JPS6021531B2 - 湾曲した繊維強化樹脂積層板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は湾曲した繊維強化樹脂積層板の製造方法に関す
るものである。

さらに詳しくは、その長手方向に湾曲した高強度・高曲
げ剛性かつ軽量の繊維強化樹脂積層板を、製造する方法
に関するものである。従釆、湾曲した繊維強化樹脂積層
板を製造する方法としては、次のような方法によるもの
が一般的であった。

すなわち、半硬イＱ伏の樹脂を含浸したテープ状の繊維
素材いわゆるプリプレグを、所定の寸法に予め裁断した
ものを必要数用意し、それらを所定曲面を有する金型内
に順次積層し、加熱加圧して硬化させた後、金型より湾
曲した繊維強化樹脂積層板として取り出し、所定の寸法
に仕上げるという製造方法であった。

しかしながら、このような従来の製造方法では裁断され
た複数本のプリプレグを単に金型の中に積み重ねて押圧
するだけのものであるため、成形時においてプリプレグ
にはその長手方向に十分な張力が加えられていなかった
。

したがって、成形された積層板中の個々の強化用繊維の
配列は、比鮫的ルーズであったり、乱れていたりしてお
り、そのため強化用繊維としての機能が全体として十分
に発揮されることにはならず、積層板としての強度や曲
げ剛性の向上に十分寄与しているとはいえなかつた。本
発明の目的は、このような従来の製造方法の欠点を克服
し、同量・同素材の強化用繊維を用いながら、従釆法に
よって得られるものよりも高強度・高曲げ剛性の湾曲し
た繊維強化樹脂積層板を製造することを可能にする方法
を提供することにある。この目的を達成するために、本
発明の製造方法は、末硬イリ鰭脂を合浸した連続した複
数の繊維材料を緊張下に糟層しつつ、回転ドラム表面に
加圧密着させ、該回転ドラム表面上で前記積層した禾硬
化樹脂含浸繊維材料を加熱硬化させ、次いで所定の寸法
に裁断することを特徴とするものである。

なお、本発明にいう末硬イけ翁脂とは、文字どおり未だ
完全には硬化していない状態の樹脂をさし、半硬イり伏
態の樹脂も含む。

したがって、本発明にいう未硬化樹脂含浸繊維材料には
、半硬化樹脂を含浸しいわゆるプリプレグも含むものと
する。タ 以下、図によって本発明を具体的に説明する
。

第１図は、本発明の製造方法を実施するための一例より
なる装置の一部断層側面図である。同図において、各供
給ローラ２より供給される複数のプリプレグ・シート１
は、案内ローラ３によって張力を付与されつつ一つのシ
ートに重層され、子熱ヒータ４によって５０〜１５０℃
の温度でいったん軟化されながら、単一回転半径を有す
る円筒体よりなる回転ドラム５の上端に達する。回転ド
ラム５は駆動モータ６によって駆動されており、その上
端には積層ローラ７が設けられていて、この回転ドラム
５と積層ローラ７との間において０．５〜ｌｋ９／地の
圧力で押圧されながら、プリプレグ・シート１の積層が
開始される。このとき、積層ローラ７を囲むようにして
設けられている減圧室８において、各プリプレグ・シー
ト１の積層された層間に介在していた空気が押し出され
、除去される。この減圧室８は真空ポンプ（図示せず）
に連結されており、５０〜１０仇収日勤陸度に減圧され
ている。また、減圧室８において積層ローラ７の前後に
はゴムローラ７′が設けられており、減圧室８の気密を
維持するようにしている。ここでそれぞれのプリプレグ
シートには緊張が等しく与えられているので、積層され
た時に各プリプレグ毎に繊維の配列に乱れや不７前し、
の発生することはなく、全て同一の方向に均一な長さで
引き揃えられた状態となる。このようにして積層を開始
され、かつ層間空気を除去されたプリプレグ・シート１
′は、回転ドラム５の回転に同期してかつその表面上に
密着されながら、加圧ローラ９の位置まで進む。

