動される。
On the other hand, the
よって、上部搬送ベルト14は上流駆動ロール15aとの接触個所から下流駆動ロール15bとの接触個所に向けて下部搬送速度V1からこ50れよりも高速な上部搬送速度V2へと速度を次第に上昇させて移動する。
なお、図2に二点鎖線で示すように、上流駆動ロール15aと下流駆動ロール15bとの間(即ち、搬送面141の搬送方向中間部14b)に上部搬送ベルト14を下方に押さえつける押さえロール15eが設けられてもよい。さらに、押さえロール15eの設置個数は、一つに限らず複数であってもよい。
Therefore, the
As indicated by a two-dot chain line in FIG. 2, a
下部搬送装置10の下部搬送ベルト11と上部搬送装置13の上部搬送ベルト14とは、強化繊維のチョップドストランド5を上下から挟みこんで搬送する。このとき、下部搬送ベルト11により下部搬送速度V1で搬送される強化繊維のチョップドストランド5の上部に、上部搬送ベルト14が伸張しつつ次第に速度を速めながら搬送方向への力(以下、「搬送力」という)を加えていき、この力が繊維間を剥離させる剪断力として作用するようになっている。
The
以下、図2を参照してさらに説明する。
上部搬送ベルトの搬送面141は、上流端14aが下部搬送ベルト11の搬送方向中間部11bに配置され、下流端部14cが下部搬送ベルト11の下流端11cよりも突出して配置される。
なお、下部搬送ベルト11の下流端11cの下方であり、上部搬送ベルト14の下流端14cの下方には、貯留槽20(二点鎖線で示す)が設けられている。
Hereinafter, further description will be given with reference to FIG.
The
A storage tank 20 (indicated by a two-dot chain line) is provided below the
ホッパ16は、下部搬送ベルト11に対して、上方であって上流端11aと搬送方向中間部11bとの間に設けられている。このホッパ16は、チョップドストランド5における強化繊維の配向方向が下部搬送ベルト11の搬送方向に対して交差するように、強化繊維のチョップドストランド5を下部搬送ベルト11上に載置するものである。すなわち、ホッパ16は、下部搬送ベルト11の搬送方向と交差する配向姿勢(下部搬送ベルト11に載置されたときに強化繊維の配向方向)で強化繊維のチョップドストランド5を下部搬送ベルト11上に載置するものである。チョップドストランド5における強化繊維の配向方向と下部搬送ベルト11の搬送方向との角度が90度に近づくほど、チョップドストランド5の解繊効率は向上する。したがって、下部搬送ベルト11の搬送方向に対して直交する配向姿勢でチョップドストランド5を下部搬送ベルト11上に載置することがより好ましい。
The
ここでは、載置される強化繊維のチョップドストランド5がホッパ16内に集積されており、ホッパ16の下部には下部搬送ベルト11の搬送方向側に強化繊維のチョップドストランド5の厚み分だけ切り欠かれた切り欠16aが形成されている。このため、ホッパ16により強化繊維のチョップドストランド5が下部搬送ベルト11に所定の配向姿勢で順次載置される。なお、安定して強化繊維のチョップドストランド5を所望の配向姿勢で載置するために、複数のホッパ16を搬送方向に直交する方向(搬送ベルト11の幅方向)に並べて配置してもよい。
Here, the chopped
シャワー17は、下部搬送ベルト11の上方であるとともに、ホッパ16よりも下流側であって上部搬送装置13よりも上流側に設けられている。このシャワー17は、強化繊維のチョップドストランド5に液体を供給する。この液体には、上述した分離溶媒と同じものを用いることができる。なお、シャワー17に替えて、シャワー17よりも高圧に液体を供給(噴射)するウォータジェット(給液装置)を用いてもよい。なお、複数のシャワー17または複数のウォータジェットを単独または組み合わせて用いてもよい。
The
強化繊維のチョップドストランド5は水等の液体に分散しやすい性質を有するため、下部搬送ベルト11および上部搬送ベルト14による搬送力が加えられる前に液体が供給されると、強化繊維のチョップドストランド5は、搬送ベルト11,14による解繊に先立って分散される。ウォータジェットを用いる場合には、給液圧が高圧なことから、この物理的な力で強化繊維のチョップドストランド5を更に解繊することができる。
The reinforced fiber chopped
[1−2−2.第一貯留パート]
以下、図1を参照して、繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置2の第一貯留パートII,輸送パートIII,導入パートIV,第二貯留パートV,抄造パートVI,希釈パートVIIを説明する。
上述したように、第一貯留パートIIの貯留槽20には、分散溶媒に、解繊された強化繊維9やマトリックス樹脂が投入され分散された分散液が貯留されている。
[1-2-2. First storage part]
Hereinafter, with reference to FIG. 1, the first storage part II, transport part III, introduction part IV, second storage part V, papermaking part VI, and dilution part VII of the base
As described above, in the
この貯留槽20には、上部に開口20aが形成され、底部に流出口20bが形成されている。この開口20aは、解繊された強化繊維9(図2および図3参照)やマトリックス樹脂の投入口として機能する。
なお、貯留槽20には、分散溶媒の混合などのためにアジテータ(図示省略)が設けられていてもよい。
The
The
[1−2−3.輸送パート,希釈パート]
輸送パートIIIの輸送パイプ30は、上流端部30aが貯留槽20の流出口20bに接続され、下流端部30bが導入部40に接続されている。この輸送パイプ30には、上流から順に、分散液を圧送するポンプP1と、圧送された分散液を攪拌するミキサMとが介装されている。
[1-2-3. Transport part, dilution part]
The
更に、輸送パイプ30には希釈水導入パイプ81を通じて希釈水が圧入され、分散液の濃度が約10倍〜20倍以上に希釈される。このように分散液を低濃度とすることにより、後述するミキサMや乱流発生装置41での分散効果をより高め、分散状態が良好な繊維強化プラスチック成形体用基材を得ることができる。
Further, dilution water is injected into the
希釈水導入パイプ81は、下流端部81aが輸送パイプ30に接続されている。この接続個所は、ミキサMよりも上流側であっても、ミキサMよりも下流側であってもよいが、ミキサMの上流側であるほうが強化繊維の分散性が改善されるため好ましい。
なお、ここで説明する希釈パートVIIでは、希釈水が大量に使用されるため、水の節約の観点から、希釈水として抄紙パートVIで排出される水を再利用している。具体的には、希釈水として、抄紙パートVIのサクションボックス62によって吸引された水分が
循環パイプ82を流通してタンク80に貯められたものを用いている。タンク80に貯留された希釈水は、ポンプP2によって連続的に希釈水導入パイプ81から輸送パイプ30に供給される。
The dilution
In the dilution part VII described here, since a large amount of dilution water is used, the water discharged in the papermaking part VI is reused as dilution water from the viewpoint of saving water. Specifically, as the diluting water, the water sucked by the
