KR20180075505A - 절개 프리프레그, 크로스 플라이 적층체, 및 절개 프리프레그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

3차원 형상에 대한 추종성이 우수하고, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때에 양질의 표면 품위와 높은 역학 특성을 발현하는 중간 기재 및 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 일 방향으로 배향한 강화 섬유와 수지를 포함하는 프리프레그의 적어도 일부의 영역에 강화 섬유를 분단하는 복수의 절개를 갖는 절개 프리프레그로서, 상기 영역 내에서 임의로 선택되는 10개의 직경 10mm의 원형의 소영역 내에 포함되는 절개의 개수를 모집단이라고 했을 경우에, 소영역 내의 절개 개수의 평균치가 10 이상, 또한 변동 계수가 20% 이내인 절개 프리프레그.

Description

절개 프리프레그, 크로스 플라이 적층체, 및 절개 프리프레그의 제조방법

본 발명은 성형시에 양호한 형상 추종성을 갖고, 고화했을 때에 높은 역학 특성을 갖는 섬유 강화 플라스틱의 중간 기재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

강화 섬유와 수지로 이루어지는 섬유 강화 플라스틱은 비강도, 비탄성률이 높고, 역학 특성이 우수한 것, 내후성, 내약품성 등의 고기능 특성을 갖는 것 등으로부터 산업 용도에 있어서도 주목되고, 항공기, 우주기, 자동차, 철도, 선박, 전화 제품, 스포츠 등의 구조 용도로 전개되어, 그 수요는 해마다 높아지고 있다.

섬유 강화 플라스틱의 중간 기재로서 SMC(시트 몰딩 컴파운드)가 있다. SMC는 통상 25mm 정도로 절단해서 열경화성 수지를 함침한 촙드 스트랜드가 랜덤하게 분산된 시트 형상의 기재이며, 복잡한 3차원 형상을 갖는 섬유 강화 플라스틱을 성형하는데 적합한 재료로서 알려져 있다. 그러나, SMC에 의해 성형된 섬유 강화 플라스틱은 촙드 스트랜드의 분포 불균일, 배향 불균일이 필연적으로 발생되어 버리기 때문에, 성형체의 역학 특성이 저하하거나 또는 그 값의 편차가 커져버린다. 안정하고 높은 역학 특성을 발현하는 섬유 강화 플라스틱의 성형법으로서는 연속한 강화 섬유에 수지를 함침한 프리프레그를 적층하고, 오토클레이브에 의해 성형하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 연속 섬유를 사용한 프리프레그에서는 변형 능 부족에 의해 주름이나 강화 섬유의 뻣뻣함이 발생하여, 3차원 형상 등의 복잡한 형상으로 성형하는 것이 어렵다.

상술한 바와 같은 재료의 결점을 채우기 위해서, 연속적인 강화 섬유와 수지로 이루어지는 프리프레그에 절개를 넣어서 강화 섬유를 분단함으로써, 유동 가능하고 또한 역학 특성의 불균일도 작아진다고 하는 절개 프리프레그가 개시되어 있다(예를 들면 특허문헌 1, 2).

또한, SMC와 같이 가열 가압에 의해 유동시켜서 형상을 형성하는 것이 아니고, 프리프레그를 수작업으로 몰드를 따르게 하는 핸드 레이업에 적합한 기재도 고품질의 섬유 강화 플라스틱을 얻기 위해서는 필요한 경우가 있다. 프리프레그를 사용한 핸드 레이업에는 부형성이 우수한 직조 구조를 강화 형태로 한 섬유 기재(직물)에 수지를 함침시킨 프리프레그(직물 프리프레그)를 사용하는 것이 일반적이다(예를 들면 특허문헌 3).

또한, 절개 프리프레그의 제조방법으로서는 특허문헌 4와 같이, 칼날이 배치된 펀칭 다이를 사용해서 제조하는 방법도 있지만, 간헐적인 절개 삽입법이며, 가는 절개의 경우, 상위한 타이밍에서 천공한 절개끼리의 위치 관계가 어긋나기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 절개 프리프레그가 높은 역학 특성을 발현하기 위해서는 절개 위치를 고정밀도로 제어하는 것이 중요하기 때문에, 특허문헌 5와 같이 칼날이 설치된 회전 칼날롤에 프리프레그를 압박하는 제조방법의 쪽이 제안되어 있다.

일본 특허공개 소 63-247012호 공보 국제공개 WO2008/099670호 팜플렛 일본 특허공개 평 8-25491호 공보 일본 특허공개 2009-220480호 공보 일본 특허 제5223354호 공보

SMC와 비교하면 역학 특성이 크게 향상되고 불균형도 작아지지만, 특허문헌 1에 기재된 절개 프리프레그에 대해서는 구조재로서 적용하기에는 충분한 강도라고는 말할 수 없고, 3차원 형상에 대한 추종성도 향상의 여지가 있다. 특허문헌 2에 기재된 절개 프리프레그에 대해서는 절개를 가늘게 함으로써 더욱 높은 강도를 발현하고, 절개의 각도를 섬유 방향에 대해서 얕게 함으로써, 유동 후에도 절개가 개구되기 어려워서 양호한 외관을 실현하고 있다. 그러나, 여전히 성형품의 절개 개구가 육안으로 인식할 수 있는 레벨이었다.

본 발명은 이러한 배경기술을 감안하여, 3차원 형상에 대한 추종성이 우수하고, 고화했을 때에 절개 개구의 목시 인식이 곤란한 레벨의 높은 표면 품위와 우수한 역학 특성을 발현하는 섬유 강화 플라스틱을 얻을 수 있는 중간 기재를 제공하는 것에 있다.

핸드 레이업에 있어서는 직물 프리프레그가 일반적으로 사용되지만, 한편으로 경화시킨 섬유 강화 플라스틱의 역학 특성으로서는 강화 섬유의 강화 형태가 직조 구조인 것보다 두께 방향의 물결침 없이 일 방향으로 강화 섬유가 배향되어 있는 편이 우수하여, 높은 역학 특성이 소망되는 제품에는 일 방향으로 강화 섬유가 배향된 프리프레그(일 방향 프리프레그)를 사용해서 성형하는 것이 바람직하다. 그러나, 일 방향 프리프레그는 섬유 방향으로는 높은 강성을 갖기 때문에 신장시키기 어려워서, 3차원 형상을 갖는 몰드를 따르게 했을 때에는 모서리부에서 강화 섬유가 뻣뻣해지기 때문에 형상 추종이 곤란하다. 또한, 일 방향 프리프레그는 비섬유 방향으로는 수지에 의해서만 연결되어 있어서, 비섬유 방향으로 인장 하중이 가해졌을 때에는 파열되어 버리기 때문에, 핸드 레이업에는 적합하지 않다. 섬유 방향의 각도를 변경해서 복수매 적층한 일 방향 프리프레그의 적층체의 경우, 프리프레그의 파열은 경감되지만, 모서리부에서의 강화 섬유의 뻣뻣함을 해소할 수 없어서, 3차원 형상을 갖는 몰드에 대한 형상 추종은 곤란하다. 그래서, 핸드 레이업에 적합하고, 또한 섬유 강화 플라스틱으로 했을 경우에 우수한 역학 특성을 발현하는 프리프레그의 적층체를 제공하는 것도 본 발명의 과제로 했다.

절개 프리프레그의 제조방법에 관하여, 회전 칼날롤의 편이 펀칭 다이보다 생산성이 높고, 그 특질을 최대한 살리기 위해서는 프리프레그를 연속적으로 종이관 등에 감은 프리프레그롤로부터 프리프레그를 권출하고, 절개를 삽입해서 절개 프리프레그로 한 후, 롤로서 권취하는 프로세스가 고려된다. 그러나, 프리프레그롤로부터 권출한 프리프레그에 연속해서 절개를 삽입하는 공정에서는 서서히 프리프레그가 폭방향으로 어긋나거나, 프리프레그의 늘어짐을 감아 들어감으로써 주름이 발생한다고 하는 문제가 있다. 이러한 문제가 생기면, 제조된 절개 프리프레그의 품질이 저하하고, 연속적으로 안정하게 절개 프리프레그를 제조하는 것이 곤란하다. 프리프레그의 처짐이나 폭방향의 위치 어긋남을 경감시켜서 주름 없이 연속적으로 안정하게 프리프레그에 절개를 삽입하여, 우수한 성형성, 및 고화시에는 높은 역학 특성을 발휘하는 절개 프리프레그를 제조하는 것도 본 발명의 과제로 했다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같은 수단을 채용하는 것이다. 즉, 높은 역학 특성과 양질의 표면 품위를 갖는 섬유 강화 플라스틱을 얻기 위한 절개 프리프레그로서는, 일 방향으로 배향한 강화 섬유와 수지를 포함하는 프리프레그의 적어도 일부의 영역에 강화 섬유를 분단하는 복수의 절개를 갖는 절개 프리프레그로서, 상기 영역 내에서 임의로 선택되는 10개의 직경 10mm의 원형의 소영역 내에 포함되는 절개의 개수를 모집단이라고 했을 경우에, 모집단의 평균치가 10 이상, 또한 변동 계수가 20% 이내인 절개 프리프레그이다.

핸드 레이업에 적합한 프리프레그의 적층체로서는 일 방향으로 배향한 강화 섬유와 수지를 포함하는 강화 섬유의 체적 함유율(Vf)이 45∼65%인 복수매의 프리프레그로 이루어지고, 섬유 방향이 실질적으로 직각으로 교차하는 절개 프리프레그를 포함하도록 구성된 크로스 플라이 적층체로서,

상기 각 프리프레그는 강화 섬유를 가로지르는 복수의 절개를 갖는 실질적으로 모든 강화 섬유가 섬유 길이(L) 10∼300mm인 절개 프리프레그이고,

25℃ 환경하에서 이하에 나타내는 인장 특성 1을 충족시키거나 또는 60℃ 환경하에서 이하에 나타내는 인장 특성 2를 충족시키는 크로스 플라이 적층체이다.

(인장 특성 1) 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 1%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 1이라고 하고, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 2라고 하면, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5이다.

(인장 특성 2) 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 1%의 인장 변형을 더했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 1이라고 하고, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 2라고 하면, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5이다.

절개 프리프레그의 제조방법으로서는 강화 섬유와 수지를 포함하는 프리프레그에 장력을 부여하면서, 칼날 길이의 합계가 1∼3000m/㎡의 범위 내인 회전 칼날롤과 상기 회전 칼날롤의 축에 대해서 대략 평행하게 근접한 지지롤 사이에, 프리프레그의 단변이 회전 칼날롤의 축 방향으로 소정 범위 내가 되도록 통과시켜서, 적어도 일부의 강화 섬유의 섬유 길이를 10∼300mm의 범위 내로 분단해서 절개 프리프레그로 하는 제조방법이다.

본 발명에 의하면, 3차원 형상 추종성이 우수하고, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 경우에 양질의 표면 품위와 우수한 역학 특성을 발현하는 중간 기재를 얻을 수 있다. 또한, 핸드 레이업에 적합하고, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 경우에 우수한 역학 특성을 발현하는 크로스 플라이 적층체가 얻어진다. 또한, 주름이나 폭방향의 위치 어긋남을 억제해서 연속적으로 안정하게 프리프레그에 절개를 삽입하여, 우수한 성형성 및 고화시에는 높은 역학 특성을 발휘하는 절개 프리프레그를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 절개 프리프레그의 개념도이다.
도 2는 균질하지 않은 절개 패턴(a)과 균질한 절개 패턴(b, c)을 예시한 것이다.
도 3은 본 발명의 절개 프리프레그에 사용되는 절개 패턴의 일례이다.
도 4는 본 발명의 절개 프리프레그에 사용되는 절개 패턴의 일례이다.
도 5는 본 발명의 절개 프리프레그에 사용되는 절개 패턴의 일례이다.
도 6은 본 발명의 절개 프리프레그에 사용되는 절개 패턴의 일례이다.
도 7은 본 발명의 크로스 플라이 적층체의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 절개 프리프레그 제조방법의 개념도이다.
도 9는 도 8의 절개 프리프레그 제조방법을 상방으로부터 본 도면이다.
도 10은 본 발명의 절개 프리프레그 제조방법의 개념도이다.
도 11은 본 발명의 절개 프리프레그 제조방법의 개념도이다.
도 12는 청구항 18에 관한 개념도이다.
도 13은 프레스 성형용 몰드이다.
도 14는 핸드 레이업용 몰드이다.
도 15는 본 발명의 절개 프리프레그에 사용되는 절개 패턴의 6개의 예이다.
도 16은 본 발명의 절개 프리프레그에 사용되지 않는 절개 패턴의 5개의 예이다.
도 17은 실시예 및 비교예에 사용한 절개 패턴의 5개의 예이다.
도 18은 실시예에 있어서의 절개 프리프레그 내의 소영역 추출 패턴이다.
도 19는 대형의 부형 몰드이다.

본 발명자들은 3차원 형상에 대한 추종성이 우수하고, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 경우에 우수한 역학 특성을 발현하는 중간 기재를 얻기 위해서 예의 검토하여, 일 방향으로 배향한 강화 섬유와 수지를 포함하는 프리프레그의 적어도 일부의 영역에 강화 섬유를 분단하는 복수의 절개를 삽입해서 강화 섬유를 불연속으로 함으로써 3차원 형상에 대한 추종성을 높이고, 이러한 과제를 해결하는 것을 구명했다.