加圧ローラ９は、プリプレグ・シート１′を１〜５【９
／塊の圧力で回転ドラム５の表面に加圧密着する。この
ような加圧密着を完全にし、効果あるものとするために
、加圧ローラ９は複数基設けられている。これら複数基
の加圧ローラ９群によって、プリプレグ・シート１′の
圧縮成形がより完全に行なわれ、余剰樹脂がいまり出さ
れ、所定の厚みを付与されると同時に、回転ドラム５の
円筒面に沿った湾曲形状を賭形される。
３こうして所定の厚みに圧縮成形され、かつ湾曲形
状を賦形されたプリプレグ・シート１′は、次にメイン
ヒータ１ ０１こよって１００〜２００３０の温度で加
熱され、硬化する。なお、硬化を完全に行なわせるさめ
に、加圧ローラ９群の一部とメインヒータ夕１０とは、
重複するようにして設けられている。硬化後の積層シー
トｒは、次に回転カッター１１（縦カッター１１Ｌ、総
力ツター１１Ｔ）によって、回転ドラム５表面上で長手
方向および幅方向に裁断される。

このような一貫したプロセスを経て、最終的には、所定
の厚み（長手方向に均一）・幅・長さを有し、かつ所定
の湾曲形状を賦形された繊維強化樹脂積層板１…が、次
々と連続的に得られる。

第２図は、第１図における回転ドラム５をメインヒータ
１０の側から見た一部断面正面図である。０ 同図に示
すように、回転ドラム５（矢印の向きに回転している）
の藤方向の両端には、一対のリブ１２がそれぞれ回転ド
ラム５と一体的に設けられている。

この一対のリブ１２、回転ドラム５および加圧ローラ９
に囲まれた空間において、プリプレグ・シート１′は圧
縮成形を施され、所定の厚みｔを付与される。次いで加
熱硬化され、硬化後の積層シート１″はひき続き、回転
カッター１１の位置まで進む。同図には、回転カッター
１１のうち、積層シートｌｒをその長手方向に裁断する
ための縦カッター１１Ｌを示してある。

なお、この場合、縦カッター１１Ｌと横カッター１ １
Ｔの順序は、どちらが先でもよい。縦カッター１１Ｌの
各刃の間隔は、製造すべき繊維強化樹脂積層板１″に付
与する所定の幅ｗに一致するように設けられている。

これら各刃の位置に対応する回転ドラム５の表面上にそ
れぞれスリット１３が穿設されており、これら各スリッ
ト１３の中まで縦カッター１１Ｌの各刃が入りこむよう
にすることにより、縦カッター１１Ｌによる積層シート
ｌｒの長手方向裁断を、完全に行なわせることができる
ようにしてある。第３図は、他の実施例よりなる回転ド
ラム５の一部断面正面図である。

第３図に示すような回転ドラム５が、第２図のそれと異
なる点は、第２図における各スリット１３の位置にもリ
プ１２が設けられている点である。

すなわち、第３図の回転ドラム５においては、前記ｗの
間隔および前記ｔの高さをもって各リブ１２が回転ドラ
ム５と一体的に設けられている。

なお、各リブ１２の横断面形状は矩形状ではなく、上辺
が下辺よりも短い台形状となっている。したがって、こ
のような回転ドラム５を用いれば、プリプレグ・シート
１′の圧縮成形と同時に幅方向の分離が行なわれるので
、縦カッター１１Ｌを用いる必要がなくなる。第４図・
第５図は、それぞれさらに別の実施例よりなる回転ドラ
ム５′，５″の側面図である。

第４図においては、回転ドラム５′はそれぞれ等しい曲
率半径ｐを有する四つの曲面に、全周面が等分されてい
る。その各弧長１は、製造すべき湾曲した繊維強化樹脂
積層板１川の所定の長さ１に等しくなるように選ばれて
いる。このような側面形状をした回転ドラム５′を用い
れば、単一回転半径の回転ドラム５に比べて、より４・
型にできる。第５図においては、回転ドラム５ｒの全周
面にわたってそれぞれ同一の凹曲面・凸曲面が交互に設
けられている。

このような側面形状をした回転ドラム５″を用いれば、
単一回転半径の回転ドラム５に比べて小型にでき、かつ
曲率半径の小さな曲面を有する繊維強イけ鞍脂積層板１
川を得ることができる。第６図は、長手方向に厚み分布
をもつ繊維強化樹脂積層板ｌｏの製造方法を実施するた
めの一例よりなる装置の一部断面側面図である。