ただし、希釈パートVIIで用いる希釈水としては、サクションボックス62以外のサクションボックス63,64,72(何れも詳細を後述する)によって吸引された水分を用いてもよい。更に言えば、抄造パートVIで排出された水分を再利用しなくてもよい。
However, as the dilution water used in the dilution part VII, water sucked by
ミキサMとしては、スタティックミキサを用いることが好ましい。スタティックミキサは、駆動部が設けられておらず、流通する分散液を静的に攪拌するのでシンプルに構成することができる。このスタティックミキサは、詳細を後述する乱流発生装置41に先立って予備的に分散液を攪拌するものである。ただし、ミキサMとして、プロペラを回転駆動する駆動部を備えたミキサを用いてもよく、また、ミキサMは省略してもよい。
As the mixer M, it is preferable to use a static mixer. The static mixer is not provided with a drive unit, and can synthesize simply because the circulating dispersion is statically stirred. This static mixer preliminarily stirs the dispersion prior to the turbulent
[1−2−4.導入パート]
導入パートIVの導入部40は、輸送パイプ30によって輸送された分散液を貯留部50に導入するものである。また、導入部40は、上流端部40aが輸送パイプ30の下流端部30bに接続され、下流端部40bが貯留部50のインレット50aと接続されている。
なお、図1では導入部40が鉛直方向に対して斜め上方に延びて設けられているものを例示するが、導入部40は、上下方向あるいは水平方向に沿って延びて設けられていてもよい。
[1-2-4. Introduction part]
The
1 illustrates an example in which the
この導入部40には、分散液に乱流を発生させる乱流発生装置41が設けられている。
図4に示すように、乱流発生装置41は、分散液を複数に分岐して流通させ且つ流路断面積が変化する乱流発生流路42を有する。ここでは、乱流発生流路42は、5つの流路42a,42b,42c,42d,42eを有するものを例示するが、2〜4または6以上に分岐した流路を有していてもよい。更に言えば、分散液を分岐させずに流通させる乱流発生流路42を用いてもよい。
The
As shown in FIG. 4, the turbulent
乱流発生流路42は管状である。乱流発生流路42の流路断面としては、円形状や多角形状のものを挙げることができる。ただし、乱流発生流路42はスリット状であってもよい。この場合、シート状の構造物(いわゆる「フローシート」)によって乱流発生流路42を区画することで、スリット状の乱流発生流路42を形成することができる。
この乱流発生流路42は、流路方向位置によって流路断面積が異なる。つまり、乱流発生流路42は、流路方向に沿って内径が変化し、その流路断面積が変化するように構成されている。
The turbulent
The turbulent
乱流発生流路42において、上流部421は流路断面積S1を有し、流通方向中間部422は流路断面積S2を有し、下流部423は流路断面積S3を有する。これらの流路断面積S1,S2,S3を上流から順に説明する。
上流部421は、強化繊維の引っかかりを抑制するために上流端部42Aの開口が拡大されており、流路断面積S1は上流端部42Aから下流に向かうにつれて縮小する。
In turbulent
流通方向中間部422は、上流部421の下流端からステップ状に拡大した流路断面積S2を有し、この流路断面積の変化により乱流が発生する。
下流部423は、流路断面積S3が下流端42bに向かうにつれて再び縮小する。下流端42Bでは流路断面積が急激に拡大する。このため、下流部423の下流側では、比較的大きな乱流が発生する。
The flow direction
なお、導入部40において、乱流発生装置41の下流側にイブナロール(図示省略)を設けてもよい。イブナロールは千鳥状に穿孔されたロールであり、これらの孔を分散液が流通することで、強化繊維のフロッグを解きほぐすことができる。ただし、分散液における強化繊維の濃度や強化繊維の繊維長によっては、強化繊維の凝集や再凝集を促してしまうおそれもあるため、強化繊維のフロックの原因となるパラメータを考慮して、イブナロール設置の可否を定めることが好ましい。
In the
次に、分散液のパラメータについて説明する。
分散液における強化繊維の濃度(希釈水によって希釈される前の濃度)は、概ね3.0%以下であることが好ましい。この濃度が大きければ生産効率は高まるが、貯留槽20内での強化繊維どうしの再凝集が強くなりやすくなくなる。分散液における強化繊維の濃度が3.0%以下であれば、乱流発生装置41によって強化繊維の再凝集を解きほぐし良好な分散状態を得ることができる。
Next, the parameters of the dispersion will be described.
The concentration of reinforcing fibers in the dispersion (concentration before being diluted with dilution water) is preferably approximately 3.0% or less. If this concentration is large, the production efficiency is increased, but the reaggregation of the reinforcing fibers in the
希釈水導入パイプ81より圧入される希釈水によって希釈された後の分散液における強化繊維の濃度は、乱流発生装置41の分散効果を高め、繊維結束の少ない繊維強化プラスチック成形体用基材を得るという観点から0.5%以下が好ましく、0.1%以下がより好ましく、0.01%以下がより更に好ましい。なお、この濃度が低いほうが、坪量の均一性の観点からも有利である。
一方、希釈後の分散液における強化繊維の濃度が0.02%以上であると、分散液を脱水して抄造する場合に目付けを確保して生産性を向上させることができる。この濃度の調整は、希釈水の循環量を調整することで行うことができる。
The concentration of the reinforcing fiber in the dispersion liquid diluted with the dilution water injected from the dilution
On the other hand, when the concentration of the reinforcing fiber in the dispersion after dilution is 0.02% or more, when the dispersion is dehydrated to make paper, the fabric weight can be secured and the productivity can be improved. This concentration can be adjusted by adjusting the circulation amount of the dilution water.