구체적으로는, 복수의 절개가 삽입된 영역(이하, 절개 영역이라고 함)에 있어서 임의로 선택되는 10개의 직경 10mm의 원형의 소영역 내에 포함되는 절개의 개수를 모집단이라고 했을 경우에, 모집단의 평균치가 10 이상 또한 변동 계수가 20% 이내인 절개 프리프레그이다(이하, 모집단의 평균치가 10 이상인 상태를 고밀도, 변동 계수가 20% 이내인 상태를 균질이라고 함).

도 1(a)은 프리프레그(1)에 복수의 절개(2)가 삽입된 절개 영역(3)을 포함하는 절개 프리프레그의 개념도를 나타내고 있다. 절개 영역은 프리프레그의 적어도 일부의 영역에 있기만 하면, 프리프레그의 일부에만 존재해도 프리프레그 전역에 존재해도 좋고, 프리프레그 내에 복수의 절개 영역이 포함되어 있어도 좋다. 절개 영역은 절개 프리프레그의 어느 개소에 존재해도 상관없지만, 절개 프리프레그를 사용해서 성형하여 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때에, 곡면이나 요철 등 3차원 형상을 포함하는 영역에 존재하는 것이 바람직하다. 절개 영역 내에서는 모든 강화 섬유가 절개에 의해 분단되어 있어도, 절개에 의해 분단되지 않은 강화 섬유를 포함하고 있어도 좋다.

도 1(b)은 절개 영역(3) 내에서 직경 10mm의 원형의 소영역(4)을 10개소 추출한 모양을 나타내고 있다(이후, 직경 10mm의 원형의 소영역(4)을 소영역이라고 약기함). 소영역은 절개 영역 내에서 소영역이 겹치지 않을 정도로 조밀하게 추출하는 것이 바람직하지만, 절개 영역이 소영역을 10개 모두 겹치지 않게 추출하는데 충분한 사이즈가 아닌 경우에는, 소영역끼리가 겹치도록 추출해도 좋다. 단, 상술한 모집단의 평균치와 변동 계수를 보다 정밀도 좋게 측정하기 위해서, 절개 영역의 경계를 초과해서 소영역을 설정해서는 안된다. 절개 영역의 경계는 절개의 단부끼리를 연결하는 선분을 연결한 선분군이며, 또한 상기 선분군 내에 모든 절개가 포함되고, 상기 선분군의 길이의 합계가 최소가 되는 선분군으로 한다.

소영역 내에 포함되는 절개의 개수란, 소영역 내에 존재하는 절개와 소영역의 윤곽에 일부가 접촉하는 절개의 합계수라고 한다. 또한, 상술한 모집단의 평균치와 상기 모집단의 변동 계수는 10개의 소영역 내의 절개수를 ni(i=1∼10)이라고 하면, 각각 식 1, 식 2에 의해 계산된다.

절개의 개수는 고밀도일수록 3차원 형상에 대한 추종성이 향상되고, 절개 프리프레그의 변형시에 하나하나의 절개의 개구가 작아지기 때문에, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때에 양호한 표면 품위를 얻을 수 있다. 또한, 전체로서 절개에 의해 분단되는 강화 섬유의 수가 동일해도, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때에 부하가 부여되었을 경우, 절개가 클 경우에는 절개 주변의 응력집중이 커지지만, 가늘어질수록 응력 집중이 경감되어, 역학 특성이 향상된다.

따라서, 소영역 내에 포함되는 절개의 개수를 10개의 소영역에 있어서 카운팅해서 모집단이라고 했을 때에, 모집단은 평균치가 10개 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 15개 이상이다. 소영역 내에서 동일한 강화 섬유가 복수의 절개에 의해 분단되어 있어도 좋지만, 강화 섬유의 섬유 길이(L)가 10mm보다 작을 경우, 고화 후의 역학 특성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 소영역 내에서는 동일한 강화 섬유가 복수의 절개에 의해 분단되어 있지 않은 것이 보다 바람직하다. 또한, 섬유 길이(L)란, 도 2(a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 임의의 절개와 강화 섬유 방향으로 최근접의 절개(쌍이 되는 절개)에 의해 분단되는 강화 섬유의 길이를 가리키고 있다. 모집단의 평균치가 50보다 클 경우, 소영역 내에서 동일한 강화 섬유가 복수의 절개에 의해 분단될 가능성이 높아지기 때문에, 모집단의 평균치는 50 이하인 것이 바람직하다. 한편, 절개 영역 내에 있어서, 균질하게 절개가 분포되어 있을수록, 절개 프리프레그 변형시에 하나하나의 절개의 개구 불균일이 작아지기 때문에, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때에 안정한 역학 특성을 발현한다. 따라서, 모집단의 변동 계수는 20% 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 15% 이하이다. 여기에서, 소영역의 추출 방법으로서는, 도 1(b)에 나타낸 바와 같이, 소영역끼리가 비교적 가까이 존재하도록 추출하는 것이 바람직하다. 추출 패턴에 의해 상기 변동 계수가 변동하는 경우도 있지만, 그 경우는 5회 추출 패턴을 변경해서 측정하고, 4회 이상 상기 변동 계수가 20% 이하이면, 본 발명의 형태를 만족시킨다고 간주한다.

비교적 작은 절개를 삽입하는 개념은 이미 특허문헌 2에 기재되어 있지만, 예를 들면 특허문헌 2의 도 2에 기재된 절개 패턴을 확대 축소해서 상기 모집단의 평균치가 10 이상이 되도록 했을 경우, 강화 섬유의 섬유 길이는 10mm 이하로 되어야만 하고, 강화 섬유의 섬유 길이를 10mm이라고 했을 경우에는 상기 모집단의 평균치는 5 이하로, 절개의 분포 밀도는 작아진다.

또한, 특허문헌 1의 제 1 도(A)로 대표되는 많은 기존의 절개 패턴에서는 도 2(a)(문헌을 특정하지 않을 때에는 본 명세서의 도면이다. 이하 동일)에 나타낸 바와 같이, 강화 섬유의 길이(L)에 대해서 인접하는 절개를 L의 절반 길이(L/2)만큼 어긋나게 하여 단속적인 절개로 하고 있다. 이러한 절개 패턴의 경우, 절개의 길이가 짧고, 섬유 길이가 길수록, 강화 섬유의 배향 방향으로 L/2 간격으로 존재하는 직선 형상으로 절개가 존재하기 쉬워져서, 상기 모집단의 불균일이 커진다. 이러한 경우, 절개 개구가 상기 직선 상에 집중하여, 개구가 현저하게 드러난다. 도 2(b)와 같이 인접하는 절개를 L/2가 아니라, L/5나 L/6으로 했다, 촘촘한 주기로 어긋나게 함으로써, 절개 프리프레그 중에 보다 절개가 균등하게 분포된 절개 패턴이 되고, 절개 프리프레그가 신장할 때에 신장 개소가 편재되지 않고 균질한 변형이 가능해져서, 하나하나의 절개의 개구가 억제된다(이후, 절개가 균등하게 분포된 절개 패턴을 균질한 절개 패턴이라고 적을 경우도 있다). 또한, 도 2(b)와 같이, 이웃하는 절개를 계단 형상으로 어긋나게 하지 않고, 도 2(c)와 같이 어긋나게 해도 좋다. 도 2(c)는 L/10의 주기로 절개가 어긋나 있지만, 절개에 의해 분단된 강화 섬유속에서 이웃하는 강화 섬유속의 단부끼리(예를 들면, 도 2(c) 중의 절개(s1)와 절개(s2)의 거리는 2L/5로 되어 있고, 도 2(b)의 L/5보다 길어져 있다. 이웃하는 강화 섬유속의 단부끼리의 거리가 김으로써, 균열 진전이나 절개 개구의 연쇄를 억제하는 효과가 있어서, 역학 특성·표면 품위가 함께 향상된다. 도 2(a)의 경우, 이웃하는 강화 섬유속의 단부끼리의 거리는 L/2로 길지만, 강화 섬유속을 사이에 둔 2개의 절개끼리의 거리도 가깝기 때문에, 그 2개의 절개 개구에 의한 응력 집중부가 겹치기 쉬워서 역학 특성으로서도 바람직하지 않다.

분단 후의 강화 섬유의 길이는 15mm 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20mm 이상이다. 강화 섬유의 길이가 20mm 이상인 경우에서도, 하나하나의 절개에 의해 분단되는 강화 섬유수를 적게 함으로써, 절개가 고밀도로 분포된 절개 패턴(이후, 고밀도 절개 패턴이라고 기재하는 경우도 있음)을 얻을 수 있고, 강화 섬유가 긴 것에 추가해서, 절개가 작은 것에 의해 역학 특성 향상의 효과가 예상된다. 도 2(b)와 같이 인접하는 절개를 촘촘한 주기로 어긋나게 함으로써, 섬유 길이를 유지하면서, 균질하고 또한 고밀도한 절개 패턴을 실현할 수 있다. 절개가 강화 섬유의 배향 방향에 대해서 비스듬히 삽입되어 있는 경우에서도 마찬가지이다.

본 발명에 있어서의 절개 프리프레그의 형태로서, 임의의 절개(A)와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개(B)는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않은 것이 바람직하다. 최근접하는 절개끼리로 분단된 강화 섬유는 비교적 짧은 강화 섬유로 되어버리기 때문에, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때에 역학 특성을 저하시키는 요인이 된다. 또한, 절개(A)와 최근접하는 절개(B) 사이에, 절개(A)와 절개(B)의 어느 것에 의해서도 분단되어 있지 않은 강화 섬유가 존재함으로써, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때에, 절개(A)와 절개(B)가 손상에 의해 연결하기 어려워져서 역학 특성이 향상된다.

도 3은 절개 영역의 일부를 나타내고 있고, 절개(A)와 최근접하는 절개(B) 사이에는 복수의 강화 섬유(5)가 존재하고 있고, 절개(A)와 절개(B)는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않다. 도 3(a)과 같이 절개(A)와 절개(B) 사이의 강화 섬유(5)가 절개(A) 및 절개(B)에 최근접하고 있지 않은 절개(C)에 의해 분단되어 있어도 좋고, 도 3(b)과 같이 절개(A)와 절개(B) 사이의 강화 섬유(5)가 절개에 의해 분단되어 있지 않아도 좋다. 최근접하는 절개끼리의 사이는 강화 섬유의 직각 방향으로 절개를 강화 섬유에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)의 0.5배 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 Ws의 1배 이상이다.

고밀도로 절개를 분포시킨 절개 프리프레그에서는 절개끼리의 거리가 가까워져서, 최근접하는 절개끼리가 동일한 강화 섬유를 분단해버렸을 때에는 매우 짧은 강화 섬유가 혼입해버릴 가능성이 있기 때문에, 최근접하는 절개끼리가 동일한 강화 섬유를 분단하지 않도록 간격을 둠으로써, 고밀도의 절개 패턴이어도 짧은 강화 섬유의 혼입을 억제하여, 안정한 역학 특성을 발현시킬 수 있다.

본 발명에 있어서의 절개 프리프레그의 바람직한 형태로서, 도 4와 같이 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)(이하, Y를 절개 길이라고도 함)이며, 최근접하는 절개끼리의 거리(6)는 Y의 0.5배보다 긴 절개 프리프레그를 들 수 있다. 여기에서, 실질적으로 동일한 길이란, 모든 절개 길이가 모든 절개 길이의 평균치의 ±5% 이내인 것을 말한다(이하 동일). 또한, 본 발명에 있어서 절개는 직선 형상이어도 곡선 형상이어도 좋고, 어느 경우에서도 절개의 단부끼리를 연결하는 선분을 절개 길이(Y)라고 한다.

최근접하는 절개끼리의 거리란, 최근접하는 절개끼리의 최단 거리를 의미한다. 최근접하는 절개끼리의 거리가 가까울 경우, 섬유 강화 플라스틱이 손상이 들어간 경우에 손상이 절개끼리를 연결하기 쉬워지기 때문에, 최근접하는 절개끼리의 거리가 절개 길이(Y)의 0.5배보다 큰 것이 바람직하다. 최근접하는 절개끼리의 거리는 보다 바람직하게는 Y의 0.8배 이상, 더욱 바람직하게는 Y의 1.0배 이상이다. 한편으로, 최근접하는 절개끼리의 거리에 상한은 특별히 없지만, 프리프레그에 고밀도한 절개를 부여함에 있어서, 최근접하는 절개끼리의 거리가 절개 길이(Y)의 10배 이상으로 하는 것은 용이하지 않다.

고밀도로 절개가 분포되는 절개 프리프레그에 있어서는 3차원 형상에 대한 추종성은 향상되고, 하나하나의 절개가 작은 것에 의한 역학 특성의 향상이 예상되지만, 절개끼리의 거리가 가까울 경우보다 절개끼리가 떨어져 있는 편이 역학 특성은 더욱 향상된다. 따라서, 조밀하게 절개를 삽입했을 경우에는 절개끼리의 거리를 둔 절개 패턴, 즉 최근접하는 절개끼리의 거리를 절개 길이(Y)의 0.5배보다 크게 하는 것이 역학 특성 향상을 위해서 특히 중요하게 된다. 또한, 절개 영역 내에서 모든 강화 섬유를 분단해서 부형성을 향상시킨 절개 프리프레그의 경우, 최근접하는 절개끼리의 최단 거리를 절개 길이(Y)의 0.5배보다 크게 두고, 또한 최근접하는 절개끼리가 동일한 강화 섬유를 분단하지 않음으로써, 3차원 형상에 대한 추종성 및 표면 품위를 손상시키지 않고, 최대한으로 역학 특성을 발현할 수 있다.