同図において、各供給ローラ２より供給される各プリプ
レグ・シートＩＡは、一対の案内ローフ３によって張力
を付与されつつそれぞれ二層ずつ、互いに離れた位置に
重ねられる。

次に、回転ドラム５の上端近くに置かれたテーブル１４
の上面において、あらかじめ成形されてあった所定の厚
み分布（長手方向）をもつプリプレグ・コアＩＢを、上
下のプリプレグ・シートＩＡの間に幅をそろえて挿入す
る。

そこで、プリプレグ・シートＩＡの幅とプリプレグ・コ
アＩＢの幅とは、等しくなるように設定されている。こ
うしてプリプレグ・コアＩＢを挿入された上下のプリプ
レグ・シートＩＡは、子熱ヒータ４によって子熱され、
いったん軟化されながら回転ドラム５の上端に達する。
これじ力蜂の機構は、さきに説明した第１図の場合と本
質的に同一である。

唯一の相違は、第６図においてはプリプレグ・コアＩＢ
が一定間隔をもって連続的にプリプレグ・シートＩＡ間
に挿入され、かつそのプリプレグ・コアＩＢが長手方向
に厚み分布をもっているために、最終的には、その分布
に等しい長手方向厚み分布をもつ繊維強化樹脂積層板ｌ
ｏが得られるということである。これまでの説明では、
素材としてプリプレグ・シート、プリプレグ・コアを用
いた場合の製造方法について述べてきた。第７図に示す
さらに別の実施例の装置は、素材としてブリプレグを用
いずに、まず強化用繊維シートから出発して、連続的に
繊維強化樹脂積層板を製造する方法を実施するためのも
のである。

第７図において、各供Ｖ給ローラ２より供Ｖ給される複
数の強化用繊維シート１５は、案内ローラ３によって張
力を付与されつつ一つのシートに重層され、樹脂槽１６
内に入り含浸ローラ１７によって樹脂１８を含浸される
。この樹脂１８はヒータ１９によって一定温度（たとえ
ば４０〜６ぴ０）に加熱され、低粘度（たとえば１０〜
５岬ｏｉｓｅ）に維持されている。禾硬化樹脂含浸繊維
シート１５′は、絞りローラ２０‘こよって樹脂含浸量
を調節され、かつ樹脂槽１６に接続された真空ポンプ（
図示せず）によって気泡を徐去される。

そして、樹脂槽１６の外に引き出された後、案内ローラ
３、によって張力を付与されつつ、未硬化樹脂含浸繊維
シート１５′は回転ドラム５の上端に達し、積層ローラ
７によって圧縮積層を開始される。ひき続いて予熱ヒー
タ４によって子熱され、未硬化の含浸樹脂は半硬イけ伏
態となる。これ以降の機構は、第１図において説明した
ものと本質的に同一である。

したがって、最終的に０は所定の厚み（長手方向に均一
）・幅・長さを有し、かつ所定の湾曲形状を賦形された
繊維強化樹脂積層板１肌が、次々と連続的に得られる。
回転ドラム５には、第２図に示したようなリブ１２およ
びスリット１３、あるいは第３図に示し夕たようなリブ
１２が設けられ、また、第４図・第５図にそれぞれ示し
たような側面形状を有する回転ドラム５′，５＾を用い
ることもできる。さらに、長手方向に厚み分布をもつ繊
維強化樹脂積層板ｌｏを得るには、第６図に示したよう
な０装置において、案内ローラ３に至るまでの機構およ
び子熱ヒータ４の位置を、第７図に示したようなそれら
に置きかえるだけでよい。上記の実施例は、本発明を回
転ドラム上で連続的に実施するものについて述べた。

しかし、本発明は未硬化樹脂を含浸した複数の繊維素材
を緊張下に回転ドラム積層されることが必要なのであっ
て、その後の樹脂硬化処理、加圧処理などを連続的に引
続き実施することは必ずしも必要ではない。しかしなが
ら、上記実施例のように連続化するならば従来のバッチ
式における多数の労力、設備が省略されることになるの
で望ましいといえる。そして上記のような回転ドラムを
利用するならば、その連続化はきわめて容易となる。本
発明の製造方法において、製造すべき繊維強化樹脂積層
板の強化用繊維としては、高強度・高弾性率の繊維、す
なわち炭素繊維・ガラス繊維・ボロン繊維・シリコンカ
ーバィド繊維・有機合成繊維等を用いることができる。