また、乱流発生装置41によって発生される乱流のレイノルズ数は、7000以上であって200000以下であることが好ましく、170000以下であることがより好ましい。このレイノルズ数が大きくなるほど、乱流の発生が促進されて強化繊維の凝集を解きほぐしたり強化繊維のフロックを抑制することができる傾向にあるものの、強化繊維の切れや折れが生じるおそれがある。このため、強化繊維の凝集あるいは再凝集の抑制と強化繊維の切れや折れ(即ち強化繊維の強度)とを考慮して、レイノルズ数が設定されることが好ましい。すなわち、ここでいう乱流のレイノルズ数は、7000以上であれば強化繊維の凝集あるいは再凝集を抑制することができ、170000以下であれば強化繊維の切れや折れを抑制することができる。
The Reynolds number of the turbulent flow generated by the turbulent
また、分散液(分散溶媒)の粘性は、前述した粘剤を添加することで、0.9mPa・s以上であって3.0mPa・s以下とされることが好ましい。この粘性が大きくなるほど、レイノルズ数は同じであっても繊維の分散性に優れ、且つ、強化繊維の切れや折れが少ない繊維強化プラスチック成形体用基材が得られる傾向にある。一方、脱水抵抗が増大して生産性の低下につながるおそれがある。このため、強化繊維の凝集の抑制と生産性とを考慮して、粘性が設定されることが好ましい。すなわち、分散液の粘性が、1.1mPa・sであれば強化繊維の凝集を抑制することができ、1.0mPa・s以下であれば生産性を向上させることができる。ここでいう粘性の設定範囲は、項目[1−1−3.分散液]で上述した高分子化合物(粘剤)の溶解濃度を所定範囲に設定することで達成しうる。 The viscosity of the dispersion (dispersion solvent) is preferably 0.9 mPa · s or more and 3.0 mPa · s or less by adding the above-mentioned adhesive. As this viscosity increases, there is a tendency to obtain a base material for a fiber-reinforced plastic molded article having excellent fiber dispersibility even with the same Reynolds number, and with few reinforcing fiber breaks and breaks. On the other hand, there is a possibility that the dehydration resistance increases and the productivity is lowered. For this reason, it is preferable to set the viscosity in consideration of suppression of aggregation of the reinforcing fibers and productivity. That is, if the viscosity of the dispersion liquid is 1.1 mPa · s, aggregation of reinforcing fibers can be suppressed, and if it is 1.0 mPa · s or less, productivity can be improved. The viscosity setting range here is the item [1-1-3. This can be achieved by setting the concentration of the above-described polymer compound (viscous agent) in the dispersion to a predetermined range.
なお、分散液の粘度は、貯留部50から採取した分散液を、80meshのフィルタ(フルイ)で濾過して濾液を採取し、キャノン・フェンスケ粘度計を用いてJIS Z 8803「液体の粘度測定方法」に規定される測定方法に従って測定することができる。
また、分散液の粘度設定に用いる粘剤は、輸送パートIIIにおける希釈パートVIIとの合流部よりも下流側,導入パートIV,貯留パートV,希釈パートVII、即ち、希釈水が循環流通する個所で注入することができる。なお、上記の粘剤は、ポンプP1とミキサMとの間、または、ミキサMと乱流発生装置41との間に注入されることが好ましい。この場合、粘剤の投入口(図示省略)が対応個所に形成される。
In addition, the viscosity of the dispersion liquid is obtained by filtering the dispersion liquid collected from the
Further, the viscosity used for setting the viscosity of the dispersion is the downstream of the junction with the dilution part VII in the transport part III, the introduction part IV, the storage part V, the dilution part VII, that is, where the dilution water circulates and flows. Can be injected. Note that the above-mentioned viscous agent is preferably injected between the pump P 1 and the mixer M or between the mixer M and the turbulent
[1−2−5.第二貯留パート]
第二貯留パートVの貯留部50は、導入部40から導入された分散液を一時的に貯留するものである。なお、貯留部50には、貯留される分散液の側壁としてプレート部(図示省略)が設けられている。
この貯留部50は、導入部40から離隔するほど貯留される分散液の水深が浅くなるように傾斜した底部50bを有している。この底部50bは開口を有し、この開口に沿って後述するボトムワイヤ装置60の傾斜ボトムワイヤ61が走行する。
[1-2-5. Second storage part]
The
The
[1−2−6.抄造パート]
抄造パートVIは、傾斜ボトムワイヤ61を有するボトムワイヤ装置60と、トップワイヤ(搬送ベルト)71を有するトップワイヤ装置(液面部移動装置)70とを備えている。
以下、ワイヤ装置60,70について詳細に説明する。
ボトムワイヤ装置60は、無端状の傾斜ボトムワイヤ61と、この傾斜ボトムワイヤ61が巻回された複数のロール64a,64b,64c,64d,64e,64f,64gと、三種のサクションボックス62,63,65とを有する。
[1-2-6. Papermaking part]
The papermaking part VI includes a
Hereinafter, the
The
傾斜ボトムワイヤ61は、分散液から湿基材を抄造する領域(以下、「抄造領域」という)61aを有する。この抄造領域61aは、貯留部50の下部(底部50bの開口部)から分散液の液面69aよりも上方にわたって斜め上方に向かう領域である。
複数のロール64a,64b,64c,64d,64e,64f,64gの少なくとも一つは駆動ロールであり、この駆動ロールは傾斜ボトムワイヤ61による抄造速度(ボトム抄造速度V3)で回転する。すなわち、ロール64a,64b,64c,64d,64e,64f,64gに巻回された傾斜ボトムワイヤ61はボトム抄造速度V3で駆動される。このため、傾斜ボトムワイヤ61の抄造領域61aは、分散液内から分散液の液面69aよりも上方にわたって斜め上方に向けて移動する領域といえる。