본 발명에 있어서의 절개 프리프레그의 바람직한 형태로서, 절개가 강화 섬유의 배향 방향에 대해서 비스듬히 삽입되어 있는 절개 프리프레그를 들 수 있다. 절개가 곡선 형상일 경우는 절개의 단부끼리를 연결하는 선분이 강화 섬유의 배향 방향에 대해서 비스듬한 것을 가리킨다. 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 대해서 비스듬히 함으로써, 절개 프리프레그의 3차원 형상에 대한 추종성이나 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때의 역학 특성을 향상시킬 수 있다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각도를 θ라고 하면, θ가 2∼60°인 것이 바람직하다. 특히 θ의 절대치가 25°이하임으로써 역학 특성, 그 중에서도 인장 강도의 향상이 현저하고, 이러한 관점에서 θ의 절대치가 25°이하가 보다 바람직하다. 한편, θ의 절대치는 2°보다 작으면 절개를 안정하게 넣는 것이 어려워진다. 즉, 강화 섬유에 대해서 절개가 누워서 들어가면, 칼날로 절개를 넣을 때 강화 섬유가 칼날로부터 벗아나기 쉬워서, 절개의 위치 정밀도를 담보하면서 삽입하는 것이 어렵게 된다. 이러한 관점에서는 θ의 절대치가 2°이상인 것이 보다 바람직하다.

고밀도로 절개가 분포하는 경우에 한하지 않고, θ의 절대치가 작아질수록 역학 특성의 향상을 예상할 수 있는 한편, 특히 절개 영역 내에서 모든 강화 섬유를 분단할 경우에, 절개끼리가 가까워져서 절개에 의해 발생한 손상이 연결되기 쉬워 역학 특성이 저하할 염려도 있다. 그러나, 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않은 것, 또한 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)이며, 최근접하는 절개끼리의 거리가 Y의 0.5배보다 김으로써, 절개가 강화 섬유의 배향 방향에 대해서 직각인 경우와 비교하여 더욱 역학 특성의 향상을 예상할 수 있다. 절개가 고밀도인 경우에는 특히 역학 특성의 향상과 함께, 절개 개구의 억제에 의한 표면 품위의 향상을 예상할 수 있다. 특허문헌 2로 대표되는 바와 같이, 강화 섬유에 대해서 비스듬히 절개를 삽입하는 것은 알려진 기술이지만, 특허문헌 2의 도 2(f)나 도 12와 같이, 인접하는 절개가 강화 섬유의 섬유 길이(L)에 대해서 L/2 어긋나는 절개 패턴에서는 L이 길고 절개의 길이가 작을 경우에는 도 2에 나타낸 현상과 마찬가지로 균질한 절개 패턴은 실현될 수 없고, 절개 프리프레그의 신장시에는 절개가 조밀한 개소가 신장되기 쉬워지고, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 경우도 절개끼리가 가까이 존재하기 때문에, 절개끼리가 연결되기 쉬워서, 역학 특성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 도 2(b)나 도 2(c)와 같은 균질한 절개 배치에 비스듬한 절개를 적용함으로서, 비스듬히 절개를 삽입하는 것에 의한 역학 특성 향상의 효과를 보다 효과적으로 발현할 수 있다.

본 발명에 있어서의 절개 프리프레그의 바람직한 형태로서, 절개와 강화 섬유의 배향 방향이 이루는 각도(θ)의 절대치가 실질적으로 동일하고, 또한 θ가 플러스인 절개(플러스 절개라고 함)와 θ가 마이너스인 절개(마이너스 절개라고 함)를 포함하는 절개 프리프레그를 들 수 있다. θ의 절대치가 실질적으로 동일하다는 것은, 모든 절개에 있어서의 각도(θ)의 절대치가 모든 절개에 있어서의 각도(θ)의 절대치로부터 구한 평균치의 ±1°이내인 것을 말한다. 절개 프리프레그 내에 플러스 절개 뿐만 아니라 마이너스 절개도 삽입함으로써, 절개 프리프레그가 신장시에 플러스 절개 근방에서 면내 전단 변형이 발생했을 경우에, 마이너스 절개 근방에서는 역방향의 전단 변형이 생김으로써 매크로로서 면내의 전단 변형을 억제하여 신장시킬 수 있다.

더욱 바람직하게는 플러스 절개와 마이너스 절개를 대략 동수 포함하는 절개 프리프레그이다. 플러스 절개와 마이너스 절개를 대략 동수 포함한다는 것은 θ가 플러스가 되는 절개의 수와 θ이 마이너스가 되는 절개의 수가 대략 동수인 것을 의미한다. 그리고, θ가 플러스가 되는 절개의 수와 θ가 마이너스가 되는 절개의 수가 대략 동수란, 수를 기준으로 한 백분율로 나타냈을 때에 플러스의 각이 되는 θ의 수와 마이너스의 각이 되는 θ의 수가 모두 45% 이상 55% 이하인 것을 말한다(이하 동일).

도 5와 같이 플러스 절개와 마이너스 절개는 서로 교대로 배치함으로써, 높은 밀도로 절개를 삽입하면서도 근접하는 절개 간의 거리를 확보하기 쉬워진다. 또한, 얻어진 절개 프리프레그를 적층할 때, 플러스 절개 또는 마이너스 절개만을 포함하는 절개 프리프레그의 경우에는 동일한 강화 섬유의 배향 방향의 프리프레그이어도 프리프레그를 표면에서 보느냐 이면에서 보는냐에 따라 다른 절개 방향이 된다. 따라서 섬유 강화 플라스틱 제조시에, 매회 절개의 방향이 동일하게 되도록, 또는 동일한 강화 섬유의 방향에서 절개 방향이 다른 것을 동일 매수 적층하기 위한 적층 순서를 제어하는 수고가 늘어날 가능성이 있다. 따라서, 절개와 강화 섬유의 배향 방향이 이루는 각도(θ)의 절대치가 실질적으로 동일하고, 플러스 절개와 마이너스 절개가 대략 동수가 되는 절개 패턴이면, 통상의 연속 섬유 프리프레그와 동일한 취급으로 적층이 가능해진다.

플러스 절개와 마이너스 절개가 대략 동수 존재하는 절개 프리프레그이고, 또한 플러스 절개와 마이너스 절개가 균일하게 혼합된 절개 패턴의 경우에는, 특히 고밀도의 절개 분포일 경우에, 임의의 절개가 상기 절개에 최근접하는 다른 절개와 동일한 강화 섬유를 분단하지 않고, 또한 최근접하는 절개끼리의 거리가 Y의 0.5배보다 긴 절개 패턴을 작성하기 쉬워진다. 이것에 의해, 절개에서 발생한 손상의 연결을 억제할 수 있어서, 역학 특성이 향상된다. 또한, 플러스 절개와 마이너스 절개가 존재하는 경우에는 절개 프리프레그 신장시에도 절개의 개구가 발견되기 어려워서, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 경우에 양호한 표면 품위를 얻을 수 있지만, 고밀도의 절개 분포로 했을 때에는 절개가 더욱 촘촘해져서, 더욱 양호한 표면 품위를 얻을 수 있다. 절개 영역 내에서 모든 강화 섬유를 분단할 때에도 상기 절개 패턴은 유효하여, 3차원 형상에 대한 추종성을 유지하면서, 역학 특성과 표면 품위를 향상시킬 수 있다.

더욱 바람직하게는, 임의의 절개와 상기 절개의 연장선 상에 존재하는 최근접하는 다른 절개의 간격에 대해서, 플러스 절개끼리의 간격과 마이너스 절개끼리의 간격에서 길이가 다른 절개 프리프레그이다. 도 6은 플러스 절개와 마이너스 절개가 대략 동수씩 삽입된 절개 프리프레그를 나타내고 있다. 플러스 절개는 직선(9) 상에, 마이너스 절개는 직선(10) 상에 배치되어 있고, 직선(9) 상에서의 플러스 절개 간격은 직선(10) 상에서의 마이너스 절개 간격보다 작아져 있다. 이러한 절개의 배치로 함으로써, 균질·고밀도하고 또한 근접하는 절개 간의 거리를 확보할 수 있어서, 최근접하는 절개가 동일한 강화 섬유를 분단하지 않는 절개 패턴이 작성 가능하다. 또한, 임의의 절개와 상기 절개의 연장선 상에 존재하는 최근접하는 다른 절개의 간격에 대해서, 플러스 절개끼리의 간격과 마이너스 절개끼리의 간격에서 길이가 동일한 경우보다 강화 섬유의 길이를 길게 하는 것이 가능해서, 고밀도로 절개가 분포되어 있어도 역학 특성을 유지하는 것이 가능하다. 또한, 절개의 연장선 상에 절개가 존재한다는 것은, 절개를 연장한 직선과 대상이 되는 절개끼리의 가장 근접하는 점끼리를 연결한 직선의 각도가 1°이내인 것을 가리킨다.

임의의 절개와 상기 절개의 연장선 상에 존재하는 최근접하는 다른 절개의 간격에 대해서, 플러스 절개끼리의 간격과 마이너스 절개끼리의 간격에서 길이가 다른 절개 패턴으로 함으로써, 고밀도이어도 강화 섬유의 길이를 보다 길게 할 수 있고, 또한 절개 영역 내에서 모든 강화 섬유를 분단하는 경우에도, 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하지 않고, 최근접하는 절개끼리의 거리가 절개 길이(Y)의 0.5배보다 긴 절개 패턴을 얻기 쉬워진다. 이것에 의해, 보다 효과적으로 표면 품위와 3차원 형상에 대한 추종성을 손상시키지 않고 역학 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 플러스 절개와 마이너스 절개가 대략 동수 삽입되어 있고, 임의의 절개와 상기 절개의 연장선 상에 존재하는 최근접하는 다른 절개의 간격에 대해서, 플러스 절개끼리의 간격과 마이너스 절개끼리의 간격에서 길이가 다르고, 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하지 않고, 최근접하는 절개끼리의 거리가 절개 길이(Y)의 0.5배보다 길고, 절개 영역에서 실질적으로 모든 강화 섬유가 섬유 길이 15mm 이상으로 분단되어 있는 절개 패턴이 3차원 형상 추종성, 표면 품위, 역학 특성의 관점에서 특히 바람직하다. 특허문헌 2의 도 1, 도 2(d), 도 14(d)와 같이, 플러스 절개와 마이너스 절개가 삽입된 절개 패턴은 기지이지만, 절개 패턴 모두 본 명세서의 도 2(a)와 마찬가지로 인접하는 절개가 강화 섬유의 섬유 길이(L)의 절반만큼 어긋난 절개 패턴이고, L이 길고, 절개가 작아질수록 절개 배치의 소밀이 발생하기 쉬워진다. 인접하는 절개를 도 2(b), 도 2(c)와 같이 L/2에 한정하지 않고 어긋나게 함으로써, 고밀도이고 또한 균질한 절개 패턴으로 할 수 있다.

또한, 후술하는 절개 프리프레그의 제조방법에서는 절개 프리프레그의 표면에, 보호 시트(시트 기재 B에 상당)를 부착하고, 보호 시트를 관통해서 프리프레그에 절개를 삽입함으로써, 회전 칼날롤과 절개 프리프레그의 점착을 억제하는 형태를 나타내고 있다. 그렇게 해서 제조된 절개 프리프레그의 적층시에는 보호 시트를 박리할 필요가 있어서, 최근접하는 절개끼리의 거리가 가까우면 보호 시트를 박리할 때에 보호 시트가 파열되어 취급성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 절개 프리프레그 시트의 취급성의 관점에서도 최근접하는 절개끼리의 거리가 절개 길이(Y)의 0.5배보다 긴 것이 바람직하다. 대략 동수의 플러스 절개와 마이너스 절개가 혼합해서 배치되어 있을 경우에는, 보호 시트를 박리할 때에 보호 시트 상의 절개가 연결되기 어려워, 절개 프리프레그 시트의 취급성이 더욱 향상된다. 임의의 절개와 상기 절개의 연장선 상에 존재하는 최근접하는 다른 절개의 간격에 대해서, 플러스 절개끼리의 간격과 마이너스 절개끼리의 간격에서 길이가 다른 경우에는, 플러스 절개와 마이너스 절개를 보다 균일하게 배치할 수 있어서, 보호 시트가 파열되기 어렵게 되어 절개 프리프레그의 취급성이 더욱 향상된다. 또한, 보호 시트 재질의 대표적인 것으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리머류를 들 수 있고, 프리프레그에 칼날로 절개를 삽입할 때, 칼날에 수지가 점착하는 것을 방지하는 역할이나, 절개 프리프레그 보관시에 절개 프리프레그 표면을 먼지 등의 이물로부터 보호하는 역할이 있다.

