JPWO2017179506A1 - 繊維強化樹脂材料の製造方法及び繊維強化樹脂材料の製造装置 - Google Patents
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Abstract
長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする開繊工程と、開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット工程を有する、繊維強化樹脂材料の製造方法を提供する。また、複数の繊維束と樹脂を含有する繊維強化樹脂材料を製造する装置であって、長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする開繊部と、開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット部と、を備えている、繊維強化樹脂材料の製造装置を提供する。
Description
本発明は、繊維強化樹脂材料の製造方法及び繊維強化樹脂材料の製造装置に関する。
本願は、２０１６年４月１１日に日本出願された特願２０１６−０７８９３８号に基づく優先権と、２０１６年６月１６日に日本出願された特願２０１６−１２００１７号に基づく優先権を主張し、これら内容をここに援用する。
本願は、２０１６年４月１１日に日本出願された特願２０１６−０７８９３８号に基づく優先権と、２０１６年６月１６日に日本出願された特願２０１６−１２００１７号に基づく優先権を主張し、これら内容をここに援用する。
ＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）は、例えばガラス繊維や炭素繊維などの長尺の強化繊維を所定の長さに裁断した複数の繊維束で形成されたシート状繊維束群に、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化樹脂材料である。ＳＭＣは成形品を得るための中間材料として用いられ、金型による成形時に流動しやすい性質を有する。そのため、ＳＭＣは、成形品において部分的に肉厚の異なる部分や、リブやボスなどを形成する際に好適に利用されている。
ＳＭＣは、例えば、以下の方法で製造される。一方向に搬送されるシート状のキャリア上に熱硬化性樹脂を含むペーストを塗工して帯状の樹脂シートを形成する。走行する樹脂シート上に、長尺の繊維束を所定の長さに裁断しつつ散布してシート状繊維束群を形成する。前記シート状繊維束群上に樹脂シートをさらに重ね、加圧して樹脂を前記シート状繊維束群に含浸させて繊維強化樹脂材料（ＳＭＣ）とする。
繊維強化樹脂材料の製造には、製造コストを下げる目的で、比較的安価なラージトウと呼ばれるフィラメント本数の多い繊維束が用いられることが多い。この場合、例えば、繊維束を開繊により幅方向に拡幅した後、開繊された繊維束を分繊して複数の繊維束に分割し、分繊された繊維束を裁断する（例えば、特許文献１、２）。
しかし、特許文献１、２のように開繊後の繊維束を裁断してシート状繊維束群を形成し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料（ＳＭＣ）とする方法では、繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が生じ、充分な強度が得られないことがある。
本発明は、繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が生じることが抑制され、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる繊維強化樹脂材料の製造方法、及び繊維強化樹脂材料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繊維強化樹脂材料の製造方法及び繊維強化樹脂材料の製造装置を提供する。
［１］ 長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする開繊工程と、
開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット工程を有する、繊維強化樹脂材料の製造方法。
［２］ 前記繊維束として樹脂が付着した繊維束を用いる、［１］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［３］ 前記繊維束としてサイズ剤が付着した繊維束を用いる、［１］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［４］ 前記開繊工程と前記熱セット工程の間に、開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割する分繊工程をさらに有する、［１］〜［３］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［５］ 複数の繊維束と樹脂を含有する繊維強化樹脂材料を製造する方法であって、前記熱セット工程後に、前記繊維束を連続的に裁断する工程を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［６］ 樹脂をシート状にした第１樹脂シート上に、前記の裁断された複数の繊維束をシート状に散布してシート状繊維束群を形成する散布工程と、前記シート状繊維束群上に、前記樹脂をシート状にした第２樹脂シートを貼り合わせて加圧し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る貼合含浸工程を有する、［５］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［７］ 複数の繊維束と樹脂を含有する繊維強化樹脂材料を製造する装置であって、
長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする開繊部と、開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット部と、
を備えている、繊維強化樹脂材料の製造装置。
［８］ 前記開繊部と前記熱セット部の間に、開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割する分繊部をさらに備える、［７］に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
［９］ 前記熱セット部の後に、熱セット後の繊維束を連続的に裁断し、前記樹脂をシート状にした第１樹脂シート上に、裁断された複数の繊維束をシート状に散布してシート状繊維束群を形成する裁断機を備える、［７］又は［８］に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
［１０］ 前記裁断機の後に、前記シート状繊維束群上に、前記樹脂をシート状にした第２樹脂シートを貼り合せて加圧し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料とする含浸部を備える、［７］〜［９］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
［１１］ 長尺の繊維束を連続的に裁断し、裁断された複数の繊維束で形成したシート状繊維束群に樹脂を含浸して繊維強化樹脂材料を製造する方法において、下記撓み試験で測定される撓み量Ｈが１５ｍｍ未満の繊維束を裁断する、繊維強化樹脂材料の製造方法。
（撓み試験）
裁断する繊維束から長さ１５０ｍｍの試験片を切り出し、前記試験片における長さ方向の第１末端から１００ｍｍの位置から第２末端までの部分を平面上に設置する。前記試験片における前記第１末端から１００ｍｍの部分を自由状態として、その状態における前記第１末端の下端と前記平面との距離を撓み量Ｈ（ｍｍ）とする。
［１２］ 長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅して扁平な状態とし、開繊後の繊維束を連続的に裁断する、［１１］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１３］ 前記の開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットしてから裁断する、［１２］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１４］ 前記の開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割してから裁断する、［１２］又［１３］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１］ 長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする開繊工程と、
