JPH02160512A - プリプレグシート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、多数の連続するフィラメントよりなるロービ
ングを多数本引き揃えて形成されるシート状物と樹脂と
が一体化されたプリプレグシート及びその製造方法に関
し、さらに詳しくはロービングが交叉しており異方向に
対する強度の優れたプリプレグシート及びその製造方法
に関する。

（従来の技術） 従来より、多数の連続するフィラメントよりなるロービ
ングを多数本引き揃えて形成されるシート状物にポリエ
ステル等の液状樹脂を含浸させて形成されたプリプレグ
シートは、ワインディング法により管状に成形されて釣
り竿や、パイプ等に用いられている。

（発明が解決しようとする課！！り しかしながら、上記プリプレグシートは、ロービングが
一方向に引き揃えられているものであるため、繊維の長
手方向に対して直角する方向の繊維成分が存在せず、繊
維間方向、つまりプリプレグシートの幅方向の強度が極
めて低いという欠点がある。

幅方向の強度の高いプリプレグシートを得るために、上
記一方向のプリプレグシートを、そのロービングの長手
方向が交叉するように複数枚積層する方法や、織物状の
繊維体を用いて、この繊維体に樹脂を含浸させてプリプ
レグシートを製造する方法が考えられる。

しかし、一方向プリプレグを交叉状に積層してプリプレ
グシートを製造する方法では、製造工程が煩雑となって
経済的でなく、また織物状の繊維体を用いてプリプレグ
シートを製造する方法では、この織物シートは価格が高
いために生産コストが高くなってしまう。

本発明はかかる状況に鑑みてなれたものであり、その目
的とするところは、ロービングの長手方向だけでなく異
なる方向にも長い繊維成分を有していて異方向の強度に
優れているプリプレグシートと、その製造方法を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明のプリプレグシートは、多数の連続するフィラメ
ントよりなるロービングを多数本引き揃えて形成される
シート状物が少なくとも２層積層されていると共に、そ
のうちの少なくとも１層のシート状物のロービングが他
層のシート状物のロービングの長手方向に対して幅方向
へ繰り返し揺られ、各シート状物が、シート状物に含浸
された合成樹脂にて一体化されていることを特徴として
おり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明のプリプレグシートの製造方法は、多数の連続す
るフィラメントよりなるロービングを多数本引き揃えて
形成されるシート状物を少なくとも２層供給する工程と
、前記シート状物のそれぞれに樹脂を保持させる工程と
、前記樹脂を保持するシート状物の少なくとも１層を他
層の樹脂を保持するシート状物の長手方向に対して幅方
向へ繰り返し揺動させた後、総ての該シート状物を積層
する工程と、この積層されたシート状物を合成樹脂によ
り一体化する工程と、を包含しており、そのことにより
上記目的が達成される。

上記フィラメントとしては、ガラス繊維、炭素繊維、金
属繊維等の無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維
、ポリエステル繊維、ビニロン繊維、ポリアミド繊維等
の有機繊維が用いられ、繊維径は通常２〜４０μｍであ
る。このフィラメントは通常ロービング状で入手でき、
またヤーン状のものを多数シート状に集めて用いること
もできる。

ロービングの本数は、得ようとするプリプレグシートの
厚み、幅等により適宜決定される。また、シート状物は
樹脂との接着強度を向上させるために通常行われるサイ
ジング処理が施されていても良く、開繊が容易に行える
ようにバインダー等の極力少ないものが好ましく用いら
れる。また、使用する合成樹脂の溶融温度において熱的
に安定な繊維が選ばれる。

本発明で用いられる合成樹脂としては、熱硬化性樹脂及
び熱可塑性樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂としては、
ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の液状樹脂が用いら
れ、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、ポリアミド、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイド、ポ
リエーテルエーテルケトン等の熱により軟化溶融する樹
脂が総て用いられる。熱可塑性樹脂を用いる場合には、
粉体状の熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。この熱可
塑性樹脂の粒子径は小さいほど良いが、平均粒子径が１
〜１０００μ糟のものが好ましく、より好ましくは１〜
３００μ票である。粉体状熱可塑性樹脂の平均粒子径が
１０００μｍを上回ると後述する流動床中での粉体の流
動が良好に起こらず、モノフィラメント間への熱可塑性
樹脂の保持量が低下する傾向にあり、樹脂が均一に含浸
したプリプレグシートを製造することが難しい。