본 발명에 있어서, 절개 프리프레그에 포함되는 수지는 열가소성 수지이어도 열경화성 수지이어도 좋고, 열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리아미드(PA), 폴리아세탈, 폴리아크릴레이트, 폴리술폰, ABS, 폴리에스테르, 아크릴, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 액정 폴리머, 염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 불소계 수지, 실리콘 등을 들 수 있다. 열경화성 수지로서는 수지가 열에 의해 가교 반응을 일으켜서 적어도 부분적인 3차원 가교 구조를 형성하는 것이면 좋다. 이들 열경화성 수지로서는 불포화 폴리에스테르 수지, 비닐 에스테르 수지, 에폭시 수지, 벤조옥사진 수지, 페놀 수지, 요소 수지, 멜라민 수지 및 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다. 이들 수지의 변형 및 2종 이상의 블렌드의 수지를 사용할 수도 있다. 또한, 이들 열경화성 수지는 열에 의해 자기 경화하는 수지이어도 좋고, 경화제나 경화 촉진제 등을 포함하는 것이어도 좋다.

본 발명의 절개 프리프레그에 포함되는 강화 섬유는 유리 섬유, 케블라 섬유, 탄소 섬유, 그래파이트 섬유 또는 붕소 섬유 등이어도 좋다. 이 중, 비강도 및 비탄성률의 관점에서는 탄소 섬유가 바람직하다.

강화 섬유의 체적 함유율(Vf)은 70% 이하로 함으로써 절개부의 강화 섬유의 어긋남을 두어서 브리징을 효과적으로 억제하여, 형상 추종성과 보이드 등의 성형 불량의 억제 효과를 얻을 수 있다. 이러한 관점에서 Vf가 70% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, Vf가 낮을수록 브리징은 억제할 수 있지만, Vf가 40%보다 작아지면, 구조재에 필요한 고 역학 특성이 얻어지기 어렵게 된다. 이러한 관점에서 Vf가 40% 이상인 것이 보다 바람직하다. 보다 바람직한 Vf의 범위는 45∼65%, 더욱 바람직하게는 50∼60%이다.

절개 프리프레그는 강화 섬유에 부분적으로 수지를 함침시킨(즉, 일부를 미함침으로 함) 프리프레그를 사용해서 제조해도 좋다. 강화 섬유에 부분적으로 수지를 함침시킨 절개 프리프레그를 사용함으로써, 프리프레그 내부의 강화 섬유의 미함침부가 면내의 유로가 되어, 적층시에 절개 프리프레그의 층 간에 가두어진 공기나 절개 프리프레그로부터의 휘발 성분 등의 기체가 절개 프리프레그 밖으로 배출되기 쉬워진다(이러한 기체의 유로를 탈기 경로라고 칭한다). 한편으로, 함유율이 지나치게 낮으면, 강화 섬유와 수지 사이에서 박리가 생기고, 절개 프리프레그 적층시에 미함침부에서 절개 프리프레그가 2개로 분열되어 버리는 등 작업성이 열화되어 버리는 경우가 있는 것이나, 성형 중의 함침 시간을 길게 취하지 않으면 보이드가 잔류해 버리는 경우가 있는 것 등으로부터, 함침률은 10∼90%가 바람직하다. 이러한 관점에서 함침률의 범위의 보다 바람직한 상한은 70%이며, 더욱 바람직한 상한은 50%이며, 함침률의 범위의 보다 바람직한 하한은 20%이다.

본 발명의 절개 프리프레그는 그 표면에 수지층이 존재해도 좋다. 절개 프리프레그의 표면에 수지층이 존재함으로써, 절개 프리프레그를 적층했을 때에 절개 프리프레그끼리의 사이에 층간 수지층이 형성된다. 이것에 의해, 면외 충격 하중이 가해졌을 때, 크랙이 유연한 층간 수지층으로 유도되고, 또한 열가소성 수지의 존재에 의해 인성이 높기 때문에 박리가 억제됨으로써, 면외 충격 후의 잔존 압축 강도를 높게 할 수 있어서, 항공기 등의 높은 안전성이 요구되는 주 구조용 재료로서 적합하다.

또한, 본 발명의 절개 프리프레그는 상기한 어느 형태의 것도 성형에 앞서 미리 적층한, 이하에 나타내는 바와 같은 형태의 크로스 플라이 적층판으로서 바람직하게 사용될 수 있다.

절개 프리프레그는 SMC와 마찬가지로 프레스 성형에 사용할 수 있지만, 본 발명자들은 일 방향으로 배향한 강화 섬유와 수지를 포함하는 강화 섬유의 체적 함유율(Vf)이 45∼65%인 강화 섬유를 가로지르는 복수의 절개를 갖는 실질적으로 모든 강화 섬유가 섬유 길이(L) 10∼300mm인 절개 프리프레그를 강화 섬유의 배향 방향(섬유 방향)이 실질적으로 직각 방향으로 교차하는 절개 프리프레그를 포함하도록 복수매 적층한 크로스 플라이 적층체로 하고, 또한 후술하는 인장 특성을 갖는 크로스 플라이 적층체로 함으로써, 수작업에 의한 부형(핸드 레이업)에 적합한 기재가 얻어지는 것도 발견했다.

통상 강화 섬유의 섬유 방향은 강성이 높게 신장시키는 것이 곤란하지만, 절개에 의해 강화 섬유를 분단함으로써, 절개 프리프레그의 섬유 방향으로의 신장도 가능하게 되어, 절개 프리프레그를 적층한 크로스 플라이 적층체로 함으로써, 각 층의 절개 프리프레그에 비섬유 방향으로의 하중이 가해졌을 경우에 절개 프리프레그가 파열되는 것을 억제한다. 섬유 방향이 실질적으로 직각으로 교차하는 절개 프리프레그를 포함하도록 적층된 절개 프리프레그가 서로 구속하는 구성은 종사와 횡사가 서로 구속해서 강화 섬유가 배향하고 있지 않은 ±45° 방향으로 신장 가능하기 때문에 부형성이 우수한 직물을 모의한 구성으로 되어 있어서, 직물과 동등한 부형성을 기대할 수 있기 때문에, 크로스 플라이에 적층(섬유 방향이 실질적으로 직각으로 교차하는 절개 프리프레그를 포함하도록 적층)하는 것이 바람직하다. 동일한 크기의 정방형으로 잘라낸 절개 프리프레그를 90°회전시켜서 적층하는 것만으로도 좋기 때문에 적층이 간편하다. 또한, 섬유 방향이 실질적으로 직각이란, 섬유 방향이 90°±10°의 범위 내인 것을 가리킨다.

섬유 방향이 실질적으로 직각으로 교차하는 절개 프리프레그를 포함하도록 복수매 적층한 크로스 플라이 적층체에 대해서 적층하는 매수는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 적층 구성은 [0/90], [0/90]2이어도 좋고, [0/90/0] 등 0°와 90°의 매수가 달라도 좋다. 다른 절개 삽입 방법(절개 패턴)의 절개 프리프레그를 적층한 크로스 플라이 적층체이어도 좋다. 크로스 플라이 적층체는 두꺼울수록 신장시키기 어려워지기 때문에, 적층 후의 두께는 1mm보다 작은 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서 실질적으로 모든 강화 섬유가 섬유 길이(L)=10∼300mm로 분단되어 있다는 것은, 크로스 플라이 적층체 내의 각 절개 프리프레그에 있어서 L=10∼300mm의 범위 외의 강화 섬유의 체적의 합계가 상기 절개 프리프레그의 체적에 대해서 0% 이상 10% 이하인 것을 가리킨다.

각 절개 프리프레그의 강화 섬유의 체적 함유율(Vf)은 65% 이하로 함으로써 절개부의 강화 섬유의 어긋남을 두어서 형상 추종성을 얻을 수 있고, 성형시에 발생하는 표면의 수지 결락 억제에 충분한 수지량을 확보할 수 있다. 이러한 관점에서 Vf는 65% 이하인 것이 바람직하다. 또한, Vf는 낮을수록 섬유 방향으로의 신장 효과가 높아지지만, Vf가 45%보다 작아지면 구조재에 필요한 고 역학 특성이 얻어지기 어려워진다. 이러한 관점에서 Vf는 45% 이상인 것이 바람직하다.

절개 삽입시에 강화 섬유의 벗어남이 발생하기 때문에, 절개 프리프레그에 일부러 약간 긴 절개를 삽입하는 경우도 있고, 대다수의 L보다 짧은 섬유 길이가 되는 강화 섬유가 상기 절개 프리프레그 내에 존재할 경우도 있지만, 그 체적 비율은 상기 절개 프리프레그의 체적의 5%보다 작은 것이 좋다. 또한, 각 절개 프리프레그에 있어서 절개 삽입시의 섬유 방향의 약간의 엇갈림이나, 절개를 삽입하는 장치의 열화 등에 의해 절개가 삽입되지 않는 강화 섬유나, L이 300mm를 초과하는 강화 섬유가 존재하는 경우가 있지만, 그 체적 비율은 상기 절개 프리프레그의 체적의 5%보다 작은 것이 좋다. 쌍이 되는 절개에 의해 실질적으로 모든 강화 섬유가 소정의 섬유 길이 범위(10∼300mm)가 되기 때문에, 3차원 형상에 대한 추종성, 브리징 방지로 이어진다.

절개에 의해 분단된 강화 섬유는 L을 300mm 이하로 함으로써, 크로스 플라이 적층체의 섬유 방향에 있어서 절개의 존재 확률을 높여서 미세한 요철에 대한 형상 추종성 향상을 실현할 수 있다. L을 10mm 이상으로 하면, 절개끼리의 거리가 떨어지기 때문에, 그러한 절개 프리프레그를 사용해서 성형된 섬유 강화 플라스틱에 하중이 부하되었을 경우에는, 크랙이 연결되기 어려워 강도가 높은 것이 된다. 성형시에 있어서의 형상 추종성과 성형된 섬유 강화 플라스틱의 역학 특성의 관계를 감안하면, L의 보다 바람직한 범위는 10∼300mm이다. 절개의 구체적인 배치에 대해서는 특별히 한정은 없고, 상술한 균질하고 또한 고밀도한 절개 패턴을 채용해도 좋다. 고밀도이고 또한 균질한 절개 패턴을 사용함으로써, 핸드 레이업에 의해 얻어진 프리폼으로부터 절개 개구가 거의 보이지 않는 양질의 표면 품위를 갖고, 또한 높은 역학 특성을 갖는 섬유 강화 플라스틱을 성형할 수 있다.

본 발명에 있어서, 실온, 즉 25℃ 환경하에서 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 1매의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°이라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 1%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 1로 하고, 25℃ 환경하에서 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 2라고 하면, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5(인장 특성)을 충족시키는 것이 바람직하다.

도 7은 절개 프리프레그(14)를 2층 적층시킨 크로스 플라이 적층체의 개념도이며, 상측의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°방향(11)으로 하고 있다. 크로스 플라이 적층체를 핸드 레이업에 의해 몰드에 압박해서 부형할 때, 가장 신장시키기 쉬운 것은 45°방향(13)이지만, 45°방향(13)만을 신장시키면서 형성하는 것은 곤란하다. 45°방향(13)보다 0°방향(11)에 가까운 방향으로 신장시키면서 부형할 때에는 0°방향(11)이 신장하기 쉬울수록 상기 각도로 신장하기 쉽기 때문에, 크로스 플라이 적층체의 0°방향(11)의 신장 용이성이 크로스 플라이 적층체의 부형 용이성의 기준이 된다. 45°방향(13)보다 90° 방향에 가까운 방향으로 신장시키면서 형성할 경우에는 크로스 플라이 적층체의 또 다른 1매의 절개 프리프레그의 0°방향(12)의 신장 용이성이 크로스 플라이 적층체의 부형 용이성의 기준이 된다.

또한, 본 발명의 크로스 플라이 적층체는 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°이라고 했을 경우에, 상기 인장 특성(하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5)을 충족시키는 것이 중요해서, 예를 들면 상측의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°방향(11)이라고 했을 경우에 상기 인장 특성을 만족시키기만 하면, 하측의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°방향이라고 했을 경우(즉, 상측의 절개 프리프레그의 섬유 방향의 90°방향(12)을 0°방향이라고 했을 경우)에 상기 인장 특성을 만족시키지 않았다고 해도, 그 형태는 본 발명의 크로스 플라이 적층체에 포함된다. 본 발명의 크로스 플라이 적층체에 있어서 특별히 바람직하게는 크로스 플라이 적층체 중 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°이라고 했을 경우에, 0°방향 및 90°방향에 있어서 상기 인장 특성(하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5)을 충족시키는 형태, 즉 크로스 플라이 적층체 중의 모든 절개 프리프레그에 대해서, 그 섬유 방향을 0°이라고 했을 경우에 0°방향에 있어서 상기 인장 특성(하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5)을 충족시키는 형태이다.