開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット工程を有する、繊維強化樹脂材料の製造方法。
［２］ 前記繊維束として樹脂が付着した繊維束を用いる、［１］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［３］ 前記繊維束としてサイズ剤が付着した繊維束を用いる、［１］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［４］ 前記開繊工程と前記熱セット工程の間に、開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割する分繊工程をさらに有する、［１］〜［３］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［５］ 複数の繊維束と樹脂を含有する繊維強化樹脂材料を製造する方法であって、前記熱セット工程後に、前記繊維束を連続的に裁断する工程を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［６］ 樹脂をシート状にした第１樹脂シート上に、前記の裁断された複数の繊維束をシート状に散布してシート状繊維束群を形成する散布工程と、前記シート状繊維束群上に、前記樹脂をシート状にした第２樹脂シートを貼り合わせて加圧し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る貼合含浸工程を有する、［５］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［７］ 複数の繊維束と樹脂を含有する繊維強化樹脂材料を製造する装置であって、
長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする開繊部と、開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット部と、
を備えている、繊維強化樹脂材料の製造装置。
［８］ 前記開繊部と前記熱セット部の間に、開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割する分繊部をさらに備える、［７］に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
［９］ 前記熱セット部の後に、熱セット後の繊維束を連続的に裁断し、前記樹脂をシート状にした第１樹脂シート上に、裁断された複数の繊維束をシート状に散布してシート状繊維束群を形成する裁断機を備える、［７］又は［８］に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
［１０］ 前記裁断機の後に、前記シート状繊維束群上に、前記樹脂をシート状にした第２樹脂シートを貼り合せて加圧し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料とする含浸部を備える、［７］〜［９］のいずれかに記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
［１１］ 長尺の繊維束を連続的に裁断し、裁断された複数の繊維束で形成したシート状繊維束群に樹脂を含浸して繊維強化樹脂材料を製造する方法において、下記撓み試験で測定される撓み量Ｈが１５ｍｍ未満の繊維束を裁断する、繊維強化樹脂材料の製造方法。
（撓み試験）
裁断する繊維束から長さ１５０ｍｍの試験片を切り出し、前記試験片における長さ方向の第１末端から１００ｍｍの位置から第２末端までの部分を平面上に設置する。前記試験片における前記第１末端から１００ｍｍの部分を自由状態として、その状態における前記第１末端の下端と前記平面との距離を撓み量Ｈ（ｍｍ）とする。
［１２］ 長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅して扁平な状態とし、開繊後の繊維束を連続的に裁断する、［１１］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１３］ 前記の開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットしてから裁断する、［１２］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
［１４］ 前記の開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割してから裁断する、［１２］又［１３］に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法によれば、繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が生じることが抑制され、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
繊維強化樹脂材料の製造装置を用いれば、繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が生じることが抑制され、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
繊維強化樹脂材料の製造装置を用いれば、繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が生じることが抑制され、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、開繊した後に扁平な状態で熱セットした長尺の繊維束を連続的に裁断し、裁断された複数の繊維束で形成したシート状繊維束群に樹脂を含浸して繊維強化樹脂材料（ＳＭＣ）を製造する方法において、後述の撓み試験で測定される撓み量Ｈが１５ｍｍ未満の繊維束を裁断することを特徴とする方法である。
［第１実施形態］
以下、本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置及び繊維強化樹脂材料の製造方法の一例について、図１及び図２に基づいて説明する。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。
以下、本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置及び繊維強化樹脂材料の製造方法の一例について、図１及び図２に基づいて説明する。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。
（繊維強化樹脂材料の製造装置）
本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造装置１００（以下、単に「製造装置１００」という。）は、図１に示すように、開繊部５０と、分繊部５２と、熱セット部５４と、第１のキャリアシート供給部１１と、第１の搬送部２０と、第１の塗工部１２と、裁断機１３と、第２のキャリアシート供給部１４と、第２の搬送部２８と、第２の塗工部１５と、含浸部１６と、を備えている。
本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造装置１００（以下、単に「製造装置１００」という。）は、図１に示すように、開繊部５０と、分繊部５２と、熱セット部５４と、第１のキャリアシート供給部１１と、第１の搬送部２０と、第１の塗工部１２と、裁断機１３と、第２のキャリアシート供給部１４と、第２の搬送部２８と、第２の塗工部１５と、含浸部１６と、を備えている。
開繊部５０は、ボビンＢ１から引き出された長尺の繊維束ｆ１を開繊により幅方向（Ｙ方向）に拡幅し、扁平な状態とする部分である。開繊部５０は、Ｘ軸方向に間隔を空けて並んで設けられた複数の開繊バー１７を備えている。複数の開繊バー１７では、繊維束ｆ１が各開繊バー１７の上下を順にジグザグに通過するようになっている。この際に、各開繊バー１７による加熱、擦過、揺動などの手段により繊維束ｆ１が幅方向に拡幅される。繊維束ｆ１が開繊されることで、扁平な状態の繊維束ｆ２とされる。
分繊部５２は、開繊後の繊維束を分繊により幅方向（Ｙ方向）に分割する部分である。分繊部５２は、開繊部５０の後段に配置されており、複数の回転刃１８を備えている。複数の回転刃１８は、開繊された繊維束ｆ２の幅方向（Ｙ軸方向）に所定の間隔で並んで配置されている。また、各回転刃１８には、複数の刃物１８ａが周方向に連なって並んで設けられている。回転刃１８を回転させながら繊維束ｆ２を通過させることで、繊維束ｆ２に複数の刃物１８ａが間欠的に突き刺さり、繊維束ｆ２が幅方向に分割されて複数の繊維束ｆ３となる。ただし、分繊された複数の繊維束ｆ３は、完全に分繊された状態となっていてもよく、部分的に未分繊の状態（結合した状態）となっていてもよい。