また、上記樹脂の混合物を使用することもでき、安定剤
、潤滑剤、加工助剤、可塑剤、染料、顔料のような添加
剤を、熱可塑性樹脂に混合して用いることもできる。

また、シート状物を２層積層して、そのうちの１層のシ
ート状物のロービングを他層のシート状物のロービング
の長手方向に対して幅方向へ繰り返し揺られてプリプレ
グシートを形成しても良く、３層以上のシート状物を積
層しても良い。

次に、本発明の製造方法を説明する。

本発明のプリプレグシートは、例えば第１図に示す製造
装置を用いて行うことができる。

この装置はロービングを多数本引き揃えて形成されるシ
ート状物１ａ、　ｌｂ、　ｌｃが巻回されたロール１０
ａ　１１０ｂ　ｓ　１０ｃをセットする巻戻しロール１
０と、各シート状物１ａ、１ｂ、１ｃを上下から挟持し
て図の矢印方向へ回転駆動することにより各ロール１０
ａ、１０ｂ　、　１０ｃからシート状物１ａ、ｌｂ、　
ｌｃを巻戻すピンチロール２ａ、２ｂ、２ｃと、粉末状
の合成樹脂６が供給されている容器９と、容器９を通過
した合成樹脂を保持する各シート状物１ａ、１ｂ、１ｃ
を引き取るピンチロール１１と、シート状物１に保持さ
れた上記合成樹脂２を溶融させる加熱装置１３と、溶融
した合成樹脂を押圧してシート状物１ａ、１ｂ、１ｃと
一体化させるピンチベルト１２と、樹脂が保持されたシ
ート状物１を冷却する冷却装置１６とを備えている。上
記容器９の底部には多数の通気孔８．８・・・が設けら
れ、気体供給路７から送られた気体がこの通気孔８を通
って容器９の内部へ送られるようになっている。従って
、容器９内に入れられた粉体状の合成樹脂６は、その気
体の噴出によって流動化した状態となり流動床６ａが形
成される。

容器９の壁の上端部及び内部には、各シート状物１ａ、
１ｂ、１ｃを案内するロール２２．２３．２４．２５が
配設されている。ロール２２．２３及び２４は装置に固
定されており、またロール２５ａ　、２５ｂ　、　２５
ｃは上下に間隙を有する状態で平行に配設され、上側と
下側に配置されたロール２５ａと２５ｃは装置に固定さ
れ、中間に配置されたロール２５ｂは左右方向へ揺動可
能に構成されている。

また、上記ピンチロール２ａ、２ｂ、２ｃと、容器９の
後方に配設されたピンチロール１１とはほぼ同速度で回
転駆動するように構成され、また、両ピンチロール２ａ
、　２ｂ、２ｃと１１との間には、シート状物１の張力
を検出する張力センサー３ａ、　３ｂ、　３ｃが配設さ
れ、この張力センサー３ａ、３ｂ、３Ｃからの検出信号
によってピンチロール２ａ、２ｂ、２Ｃ及び／又は１１
の駆動速度を変更することでシート状物１ａ、１ｂ、１
ｃにかかる張力を調節できるようになっている。

上記加熱装置１３内にはピンチベルト１２と複数の押圧
ロール１４．１４・・・が配設されている。

上記装置を用いて本発明のプリプレグシートは次のよう
に製造される。

上記した各シート状物１ａ、１ｂ、ＩＣの端部は上記ビ
チロール２ａ、２ｂ、２ｃで引き取られて、ロール１０
ａ１１０ｂ　、１０ｃの外側より撚りがかからないよう
にそれぞれ順次巻戻される。そして、シート状物１ａ。

１ｂ、１ｃはガイドロール２２．２３．２４で案内され
ながら容器９内へ導かれる。容器９内では多数の通気孔
８から気体が噴出されていて粉体状合成樹脂６の流動床
６ａが形成されているために、流動する粉体状合成樹脂
６は各シート状物１ａ、１ｂ、１ｃのフィラメント間に
侵入して保持される。