핸드 레이업 시에, 절개 프리프레그의 0°방향은 0°방향의 변형이 1% 이상 신장하는 것이 바람직하지만, 탄성 변형으로 계속해서 신장하면 부형 후에 수축해서 형상을 유지할 수 없는 경우나, 부형에 요하는 하중도 증대하는 경우가 있기 때문에, 크로스 플라이 적층체의 0°방향의 인장 특성으로서는 비선형성이고, 서서히 탄성률이 저하하는 특성을 갖는 것이 바람직하다. 즉, 하중 2 < 하중 1×1.5인 것이 바람직하다. 또한, 크로스 플라이 적층체의 0°방향의 변형이 2% 이하이고, 일부의 절개를 기점으로 해서 크로스 플라이 적층체가 분단되는 특성을 가지면, 부형 중에 크로스 플라이 적층체가 파손되는 경우가 있기 때문에, 크로스 플라이 적층체의 0°방향의 인장 특성으로서는 0°방향의 변형이 1∼2% 사이에서 하중이 극단적으로 저하하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 하중 2 > 하중 1×0.5인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 인장 특성의 범위는 하중 1×0.7 < 하중 2 < 하중 1×1.3이다. 또한, 절개가 삽입되어 실질적으로 모든 강화 섬유가 절단되어 있어도, 하중 1이 크로스 플라이 적층체의 폭 1mm당 50N 이상이 되는 크로스 플라이 적층체가 크로스 플라이 적층체의 강성이 높기 때문에 취급성이 좋아서 바람직하다. 한편으로, 하중 1이 지나치게 크면, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5를 충족시키는 경우에도 인력으로는 신장시키기 어려워서 핸드 레이업에 적합하지 않은 경우가 있다. 따라서, 하중 1은 크로스 플라이 적층체의 폭 1mm당 300N 이하가 바람직하다.

하중 1, 하중 2의 측정에는 크로스 플라이 적층체를 직사각형 형상으로 잘라낸 인장 시험편을 사용해도 좋고, 인장 변형의 부여에는 인장 시험기를 사용해도 좋다. 변형은 실시예에 기재의 비접촉 변형 측정기를 사용한 방법으로 측정할 수 있다.

본 발명에서는 크로스 플라이 적층체 중 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°이라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에, 크로스 플라이 적층체의 면적에 차지하는 절개 개구부의 합계의 면적(절개 개구부의 면적률이라고 함)이 0% 이상 1% 이하인 것이 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위의 관점에서 바람직하다. 절개 개구부에는 수지가 유동해서 충전되는 경우나, 수지가 충전되지 않은 경우에는 인접층이 보이는 경우가 있다. 어느 경우도, 절개 개구부는 강화 섬유가 포함되는 개소와는 색이 다르게 보이기 때문에, 섬유 강화 플라스틱으로 했을 때에 표면 품위를 손상시키는 경우가 많다.

본 발명에 있어서 절개 개구부는 크로스 플라이 적층체 또는 섬유 강화 플라스틱의 표면에 있어서, 표면으로부터 10cm 이상 50cm 이하의 거리로부터 촬영한 디지털 화상을 화상 처리에 의해 2치화했을 때에, 절개와 절개 이외의 개소를 분리할 수 있는 개구부를 가리킨다.

크로스 플라이 적층체에 있어서의 절개 개구부의 면적률이 0% 이상 1% 이하인 경우는 절개 개구부가 목시로는 인식되기 어려워서, 고화 후의 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위가 양호해진다. 2%의 인장 변형을 가했을 경우에서도, 절개 개구부의 면적률이 0% 이상 1% 이하인 경우는 하나하나의 절개의 개구가 작은 경우나, 섬유 길이가 긴 경우 등 절개의 존재 확립이 낮은 경우 등을 들 수 있다. 절개에 인접하는 강화 섬유속의 유입에 의해 1% 이하의 개구로 하는 것이 가능하다. 더욱 바람직한 절개 개구부의 면적률은 0.8% 이하이다.

본 발명에 있어서의 크로스 플라이 적층체는 상술한 인장 특성이 실온(25℃ 환경하)에서 충족되지 않는 경우에서도, 60℃의 온도하에서 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 1매의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°로 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 1%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 1이라고 하고, 60℃ 환경하에서 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 2라고 하면, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5(인장 특성)을 충족시키는 크로스 플라이 적층체이어도 좋다. 실온에서의 부형이 곤란해도, 드라이어 등의 가열 수단에 의해 가열하면서 부형할 때에, 60℃ 환경하에서 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5를 충족시킴으로써, 부형하기 쉽고, 부형후에는 형상이 고정되기 쉽다. 바람직하게는 하중 1×0.7 < 하중 2 < 하중 1×1.3이다.

또한, 60℃의 온도하에 있어서도 크로스 플라이 적층체 중 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에, 크로스 플라이 적층체의 면적에 차지하는 절개 개구부의 합계 면적(절개 개구부의 면적률이라고 함)이 0% 이상 1% 이하인 것이 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위의 관점에서 바람직하다. 더욱 바람직한 절개 개구부의 면적률은 0.8% 이하이다.

또한, 인장 하중 부여시의 크로스 플라이 적층체에 있어서의 절개 개구부의 면적률에 대해서는 실시예에 기재된 방법으로, 인장 시험 중의 크로스 플라이 적층체를 촬영한 후 화상 처리에 의해 측정할 수 있다. 또한, 크로스 플라이 적층체의 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가하는 과정에 있어서 급격한 하중 저하가 생겨서, 하중 2 < 하중 1×0.5가 될 경우에는 강화 섬유의 물결침이 발생하여, 표면 품위는 손상된다.

본 발명에 있어서의 크로스 플라이 적층체의 바람직한 형태로서 면적이 0.5㎡ 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.8㎡ 이상이다. 한편, 현실적인 크로스 플라이 적층체의 면적의 최대치는 5㎡이다. 통상, 적층하여 있지 않은 프리프레그나 절개 프리프레그는 면적이 커질수록 휘기 쉬워서, 성형시에 몰드에 배치할 때 주름이 발생하기 쉬워진다. 크로스 플라이 적층체로 함으로써 강성을 향상시켜, 면적이 0.5㎡ 이상이어도 몰드에 배치할 때에는 주름이 발생하기 어려워진다. 또한, 면적이 큰 크로스 플라이 적층체를 제작할 때에, 복수매의 절개 프리프레그를 연결하여 1층으로 하는 경우가 있다. 크로스 플라이 적층체로 함으로써, 이음매가 존재해도 또 다른 편방의 층에 의해 담지되어 이음매가 흐트러지는 경우가 없어서 취급성이 향상된다. 이음매는 강화 섬유에 평행한 직선 형상으로 하는 것이 크로스 플라이 적층체를 고화한 섬유 강화 플라스틱의 역학 특성 유지를 위해서 바람직하다.

수지를 열가소성 수지로 할 경우에는, 절개 프리프레그의 점착성이 없이 상온에서 적층해서 일체화할 수 없기 때문에, 절개 프리프레그를 프레스 성형 등 가열과 가압 수단을 구비한 방법에 의해 일체화시켜서 크로스 플라이 적층체를 제작하는 것이 좋다.

본 발명의 크로스 플라이 적층체는 평판 형상인 채로 금형에 세팅해서 프레스 성형해도 좋고, 크로스 플라이 적층체를 몰드에 압박해서 얻어 프리폼으로 하고, 계속해서 상기 프리폼을 고화함으로써 섬유 강화 플라스틱으로서 제조해도 좋다. 본 발명의 크로스 플라이 적층체는 강화 섬유의 배향 방향으로도 신장하는 것이 가능하기 때문에, 양면 몰드에 의한 프레스 성형 등, 압력이 높은 성형을 행할 때에는 프리폼은 완전히 몰드에 추종하고 있지 않아도 좋다. 크로스 플라이 적층체를 정밀도 좋게 요철을 따르게 하기 위해서는 장시간을 요하지만, 몰드의 표면에 대해서 완전히 추종시키지 않더라도 압력에 의해 몰드에 형상 추종하는 것이 가능해서, 프리폼 제작 시간도 짧아진다. 몰드의 표면에 대해서 완전히 추종시키지 않는다는 것은, 몰드에 접촉하여 있는 프리폼의 면적이 몰드의 표면적의 90% 이하인 것을 나타낸다. 프리폼은 수작업(핸드 레이업)에 의해 몰드에 압박하여 제조되어도 좋고, 로봇 등을 사용해서 몰드에 압박해도 좋다. 크로스 플라이 적층체를 미세한 요철에 추종시킬 때, 수작업에 의한 부형을 채용하면, 주름이 발생하는 개소를 확인하면서 신장시킬 개소를 한정하여, 정밀도 좋게 추종시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 크로스 플라이 적층체를 복수매, 각도를 변경해서 겹쳐서 적층해도 좋다. 프리폼을 고화시킬 때에는 몰드과 버그 필름 사이에 프리폼을 배치해서 밀폐 공간으로 하고, 밀폐 공간을 진공 흡인해서 대기압과의 차압에 의해 절개 프리프레그 적층체를 가압하면서 가열하고, 오토클레이브에 의해 더욱 압축 가열된 기체에 의해 성형해도 좋고, 오븐이나 접촉 가열에 의해 진공 펌프를 사용해서 대기압과의 차압에 의한 가압만으로 고화시켜서 성형해도 좋다. 또는, 프리폼을 몰드에 의해 끼우고, 프레스 성형에 의해 고화해도 좋다.

크로스 플라이 적층체를 몰드에 압박할 때, 크로스 플라이 적층체를 가열하는 공정을 포함하는 것도 바람직하다. 즉, 크로스 플라이 적층체를 몰드에 압박할 때에, 드라이어나 히터 등의 가열 수단에 의해 크로스 플라이 적층체를 유연하게 하는 공정을 포함하고 있어도 좋다. 몰드 자체가 가열되는 것이어도 좋다. 크로스 플라이 적층체를 가열함으로써 절개 프리프레그가 연화되어 형상 추종성이 높아지는 경우가 있다. 가열하는 온도는 크로스 플라이 적층체의 형상이 붕괴되어 버리지 않을 정도가 좋고, 수지 점도가 50Pa·s 이상을 유지하는 온도가 좋다.

본 발명자들은 절개 프리프레그를 제조하는 방법으로서, 강화 섬유와 수지를 포함하는 프리프레그에 장력을 부여하면서, 칼날 길이의 합계가 1∼3000m/㎡의 범위 내인 회전 칼날롤과 상기 회전 칼날롤에 대해서 대략 평행하게 근접한 지지롤 사이에, 프리프레그의 단변이 회전 칼날롤의 축 방향으로 소정 범위 내가 되도록 통과시킴으로서, 프리프레그의 늘어짐이나 폭방향의 위치 어긋남을 경감시켜서, 주름 없이 연속적으로 안정하게 프리프레그에 적어도 일부의 강화 섬유의 섬유 길이를 10∼300mm의 범위 내로 분단하는 절개를 삽입하여, 우수한 성형성, 및 고화시에는 높은 역학 특성을 발휘하는 절개 프리프레그를 제조할 수 있는 것도 발견했다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 있어서의 절개 프리프레그의 제조방법을 나타내고 있다. 종이관 등에 프리프레그를 길이 방향으로 연속적으로 감은 프리프레그롤(15)로부터 프리프레그(1)를 권출하고, 칼날(16)을 복수 배치한 회전 칼날롤(17)과 지지롤(18) 사이에 프리프레그(1)을 통과시킴으로써, 칼날(16)이 프리프레그(1)에 압박된 개소에서 강화 섬유가 절단되어 절개 프리프레그(14)가 얻어진다.

지지롤(18)은 회전 칼날롤(17)에 대해서 대략 평행하게 근접되어 있고, 2개의 롤 사이에는 칼날(16)이 통과가능한 클리어런스가 형성되어 있다. 대략 평행이란, 회전 칼날롤(17) 또는 지지롤(18)의 폭방향의 임의의 장소에 있어서, 지지롤(18)과 칼날을 제외한 회전 칼날롤(17) 사이의 클리어런스가 회전 칼날롤(17) 또는 지지롤(18)의 폭방향의 평균치±10%의 범위 내인 것을 가리킨다.

회전 칼날롤(17)은 칼날(16)이 롤로부터 절삭된 것이어도 좋고, 칼날(16)이 설치된 시트가 자석이나 접착제 등의 접착 수단을 사용해서 롤에 권취된 롤이어도 좋다. 특히, 롤이 마그넷 롤이며, 칼날이 배치된 금속 시트를 붙이는 방법이 칼날의 교환시 간편하게 착탈할 수 있기 때문에, 롤 자체를 절삭하는 것보다 저렴한 금속 시트를 교환함으로써 복수의 절개 패턴을 동 회전 칼날롤을 사용해서 제조할 수 있어 바람직하다.

프리프레그는 회전 칼날롤에 커트 시트의 상태로 삽입해도 좋지만, 연속적으로 프리프레그를 공급하는 편이 생산성이 우수하고, 그 중에서도 행거에 건 프리프레그롤로부터 권출해서 삽입하는 것이 좋다. 마찬가지로 회전 칼날롤을 나온 후에 프리프레그를 절단해서 커트 시트로서도 좋지만, 와인더를 사용해서 롤 형상으로 권취해도 좋다.

본 발명에 있어서의 절개 프리프레그의 제조방법은 주로 강화 섬유가 일 방향으로 배향한 일 방향 프리프레그에 적용되지만, 직조 구조를 갖는 직물 프리프레그이어도 좋고, 또한 일 방향 프리프레그나 직물 프리프레그를 복수매 적층한 프리프레그 적층 시트에 절개를 삽입할 때에도 바람직하게 사용할 수 있다. 프리프레그 적층 시트는, 예를 들면 일 방향 프리프레그를 강화 섬유가 직행 방향이 되도록 복수매 적층한 크로스 플라이 적층 시트 등 복수매의 프리프레그를 각도를 바꾸어서 적층한 것이어도 좋고, 일 방향 프리프레그나 직물 프리프레그 등 강화 형태가 다른 프리프레그를 혼합시킨 적층 시트이어도 좋다.