熱セット部５４は、開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする部分である。熱セット部５４は、分繊部５２の後段に配置されている。この例では、開繊部５０と熱セット部５４の間に分繊部５２が配置されているため、開繊され、さらに分繊された繊維束ｆ３を熱セット部５４で加熱して扁平な状態で熱セットするようになっている。熱セット部５４は、複数のガイドロール５５と、加熱手段５６と、複数のゴデットロール１９とを備えている。
熱セット部５４では、分繊部５２において分繊された繊維束ｆ３が複数のガイドロール５５によってＸ方向に搬送され、加熱手段５６によって加熱されて扁平な状態で熱セットされるようになっている。また、熱セット後の繊維束ｆ３が複数のゴデットロール１９によって裁断機１３へと案内されるようになっている。熱セット部５４で繊維束ｆ３が熱セットされることで、後工程まで繊維束ｆ３が扁平な状態に維持されるようになる。
第１のキャリアシート供給部１１は、第１の原反ロールＲ１から引き出された長尺の第１のキャリアシートＣ１を第１の搬送部２０へと供給する。第１の搬送部２０は、一対のプーリ２１ａ，２１ｂの間に無端ベルト２２を掛け合わせたコンベア２３を備えている。コンベア２３では、一対のプーリ２１ａ，２１ｂを同一方向に回転させることによって無端ベルト２２を周回させ、無端ベルト２２の面上において第１のキャリアシートＣ１をＸ軸方向の右側に向けて搬送する。
第１の塗工部１２は、第１の搬送部２０におけるプーリ２１ａ側の直上に位置しており、樹脂を含むペーストＰを供給するコータ２４を備えている。第１のキャリアシートＣ１がコータ２４を通過することで、第１のキャリアシートＣ１の面上にペースト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のキャリアシートＣ１の搬送に伴って走行する。
裁断機１３は、第１の塗工部１２よりも搬送方向の後段において、第１のキャリアシートＣ１の上方に位置している。裁断機１３は、複数のゴデットロール１９で案内された熱セット後の繊維束ｆ３を所定の長さに連続的に裁断するものであり、ガイドロール２５と、ピンチロール２６と、カッターロール２７とを備えている。ガイドロール２５は、供給された繊維束ｆ３を回転しながら下方に向けて案内する。ピンチロール２６は、ガイドロール２５との間で繊維束ｆ３を挟み込みながら、ガイドロール２５とは逆向きに回転する。これにより、ボビンＢ１から繊維束ｆ１が引き出される。カッターロール２７は、回転しながら繊維束ｆ３を所定の長さとなるように裁断する。裁断機１３により所定の長さに裁断された繊維束ｆ４は落下して第１樹脂シートＳ１の上に散布され、シート状繊維束群Ｆが形成される。
第２のキャリアシート供給部１４は、第２の原反ロールＲ２から引き出された長尺の第２のキャリアシートＣ２を第２の搬送部２８へと供給する。第２の搬送部２８は、コンベア２３により搬送される第１のキャリアシートＣ１の上方に位置しており、複数のガイドロール２９を備えている。第２の搬送部２８は、第２のキャリアシート供給部１４から供給された第２のキャリアシートＣ２を、第１のキャリアシートＣ１とは反対方向（Ｘ軸方向の左側）に搬送した後、搬送方向を複数のガイドロール２９によって第１のキャリアシートＣ１と同じ方向に反転させる。
第２の塗工部１５は、第１のキャリアシートＣ１とは反対方向に搬送されている第２のキャリアシートＣ２の直上に位置し、樹脂を含むペーストＰを供給するコータ３０を備えている。第２のキャリアシートＣ２がコータ３０を通過することで、第２のキャリアシートＣ２の面上にペーストＰが所定の厚みで塗工され、第２樹脂シートＳ２が形成されるようになっている。第２樹脂シートＳ２は、第２のキャリアシートＣ２の搬送に伴って走行する。
含浸部１６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に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料とする部分である。含浸部１６は、第１の搬送部２０における裁断機１３よりも後段に位置し、貼合機構３１と、加圧機構３２とを備えている。貼合機構３１は、コンベア２３のプーリ２１ｂの上方に位置し、複数の貼合ロール３３を備えている。複数の貼合ロール３３は、第２樹脂シートＳ２が形成された第２のキャリアシートＣ２の背面に接触した状態で搬送方向に並んで配置されている。また、複数の貼合ロール３３は、第１のキャリアシートＣ１に対して第２のキャリアシートＣ２が徐々に接近するように配置されている。
貼合機構３１では、第１のキャリアシートＣ１と第２のキャリアシート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ながら搬送される。ここで、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第１のキャリアシートＣ１と第２のキャリアシートＣ２が貼合されたものを貼合シートＳ３という。
加圧機構３２は、貼合機構３１の後段に位置し、一対のプーリ３４ａ，３４ｂの間に無端ベルト３５ａを掛け合わせた下側コンベア３６Ａと、一対のプーリ３４ｃ，３４ｄの間に無端ベルト３５ｂを掛け合わせた上側コンベア３６Ｂとを備えている。下側コンベア３６Ａと上側コンベア３６Ｂとは、互いの無端ベルト３５ａ，３５ｂを突き合わせた状態で、互いに対向して配置されている。
加圧機構３２では、下側コンベア３６Ａの一対のプーリ３４ａ，３４ｂが同一方向に回転されることによって無端ベルト３５ａが周回される。また、加圧機構３２では、上側コンベア３６Ｂの一対のプーリ３４ｃ，３４ｄを同一方向に回転させることによって、無端ベルト３５ｂが無端ベルト３５ａと同じ速さで逆向きに周回される。これにより、無端ベルト３５ａ，３５ｂの間に挟み込まれた貼合シートＳ３がＸ軸方向の右側に搬送される。
加圧機構３２には、さらに複数の下側ロール３７ａと、複数の上側ロール３７ｂとが設けられている。複数の下側ロール３７ａは、無端ベルト３５ａの突合せ部分の背面に接触した状態で搬送方向に並んで配置されている。同様に、複数の上側ロール３７ｂは、無端ベルト３５ｂの突き合わせ部分の背面に接触した状態で搬送方向に並んで配置されている。また、複数の下側ロール３７ａと複数の上側ロール３７ｂとは、貼合シートＳ３の搬送方向に沿って互い違いに並んで配置されている。
加圧機構３２では、無端ベルト３５ａ，３５ｂの間を貼合シートＳ３が通過する間に、第１のキャリアシートＣ１と第２のキャリアシートＣ２との間に挟み込まれた第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を複数の下側ロール３７ａ及び複数の上側ロール３７ｂにより加圧する。このとき、第１樹脂シートＳ１及び第２樹脂シートＳ２の樹脂がシート状繊維束群Ｆに含浸される。これにより、繊維強化樹脂材料（ＳＭＣ）の原反Ｒが得られる。原反Ｒ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のキャリアシートＣ１及び第２のキャリアシートＣ２は、ＳＭＣの成形前にＳＭＣから剥離される。
以上説明したように、本実施形態の製造装置１００においては、開繊及び分繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット部５４が備えられている。熱セット部５４によって開繊及び分繊後の繊維束が扁平な状態で熱セットされることにより、熱セットを行わない場合に比べて、前記繊維束を裁断してシート状繊維束群を形成した際に、繊維束の扁平性が維持されるとともに繊維束の折り畳まれも少なく、各繊維束間にできる隙間がより小さくなる。これにより、樹脂を含浸して得られる繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制されるため、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
（繊維強化樹脂材料の製造方法）
製造装置１００を用いる繊維強化樹脂材料の製造方法は、下記の開繊工程、分繊工程、熱セット工程、散布工程及び貼合含浸工程を有する。
開繊工程：長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする工程。
分繊工程：開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割する工程。
熱セット工程：開繊及び分繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする工程。
散布工程：熱セット後の繊維束を連続的に裁断し、樹脂をシート状にした第１樹脂シート上に、裁断された複数の繊維束をシート状に散布してシート状繊維束群を形成する工程。
貼合含浸工程：前記シート状繊維束群上に、樹脂をシート状にした第２樹脂シートを貼り合わせて加圧し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る貼合含浸工程。