The inclined
At least one of the plurality of
三種のサクションボックス62,63,65は、分散液の液面69aよりも下方に吸引口62aが設けられた上流サクションボックス(下部吸引装置)62と、分散液の液面69aと同レベル近傍に吸引口63aが設けられるとともに後述する液面部移動領域71aの下流端でトップワイヤ71と傾斜ボトムワイヤ61とが離隔する部分の直下流に設けられたトランスファーサクションボックス(トランスファー吸引装置)63と、分散液の液面69aよりも上方に吸引口65aが設けられた下流サクションボックス65に大別することができる。このトランスファーサクションボックス63は、液面部移動領域61aの下流端と対応する箇所の直下流に設けられている。
The three types of
上流サクションボックス62は、吸引口62aから抄造領域61aを介して分散液の水分を下方に吸引するものである。ここで吸引された水分は、タンク80に流送され、希釈水として輸送パイプ30に圧入される。この上流サクションボックス62は、分散液から湿基材を抄造するために吸水するものであり、次に説明するサクションボックス63,65よりも大量の水分を吸収する。
The
トランスファーサクションボックス63は、吸引口63aから抄造領域61aを介して傾斜ボトムワイヤ上61の湿基材を下方の傾斜ボトムワイヤ61に吸引するものである。このトランスファーサクションボックス63は、ボトムワイヤ装置60の傾斜ボトムワイヤ61とトップワイヤ装置70のトップワイヤ71との間の湿基材を下方の傾斜ボトムワイヤ61(抄造領域61aの上面)に引き付ける。もちろん、ここでも湿基材の水分を傾斜ボトムワイヤ61の下方へ吸引する。
下流サクションボックス65は、トランスファーサクションボックス63によりも下流側に配置されており、トランスファーサクションボックス63で吸水された湿機材から更なる吸水を促進するものである。この下流サクションボックスは、吸引口65aから傾斜ボトムワイヤ61上の湿基材の水分を下方に吸引する。
The
The
トップワイヤ装置70は、貯留部50に貯留された分散液の液面部69を抄造領域61aの移動に対応して、具体的には、上流から下流へ向けて移動させる装置である。
このトップワイヤ装置70は、無端状のトップワイヤ71と、このトップワイヤ71が巻回された複数のロール73a,73b,73c,73dと、サクションボックス(上部吸引装置)72とを有する。
トップワイヤ71は、分散液の液面部69に沿う液面部移動領域71aを有する。
The
The
The
複数のロール73a,73b,73c,73dの少なくとも一つは駆動ロールであり、この駆動ロールはトップ抄造速度V4で回転する。液面部移動領域71aは抄造領域61aの移動に対応して移動するものであり、ここでは、トップ抄造速度V4と上記のボトム抄造速度V3とが等しく(V3=V4)設定されている。このため、ロール73a,73b,73c,73dに巻回されたトップワイヤ71は、ボトムワイヤ61と同じ速度で駆動される。具体的に言えば、トップワイヤ71の液面部移動領域71aは、ボトムワイヤの抄造領域61aと同じ速度で上流から下流へ向けて移動する。
A plurality of
複数のロール73a,73b,73c,73dのうち、液面部移動領域71aの下流端に配置されるロール73aは、トップワイヤ71を傾斜ボトムワイヤ61上の湿基材に圧接させる圧接ロールである。
サクションボックス72は、液面部移動領域71aを介して分散液の水分を上方に吸引するものであり、吸引口72aが分散液の液面69aの上方に設けられている。
Among the plurality of
The
[2.作用および効果]
本発明の一実施形態にかかる強化繊維解繊装置1および繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置2は、上述のように構成されるため、以下のような作用及び効果を得ることができる。
[2. Action and effect]
Since the reinforcing
[2−1.強化繊維解繊装置]
はじめに、解繊パートIにおける強化繊維解繊装置1の作用および効果について説明する。
下部搬送装置10に強化繊維のチョップドストランド5を搬送方向と交差する配向姿勢で載置するホッパ16は、下部搬送ベルト11に対して上方であって上流端11aと搬送方向中間部11bとの間に設けられているため、強化繊維解繊装置1における上流側に強化繊維のチョップドストランド5を載置することができる。
[2-1. Reinforcing fiber defibrating device]
First, the action and effect of the reinforcing
A
下部搬送装置10の下部搬送ベルト11と上部搬送装置13の上部搬送ベルト14とによって強化繊維のチョップドストランド5が上下から挟みこまれて搬送され、この際に、上部搬送ベルト14が特に下流駆動ロール15b周辺において下部搬送ベルト11よりも高速で搬送駆動される。このため、搬送方向と交差する配向姿勢で上載された強化繊維のチョップドストランド5には、上部搬送ベルト14によって、下部搬送ベルト11よりも高速でかつ下部搬送ベルト11と同一方向に搬送力が加えられる。
The chopped
この搬送力により、同一方向に配向されて集束された強化繊維のチョップドストランド5に配向方向に対して交差する方向の力(剪断力)が作用することになり、強化繊維のチョップドストランド5を細かく分離して良好に解繊することができる。
By this conveying force, a force (shearing force) in a direction intersecting the orientation direction acts on the chopped
搬送方向に伸縮可能な上部搬送ベルト14は、搬送面141の上流端14aに設けられた上流駆動ロール15aによって下部搬送ベルト11と等速で搬送駆動されるとともに、搬送面141の下流端14cに設けられた下流駆動ロール15bによって下部搬送ベルト11よりも高速で搬送駆動される。このため、強化繊維のチョップドストランド5に搬送力を加える領域において、上部搬送ベルト14の搬送速度が下部搬送ベルト11と等しい速度から次第に速度上昇される。
The
したがって、下部搬送ベルト11に載置され搬送されている強化繊維のチョップドストランド5が上部搬送ベルト14により搬送されながら徐々に解繊される。これにより、解繊される強化繊維の配向姿勢の変動が抑えられ、確実な解繊に寄与しうる。また、上部搬送ベルト14の搬送速度が下部搬送ベルト11の搬送速度よりも次第に高速になることから、強化繊維のチョップドストランド5を確実に解繊することができる。
Accordingly, the chopped
押さえロール15eは、上流駆動ロール15aと下流駆動ロール15bとの間で上部搬送ベルト14を下方に押さえつけるため、上部搬送ベルト14を強化繊維に対して確実に接触させることができることにより、更に確実に解繊することができる。
Since the
ホッパ16よりも下流側であって上部搬送装置13よりも上流側にシャワー17が設けられ、このシャワー17は、強化繊維のチョップドストランド5に液体を供給する。このため、強化繊維のチョップドストランド5に上方から搬送力が加えられる前に、強化繊維のチョップドストランド5に液体が供給される。
したがって、ベルト11,14による解繊に先立って、強化繊維のチョップドストランド5を予備的に解繊することができる。強化繊維のチョップドストランド5は水等の液体に分散しやすい性質を有することは、予備的な解繊に寄与する。これにより、強化繊維のチョップドストランド5を更に確実に解繊することができる。