このようにして粉体状の合成樹脂６を保持するシート状
物１ａ、１ｂ、１ｃは、次に固定ロール２５ａ、２５ｃ
び揺動ロール２５ｂを経て加熱ピンチロール１１により
加熱合着され、さらに続く加熱装置１３の中へ供給され
る。ここで、揺動ロール２５ｂは左右方向（シート状物
の幅方向）へ繰り返し揺動しており、従って揺動ロール
２５ｂを通過して加熱ピンチロール１１へ供給されるシ
ート状物１ｂは、固定ロール２５ａ　、　２５ｃを通過
して加熱ピンチロール１１へ供給されるシート状物１ａ
、１ｃのロービングの長手方向に対して、交叉する状態
で積層されることになる。この揺動ロール２５ｂの左右
への揺動距離は適宜変更することができ、例えば、中間
のシート状物１ｂを左右に４５＠づつ斜めに配向させよ
うとすれば、揺動ロール２５ｂと加熱ピンチロール１１
間の距離と同じ距離だけ揺動ロール２５ｂを左及び右方
向へ揺動させれば良い。従って、揺動ロール２５ｂノ左
右への揺動距離をできるだけ小さい距離で効果的なシー
ト状物１ｂの配向角度を得るには、加熱ピンチロール１
１をできるだけ揺動ロール２５ｂに近づけて配置すれば
良い。揺動ロール２５ｂの揺動の周期は一定周期でも良
く、変調周期でも良い。また、揺動ロール２５ｂの外周
面に多数の溝等を形成して揺動ロール２５ｂの左右への
揺動時にシート状物１ｂが揺動ロール２５ｂの揺動に追
従するようにするのが好ましい。

加熱ピンチロール１１へ供給されるされるシート状物１
ａｓ　ｌｂ、１ｃの厚みは、フィラメント間に粉体状合
成樹脂を含んでいるため、容器９内へ導かれる前の段階
のシート状物１ａｓ　１ｂ、　ｌｃの厚みより厚くなっ
ている。シート状物１ａ、　ｌｂ、　ｌｃのフィラメン
トが良く開繊されてその間に粉体状合成樹脂２が入り込
みやすいように、上記張力センサー３ａ、３ｂ、３ｃか
らの検出信号を加熱ピンチロール１１の駆動部に伝達し
、この加熱ピンチロール１１の駆動速度を調整して、そ
れぞれのシート状物１ａ、　ｌｂ、　ｌｃに作用する張
力を加減するようにても良い。

加熱ピンチロール１２から送り出された粉体状合成樹脂
２を保持するシート状物１ａ、１ｂ、１ｃは、次に加熱
装置１３に供給されて、ここで粉体状合成樹脂が溶融さ
れると共に、加熱調温されたピンチベル）１２に挟持さ
れ、且つ複数の押圧ロール１４で押圧されることにより
融着脱気されてシート状物１ａ、１ｂ、ＩＣと一体化す
る。その後、ピンチベルト１２は冷却装置１６で冷却さ
れて溶融樹脂が固化され、薄帯状のプリプレグシートが
得られる。こうして得られたプリプレグシートは図の矢
印Ａ方向へ移送され、その後巻き取られ、あるいは定寸
法に切断される。

上記加熱ピンチロール１１の温度は、使用される合成樹
脂の溶融温度以上で２０〜１００°Ｃ高い温度の範囲に
設定されるのが良い。また、加熱装置１３の温度も同様
に設定されるのが良い、冷却装置！１６は合成樹脂の固
化温度以下に設定されるのが良い。

上記流動床６ａを形成するための気体としては、通常空
気が用いられ、コンプレッサーやブロアー等から供給さ
れるのが良い。必要に応じて窒素、二酸化炭素、ヘリウ
ム、アルゴン等の不活性気体が用いられる。

本発明によれば、シート状物１ａ、　ｌｃのフィラメン
トが長手方向に配向し、またシート状物１ｂのフィラメ
ントが上記シート状物１ａ、　ｌｃのフィラメントの長
手方向に対して交叉するよう斜めに配向しているため、
異方向に対する強度のバランスのとれたプリプレグシー
トが得られる。このシート状物は２層あるいは４層以上
積層しても良い。