製造装置１００を用いる繊維強化樹脂材料の製造方法は、下記の開繊工程、分繊工程、熱セット工程、散布工程及び貼合含浸工程を有する。
開繊工程：長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする工程。
分繊工程：開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割する工程。
熱セット工程：開繊及び分繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする工程。
散布工程：熱セット後の繊維束を連続的に裁断し、樹脂をシート状にした第１樹脂シート上に、裁断された複数の繊維束をシート状に散布してシート状繊維束群を形成する工程。
貼合含浸工程：前記シート状繊維束群上に、樹脂をシート状にした第２樹脂シートを貼り合わせて加圧し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る貼合含浸工程。
＜開繊工程＞
ボビンＢ１から長尺の繊維束ｆ１を引き出し、開繊部５０において、繊維束ｆ１を各開繊バー１７の上下に順にジグザグに通過させ、開繊により幅方向に拡幅して扁平な状態の繊維束ｆ２とする。
ボビンＢ１から長尺の繊維束ｆ１を引き出し、開繊部５０において、繊維束ｆ１を各開繊バー１７の上下に順にジグザグに通過させ、開繊により幅方向に拡幅して扁平な状態の繊維束ｆ２とする。
繊維束としては、炭素繊維束が好ましい。なお、繊維束としては、ガラス繊維束を用いてもよい。繊維束としては、特に限定されず、例えば、繊維数が３，０００本以上の繊維束を用いることができ、繊維数が１２,０００本以上の繊維束を好適に使用することもできる。繊維束には、通常、各繊維の収束性を高める目的でサイズ剤が付与されている。サイズ剤としては、特に限定されず、公知のサイズ剤を使用することができる。
＜分繊工程＞
分繊部５２において、複数の回転刃１８を回転させながら繊維束ｆ２を通過させ、複数の刃物１８ａを間欠的に突き刺し、繊維束ｆ２を幅方向に分割して複数の繊維束ｆ３とする。
分繊部５２において、複数の回転刃１８を回転させながら繊維束ｆ２を通過させ、複数の刃物１８ａを間欠的に突き刺し、繊維束ｆ２を幅方向に分割して複数の繊維束ｆ３とする。
＜熱セット工程＞
熱セット部５４において、開繊及び分繊後の繊維束ｆ３を複数のガイドロール５５によりＸ方向に搬送しつつ、加熱手段５６によって加熱し、扁平な状態で熱セットする。次いで、熱セット後の繊維束ｆ３を複数のゴデットロール１９により裁断機１３へと案内する。
ガラス繊維や炭素繊維などの長尺の強化繊維は、通常、サイズ剤によってトウ形態が保持されているが、上記の開繊工程にて、サイズ剤で結着された繊維同士が部分的に離れ、トウの収束性が低下するため、上記繊維束ｆ２及びｆ３の形状保持性が低下する。しかし、開繊後の繊維束を熱セットすることにより、繊維束に付与されたサイズ剤が溶融して再び繊維同士を結着した状態で固化するため、上記繊維束ｆ２及びｆ３の形状保持性が回復し、開繊後の繊維束の剛直性が高まり、折り畳まれや撓みにくくなる。
熱セット部５４において、開繊及び分繊後の繊維束ｆ３を複数のガイドロール５５によりＸ方向に搬送しつつ、加熱手段５６によって加熱し、扁平な状態で熱セットする。次いで、熱セット後の繊維束ｆ３を複数のゴデットロール１９により裁断機１３へと案内する。
ガラス繊維や炭素繊維などの長尺の強化繊維は、通常、サイズ剤によってトウ形態が保持されているが、上記の開繊工程にて、サイズ剤で結着された繊維同士が部分的に離れ、トウの収束性が低下するため、上記繊維束ｆ２及びｆ３の形状保持性が低下する。しかし、開繊後の繊維束を熱セットすることにより、繊維束に付与されたサイズ剤が溶融して再び繊維同士を結着した状態で固化するため、上記繊維束ｆ２及びｆ３の形状保持性が回復し、開繊後の繊維束の剛直性が高まり、折り畳まれや撓みにくくなる。
熱セットにおける加熱温度は、繊維束に付与されたサイズ剤が溶融するように、サイズ剤の種類に応じて適宜設定すればよく、８５〜１８０℃が好ましく、９０〜１５０℃がより好ましい。加熱温度が下限値以上であれば、熱セットの効果が得られやすい。加熱温度が上限値以下であれば、サイズ剤の揮発が抑制される傾向にあるため、熱セットの効果が得られやすい。また、繊維束に付着したサイズ剤の粘度が例えば１．５Ｐａ・ｓ以下となるように、繊維束を加熱し、サイズ剤を溶融させることによって、熱セットの効果を得ることができる。
熱セットにおける加熱時間は、繊維束に付与されたサイズ剤が溶融するように適宜設定すればよく、１〜１５秒が好ましく、５〜１５秒がより好ましい。
熱セットにおける加熱時間は、繊維束に付与されたサイズ剤が溶融するように適宜設定すればよく、１〜１５秒が好ましく、５〜１５秒がより好ましい。
＜散布工程＞
第１のキャリアシート供給部１１により、第１の原反ロールＲ１から長尺の第１のキャリアシートＣ１を引き出して第１の搬送部２０へと供給し、第１の塗工部１２によりペースト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。第１の搬送部２０によって第１のキャリアシートＣ１を搬送することにより、第１のキャリアシートＣ１上の第１樹脂シートＳ１を走行させる。
第１のキャリアシート供給部１１により、第１の原反ロールＲ１から長尺の第１のキャリアシートＣ１を引き出して第１の搬送部２０へと供給し、第１の塗工部１２によりペースト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。第１の搬送部２０によって第１のキャリアシートＣ１を搬送することにより、第１のキャリアシートＣ１上の第１樹脂シートＳ１を走行させる。
ペーストＰに含まれる樹脂としては、熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、不飽和ポリエステル樹脂などが挙げられる。ペーストＰには、炭酸カルシウムなどの充填剤や、低収縮化剤、離型剤、硬化開始剤、増粘剤などを配合してもよい。
複数のゴデットロール１９によって案内されてきた繊維束ｆ３を裁断機１３において所定の長さとなるように連続的に裁断し、裁断された繊維束ｆ４を第１樹脂シートＳ１の上に落下させて散布する。これにより、走行する第１樹脂シートＳ１上に、各繊維束ｆ４がランダムな繊維配向で散布されたシート状繊維束群Ｆが連続的に形成される。
本実施形態では、裁断機１３において、以下の撓み試験で測定される撓み量Ｈが１５ｍｍ未満の繊維束ｆ３を裁断する。繊維束ｆ３の撓み量Ｈが１５ｍｍ未満であることで、裁断された繊維束ｆ４の扁平性が維持されやすく、散布された繊維束ｆ４が折り畳まれにくくなる。これにより、シート状繊維束群Ｆ中の各繊維束ｆ４間にできる隙間がより小さくなり、樹脂を含浸して得られる繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制される。そのため、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
本実施形態では、裁断機１３において、以下の撓み試験で測定される撓み量Ｈが１５ｍｍ未満の繊維束ｆ３を裁断する。繊維束ｆ３の撓み量Ｈが１５ｍｍ未満であることで、裁断された繊維束ｆ４の扁平性が維持されやすく、散布された繊維束ｆ４が折り畳まれにくくなる。これにより、シート状繊維束群Ｆ中の各繊維束ｆ４間にできる隙間がより小さくなり、樹脂を含浸して得られる繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制される。そのため、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
（撓み試験）
図２に示すように、裁断する繊維束ｆ３から、長さ１５０ｍｍの試験片６００を切り出し、試験片６００における長さ方向の第１末端６００ａから１００ｍｍの位置ＰＩから第２末端６００ｂまでの部分を平面４００上に設置する。そして、試験片６００における第１末端６００ａから１００ｍｍの部分を自由状態とする。試験片６００における第１末端６００ａから１００ｍｍの部分が撓んで垂れるため、その状態における第１末端６００ａの下端と平面４００との距離を撓み量Ｈ（ｍｍ）とする。
本発明では、裁断する繊維束の撓み試験で測定される撓み量Ｈは、１５ｍｍ未満であり、０〜１４ｍｍが好ましく、５〜１３ｍｍがより好ましい。撓み量Ｈが下限値以上であれば、強度の高い繊維強化樹脂材料がより得られる。撓み量Ｈが小さいほど、シート状繊維束群を形成する際に散布される裁断後の繊維束が折り畳まれにくくなり、強度の高い繊維強化樹脂材料がより得られやすくなる。
図２に示すように、裁断する繊維束ｆ３から、長さ１５０ｍｍの試験片６００を切り出し、試験片６００における長さ方向の第１末端６００ａから１００ｍｍの位置ＰＩから第２末端６００ｂまでの部分を平面４００上に設置する。そして、試験片６００における第１末端６００ａから１００ｍｍの部分を自由状態とする。試験片６００における第１末端６００ａから１００ｍｍの部分が撓んで垂れるため、その状態における第１末端６００ａの下端と平面４００との距離を撓み量Ｈ（ｍｍ）とする。