A
Therefore, the chopped
上部搬送ベルトの搬送面141は、上流端14aが下部搬送ベルト11の搬送方向中間部11bに配置され、下流端部14cが下部搬送ベルト11の下流端11cよりも突出して配置され、また、貯留槽20は、下部搬送ベルト11の下流端11cの下方であり、上部搬送ベルト14の下流端14cの下方に設けられているため、解繊された強化繊維9を分散溶媒の貯留された貯留槽20に投下することができる。このようにして、繊維強化プラスチック成形体用基材の製造にかかる工程を連続的に実施することができ、生産性の向上に寄与する。
このようにして、分散液において強化繊維を良好に分散することで、繊維強化プラスチック成形体用基材の品質向上に寄与する。
The
Thus, the dispersion of the reinforcing fibers in the dispersion favorably contributes to improving the quality of the substrate for the fiber-reinforced plastic molded body.
[2−2.繊維強化プラスチック成形材用基材抄造装置]
次に、繊維強化プラスチック成形材用基材抄造装置2の作用および効果について説明する。
[2-2. Substrate papermaking equipment for fiber-reinforced plastic molding materials]
Next, the operation and effect of the base
[2−2−1.第一貯留パート〜導入パート,希釈パート]
まず、第一貯留パートII〜導入パートIV,希釈パートVIIにおける繊維強化プラスチック成形材用基材抄造装置2の作用及び効果について説明する。
第一貯留パートIIでは、貯留槽20の開口部20aから解繊された強化繊維9が分散溶媒に投入され、貯留槽20に分散液が貯留される。この分散液は、輸送パイプ30の上流端部30aが接続された流出口20bから流出する。
[2-2-1. First storage part-introduction part, dilution part]
First, the operation and effect of the
In the first storage part II, the reinforcing fibers 9 defibrated from the opening 20 a of the
輸送パートIIIでは、輸送パイプ30内において、分散液がポンプP1に圧送されて流通する。このとき、ミキサMによって分散液が攪拌される。すなわち、乱流発生装置41に先立ってミキサMにより攪拌される。これが、強化繊維のフロック抑制に寄与する。
ミキサMにスタティックミキサが用いられていれば、駆動部を有する他のミキサによる攪拌に比較して、分散液は緩やかに攪拌される。このため、分散液中の強化繊維の切れや折れを抑制することができるとともに、分散液中における強化繊維どうしの距離の偏りを均すことで良好な分散状態とすることが可能である。
In the transport part III, the dispersion liquid is pumped to the pump P 1 and circulates in the
If a static mixer is used as the mixer M, the dispersion is gently stirred as compared with stirring by another mixer having a drive unit. For this reason, it is possible to suppress breakage or breakage of the reinforcing fibers in the dispersion, and it is possible to obtain a good dispersion state by leveling the deviation of the distances between the reinforcing fibers in the dispersion.
輸送パートIIIで輸送される分散液は、希釈パートVIIから供給される希釈液によって希釈される。これにより、輸送パートIIIを流通する分散液において、強化繊維の分散性を向上させることができる。また、希釈パートVIIで用いる希釈水は、サクションボックス62によって吸引された水分を循環的に再利用するため、用水にかかるコストを抑えることができる。
The dispersion transported in transport part III is diluted with the diluent supplied from dilution part VII. Thereby, the dispersibility of a reinforced fiber can be improved in the dispersion liquid which distribute | circulates the transport part III. Moreover, since the dilution water used in the dilution part VII recycles the water sucked by the
導入パートIVでは、導入部40を分散液が流通する。この導入部40には、分散液に乱流を発生させる乱流発生装置41が設けられている。このため、乱流発生装置41を流通した分散流には乱流が発生する。
この乱流発生装置41では、流路断面積が変化する個所で乱流が発生する。特に、分散液の流通量に対して流路断面積の変化が大きいほど発生する乱流が大きくなる。乱流発生装置41の乱流発生流路42において、上流部421から流通方向中間部422に分散液が流通するときに比較的小さな乱流が発生し、下流部423から分散液が流出するときに比較的大きな乱流が発生する。このようにして、乱流を確実に発生させることができる。
In the introduction part IV, the dispersion liquid flows through the
In the turbulent
分散液の濃度,粘性,レイノルズ数や強化繊維の繊維長,繊維径といった各パラメータによるが、乱流発生装置41によって発生される乱流によって、導入部40の上流で強化繊維どうしの距離がばらついていたとすれば、このばらつきを均して導入部40の下流の貯留部50に供給することができ、また、導入部40の上流で強化繊維が凝集していたとすれば、この凝縮を乱流により解きほぐして導入部40の下流の貯留部50に供給することができる。したがって、貯留部50における強化繊維の凝集あるいは再凝集を抑制することができる。延いては、繊維強化プラスチック成形体用基材への凝集した強化繊維の混在を抑制することができる。
Depending on the parameters such as the concentration of the dispersion, viscosity, Reynolds number, fiber length of the reinforcing fiber, and fiber diameter, the distance between the reinforcing fibers varies upstream of the
分散液を層流または層流から乱流への遷移域で輸送する技術では、分散液における強化繊維どうしの距離を変動させにくくするだけなのに対し、繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置2は、乱流発生装置41により、強化繊維どうしの距離を均し、凝集した強化繊維を乱流により解きほぐすことで、いわば積極的に強化繊維どうしのフロックを抑制することができる。したがって、強化繊維のフロックを確実に抑制することができ、繊維強化プラスチック成形体用基材の品質を向上させることができる。また、インラインで強化繊維のフロックを確実に抑制することができ、長時間にわたる繊維強化プラスチック成形体用基材の安定生産に寄与する。