소정의 위치에 칼날을 배치한 회전 칼날롤을 사용함으로써, 프리프레그의 이송과 연동해서 주기적으로 프리프레그에 칼날을 삽입하는 것이 가능하고, 회전 칼날롤의 회전 속도를 높임으로써, 절개 프리프레그의 제조 속도도 향상된다.

절개 프리프레그(14)에 삽입되는 절개(2)의 절개 프리프레그의 면내에 있어서의 밀도는 조밀할수록 절개 프리프레그(14)의 성형성은 향상되지만, 밀도가 지나치게 높을 경우, 고화시의 역학 특성이 저하한다. 여기에서, 절개 프리프레그(14)에 삽입되는 절개(2)의 절개 프리프레그의 면내에 있어서의 밀도는 단위 면적에 있어서의 칼날 길이의 합계를 지표로 해서 나타낼 수 있고, 이러한 지표가 1m/㎡ 이상이면 절개(2)의 밀도가 조밀할수록 절개 프리프레그(14)의 성형성은 향상되고, 3000m/㎡을 초과하는 경우에는 밀도가 지나치게 높아서 고화시의 역학 특성이 저하한다. 또한, 면적당 칼날 길이의 합계가 길 경우, 절단시에 압박되는 칼날과 프리프레그의 접촉점이 증가하여 프리프레그에 부여되는 저항이 커지기 때문에, 프리프레그의 사행이나 회전 칼날롤로 인입되는 작용이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 회전 칼날롤에 설치하는 칼날 길이의 합계는 1∼3000m/㎡의 범위 내인 것이 바람직하다. 특히 바람직한 회전 칼날롤에 설치하는 칼날 길이의 합계는 30∼1000m/㎡의 범위 내이다.

절개 길이의 합계가 상기 범위 내이어도 국소적으로 10mm 미만의 길이의 강화 섬유가 존재하는 경우에는 절개 프리프레그 고화시의 역학 특성의 저하를 야기하고, 강화 섬유의 섬유 길이가 300mm를 초과할 경우에는 복잡 형상 성형시에 강화 섬유가 뻣뻣해져서 성형 불량을 일으킬 가능성이 있기 때문에, 강화 섬유의 섬유 길이는 300mm 이하가 좋다. 따라서, 칼날에 의해 분단되는 강화 섬유의 길이는 10∼300mm의 범위 내인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 있어서는 적어도 일부의 강화 섬유의 섬유 길이가 10∼300mm이 되도록 분단해서 절개 프리프레그로 하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 강화 섬유의 길이는 15∼200mm의 범위 내이다.

또한, 칼날에 의해 프리프레그 내의 강화 섬유가 모두 절단되어도 좋고, 일부 절단하지 않은 강화 섬유를 남겨도 좋다.

도 8, 도 9에 있어서, 프리프레그(1) 및 절개 프리프레그(14)는 회전 칼날롤(17)의 회전(19)에 의해 절개 프리프레그의 이송 방향(22)으로 이동한다. 이때, 지지롤(18)도 회전하고 있어도 좋고, 지지롤의 회전에 의해 회전 칼날롤의 회전이 발생하는 기구이어도 좋다. 회전 칼날롤(17)의 회전과 프리프레그롤(15)의 회전은 반드시 연동하고 있을 필요는 없지만, 본 발명에 있어서는 프리프레그에 장력을 부여하면서 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 프리프레그를 통과시킴으로써 절개 프리프레그로 하는 것이 특징이기 때문에, 프리프레그(1)에 장력(23)이 부여되도록 프리프레그롤(15)의 회전 토크 또는 회전 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 프리프레그(1)가 늘어진 상태에서 늘어짐이 말려 들어가게 하면서 회전 칼날롤(17)과 지지롤(18) 사이를 통과하면 절개 프리프레그(14)에 주름이 들어가서, 품위가 좋은 절개 프리프레그(14)를 안정하게 제조하는 것이 곤란해진다.

프리프레그에 대해서 부여되는 장력(23)은 연속해서 회전 칼날롤(17)과 지지롤(18)에 프리프레그(1)를 통과시키는 연속 운전 중에 대략 일정하게 유지되는 것이 바람직하다. 연속 운전 중에 장력(23)이 작아지면, 프리프레그(1)에 휨이 발생하여 절개 프리프레그(14)에 주름이 들어가는 경우가 있다. 대략 일정한 장력이란, 장력이 평균 장력±10%로 유지되는 것을 가리킨다. 바람직한 장력의 범위는 10∼20kg/m이다.

또한, 프리프레그(1)에 장력을 부여했을 경우에서도, 프리프레그롤(15)로부터 권출할 때, 프리프레그(1)가 회전 칼날롤의 축 방향(17a)(도 8의 깊이 방향, 도9의 좌우 방향)으로 어긋났을 때에는 권취측의 단변이 어긋나고, 롤 형상으로 권취할 때에는 단변을 정렬하기 위해서 리와인딩이 필요한 것 외에, 권취측의 시트 경로로부터 어긋나는 것에 의한 변형에 의해 프리프레그(1)의 단변에 느슨함이 발생하여 주름의 원인이 된다. 일단 절개 프리프레그에 주름이 생기면, 연속적으로 프리프레그를 절개 프리프레그로 하는 공정에서는 주름이 전파되어 주름을 제거하는 것이 곤란하기 때문에, 일단 공정을 정지시키고 프리프레그를 절단, 폐기할 필요가 있어서, 수율이 저하한다. 내려간다. 그래서, 프리프레그(1)를 프리프레그롤(15)로부터 권출하고 절개(2)를 삽입할 때까지의 사이, 프리프레그(1)의 단변이 회전 칼날롤의 축 방향(17a)으로 소정 범위 내를 유지하도록 제어하는 것이 바람직하다.

이렇게 회전 칼날롤(17)과 지지롤(18) 사이에 프리프레그의 단변이 회전 칼날롤의 축 방향(17a)으로 소정 범위 내가 되도록 통과시키기 위한 구체적인 방법으로서는, 예를 들면 프리프레그(1)의 단변의 위치를 판독하는 센서를 사용하여, 상기 단변이 회전 칼날롤의 축 방향에 대해서 항상 소정 범위 내를 통과하도록 프리프레그롤(15)의 폭 방향의 위치를 조절하는 것이 바람직하다. 또한, 소정 범위란, 프리프레그(1)의 단변이 회전 칼날롤의 축 방향(17a)에 대해서 평균 위치±2.0mm의 범위 내인 것을 가리킨다. 보다 바람직하게는, 프리프레그(1)의 단변이 회전 칼날롤의 축 방향(17a)에 대해서 평균 위치±1.0mm의 범위 내이며, 더욱 바람직하게는 ±0.5mm의 범위 내이다.

바람직한 절개 프리프레그의 제조방법으로서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 회전 칼날롤(17)과 지지롤(18) 사이에 프리프레그(1)를 통과시켜서 절개 프리프레그(14)로 한 후, 회전 칼날롤(17)측의 표면이 회전 칼날롤(17)로부터 떨어지도록 절개 프리프레그(14)를 지지롤(18)에 압박하여, 절개 프리프레그를 인취하는 방법을 들 수 있다. 절개 프리프레그(14)를 지지롤(18)에 압박하는 방법은 도 10과 같이 압박롤(24)을 사용해도 좋고, 흡인하는 기구를 갖는 지지롤에 의해 절개 프리프레그(14)를 지지롤의 롤 표면에 흡착하는 방법이어도 좋다. 회전 칼날롤(17)과 지지롤(18) 사이에 프리프레그(1)를 통과시킬 때에, 프리프레그에 포함되는 수지의 점도가 높을 경우나, 칼날(16)과 절개(2)의 마찰 계수가 높을 경우에, 절개 프리프레그(14)가 회전 칼날롤(17)에 밀착하는 경우가 있다. 그러한 경우에 회전 칼날롤(17)로부터 절개 프리프레그(14)를 박리할 필요가 있지만, 칼날(16)에 의해 분단된 강화 섬유가 보풀이 되어서 절개 프리프레그의 표면에 남아 절개 프리프레그(14)의 품위를 악화시키는 경우가 있다. 칼날(16)을 프리프레그(1)에 압박한 순간부터 절개 프리프레그(14)를 지지롤(18)측으로 압박함으로써, 절개 프리프레그(14)가 회전 칼날롤(17)에 밀착하는 것을 억제할 수 있다. 본 방법은 특히 열경화 수지를 사용한 프리프레그에 대해서 바람직하게 사용할 수 있다. 열경화성 수지를 사용한 프리프레그의 경우, 통상 프리프레그는 점착성을 갖기 때문에, 프리프레그는 후술하는 시트 기재 A(예를 들면 이형지)에 의해 담지되어 있지만, 회전 칼날롤(17)과 지지롤(18) 사이에 프리프레그(1)를 통과시켰을 때에 시트 기재 A가 박리되면, 얻어진 절개 프리프레그(14)를 권취할 때에 주름이 생긴다. 절개 프리프레그(14)를 회전 칼날롤(17)로부터 떨어지도록 지지롤(18)에 압박해서 인취함으로써, 시트 기재 A의 박리가 억제되어, 권취시의 주름이 경감된다.

더욱 바람직한 절개 프리프레그의 제조방법으로서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 프리프레그(1)를 지지롤(18)에 압박하면서 회전 칼날롤(17)과 지지롤(18) 사이에 통과시킴으로써 절개 프리프레그(14)로 하는 절개 프리프레그의 제조방법을 들 수 있다. 압박하는 방법은 도 11과 같이 압박롤(25)을 사용해도 좋고, 흡인하는 기구를 갖는 지지롤에 의해 절개 프리프레그(14)를 지지롤의 롤 표면에 흡착하는 방법이어도 좋다. 칼날(16)을 프리프레그에 삽입한 후에, 지지롤(18)측에 절개 프리프레그(14)를 압박함으로써, 절개 프리프레그(14)가 회전 칼날롤(17)에 밀착하는 것을 억제할 수 있지만, 절개를 삽입하기 전부터 지지롤(17)에 프리프레그(1)를 압박해 둠으로써, 보다 확실하게 절개 프리프레그(14)를 지지롤(18)에 압박할 수 있어서, 절개 프리프레그(14)의 회전 칼날롤(17)에 대한 밀착을 억제하는 효과를 높일 수 있다. 또한, 지지롤(17)에 프리프레그(1)를 압박함으로써, 프리프레그(1)가 회전 칼날롤(17) 및 지지롤(18)에 수직으로 삽입되어 있는 지의 여부를 판별하기 쉬워진다. 예를 들면, 약간이라도 프리프레그(1)의 삽입 각도가 수직하지 않을 경우, 지지롤(17)에 압박할 때에 프리프레그(1)의 편측이 부유한다고 하는 현상이 생긴다.

더욱 바람직한 절개 프리프레그의 제조방법으로서, 프리프레그의 지지롤에 접촉하는 측의 표면에 시트 기재 A가 배치되어 있고, 회전 칼날롤에 설치된 칼날을 프리프레그에 압박하여 프리프레그를 관통시켜서, 시트 기재 A의 두께 방향으로 시트 기재 A의 프리프레그와 접촉하는 측의 표면으로부터 5∼75%의 범위에서 절개를 삽입하는 절개 프리프레그의 제조방법을 들 수 있다.

여기에서, 시트 기재 A로서는 크라프트지, 상질지, 글라신지, 클레이 코트지 등의 종이류나, 폴리에틸렌·폴리프로필렌 등의 폴리머 필름류, 알루미늄 등의 금속박류 등을 들 수 있고, 또한 수지와의 이형성을 부여 또는 향상시키기 위해서, 실리콘계나 "테플론(등록상표)"계의 이형제나 금속 증착 등을 시트 기재 A의 표면에 부여해도 상관없다. 시트 기재 A는 프리프레그에 점착해서 프리프레그를 담지하고 있어도 좋고, 프리프레그를 담지하지 않고 있어도 좋다. 시트 기재 A 속까지 칼날을 삽입함으로써 확실히 프리프레그를 관통하는 절개를 프리프레그에 삽입할 수 있다. 시트 기재 A를 사용하지 않는 경우에 프리프레그를 관통하는 절개를 삽입할 때에는 칼날이 지지롤에 접촉하는 경우가 있다. 그러한 경우에는 칼날의 열화가 가속될 염려가 있다. 칼날의 선단이 시트 기재 A에 침입하는 양으로서는 반복하여 재단함으로써 칼날이 마모되었을 경우에도 미절단 잔류부가 발생하는 일이 없도록, 시트 기재 A의 프리프레그측과 접촉하는 측의 표면으로부터 두께 방향으로 5% 이상 삽입되어 있는 것이 바람직하고, 회전 칼날롤과 지지롤의 클리어런스 불균일이 생겼을 경우에서도 칼날이 지지롤에 접하지 않도록, 시트 기재 A의 프리프레그와 접촉하는 측의 표면으로부터 두께 방향으로 75% 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 시트 기재 A로의 칼날의 삽입량으로서는 시트 기재 A의 프리프레그와 접촉하는 측의 표면으로부터 두께 방향으로 5∼75%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 칼날의 시트 기재 A에 대한 두께 방향으로의 삽입량은 10∼50%이다.