本発明では、裁断する繊維束の撓み試験で測定される撓み量Ｈは、１５ｍｍ未満であり、０〜１４ｍｍが好ましく、５〜１３ｍｍがより好ましい。撓み量Ｈが下限値以上であれば、強度の高い繊維強化樹脂材料がより得られる。撓み量Ｈが小さいほど、シート状繊維束群を形成する際に散布される裁断後の繊維束が折り畳まれにくくなり、強度の高い繊維強化樹脂材料がより得られやすくなる。
裁断する繊維束の撓み量Ｈは、繊維束に使用するサイズ剤の種類や、開繊条件、熱セット条件を調節することにより調節できる。具体的には、結着強度のより高いサイズ剤を使用したり、開繊後の繊維束の厚みを厚くしたり、熱セットの加熱温度を高くして充分にサイズ剤を溶融して繊維同士を再結着させたりすることで、撓み量Ｈが小さくなる。
＜貼合含浸工程＞
第２のキャリアシート供給部１４により、第２の原反ロールＲ２から長尺の第２のキャリアシートＣ２を引き出して第２の搬送部２８へと供給する。第２の塗工部１５により、第２のキャリアシートＣ２の面上にペースト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のキャリアシート供給部１４により、第２の原反ロールＲ２から長尺の第２のキャリアシートＣ２を引き出して第２の搬送部２８へと供給する。第２の塗工部１５により、第２のキャリアシートＣ２の面上にペースト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のキャリアシートＣ２を搬送することで第２樹脂シートＳ２を走行させ、含浸部１６において、貼合機構３１によりシート状繊維束群Ｆ上に第２樹脂シートＳ２を貼り合わせる。そして、加圧機構３２により第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を加圧し、第１樹脂シートＳ１及び第２樹脂シートＳ２の樹脂をシート状繊維束群Ｆに含浸させる。これにより、繊維強化樹脂材料が第１のキャリアシートＣ１と第２のキャリアシートＣ２で挟持された原反Ｒが得られる。
以上説明したように、本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造方法においては、開繊及び分繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする。開繊及び分繊後の繊維束が扁平な状態で熱セットされることにより、熱セットを行わない場合に比べて、前記繊維束が扁平な状態で維持されやすくなる。また、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法においては、撓み量Ｈが１５ｍｍ未満の繊維束を裁断してシート状繊維束群を形成し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を製造する。そのため、シート状繊維束群を形成する際に散布される裁断後の繊維束がシート状繊維束群を形成する際に、扁平な状態が維持されるとともに折り畳まれも少なく、各繊維束間にできる隙間をより小さくすることができる。これにより、樹脂を含浸して得られる繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制されるため、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
［第２実施形態］
本発明の強化繊維樹脂材料の製造装置及び強化繊維樹脂材料の製造方法は、前記した製造装置１００及び製造装置１００を用いる方法には限定されない。例えば、第１実施形態では、開繊、分繊及び熱セットを行った後の繊維束をゴデットロールで裁断機へと案内していたが、開繊後の繊維束をゴデットロールで案内して分繊及び熱セットを行ってもよい。開繊後の繊維束をゴデットロールで案内して分繊を行う態様は、開繊後の繊維束を分繊した後にゴデットロールで案内する態様に比べて、分繊時に繊維束に毛羽立ちが生じてもロールへの巻き付きによる不具合が生じにくい点で有利である。また、分繊された繊維束同士がゴデットロールで案内される際に再度密着することを抑制しやすい。
本発明の強化繊維樹脂材料の製造装置及び強化繊維樹脂材料の製造方法は、前記した製造装置１００及び製造装置１００を用いる方法には限定されない。例えば、第１実施形態では、開繊、分繊及び熱セットを行った後の繊維束をゴデットロールで裁断機へと案内していたが、開繊後の繊維束をゴデットロールで案内して分繊及び熱セットを行ってもよい。開繊後の繊維束をゴデットロールで案内して分繊を行う態様は、開繊後の繊維束を分繊した後にゴデットロールで案内する態様に比べて、分繊時に繊維束に毛羽立ちが生じてもロールへの巻き付きによる不具合が生じにくい点で有利である。また、分繊された繊維束同士がゴデットロールで案内される際に再度密着することを抑制しやすい。
（強化繊維樹脂材料の製造装置）
具体的には、本発明の強化繊維樹脂材料の製造装置としては、例えば、図３に例示した強化繊維樹脂材料の製造装置２００（以下、単に「製造装置２００」という。）であってもよい。図３における図１と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。製造装置２００は、分繊部５２及び熱セット部５４の代わりに分繊部５２Ａ及び熱セット部５４Ａを備える以外は製造装置１００と同じである。
具体的には、本発明の強化繊維樹脂材料の製造装置としては、例えば、図３に例示した強化繊維樹脂材料の製造装置２００（以下、単に「製造装置２００」という。）であってもよい。図３における図１と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。製造装置２００は、分繊部５２及び熱セット部５４の代わりに分繊部５２Ａ及び熱セット部５４Ａを備える以外は製造装置１００と同じである。
分繊部５２Ａは、回転刃１８の前段に複数のゴデットロール１９を備える以外は分繊部５２と同じである。熱セット部５４Ａは、後段に複数のゴデットロール１９を備えない以外は熱セット部５４と同じである。製造装置２００においては、ボビンＢ１から引き出した繊維束ｆ１を開繊部５０で開繊し、開繊後の繊維束ｆ２を分繊部５２Ａにおいて複数のゴデットロール１９で回転刃１８へと案内して分繊を行った後、分繊後の繊維束ｆ３を熱セット部５４Ａで熱セットして裁断機１３へと供給するようになっている。このように、製造装置２００の態様は、複数のゴデットロール１９の位置が、加熱手段５６と裁断機１３の間から開繊部５０と回転刃１８の間に変わった以外は、製造装置１００の態様と同じである。
本実施形態の製造装置２００においても、開繊及び分繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット部５４Ａが備えられている。熱セット部５４Ａによって開繊及び分繊後の繊維束が扁平な状態で熱セットされることにより、熱セットを行わない場合に比べて、前記繊維束を裁断してシート状繊維束群を形成した際に各繊維束間にできる隙間がより小さくなる。これにより、樹脂を含浸して得られる繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制されるため、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
（繊維強化樹脂材料の製造方法）
製造装置２００を用いる繊維強化樹脂材料の製造方法は、製造装置１００を用いる繊維強化樹脂材料の製造方法と同様に、開繊工程、分繊工程、熱セット工程、散布工程及び貼合含浸工程を有する。
製造装置２００を用いる繊維強化樹脂材料の製造方法は、製造装置１００を用いる繊維強化樹脂材料の製造方法と同様に、開繊工程、分繊工程、熱セット工程、散布工程及び貼合含浸工程を有する。
＜開繊工程＞
開繊工程は、第１実施形態と同様に行える。
開繊工程は、第１実施形態と同様に行える。
＜分繊工程＞
分繊部５２Ａにおいて、開繊後の繊維束ｆ２を複数のゴデットロール１９により複数の回転刃１８へと案内し、複数の回転刃１８を回転させながら繊維束ｆ２を通過させて複数の刃物１８ａを間欠的に突き刺し、繊維束ｆ２を幅方向に分割して複数の繊維束ｆ３とする。
分繊部５２Ａにおいて、開繊後の繊維束ｆ２を複数のゴデットロール１９により複数の回転刃１８へと案内し、複数の回転刃１８を回転させながら繊維束ｆ２を通過させて複数の刃物１８ａを間欠的に突き刺し、繊維束ｆ２を幅方向に分割して複数の繊維束ｆ３とする。
＜熱セット工程＞
熱セット部５４Ａにおいて、開繊及び分繊後の繊維束ｆ３を複数のガイドロール５５によりＸ方向に搬送しつつ、加熱手段５６によって加熱し、扁平な状態で熱セットし、裁断機１３へと供給する。
熱セット部５４Ａにおいて、開繊及び分繊後の繊維束ｆ３を複数のガイドロール５５によりＸ方向に搬送しつつ、加熱手段５６によって加熱し、扁平な状態で熱セットし、裁断機１３へと供給する。
＜散布工程、貼合含浸工程＞
散布工程及び貼合含浸工程は、第１実施形態と同様に行える。