また、乱流発生流路42は管状であるため、スリット状のものに比較して効果的に乱流を発生させることができる。
The technology for transporting the dispersion in the laminar flow or the transition region from laminar flow to turbulent flow only makes it difficult to change the distance between the reinforcing fibers in the dispersion. By using the turbulent
Moreover, since the turbulent
[2−2−2.第二貯留パートおよび抄造パート]
次に、第二貯留パートVおよび抄造パートVIにおける繊維強化プラスチック成形材用基材抄造装置2の作用及び効果について説明する。
第二貯留パートVでは、抄造パートVIに移行する分散液が貯留部50に一時的に貯留される。そして、抄造パートVIでは、貯留部50に貯留された分散液から湿基材が抄造される。この抄造パートVIでは、ボトムワイヤ装置60とトップワイヤ装置70とによって湿基材が抄造される。
[2-2-2. Second storage part and papermaking part]
Next, the operation and effect of the base
In the second storage part V, the dispersion liquid transferred to the papermaking part VI is temporarily stored in the
トップワイヤ装置70は、湿基材が抄造されるときに、抄造領域61aの移動に対応して上流から下流へ向けて分散液の液面部69を移動させる。これにより、分散液の液面部69において、強化繊維のフロックを抑制することができる。また、上下のワイヤ61,71で脱水した湿基材を重ね合わせることができ、高坪量化も可能となる。この結果、湿基材に強化繊維のフロックが混在することを抑制することができ、強化繊維の配向や密度を均一なものにすることができ、さらに坪量を上げることも可能となる。よって、繊維強化プラスチック成形体用基材の品質を向上させることができる。これにより、繊維強化プラスチック成形体用基材を成形した繊維強化プラスチック成形体の剛性や強度を向上させることができる。
The
貯留部50に貯留された分散液には、ボトムワイヤ装置60およびトップワイヤ装置70のそれぞれによって流れが作られる。
貯留部50では、傾斜ボトムワイヤ61による分散液の流速F1とトップワイヤ71による分散液の流速F2とが発生する。
A flow is created in the dispersion liquid stored in the
In the
傾斜ボトムワイヤ61による分散液の流速F1は、上方に向かうに連れて小さくなる。これは、貯留部50の下部から分散液の液面69aよりも上方にわたって斜め上方に向けて移動する抄造領域61aを有する傾斜ボトムワイヤ61によって分散液が引きずられるからである。
また、トップワイヤ71によって生じる分散流の流速F2は、下方に向かうに連れて小さくなる。これは、貯留部50に貯留された分散液の液面部69に沿って上流から下流へ向けて液面部移動領域71aを有するトップワイヤ71によって分散液が引きずられるからである。
The flow velocity F 1 of the dispersion liquid by the
Further, the flow velocity F 2 of the dispersed flow generated by the
これらより、傾斜ボトムワイヤ61によって生じる下方から上方へ向けて小さくなる分散流の流速F1とトップワイヤ71によって生じる上方から下方へ向けて小さくなる分散流の流速F2とが合成され、貯留部50の上下方向における分散流の流速を均すことができる。さらに、抄造領域61aの移動速度(ボトム抄造速度V3)と液面部移動領域71aの移動速度(トップ抄造速度V4)とが等しいため、貯留部50の上下方向における分散流の流速のばらつきを更に抑制することができる。
From these, the flow velocity F 1 of the dispersed flow that decreases from the lower side to the upper side generated by the
次に、湿基材の抄造について説明する。
ボトムワイヤ装置60には、傾斜ボトムワイヤ61の抄造領域61aを介して分散液を下方に吸引する上流サクションボックス62が備えられている。このため、傾斜ボトムワイヤ61上に強化繊維およびマトリックス樹脂を含む湿基材が抄造される。傾斜ボトムワイヤ61上に抄造される湿基材は、上流サクションボックス62の調整によって、傾斜ボトムワイヤ61の抄造方向に沿った配向(縦の配向)とすることができる。
Next, papermaking of the wet base material will be described.
The
トップワイヤ装置70には、トップワイヤ71の液面部移動領域71aを介して分散液を上方に吸引するサクションボックス72が備えられている。このため、上流から下流に向かうにつれてトップワイヤ71直下の分散液中の強化繊維およびマトリックス樹脂の濃度が上昇する。これにより、トップワイヤ71下に強化繊維およびマトリックス樹脂を含む湿基材が抄造されうる。トップワイヤ71下に抄造される湿基材は、サクションボックス72の調整によって、トップワイヤ71の抄造方向に沿った配向(縦の配向)とすることができる。
The
これらのワイヤ装置60,70により、縦方向に高度に配向する湿基材を抄造することができ、延いては、縦の高配向を有する繊維強化プラスチック成形体用基材を製造することができる。なお、サクションボックス62,72を調整することにより、湿基材の縦横比を調整することができるのは言うまでもない。
With these
トップワイヤ装置70には、トップワイヤ71を傾斜ボトムワイヤ61上の湿基材に圧接させる圧接ロール73aを有するため、トップワイヤ71により抄造された湿基材は傾斜ボトムワイヤ61により抄造された湿基材上に圧接される。この圧接ロール73aの圧接により、湿基材から効率よく水分を除去することができる。
湿基材が水分とともにトランスファーサクションボックス63あるいは下流サクションボックス65により下方に吸引されるため、傾斜ボトムワイヤ61上の湿基材にトップワイヤ71下の湿基材が引き付けられ、湿基材を下流側に案内することができる。
Since the
Since the wet base material is sucked downward together with moisture by the
〔その他〕
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上述した一実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、適宜組み合わせてもよい。
[Others]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Each structure of one Embodiment mentioned above can be selected as needed, and may be combined suitably.