また、その形態としては、一方向配利、織物状、あるい
は短繊維がランダムに配列されているマット状等のいず
れでもよい。一方、マトリクスである樹脂としては、ェ
ポキシ樹脂・不飽和ポリエステル・フェノール樹脂等の
熱硬化性樹脂を用いることができる。

また、長手方向に厚み分布をもたせる場合に挿入すべき
コアとしては、上記の織総・熱硬化性樹脂よりなる繊維
強化樹脂の他に、熱硬化性樹脂の発泡体、あるいは熱可
塑性樹脂の成形体をも用いることができる。また、上記
実施例においては、第１図では三層積層板、第６図では
コアの上下が各二層よりなる積層板、および第７図では
四層よりなる積層板を示したが、本発明の製造方法によ
って製造されうる湾曲した繊維強イけ鞠脂積層板の層数
（・構成・形状および寸法）は、これらに限定されるも
のではない。

要するに、必要な層数・構成・形状・寸法に応じて、素
材の構成、数量・各種ローラの基数・回転ドラムの形状
、寸法・ヒータの温度・カッターの刃の間隔等を適宜選
択することにより、与えられた条件内で任意の湾曲形状
を有する繊維強化樹脂積層板を製造することができる。

たとえば、加圧ローラの代りに、湾曲した加圧ディスク
等を用いてもよい。このようにして製造された湾曲した
繊維強イリ函脂積層板は、高強度・高弾性率の繊維基材
に張力を付与されつつ、緊張下に積層・成形されている
ため、従来のように無張力状態で金型に単に鏡層して得
たものに比べ、積層板全体としての強度・曲げ剛性が高
く、かつマトリクスが樹脂であるために軽量である。

しかも、なお特徴的なことには、その形状として必ず湾
曲面を有している。したがって、高強度・高曲げ剛性・
軽量かつ有湾曲面という特性を併せもつ部材としての用
途、とりわけ車両の懸架装置としての板ばね材等には極
めて有効適切となる。以上説明したように、本発明の製
造方法を用いれば、未硬イけ樹脂を含浸した連続した複
数の繊維材料を緊張下に猿層しつつ、回転ドラムを有効
に利用してその面に加圧密着させるため、複数の繊維材
料がすべて一様に引張応力を内在した状態でひき揃えら
れるので、これを硬化させた後の積層板はこのような張
力を与えられないで得られたものに比べ、高い強度およ
び高い曲げ剛性を有する湾曲した繊維強化樹脂積層板と
することができる。また、本発明の方法によれば製造方
法の連続化を容易にするので、従釆のいわゆるバッチ方
式においては免れることのできなかった非能率性および
高製造コスト性をともに大幅に改善することも可能にす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の連続製造方法を実施するための一例よ
りなる装置の一部断面側面図、第２図は第１図における
回転ドラムをメインヒータの側から見た一部断面正面図
、第３図は他の実施例よりなる回転ドラムの一部断面正
面図、第４図・第５図はそれぞれさらに別の実施例より
なる回転ドラムの側面図、第６図は本発明の他の連続製
造方法を実施するための一例よりなる装置の一部断面側
面図、および第７図は本発明のさらに別の連続製造方法
を実施するための一例よりなる装置の一部断面側面図で
ある。 符号、１，１′，ＩＡ：プリプレグ・シート、ＩＢ：プ
リプレグ・コア、１＾：積層シート、１…，ｌｏ：湾曲
した繊維強化樹脂積層板、５，５′，５−：回転ドラム
、７：積層ローラ、９：加圧ローラ、１０：メインヒー
タ、１１：回転カッター、１５：強化用繊維シート、１
５′：末硬化樹脂舎浸繊維シート、１‐６：樹脂槽、１
８：樹脂。 簾′図 ※Ｚ図 第３図 ※４肉 券５函 災６図 繁７函

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 未硬化樹脂を含浸した連続した複数の繊維材料を緊
   張下に積層しつつ、回転ドラム表面に加圧密着させ、該
   回転ドラム表面上で前記積層した未硬化樹脂含浸繊維材
   料を加熱硬化させ、次いで所定の寸法に裁断することを
   特徴とする湾曲した繊維強化樹脂積層板の製造方法。