散布工程及び貼合含浸工程は、第１実施形態と同様に行える。
本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造方法においても、開繊及び分繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする。これにより、熱セットを行わない場合に比べて、前記繊維束を裁断してシート状繊維束群を形成した際に、繊維束の扁平性が維持されるとともに折り畳まれも少なく各繊維束間にできる隙間をより小さくすることができる。そのため、樹脂を含浸して得られる繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制されることで、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
［第３実施形態］
第１実施形態及び第２実施形態においては熱セット後の繊維束をそのまま裁断機へと供給していたが、本発明においては、熱セット後の繊維束を一旦回収するようにしてもよい。
なお、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、前記した製造装置１００や製造装置２００を用いる方法には限定されない。例えば、製造装置１００や製造装置２００を用いる製造方法では開繊した繊維束をそのまま裁断機へと供給していたが、本発明においては、開繊した繊維束を裁断前に一旦回収してもよい。
第１実施形態及び第２実施形態においては熱セット後の繊維束をそのまま裁断機へと供給していたが、本発明においては、熱セット後の繊維束を一旦回収するようにしてもよい。
なお、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、前記した製造装置１００や製造装置２００を用いる方法には限定されない。例えば、製造装置１００や製造装置２００を用いる製造方法では開繊した繊維束をそのまま裁断機へと供給していたが、本発明においては、開繊した繊維束を裁断前に一旦回収してもよい。
（繊維強化樹脂材料の製造装置）
具体的には、本発明の強化繊維樹脂材料の製造装置としては、例えば、図４及び図５に例示した強化繊維樹脂材料の製造装置３００（以下、単に「製造装置３００」という。）であってもよい。図４及び図５における図１と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。製造装置３００は、第１製造装置１と第２製造装置２とを備えている。
具体的には、本発明の強化繊維樹脂材料の製造装置としては、例えば、図４及び図５に例示した強化繊維樹脂材料の製造装置３００（以下、単に「製造装置３００」という。）であってもよい。図４及び図５における図１と同じ部分は同符号を付して説明を省略する。製造装置３００は、第１製造装置１と第２製造装置２とを備えている。
第１製造装置１は、開繊部５０と、分繊部５２と、熱セット部５４と、回収部５８とをこの順に備えている。回収部５８は、分繊後の繊維束ｆ３をボビンＢ２に巻き取ることができるようになっている。
第２製造装置２は、第１のキャリアシート供給部１１と、第１の搬送部２０と、第１の塗工部１２と、裁断機１３と、第２のキャリアシート供給部１４と、第２の搬送部２８と、第２の塗工部１５と、含浸部１６と、を備えている。第２製造装置２では、裁断機１３の前段に、ボビンＢ２に巻き取って回収した回収物から引き出した繊維束ｆ３を裁断機１３へと案内するガイドロール３８が設けられている。第２製造装置２においては、ボビンＢ２に巻き取って回収した回収物から引き出した繊維束ｆ３を裁断機１３へと供給し、所定の長さに連続的に裁断するようになっている。
本実施形態の第２製造装置では、Ｙ方向において複数の回収物を設置し、それら回収物から繊維束を引き出して裁断機へと案内するようにしてもよい。この場合には、それらの回収物を同一のロールに設置して引き出すよりも、それぞれ個別のロールに設置して引き出すようにすることが好ましい。この例では、Ｙ方向において、繊維束ｆ３を回収した複数のボビンＢ２を設置する場合、それらボビンＢ２を個別のロールにそれぞれ設置して繊維束ｆ３を引き出すことが好ましい。これにより、それぞれの回収物における繊維束の長さが異なっていても、それぞれの個別ロールにおいて交換作業等が容易に行える。
本実施形態の製造装置３００においても、開繊及び分繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット部５４が備えられているため、シート状繊維束群を形成した際に、繊維束の扁平性が維持されるとともに折り畳まれも少なく、各繊維束間にできる隙間がより小さくなる。これにより、樹脂を含浸して得られる繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成されることが抑制されるため、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料が得られる。
また、熱セット後の繊維束を一旦回収する回収部と、前記回収部で回収した回収物から引き出した繊維束を裁断機へと供給するため、裁断機及び含浸部における工程速度が開繊部の工程速度と関係なく制御できる。そのため、繊維束の開繊操作が律速となって散布部及び含浸部の工程速度が低下することも抑制できる。
（繊維強化樹脂材料の製造方法）
製造装置３００を用いる繊維強化樹脂材料の製造方法は、下記の開繊工程、分繊工程、熱セット工程、回収工程、散布工程及び貼合含浸工程を有する。
開繊工程：長尺の繊維束ｆ１を開繊して幅方向に拡幅し、扁平な状態の繊維束ｆ２とする工程。
分繊工程：開繊後の繊維束ｆ２を分繊により幅方向に分割し、繊維束ｆ３とする工程。
熱セット工程：繊維束ｆ３を加熱して扁平な状態で熱セットする工程。
回収工程：熱セット後の繊維束ｆ３をボビンＢ２に巻き取って一旦回収し、回収物を得る工程。
散布工程：前記回収物から熱セット後の繊維束ｆ３を引き出して連続的に裁断し、樹脂をシート状にした第１樹脂シートＳ１上に、裁断された複数の繊維束ｆ４をシート状に散布してシート状繊維束群Ｆを形成する工程。
貼合含浸工程：前記シート状繊維束群Ｆ上に、樹脂をシート状にした第２樹脂シートＳ２を貼り合わせて加圧し、前記シート状繊維束群Ｆに樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る。
製造装置３００を用いる繊維強化樹脂材料の製造方法は、下記の開繊工程、分繊工程、熱セット工程、回収工程、散布工程及び貼合含浸工程を有する。
開繊工程：長尺の繊維束ｆ１を開繊して幅方向に拡幅し、扁平な状態の繊維束ｆ２とする工程。
分繊工程：開繊後の繊維束ｆ２を分繊により幅方向に分割し、繊維束ｆ３とする工程。
熱セット工程：繊維束ｆ３を加熱して扁平な状態で熱セットする工程。
回収工程：熱セット後の繊維束ｆ３をボビンＢ２に巻き取って一旦回収し、回収物を得る工程。
散布工程：前記回収物から熱セット後の繊維束ｆ３を引き出して連続的に裁断し、樹脂をシート状にした第１樹脂シートＳ１上に、裁断された複数の繊維束ｆ４をシート状に散布してシート状繊維束群Ｆを形成する工程。
貼合含浸工程：前記シート状繊維束群Ｆ上に、樹脂をシート状にした第２樹脂シートＳ２を貼り合わせて加圧し、前記シート状繊維束群Ｆに樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る。
＜開繊工程、分繊工程、熱セット工程及び回収工程＞
開繊工程、分繊工程及び熱セット工程は、第１製造装置１において、第１実施形態と同様に行える。熱セット後の繊維束ｆ３は複数のゴデットロール１９によりボビンＢ２へと案内し、巻き取って回収する。
開繊工程、分繊工程及び熱セット工程は、第１製造装置１において、第１実施形態と同様に行える。熱セット後の繊維束ｆ３は複数のゴデットロール１９によりボビンＢ２へと案内し、巻き取って回収する。
＜散布工程＞
第２製造装置２において、ボビンＢ２から分繊後の長尺の繊維束ｆ３を引き出し、裁断機１３において所定の長さとなるように連続的に裁断する以外は、第１実施形態の散布工程と同様に行える。
第２製造装置２において、ボビンＢ２から分繊後の長尺の繊維束ｆ３を引き出し、裁断機１３において所定の長さとなるように連続的に裁断する以外は、第１実施形態の散布工程と同様に行える。
＜貼合含浸工程＞
貼合含浸工程は、第２製造装置２において、第１実施形態と同様に行える。
貼合含浸工程は、第２製造装置２において、第１実施形態と同様に行える。
本実施形態の繊維強化樹脂材料の製造方法においても、開繊及び分繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットし、撓み量Ｈが１５ｍｍ未満の繊維束を裁断することができ、シート状繊維束群を形成する際に散布される裁断後の繊維束が折り畳まれにくくなる。これにより、シート状繊維束群中の各繊維束間の隙間をより小さくすることができるため、繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が形成されて強度が低下することを抑制できる。