上述した一実施形態の強化繊維解繊装置1では、シャワー17がホッパ16よりも下流側に設けられたものを説明したが、シャワー17がホッパ16よりも上流側に設けられてもよい。
また、シャワー17は省略してもよい。この場合、例えば強化繊維解繊装置1の下流部を貯留槽20に貯留された分散溶媒に浸漬し、上部搬送ベルト14の搬送面141が水没するように設けられてもよい。この場合、下部搬送ベルト11の搬送面111と上部搬送ベルト14の搬送面141とが下流側に向かうにつれて下方に位置するように傾斜して配置される。かかる構成によれば、シャワー17が設けられるのと同様に、強化繊維のチョップドストランドを確実に解繊することができる。
In the reinforcing
The
また、本強化繊維解繊装置1では、少なくとも下部搬送ベルト11の搬送速度V1と上部搬送ベルト14の搬送速度V2とが異なっていればよい。例えば、上部搬送ベルト14の搬送速度V2が一定に設定されてもよい。また、下部搬送ベルト11の搬送速度V1よりも上部搬送ベルト14の搬送速度V2が低速に設定されてもよい。この場合、上部搬送ベルト14の搬送速度V2を搬送速度V1から次第に低下させるようにしてもよい。また、上部搬送ベルト14の搬送速度V2を一定に設定し、下部搬送ベルト11における搬送面111の搬送速度V1を次第に速度上昇するように設定したり次第に速度低下するように設定してもよい。
また、上部搬送装置13は上述した配置に限られない。例えば、上部搬送ベルト14の搬送面141の下流端が、下部搬送ベルト11の搬送面111の下流端12bよりも上流に配置されていてもよい。
Further, in the reinforcing
Moreover, the
また、上部搬送ベルト14を省略し、搬送方向に並んで設けられるとともに強化繊維のチョップドストランド5を上方から搬送するロールを設けてもよい。これらのロールの少なくとも一部が下部搬送ベルトの搬送速度V1と異なる速度で回転することで、チョップドストランドを解繊することができる。
また、強化繊維解繊装置1の下流側に貯留槽20が設けられていなくてもよい。つまり、強化繊維解繊装置1を繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置2とは切り離して用いてもよい。
Moreover, the
Further, the
上述した繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置2では、分散液を貯留部50へ導入する導入部40において分散液の流れに乱流を発生させることが重要であり、少なくとも流通する分散液に乱流を発生させるものを備えていればよく、その詳細構成は上述した構成に限られない。例えば、乱流発生装置41における乱流発生流路42の流路断面積が下流端のみ縮小されていてもよい。
また、サクションボックス62,63,72のうち特に湿基材を所定の経路に案内するサクションボックス63では、対向するロールが配置される個所やベルト搬送路の曲がり角といった個所に配置される場合にはサクションロールを用いてもよい。
In the base
Of the
また、トップワイヤ71に替えて、ゴムやフィルム等からなる他の搬送ベルト(脱水作用のないベルト)を用いてもよい。この場合、搬送ベルトによって液面部69が移動されるため、湿機材の品質を向上させることができる。
こうした搬送ベルトを用いる場合ワイヤのような脱水効果は得られず、搬送ベルト下に湿基材を抄造するのは困難と考えられるため、トップベルト装置70による抄造に用いるサクションボックス72やトランスファーサクションボックス63などの構成は省略される。
Moreover, it may replace with the
When such a conveyor belt is used, a dehydrating effect as in a wire cannot be obtained, and it is considered difficult to produce a wet base material under the conveyor belt. Therefore, a
さらに、搬送ベルトを用いない液面部移動装置も考えられる。すなわち、少なくとも上流から下流へ向けて液面部69を移動させる構成が備えられていればよく、このような構成としては、所定の方向に回転駆動されるロールの一部が液面部69に浸漬されるものや、液面部69の液面と平行に空気を流通させるブロアや、液面部69に浸漬されて分散液を液面に沿って下流に圧送するポンプやミキサなどを挙げることができる。
Further, a liquid surface portion moving device that does not use a conveyor belt is also conceivable. That is, it is only necessary to have a configuration for moving the
1 強化繊維解繊装置
2 繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置
5 強化繊維のチョップドストランド(集合体)
9 解繊された強化繊維
10 下部搬送装置
11 下部搬送ベルト
111 搬送面
11a 上流端
11b 搬送方向中間部
11c 下流端
12a,12b ロール
13 上部搬送装置
14 上部搬送ベルト
141 搬送面
14a 上流端
14b 搬送方向中間部
14c 下流端
15a 上流駆動ロール
15b 下流駆動ロール
15c,15d 従動ロール
15e 押さえロール
16 ホッパ
16a 切り欠
17 シャワー(給液装置)
20 貯留槽
20a 開口
20b 流出口
30 輸送パイプ
30a 上流端部
30b 下流端部
40 導入部
40a 上流端部
40b 下流端部
41 乱流発生装置
42 乱流発生流路
42a,42b,42c,42d,42e 各流路
42A 上流端
42B 下流端
421 上流部
422 流通方向中間部
423 下流部
50,500 貯留部
50a インレット
50b 底部
60 ボトムワイヤ装置
61,610 傾斜ボトムワイヤ
61a.611 抄造領域
62 上流サクションボックス(下部吸引装置)
62a 吸引口
63 トランスファーサクションボックス(トランスファー吸引装置)
63a 吸引口
64a,64b,64c,64d,64e,64f,64g ロール
65 下流サクションボックス
69,690 液面部
69a 液面
70 トップワイヤ装置(液面部移動装置)
71 トップワイヤ(搬送ベルト)
71a 液面部移動領域
72 サクションボックス(上部吸引装置)
72a 吸引口
73a 圧接ロール
73b,73c,73d その他のロール
80 タンク
81 希釈水導入パイプ
81a 下流端部
82 循環パイプ
I 解繊パート
II 第一貯留パート
III 輸送パート
IV 導入パート
V 第二貯留パート
VI 抄造パート
VII 希釈パート
P1,P2 ポンプ
M (スタティック)ミキサ
V1 下部搬送速度
V2 上部搬送速度
V3 ボトム抄造速度
V4 トップ抄造速度
F1 傾斜ボトムワイヤ61による分散液の流速
F11 貯留部500の分散液の流速
F2 トップワイヤ71による分散液の流速
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 Reinforce | strengthened
DESCRIPTION OF
71 Top wire (Conveyor belt)
71a Liquid surface
Claims (6)
前記分散液が一時的に貯留される貯留部と、
前記貯留部の下部の前記分散液内から前記分散液の液面よりも上方にわたって斜め上方に向けて移動する抄造領域を有する傾斜ボトムワイヤと、
前記貯留部に貯留された前記分散液の液面部を前記抄造領域の移動に対応して移動させて前記強化繊維の凝集を抑制する液面部移動装置と、を備え、
前記液面部移動装置は、前記貯留部に貯留された前記分散液の前記液面部に沿うとともに前記抄造領域の移動に対応して移動する液面部移動領域を有する搬送ベルトを備え、
前記液面部移動領域の下流端において、前記搬送ベルトを前記傾斜ボトムワイヤ上の湿基材に圧接させる圧接ロールを有する
ことを特徴とする、繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置。 An apparatus for making a base material for a fiber-reinforced plastic molded body composed of the reinforcing fibers and the matrix resin from a dispersion containing reinforcing fibers and a thermoplastic matrix resin,
A reservoir for temporarily storing the dispersion; and
An inclined bottom wire having a papermaking region that moves obliquely upward from above the liquid level of the dispersion from the inside of the dispersion below the reservoir, and