また、本発明の他の製造方法として、バット状容器の中
にポリエステル樹脂等の液状の熱硬化性樹脂を満たし、
この液体の中にシート状物１ａ、■ｂ、ＩＣを浸漬する
ことにより、シート状物１ａ、１ｂ、ＩＣ中に熱硬化性
樹脂を含浸させ、その後このものを樹脂の硬化温度に制
御された過熱ピンチロール１１及び過熱装置１３に通過
させれば熱硬化性樹脂と各シート状物１ａ、１ｂ、ＩＣ
とを一体化させて張力の異方向成分を有するプリプレグ
シートを得ることもできる。

このようにして得られたプリプレグシートは、種々の形
状に成形することができ、単独であるいは複数枚を積層
し、又は他の部材と積層して板材、管等に用いることが
できる。

（実施例） 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

１羞ＪＬし く使用材料〉 シート状物としてガラス繊維ロービング（フィラメント
径１０．！／ｌ　、　４４００ｇ／ｋｍ）を用い、粉体
状合成樹脂としてポリエチレン粉末（平均粒子径３０μ
ｍ）を用いた。

く製造条件〉 第１図に示した装置を用い、以下の条件で薄帯状のプリ
プレグシートを製造した。容器９内に上記粉体状合成樹
脂６を投入し、コンプレッサーにより容器９底部の通気
孔８から容器９内へ空気を噴出させて流動床６ａを形成
した。

ロール１０にそれぞれ５つのロービングを引き揃えて形
成されるシート状物１ａ、　１ｂ、　ｌｃをセットした
。揺動ロール２５ｂの左右揺動距離は８０ｍ５とし、揺
動ロール２５ｂとピンチロール１１とのロールセンター
間距離は８０ａｎｎとした。また、揺動ロール２５ｂの
揺動周期は２秒とした。また、この時のプリプレグシー
トの移動速度は５０ｃｍ／ｍｉｎとした。加熱ビン千ロ
ール１１、加熱装置１３の温度はそれぞれ１５０”Ｃ１
１８０℃とした。

上記のようにして幅約１５０　ｆｆｉ！ＩＩ、厚み約０
．７　ｔｍのプリプレグシートが得られた。得られたプ
リプレグシートはシート状物が３層に積層された構造で
あり、両表面層のシート状物のフィラメント方向は長手
方向に平行で、中間層のシート状物のフィラメント方向
は左右に交互に約４５°づつ配向を繰り返していた。

夫権ｆＬＬ 揺動ロール２５ｂの揺動距離を１４閣とした以外は、実
施例１と同様にして幅約１２０鵬、厚み約０．８　ｍｍ
のプリプレグシートを得た。

得られたプリプレグシートはシート状物が３層に積層さ
れた構造であり、両表面層のシート状物のフィラメント
方向は長手方向に平行で、中間層のシート状物のフィラ
メント方向は約３〜１０’左右に交互に配向を繰り返し
ていた。

皇施班ユ 粉体状合成樹脂としてポリ塩化ビニル（粒子径約５０μ
ｍ）を用い、ポリ塩化ビニル１００重量部に対して、ブ
チル鍋含硫黄系安定剤（三共有機社、５ＴＡＮＮ−ＪＰ
Ｑ５Ｂ　）　３重量部、ステアリルアルコール、１重量
部及びポリオレフィンワックス１重量部を混合した樹脂
組成物を容器９に投入した以外は、実施例１と同様にし
て幅約１５９ｎｎ、厚み約０．７　ｔｍのプリプレグシ
ートを得た。

得られたプリプレグシートはシート状物が３層に積層さ
れた構造であり、両表面層のシート状物のフィラメント
方向は長手方向に平行で、中間層のシート状物のフィラ
メント方向は左右に交互に約４５°づつ配向を繰り返し
ていた。