［他の実施形態］
本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置は、第１〜第３実施形態には限定されない。例えば、本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置は、図６に示されるような分繊部を備えない製造装置であってもよい。また、本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置が回収部を備える場合、巻き取りには限定されず、振り込みなどの公知の回収手段を利用する回収部を採用してもよい。
同様に、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、分繊工程を有しない方法であってもよい。また、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法が回収工程を有する場合、繊維束を回収する方法は、巻き取りには限定されず、振り込みなどの公知の回収方法を採用してもよい。開繊した繊維束を裁断前に一旦巻き取って回収する場合、開繊後の繊維束を回収し、回収物から引き出した繊維束を分繊してから裁断してもよい。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、製造装置１００、製造装置２００、及び製造装置３００以外の製造装置を用いる方法であってもよい。例えば、開繊後に分繊を行う場合、開繊と分繊の間に熱セットを行ってもよい。ただし、開繊後に分繊を行う場合は分繊後に熱セットを行うことが好ましい。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、開繊後に分繊を行わない方法であってもよい。
また、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法においては、裁断する繊維束の撓み量Ｈが熱セットを行わなくても１５ｍｍ未満である場合には、熱セットを行わなくてもよい。
さらに、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、裁断する繊維束の撓み量Ｈが１５ｍｍ未満であれば、開繊、分繊及び熱セットをいずれも行わない方法であってもよい。例えば、図６に例示した繊維強化樹脂材料の製造装置５００（以下、「製造装置５００」という。）を用いる方法であってもよい。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置は、第１〜第３実施形態には限定されない。例えば、本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置は、図６に示されるような分繊部を備えない製造装置であってもよい。また、本発明の繊維強化樹脂材料の製造装置が回収部を備える場合、巻き取りには限定されず、振り込みなどの公知の回収手段を利用する回収部を採用してもよい。
同様に、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、分繊工程を有しない方法であってもよい。また、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法が回収工程を有する場合、繊維束を回収する方法は、巻き取りには限定されず、振り込みなどの公知の回収方法を採用してもよい。開繊した繊維束を裁断前に一旦巻き取って回収する場合、開繊後の繊維束を回収し、回収物から引き出した繊維束を分繊してから裁断してもよい。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、製造装置１００、製造装置２００、及び製造装置３００以外の製造装置を用いる方法であってもよい。例えば、開繊後に分繊を行う場合、開繊と分繊の間に熱セットを行ってもよい。ただし、開繊後に分繊を行う場合は分繊後に熱セットを行うことが好ましい。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、開繊後に分繊を行わない方法であってもよい。
また、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法においては、裁断する繊維束の撓み量Ｈが熱セットを行わなくても１５ｍｍ未満である場合には、熱セットを行わなくてもよい。
さらに、本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法は、裁断する繊維束の撓み量Ｈが１５ｍｍ未満であれば、開繊、分繊及び熱セットをいずれも行わない方法であってもよい。例えば、図６に例示した繊維強化樹脂材料の製造装置５００（以下、「製造装置５００」という。）を用いる方法であってもよい。
製造装置５００は、開繊部５０、分繊部５２及び熱セット部５４の代わりに、繊維束供給部６０を備えている以外は、製造装置１００と同じである。繊維束供給部６０は、長尺の繊維束ｆ’を複数のボビン６１から引き出しながら、複数のガイドロール６２を介して裁断機１３に向けて供給するようになっている。
製造装置５００を用いる製造方法においても、繊維束ｆ’の撓み量Ｈが１５ｍｍ未満であれば、シート状繊維束群を形成する際に散布される裁断後の繊維束ｆ４が折り畳まれにくくなる。そのため、得られる繊維強化樹脂材料には樹脂リッチな部分が形成されにくく、充分な強度が得られる。
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。
［原料］
本実施例に使用した原料を以下に示す。
（繊維束）
α−１：炭素繊維束（商品名「ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ−ＫＬ」、引張強度：４，９００ＭＰａ、フィラメント数：１５，０００本、幅：７．５ｍｍ、厚み：０．１ｍｍ、三菱レイヨン社製）。
α−２：炭素繊維束（商品名「ＴＲＷ４０ ５０Ｌ−ＫＮ」、引張強度：４，１２０ＭＰａ、フィラメント数：５０，０００本、幅：１２．５ｍｍ、厚み：０．２ｍｍ、三菱レイヨン社製）。
［原料］
本実施例に使用した原料を以下に示す。
（繊維束）
α−１：炭素繊維束（商品名「ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ−ＫＬ」、引張強度：４，９００ＭＰａ、フィラメント数：１５，０００本、幅：７．５ｍｍ、厚み：０．１ｍｍ、三菱レイヨン社製）。
α−２：炭素繊維束（商品名「ＴＲＷ４０ ５０Ｌ−ＫＮ」、引張強度：４，１２０ＭＰａ、フィラメント数：５０，０００本、幅：１２．５ｍｍ、厚み：０．２ｍｍ、三菱レイヨン社製）。
（ペースト）
Ｐ−１：樹脂であるエポキシアクリレート樹脂（製品名：ネオポール８０５１、日本ユピカ社製）１００質量部に対して、硬化剤として、１，１−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサンの７５％溶液（製品名パーヘキサＣ−７５（ＥＢ）、日本油脂社製）０．５質量部と、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネートの７４％溶液（製品名：カヤカルボンＢＩＣ−７５、化薬アクゾ社製）０．５質量部とを添加し、内部離型剤として、リン酸エステル系誘導体組成物（製品名：ＭＯＬＤ ＷＩＺ ＩＮＴ−ＥＱ−６、アクセルプラスチックリサーチラトリー社製）０．３５質量部を添加し、増粘剤として、変性ジフェニルメタンジイソシアネート（製品名：コスモネートＬＬ、三井化学社製）１５．５質量部を添加し、安定剤として、１，４−ベンゾキノン０．０２質量部配合された樹脂組成物。
Ｐ−１：樹脂であるエポキシアクリレート樹脂（製品名：ネオポール８０５１、日本ユピカ社製）１００質量部に対して、硬化剤として、１，１−ジ（ｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサンの７５％溶液（製品名パーヘキサＣ−７５（ＥＢ）、日本油脂社製）０．５質量部と、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネートの７４％溶液（製品名：カヤカルボンＢＩＣ−７５、化薬アクゾ社製）０．５質量部とを添加し、内部離型剤として、リン酸エステル系誘導体組成物（製品名：ＭＯＬＤ ＷＩＺ ＩＮＴ−ＥＱ−６、アクセルプラスチックリサーチラトリー社製）０．３５質量部を添加し、増粘剤として、変性ジフェニルメタンジイソシアネート（製品名：コスモネートＬＬ、三井化学社製）１５．５質量部を添加し、安定剤として、１，４−ベンゾキノン０．０２質量部配合された樹脂組成物。
［撓み試験］
各例において、製造装置１００における裁断機１３の直前の繊維束から長さ１５０ｍｍの試験片を切り出し、前記試験片における長さ方向の第１末端から１００ｍｍの位置から第２末端までの部分を平面上に設置した。前記試験片における第１末端から１００ｍｍの部分を自由状態として、その状態における第１末端の下端と平面との距離を撓み量Ｈ（ｍｍ）として測定した。