And a liquid surface moving device you suppress aggregation of the reinforcing fibers to the liquid surface of the dispersion liquid stored in the reservoir is moved in response to movement of the sheet forming region,
The liquid surface portion moving device includes a conveyor belt having a liquid surface portion moving region that moves along the liquid surface portion of the dispersion liquid stored in the storage portion and moves in accordance with the movement of the papermaking region,
A base material for a fiber-reinforced plastic molded body, comprising a pressure contact roll that presses the transport belt against a wet base material on the inclined bottom wire at a downstream end of the liquid surface portion moving region. Equipment .
ことを特徴とする、請求項1に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置。 2. The substrate papermaking apparatus for a fiber-reinforced plastic molded body according to claim 1 , wherein the conveyor belt is a top wire.
前記トップワイヤの前記液面部移動領域を介して前記分散液の水分を上方に吸引する上部吸引装置と、を備えた
ことを特徴とする、請求項2に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置。 A lower suction device for sucking the water of the dispersion downward through the papermaking region;
The base for fiber-reinforced plastic molding according to claim 2 , further comprising: an upper suction device that sucks up the moisture of the dispersion liquid through the liquid surface portion moving region of the top wire. Lumber making machine.
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材抄造装置。 Transfer suction that is provided immediately downstream of the portion corresponding to the downstream end of the liquid surface portion moving region of the transport belt in the papermaking region, and sucks the wet base material on the inclined bottom wire downward through the papermaking region. The base material papermaking apparatus for fiber-reinforced plastic molded bodies according to any one of claims 1 to 3, further comprising an apparatus.
貯留部に前記分散液を一時的に貯留し、
前記貯留部の下部から前記分散液の液面よりも上方にわたって斜め上方に向けて移動する抄造領域を有する傾斜ボトムワイヤを作動させて、前記抄造領域において前記分散液から前記強化繊維と前記マトリックス樹脂とを含んでなる湿基材を抄造する際に、前記貯留部に貯留された前記分散液の液面部を前記抄造領域の移動に対応して移動させて前記強化繊維の凝集を抑制し、
前記分散液の前記液面部の移動を、前記液面部に沿うとともに前記抄造領域の移動に対応して移動する液面部移動領域を有するトップワイヤを用いて行ない、前記液面部の移動とともに脱水を行ない、前記液面部移動領域の下流端において、前記トップワイヤを前記傾斜ボトムワイヤ上の湿基材に圧接させる
ことを特徴とする、繊維強化プラスチック成形体用基材抄造方法。 A method of making a base material for a fiber-reinforced plastic molded body comprising the reinforcing fiber and the matrix resin from a dispersion containing reinforcing fiber and a thermoplastic matrix resin,
Temporarily storing the dispersion in a reservoir,
By operating an inclined bottom wire having a papermaking area that moves obliquely upward from below the liquid surface of the dispersion liquid from the lower part of the reservoir, the reinforcing fibers and the matrix resin are extracted from the dispersion liquid in the papermaking area. When making a wet base material comprising, and suppressing the aggregation of the reinforcing fibers by moving the liquid surface portion of the dispersion stored in the storage portion corresponding to the movement of the papermaking region ,
The movement of the liquid surface portion of the dispersion liquid is performed using a top wire having a liquid surface portion moving region that moves along the liquid surface portion and corresponding to the movement of the papermaking region. A base material for a fiber-reinforced plastic molded body, wherein the top wire is pressed against a wet base material on the inclined bottom wire at a downstream end of the liquid surface portion moving region. Paper making method .
、前記液面部移動領域において上部吸引装置により前記分散液の水分を上方に吸引する
ことを特徴とする、請求項5に記載の繊維強化プラスチック成形体用基材抄造方法。 It sucks water from the dispersion down by the lower suction device in the sheet forming region, characterized by sucking the water of the dispersion upwards by the upper suction device in the liquid surface movement area, claim 5 The base material papermaking method for fiber reinforced plastic moldings as described in 2.
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