더욱 바람직한 절개 프리프레그의 제조방법으로서, 프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 통과시킨 후, 절개 프리프레그와 시트 기재 A를 가열 압착하는 절개 프리프레그의 제조방법을 들 수 있다. 시트 기재 A와 프리프레그의 점착이 약할 경우에는 프리프레그를 지지롤에 압박하면서 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 삽입해도 시트 기재 A가 박리되는 경우가 있다. 절개 프리프레그의 표면에 배치된 시트 기재 A가 절개 프리프레그를 인취하기 전에 절개 프리프레그로부터 박리되어 있을 경우에는 시트 기재 A가 절개 프리프레그를 담지할 수 없어서, 절개 프리프레그에 주름이 발생할 가능성이 있다. 프리프레그를 가열 압착함으로써, 절개 프리프레그와 시트 기재 A를 점착시킬 수 있다. 구체적인 온도에 관해서는 특별히 제한은 없고, 수지의 종류, 프리프레그의 이송 속도 등에도 의존하지만, 수지의 점도가 극단적으로 내려가는 온도를 부여할 필요는 없고, 열경화성 수지를 사용한 프리프레그에서는 50℃ 이하의 저온에서도 점착의 효과를 얻어지는 경우가 있다. 압력에 대해서도 특별히 제한은 없지만, 절개 프리프레그가 찌그러져 버릴 만큼의 높은 압력을 가할 필요는 없고, 3∼5kg/㎠ 정도의 저압에서도 효과가 얻어지는 경우가 있다.

더욱 바람직한 절개 프리프레그의 제조방법으로서, 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 프리프레그를 통과시킬 때에 프리프레그와 회전 칼날롤 사이에 시트 기재 B가 배치되어 있고, 또한 시트 기재 B를 관통해서 프리프레그에 절개를 삽입하는 절개 프리프레그의 제조방법을 들 수 있다. 프리프레그가 포함하는 수지가 열경화성 수지이며 점착성이 강할 경우에는, 절개 삽입시에 칼날과 프리프레그 사이에 시트 기재 B를 설치함으로써, 프리프레그의 칼날에 대한 점착을 억제할 수 있음과 아울러, 절개 프리프레그 시트를 권취할 때에 프리프레그 시트끼리의 점착을 억제할 수 있다. 시트 기재 B는 폴리에틸렌 필름, 염화비닐 필름 등 프리프레그의 표면을 보호하는 커버 필름이어도 좋다. 또한, 시트 기재 B가 스펀지 등의 신축성을 갖는 소재일 경우에는 프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 통과시킬 때에, 프리프레그를 지지롤측에 압박하는 효과가 있고, 회전 칼날롤에 절개 프리프레그가 점착하는 것을 억제하는 효과가 있다. 시트 기재 A가 프리프레그와 지지롤 사이에 존재할 경우에는 프리프레그와 회전 칼날롤 사이에 시트 기재 B를 배치하고, 시트 기재 B를 관통해서 프리프레그에 절개를 삽입하는 방법을 사용함으로써, 시트 기재 A가 프리프레그로부터 박리되는 것을 억제하는 효과가 있다.

더욱 바람직한 절개 프리프레그의 제조방법으로서, 회전 칼날롤을 냉각하면서 프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 삽입해서 통과시키는 절개 프리프레그의 제조방법을 들 수 있다. 회전 칼날롤이 냉각되어 있을 경우, 특히 프리프레그가 열경화성 수지를 포함할 경우에 열경화성 수지의 점도가 높아지기 때문에, 절개 프리프레그를 냉각함으로써 절개 프리프레그가 회전 칼날롤에 점착하는 것을 억제하는 효과가 있다.

바람직한 회전 칼날롤에 설치하는 칼날의 패턴으로서, 회전 칼날롤 상의 모든 칼날을 회전 칼날롤의 축 방향에 수직한 평면 상에 투영해서 형성되는 원 형상에 있어서, 상기 원 형상 중에 불연속부가 없거나, 또는 상기 원 형상에 불연속부가 있고, 모든 불연속부에 있어서 상기 불연속부의 양단과 원 형상의 중심에 의해 형성되는 중심각이 5°이하인 것이 바람직하다. 여기에서 불연속부란, 도 12에 나타낸 바와 같이, 회전 칼날롤(17) 상의 모든 칼날(16)을 회전 칼날롤의 축 방향에 수직한 평면 상에 투영했을 경우에 형성되는 원 형상(26) 중 칼날이 존재하지 않는 영역(27)을 말하고, 상기 불연속부의 양단과 원 형상의 중심에 의해 형성되는 중심각은 부호 28로 나타내진다. 이러한 불연속부(27)가 존재하는 도 12(a)와 같은 경우, 프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 삽입하고 있을 때에, 프리프레그에 칼날을 압박하지 않는 순간이 생긴다. 프리프레그에 칼날을 압박하고 있을 때에는 회전 칼날롤과 지지롤 간의 클리어런스가 넓어지는 방향으로 반력이 발생하지만, 프리프레그에 칼날을 압박하지 않는 순간이 생기면, 회전 칼날롤과 지지롤에 발생하는 반력이 해방되어, 반력의 유무가 반복됨으로써 회전 칼날롤과 지지롤에 대한 부하가 커진다. 더욱 바람직하게는, 상기 원 형상 중에 불연속부가 없거나, 또는 상기 원 형상에 불연속부가 있고, 모든 불연속부에 있어서 상기 불연속부의 양단과 원 형상의 중심에 의해 형성되는 중심각이 임의의 불연속부에 있어서 2° 이하이며, 특히 바람직하게는 도 12(b)과 같이 상기 원 형상 중에 불연속부가 존재하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 칼날과 회전 칼날롤의 둘레 방향이 이루는 각(θ)의 절대치가 45°보다 작을 경우에, 특히 프리프레그가 회전 칼날롤의 칼날에 압박되지 않는 순간을 경감할 수 있다.

θ가 플러스인 칼날만(혹은 마이너스인 칼날만) 회전 칼날롤에 배치되어 있을 경우, 프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 통과시킬 때에 θ 방향으로 프리프레그가 흘러내려 절개 프리프레그가 회전 칼날롤의 축 방향으로 서서히 어긋나 가는 경우가 있다. 절개 프리프레그가 회전 칼날롤의 축 방향으로 어긋나면, 프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 통과시킬 때에 프리프레그에 휨이 발생하고, 절개 삽입 후에는 주름이 생기는 경우가 있어서, 안정하게 절개 프리프레그를 제조하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. θ가 플러스인 칼날과 θ가 마이너스인 칼날이 대략 동수이면, 절개 삽입시에 프리프레그의 폭방향으로의 어긋남을 경감할 수 있다. 또한 본 발명에 있어서, θ가 플러스인 칼날의 수와 θ가 마이너스인 칼날의 수가 대략 동수란, 수를 기준으로 한 백분율로 나타냈을 때에 θ가 플러스인 칼날의 수와 θ가 마이너스인 칼날의 수가 모두 45% 이상 55% 이하인 것을 말한다. 이러한 고정밀도의 절개 위치의 제어는 프리프레그에 장력을 부여면서, 단변의 회전 칼날롤의 축 방향의 위치를 조절하여, 높은 위치 정밀도로 칼날을 설치한 회전 칼날롤에 압박함으로써 가능해진다.

이상의 설명에 있어서, 회전 칼날롤에 설치된 칼날의 형상은 회전 칼날롤을 평면 형상으로 전개했을 경우의 형상이라고 한다. 또한, 칼날은 직선 형상이라도 곡선 형상이라도 좋고, 곡선 형상을 가질 경우, θ는 칼날의 하나의 단부와 다른 단부를 연결한 선분과 회전 칼날롤의 둘레 방향이 이루는 각을 가리킨다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 실시예에 기재된 발명에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에 있어서, 절개 프리프레그의 제작, 절개의 밀도 분포, 3차원 형상에 대한 추종성, 섬유 강화 플라스틱의 표면에 품위, 인장 탄성률, 인장 강도는 하기 방법을 따라서 측정했다. 도 15∼17은 각각 실시예 및 비교예에 사용한 절개 패턴의 일부를 나타내고 있고, 절개 프리프레그 상에서 각각의 절개 패턴이 프리프레그 면내에서 반복되어 있다. 실시예 1∼7, 비교예 1∼5의 결과는 표 1에, 실시예 8∼11, 비교예 6∼7의 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

<절개 프리프레그의 제조>

"TORAYCA"(상표등록) 프리프레그 시트 P3052S-15(강화 섬유: T700S, 수지 조성물 수지: 2500, 강화 섬유의 체적 함유율: 56%, 편면 이형지를 적층)를 준비하고, 실시예 1∼11에 관해서는 후술하는 실시예 17의 방법으로, 프리프레그를 관통하는 절개를 삽입했다. 절개 영역은 프리프레그 전체로 했다. 프리프레그 시트는 시트 기재 A인 이형지에 의해 담지되어 있고, 이형지와 반대측의 면에는 폴리에틸렌 필름이 밀착하여 있다. 절개 삽입시에는 폴리에틸렌 필름을 관통하고 이형지에도 두께의 50% 정도까지 절개를 삽입했다.

<절개의 분포 측정>

50mm×50mm의 절개 프리프레그를 잘라내고, 이형지를 박리하고, 이형지에 전사된 절개를 카운팅했다. 이형지에 삽입된 절개도 절개 프리프레그의 절개와 연속해서 삽입되어 있어서, 절개의 사이즈, 밀도는 절개 프리프레그의 절개와 동등하다고 간주할 수 있었다. 이형지 상에 10개의 소영역을 펜으로 그려서 추출하고, 소영역 중에 포함되는 절개와, 소영역의 경계에 접하고 있는 절개의 합계수를 산출해서 모집단이라고 하고, 식 1 및 2으로 모집단의 평균치와 변동 계수를 산출했다. 또한, 소영역은 도 18과 같이 소영역이 육방 세밀 배치 형상을 이루도록 추출했다.

<프레스 성형 후의 표면 품위 확인>

절개 프리프레그의 강화 섬유의 배향 방향을 0°라고 하고, [+45/0/-45/90] _2s로 적층된 150mm×150mm의 적층체를 준비하고, 도 13에 나타내는 형상의 금형으로 프레스 성형을 행했다. 성형 온도는 150℃, 프레스압은 3MPa로 했다. 성형품의 표면 품위를 이하의 3단계로 평가했다.

A: 절개의 존재가 거의 인식할 수 없는 것

B: 절개의 개구는 적지만 절개의 존재가 인식되는 것

C: 절개가 개구가 크게 개구되어 절개 개구가 두드러진 것.

<섬유 강화 플라스틱의 인장 탄성률·인장 강도>

절개 프리프레그로부터 300mm×300mm, 적층 구성이 [+45/-45/0/90]_2s인 절개 프리프레그의 적층체를 제작했다. 적층시에는 폴리에틸렌 필름을 박리한 면이 위에 오도록 적층했다. 그 후, 절개 프리프레그의 적층체를 350mm×350mm의 몰드를 사용해서 프레스기에 의해 3MPa의 면압 하에서 프레스 성형하여, 350mm×350mm의 섬유 강화 플라스틱을 성형했다. 프레스 시의 온도는 130℃, 프레스 후에 90분 유지하고나서 탈형하고, 실온에 방치해서 냉각했다. 강화 섬유의 0도 방향이 길이 방향이 되도록 25mm×250mm의 시험편을 잘라내고, ASTM D3039(2008)에 규정된 방법으로 인장 시험을 행했다. 측정한 시험편의 수는 각 수준 5개로 하고, 인장 탄성률 및 인장 강도의 평균치를 대표값으로서 산출했다.

<크로스 플라이 적층체의 인장 특성 측정 및 절개 개구부의 면적률 측정>

크로스 플라이 적층체로부터 크로스 플라이 적층체의 1매의 프리프레그의 섬유 방향이 길이 방향(이 섬유 방향을 0°라고 함)이 되도록, 50mm×250mm의 프리프레그 인장 시험편을 잘라냈다. 25℃ 환경하에서 프리프레그 인장 시험편의 양단을 50mm씩 파지하고, 스팬 사이를 150mm로 해서 인장 시험기를 사용해서 프리프레그 인장 시험편에 인장 하중을 가했다. 인장 변형은 프리프레그 인장 시험편의 0°측 표면 중앙에 50mm 떨어져 마킹한 2개의 점의 거리를 프리프레그 인장 시험편의 0°측과 대면시킨 비접촉 변형계를 사용해서 추적함으로써 측정했다. 0°방향의 인장 변형이 1%일 때의 하중을 하중 1, 인장 변형이 2%일 때의 하중을 하중 2로서 기록했다.

인장 변형 부여 중에는 프리프레그 인장 시험편의 0°측과 디지털 카메라를 비접촉 변형계와 겹치지 않도록 30cm 떨어져서 대면시키고, 디지털 카메라와의 대면측 이외에는 광을 차단하는 커튼으로 덮고, 디지털 카메라와의 대면측으로부터 프리프레그 인장 시험편을 비추는 조명을 설치하고, 0°방향의 인장 변형이 2%일 때의 프리프레그 인장 시험편의 디지털 화상을 취득했다. 디지털 화상으로부터 시험편의 중앙부 25mm×25mm의 영역에 상당하는 디지털 화상을 500×500픽셀로 잘라내고, 절개에 해당하는 픽셀을 1, 절개 이외의 개소를 0이 되도록 2치화하고, 절개에 해당하는 픽셀수의, 잘라낸 디지털 화상의 총 픽셀수에 있어서의 비율로부터 절개 개구부의 면적률을 취득했다.