各例において、製造装置１００における裁断機１３の直前の繊維束から長さ１５０ｍｍの試験片を切り出し、前記試験片における長さ方向の第１末端から１００ｍｍの位置から第２末端までの部分を平面上に設置した。前記試験片における第１末端から１００ｍｍの部分を自由状態として、その状態における第１末端の下端と平面との距離を撓み量Ｈ（ｍｍ）として測定した。
［実施例１］
図１に例示した製造装置１００を用いて繊維強化樹脂材料を製造した。
繊維束として繊維束α−１、ペーストＰとしてペーストＰ−１を用いた。開繊は、繊維束の幅が７．５ｍｍ、厚みが０．１ｍｍとなるように行った。熱セット条件は、加熱温度を１７０℃、加熱時間を６秒とした。熱セット後で裁断される前の繊維束から試験片を切り出し、撓み試験を実施したところ、撓み量Ｈは８．１ｍｍであった。
図１に例示した製造装置１００を用いて繊維強化樹脂材料を製造した。
繊維束として繊維束α−１、ペーストＰとしてペーストＰ−１を用いた。開繊は、繊維束の幅が７．５ｍｍ、厚みが０．１ｍｍとなるように行った。熱セット条件は、加熱温度を１７０℃、加熱時間を６秒とした。熱セット後で裁断される前の繊維束から試験片を切り出し、撓み試験を実施したところ、撓み量Ｈは８．１ｍｍであった。
［実施例２］
開繊条件を調節し、裁断する繊維束の厚み及び撓み量Ｈを表１に示すとおりにした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材料を製造した。
開繊条件を調節し、裁断する繊維束の厚み及び撓み量Ｈを表１に示すとおりにした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材料を製造した。
［実施例３、４］
繊維束α−１の代わりに繊維束α−２を使用し、さらに開繊条件を調節し、裁断する繊維束の厚み及び撓み量Ｈを表１に示すとおりにした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材料を製造した。
繊維束α−１の代わりに繊維束α−２を使用し、さらに開繊条件を調節し、裁断する繊維束の厚み及び撓み量Ｈを表１に示すとおりにした以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂材料を製造した。
[比較例１]
比較例１では、繊維束として繊維束α−１として熱セット温度を２５℃にする以外は実施例２と同様の開繊条件を調整して繊維強化樹脂材料を製造した。
比較例１では、繊維束として繊維束α−１として熱セット温度を２５℃にする以外は実施例２と同様の開繊条件を調整して繊維強化樹脂材料を製造した。
[比較例２]
比較例２では、繊維束として繊維束α−２として熱セット温度を２５℃にする以外は実施例４と同様の開繊条件を調整して繊維強化樹脂材料を製造した。
比較例２では、繊維束として繊維束α−２として熱セット温度を２５℃にする以外は実施例４と同様の開繊条件を調整して繊維強化樹脂材料を製造した。
各例で使用した繊維束の種類、熱セットの加熱温度、裁断する繊維束の厚み及び撓み量Ｈの結果を表１に示す。
表１に示すように、裁断する繊維束の撓み量Ｈが１５ｍｍ未満である実施例１〜４の繊維強化樹脂材料は、撓み量Ｈが１５ｍｍ以上である比較例１〜２の繊維強化樹脂材料に比べて、強度が高い繊維強化樹脂材料が得られる。
本発明の繊維強化樹脂材料の製造方法によれば、繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が生じることが抑制され、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料を得る事が可能である。また、繊維強化樹脂材料の製造装置を用いれば、繊維強化樹脂材料中に樹脂リッチな部分が生じることが抑制され、充分な強度を有する繊維強化樹脂材料を得ることが可能である。
１ 第１製造装置
２ 第２製造装置
１３ 裁断機
１６ 含浸部
５０ 開繊部
５２、５２Ａ 分繊部
５４、５４Ａ 熱セット部
１００、２００、３００、５００ 繊維強化樹脂材料の製造装置
２ 第２製造装置
１３ 裁断機
１６ 含浸部
５０ 開繊部
５２、５２Ａ 分繊部
５４、５４Ａ 熱セット部
１００、２００、３００、５００ 繊維強化樹脂材料の製造装置
Claims (14)
- 長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする開繊工程と、
開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット工程を有する、繊維強化樹脂材料の製造方法。 - 前記繊維束として樹脂が付着した繊維束を用いる、請求項１に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
- 前記繊維束としてサイズ剤が付着した繊維束を用いる、請求項１に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
- 前記開繊工程と前記熱セット工程の間に、開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割する分繊工程をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
- 複数の繊維束と樹脂を含有する繊維強化樹脂材料を製造する方法であって、前記熱セット工程後に、前記繊維束を連続的に裁断する工程を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
- 樹脂をシート状にした第１樹脂シート上に、前記の裁断された複数の繊維束をシート状に散布してシート状繊維束群を形成する散布工程と、前記シート状繊維束群上に、前記樹脂をシート状にした第２樹脂シートを貼り合わせて加圧し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料を得る貼合含浸工程を有する、請求項５に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
- 複数の繊維束と樹脂を含有する繊維強化樹脂材料を製造する装置であって、
長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅し、扁平な状態とする開繊部と、
開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットする熱セット部と、
を備えている、繊維強化樹脂材料の製造装置。 - 前記開繊部と前記熱セット部の間に、開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割する分繊部をさらに備える、請求項７に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
- 前記熱セット部の後に、熱セット後の繊維束を連続的に裁断し、前記樹脂をシート状にした第１樹脂シート上に、裁断された複数の繊維束をシート状に散布してシート状繊維束群を形成する裁断機を備える、請求項７又は８に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
- 前記裁断機の後に、前記シート状繊維束群上に、前記樹脂をシート状にした第２樹脂シートを貼り合せて加圧し、前記シート状繊維束群に樹脂を含浸させて繊維強化樹脂材料とする含浸部を備える、請求項７〜９のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂材料の製造装置。
- 長尺の繊維束を連続的に裁断し、裁断された複数の繊維束で形成したシート状繊維束群に樹脂を含浸して繊維強化樹脂材料を製造する方法において、下記撓み試験で測定される撓み量Ｈが１５ｍｍ未満の繊維束を裁断する、繊維強化樹脂材料の製造方法。
（撓み試験）
裁断する繊維束から長さ１５０ｍｍの試験片を切り出し、前記試験片における長さ方向の第１末端から１００ｍｍの位置から第２末端までの部分を平面上に設置する。前記試験片における前記第１末端から１００ｍｍの部分を自由状態として、その状態における前記第１末端の下端と前記平面との距離を撓み量Ｈ（ｍｍ）とする。 - 長尺の繊維束を開繊により幅方向に拡幅して扁平な状態とし、開繊後の繊維束を連続的に裁断する、請求項１１に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
- 前記の開繊後の繊維束を加熱して扁平な状態で熱セットしてから裁断する、請求項１２に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
- 前記の開繊後の繊維束を分繊により幅方向に分割してから裁断する、請求項１２又１３に記載の繊維強化樹脂材料の製造方法。
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