尖旌■土 粉体状合成樹脂としてエポキシ樹脂（エボラックＮ３２
５、日本触媒製”）　１．００重量部と触媒（ジクミル
パーオキサイド）１重量部とを配合して熱硬化性樹脂液
を調製し、この樹脂液をバット状の容器内に満たし、容
器９に代えて使用した。また、加熱ピンチロール１１、
加熱装置１３の設定温度を１３５℃とした以外は、実施
例１と同様にして厚み０．９■のプリプレグシートを得
た。このプリプレグシートはシート状物が３層に積層さ
れた構造であり、両表面層のシート状物のフィラメント
方向は長手方向に平行で、中間層のシート状物のフィラ
メント方向は約４５°左右に交互に配向していた。

止較■上ニュ 実施例１．３及び４において、それぞれ揺動ロール２５
ｂの揺動を行わない以外は、それぞれ実施例１．３及び
４と同様にして比較例１〜３のプリプレグシートを得た
。

得られたプリプレグシートは、すべてのシート状物のフ
ィラメントが長手方向に配向した一方向のプリプレグシ
ートであった。

次に、第１表に実施例及び比較例で得られたプリプレグ
シートの耐衝撃性を評価した。

耐衝撃性試験は、先端が直径２ｏｆｆｌＩｌの半円球状
のノーズを有する柱状の鉄製重り１．０ｇをプリプレグ
シートの中央に落下させて評価した。シートの大きさは
、５０ｎｍＸ５０ａｉとし、シート中央が直径２ｃｎｍ
の穴を有する鉄板（厚み３ｍ）の穴中央に合致するよう
にシートを置いて試験した。第１表に示した数値は重り
を落下させて重りがシートを突き破って貫通するか、も
しくはシートを破損する時点での重りの落下開始点から
シート上面までの距離である。

第１表 （発明の効果） 上述のように本発明のプリプレグシートは、シート状物
が複数層積層され、少なくとも一層のシート状物のフィ
ラメント方向が他の層のシート状物のフィラメント方向
と交叉し、その状態で樹脂により一体化されているため
、プリプレグシートの異方向の強度を上げることができ
る。従って、複数枚の一方向ブリプレグシートを交叉さ
せて積層することもなく、強度方向のバランスのとれた
成形品が得られる。

また、本発明のプリプレグシートの製造方法によれば、
従来のように織物状の繊維体を用いたり、一方向ブリプ
レグシートを交叉状に積層することなく、異方向に対し
て強度の高いプリプレグシートを得ることができるので
、製造工程が簡略化できると共に、生産コストを低減す
ることができる。

従って、フィラメントワインディング等の方法によって
、このプリプレグシートを巻回してバイブを製造する際
には、マンドレル上で異なる方向に複数のテープを巻く
等の工程を不要として簡略化できる利点があり、また従
来のように繊維材料として織物状の繊維体を用いた際に
は、粘度の高い液状樹脂は含浸性が悪いので用いること
はできなかったが、粘度の高い液状樹脂ばかりか粉体状
の熱可塑性樹脂も支障なく用いることができる。

″　　の　　　を看゛凱 第１図は本発明のプリプレグシートの製造方法に用いる
製造装置の一実施例を示す概略図である。

１ａ、１ｂ、ＩＣ・・・シート状物、２・・・粉体状合
成樹脂、１１・・・加熱ビンチロール、１３・・・加熱
装置、２５ｂ・・・揺動ロール。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の連続するフィラメントよりなるロービングを
   多数本引き揃えて形成されるシート状物が少なくとも２
   層積層されていると共に、そのうちの少なくとも１層の
   シート状物のロービングが他層のシート状物のロービン
   グの長手方向に対して幅方向へ繰り返し揺られ、各シー
   ト状物が、シート状物に含浸された合成樹脂にて一体化
   されていることを特徴とするプリプレグシート。 ２、多数の連続するフィラメントよりなるロービングを
   多数本引き揃えて形成されるシート状物を少なくとも２
   層供給する工程と、前記シート状物のそれぞれに樹脂を
   保持させる工程と、前記樹脂を保持するシート状物の少
   なくとも１層を他層の樹脂を保持するシート状物の長手
   方向に対して幅方向へ繰り返し揺動させた後、総ての該
   シート状物を積層する工程と、この積層されたシート状
   物を合成樹脂により一体化する工程と、を包含するプリ
   プレグシートの製造方法。