<3차원 형상에 대한 추종성>

절개 프리프레그의 강화 섬유의 배향 방향을 0°라고 하고, [0°／90°]로 적층한 절개 프리프레그의 크로스 플라이 적층체를 준비하고, 하부 몰드가 도 14의 형상을 갖는 몰드를 상온(25℃)에서 수작업으로 따르게 했다. 몰드의 저면 각 변과 크로스 플라이 적층체의 섬유 방향을 맞추고, 하나의 모서리에 크로스 플라이 적층체를 압박하고, 크로스 플라이 적층체의 45° 방향으로 신장시킬 때에 측면에 생기는 주름을 신장시켜서 상기 모서리부를 따르도록 부형했다. 나머지 3개의 모서리부에 대해서도 마찬가지로 따르게 하여, 크로스 플라이 적층체를 몰드에 따르는 상자형으로 부형한 프리폼으로 했다. 표 1에서는 부형에 필요로 된 노동력을 3차원 형상에 대한 추종성의 지표로 하고, 이하의 3단계로 나누었다.

A: 크로스 플라이 적층체가 어느 방향으로도 신장시키기 쉬워서, 주름 없이 상자형으로 부형할 수 있었다.

B: 크로스 플라이 적층체가 일부 신장되기 어려운 개소가 있었지만, 주름 없이 상자형으로 부형할 수 있었다.

C: 크로스 플라이 적층체가 신장되기 어려워서, 상자형으로 부형했을 때에 주름이 남았다.

<성형된 섬유 강화 플라스틱(성형품)의 표면 품위>

금형의 평활함에 표면 품위가 영향을 미치는 전사면이 아닌 면의 품위를 확인하기 위해서, 상기 도 14의 몰드에 크로스 플라이 적층체를 압박하여 제작한 프리폼을 몰드에 압박하면서 0.1℃/분으로 130℃까지 승온시켜 고화시켜서, 섬유 강화 플라스틱을 제조했다. 표 1에서는 얻어진 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위를 이하의 4단계로 나누었다.

A: 절개의 존재가 거의 인식할 수 없고 주름이 발생하여 있지 않은 것

B: 절개의 개구는 적지만 절개의 존재가 인식되고, 주름이 발생하여 있지 않은 것

C: 절개가 개구되어 있지만 주름이 발생하여 있지 않은 것

D: 주름이 발생하여 있는 것.

(실시예 1)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 15(a)와 같은 절개 패턴으로 했다. 분단된 강화 섬유의 길이는 8mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 1mm, 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각은 90°였다. 절개에 의해 분단된 강화 섬유속은 인접하는 강화 섬유속에 대해서 강화 섬유 길이(L)의 1/3 어긋나게 배치되어 있었다.

프레스 성형품은 표면에 절개의 개구가 보여졌다. 강화 섬유의 길이가 짧지만 인장 탄성률은 높은 값이 되었다.

(실시예 2)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 15(b)와 같은 절개 패턴으로 했다. 분단된 강화 섬유의 길이는 12mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.64mm, 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각은 40°였다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1.7mm로 Y의 0.5배보다 길다. 절개에 의해 분단된 강화 섬유속은 인접하는 강화 섬유속에 대해서 강화 섬유 길이(L)의 1/6 어긋나게 배치되어 있었다.

프레스 성형품은 표면에 절개의 개구가 보여졌다. 인장 탄성률은 실시예 1와 동등했지만 인장 강도는 실시예 1보다 향상했다.

(실시예 3)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 15(c)와 같은 절개 패턴으로 했다. 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않았다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1mm로 Y와 동등했다. 분단된 강화 섬유의 길이는 20mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.34mm, 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각은 20°였다. 복수의 절개에 의해 단속적인 직선이 형성되어 있었다.

프레스 성형품의 표면 품위는 실시예 1, 2와 동등했지만, 인장 탄성률, 인장 강도는 실시예 1, 2보다 더욱 높은 값이 되었다.

(실시예 4)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 15(d)와 같은 절개 패턴으로 했다. 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않았다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1.5mm로 Y의 1.5배이었다. 분단된 강화 섬유의 길이는 20mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.34mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각은 20°였다. 절개에 의해 분단된 강화 섬유속은 인접하는 강화 섬유속에 대해서 강화 섬유 길이(L)의 2/5 어긋나게 배치되어 있었다.

프레스 성형품의 표면 품위는 실시예 3과 동등했지만, 인장 강도는 실시예 3 보다 더욱 높은 값이 되었다.

(실시예 5)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 15(e)와 같은 절개 패턴으로 했다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1.4mm로 Y의 1.4배이었다. 분단된 강화 섬유의 길이는 12mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.64mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)의 절대치는 40°이며, θ가 플러스인 플러스 절개와 θ가 마이너스인 마이너스 절개를 대략 동수 포함하고 있었다.

회전 칼날롤로의 절개 프리프레그 제조시에는 실시예 2의 절개 패턴보다, 프리프레그의 폭방향의 엇긋남이 작고, 이형지측과 폴리에틸렌 필름측 어느 것이 위가 되도록 적층해도 플러스 절개와 마이너스 절개가 존재하기 때문에, 절개 프리프레그의 표리를 염려하지 않고 적층할 수 있었다. 또한, 실시예 2의 절개 패턴에서는 폴리에틸렌 필름을 박리할 때에 폴리에틸렌 필름이 찢어지기 쉬웠지만, 찢어지는 없이 폴리에틸렌 필름을 박리할 수 있었다.

프레스 성형품에는 절개 개구가 보여졌지만, 실시예 2보다 보기 어려워져 있었다. 인장 탄성률, 인장 강도는 실시예 2와 동등한 값이 되었다.

(실시예 6)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 15(f)와 같은 절개 패턴으로 했다. 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1.5mm로 Y의 1.5배이었다. 분단된 강화 섬유의 길이는 20mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.34mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)의 절대치는 20°이며, θ가 플러스인 플러스 절개와 θ가 마이너스인 마이너스 절개를 대략 동수 포함한다. 또한, 절개의 연장선 상에 존재하는 절개끼리의 간격이 플러스 절개(3.4mm)와 마이너스 절개(24.5mm)에서 달랐다.

프레스 성형품에는 절개 개구가 거의 보여지지 않았다. 인장 탄성률, 인장 강도는 실시예 3, 4보다 높은 값이 되었다.

(실시예 7)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 15(f)와 같은 절개 패턴으로 했다. 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않았다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1.8mm로 Y의 1.8배이었다. 분단된 강화 섬유의 길이는 24mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.34mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)의 절대치는 20°이며, θ가 플러스인 플러스 절개와 θ가 마이너스인 마이너스 절개를 대략 동수 포함하고 있었다. 또한, 절개의 연장선 상에 존재하는 절개끼리의 간격이 플러스 절개(33.3mm)와 마이너스 절개(44.7mm)에서 달랐다.

프레스 성형품에는 절개 개구가 거의 보여지지 않았다. 인장 강도는 실시예 6보다 높은 값이 되었다.

(비교예 1)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 16(a)과 같은 절개 패턴으로 했다. 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있을 가능성이 있고, 최근접하는 절개끼리의 거리가 절개 길이의 0.5배보다 짧은 개소가 있었다. 분단된 강화 섬유의 길이가 20mm 이하, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 1∼2mm, 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)은 90°의 범위에서 랜덤하게 삽입되어 있었다.

프레스 성형품에는 절개가 크게 개구되어 있는 개소가 있었다. 인장 강도는 실시예 1∼7의 어느 것보다도 낮았다.

(비교예 2)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 16(b)과 같은 절개 패턴으로 했다. 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있을 가능성이 있었다. 분단된 강화 섬유의 길이는 20mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 5mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)은 40°였다.

프레스 성형품의 표면은 절개가 크게 개구되어 있었다. 인장 탄성률, 인장 강도는 비교예 1과 비교해서 높았지만, 같은 강화 섬유의 길이로 한 실시예 3, 4, 6과 비교하면 낮았다.

(비교예 3)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 16(c)과 같은 절개 패턴으로 했다. 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있을 가능성이 있다. 분단된 강화 섬유의 길이는 20mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 5mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)의 절대치는 40°이며, θ가 플러스인 플러스 절개와 θ가 마이너스인 마이너스 절개를 대략 동수 포함한다.

프레스 성형품의 표면은 절개의 개구가 보여졌지만, 비교예 2보다 작았다. 인장 강도는 비교예 2보다 약간 향상했다.

(비교예 4)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 16(d)과 같은 절개 패턴으로 했다. 연속적인 절개가 삽입되어 있고, 분단된 강화 섬유의 길이는 20mm, 절개와 강화 섬유의 배향 방향이 이루는 각(θ)은 20°였다.

프레스 성형품의 표면은 절개가 크게 개구되어 있었다. 인장 강도는 비교예 3보다 높았다.

(비교예 5)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 16(e)과 같은 절개 패턴으로 했다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 분단된 강화 섬유의 길이는 24mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.34mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)의 절대치는 20°였다. 소영역의 위치를 변경했을 경우, 변동 계수가 80%를 초과하는 패턴도 존재하고 있었다.

절개에 의해 분단된 섬유 길이와 θ의 절대치가 동일함에도 불구하고 실시예 7과 비교하면, 프레스 성형품의 표면은 절개가 크게 개구되어 있어서 인장 강도는 낮았다.

(실시예 8)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 17(a)에 나타내는 절개 섬유 길이(L)는 24mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 1mm, 강화 섬유와 절개가 하는 각도(θ)가 25°였다. 절개에 의해 분단된 강화 섬유속은 인접하는 강화 섬유속에 대해서 강화 섬유 길이(L)의 1/4 어긋나게 배치되어 있었다.

크로스 플라이 적층체의 인장 특성으로서는 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5를 충족시키고 있었다. 인장 변형 2% 시에는 절개가 크게 개구되어 있었다. 핸드 레이업에 의한 형상 추종성은 양호하여, 주름 없이 부형할 수 있었다. 성형된 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위로서는 표면에 절개의 개구가 보여졌다.

(실시예 9)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 17(b)에 나타내는 절개 패턴으로 하고, 크로스 플라이 적층체를 제작했다. 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않았다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1.5mm로 Y의 1.5배이었다. 분단된 강화 섬유의 길이는 20mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.34mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각은 20°였다. 절개에 의해 분단된 강화 섬유속은 인접하는 강화 섬유속에 대해서 강화 섬유 길이(L)의 2/5 어긋나게 배치되어 있었다. 절개의 분포를 측정한 바, 모집단의 평균치는 12.4, 변동 계수는 10.9%이었다.

크로스 플라이 적층체의 인장 특성으로서는 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5를 충족시키고 있었다. 인장 변형 2% 시에는 절개의 개구가 보여졌지만, 실시예 8보다 개구 면적은 작았다. 핸드 레이업에 의한 형상 추종성은 약간 신장하기 어려운 개소가 있었지만, 주름 없이 부형할 수 있었다. 성형된 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위로서는 표면에 절개의 개구가 보여졌다.

(실시예 10)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 17(c)에 나타내는 절개 패턴으로 하고, 크로스 플라이 적층체를 제작했다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1.4mm로 Y의 1.4배이었다. 분단된 강화 섬유의 길이는 12mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.64mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)의 절대치는 40°이며, θ가 플러스인 플러스 절개와 θ가 마이너스인 마이너스 절개를 대략 동수 포함하고 있었다. 절개의 분포를 측정한 바, 모집단의 평균치는 10.9, 변동 계수는 10.4%이었다.

크로스 플라이 적층체의 인장 특성으로서는 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5을 충족시키고 있었다. 인장 변형 2% 시에는 절개가 약간 개구되어 있었다. 핸드 레이업에 의한 형상 추종성은 양호하여, 주름 없이 부형할 수 있었다. 성형된 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위로서는 표면에 절개의 개구가 약간 보였다.

(실시예 11)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 17(d)에 나타내는 절개 패턴으로 하고, 크로스 플라이 적층체를 제작했다. 임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않았다. 절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)=1mm이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 1.5mm로 Y의 1.5배이었다. 분단된 강화 섬유의 길이는 20mm, 절개를 강화 섬유의 배향 방향에 직각인 평면에 투영한 투영 길이(Ws)는 0.34mm이었다. 강화 섬유의 배향 방향과 절개가 이루는 각(θ)의 절대치는 20°이며, θ가 플러스인 플러스 절개와 θ가 마이너스인 마이너스 절개를 대략 동수 포함하고 있었다. 또한, 절개의 연장선 상에 존재하는 절개끼리의 간격이 플러스 절개(3.4mm)과 마이너스 절개(24.5mm)에서 달랐다. 절개의 분포를 측정한 바, 모집단의 평균치는 11.3, 변동 계수는 7.9%이었다.

크로스 플라이 적층체의 인장 특성으로서는 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5을 충족시키고 있었다. 인장 변형 2% 시에는 절개의 개구는 거의 보이지 않았다. 핸드 레이업에 의한 형상 추종성은 양호하여, 주름 없이 부형할 수 있었다. 성형된 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위로서는 표면에 절개의 개구가 거의 보여지지 않았다.

(실시예 12)

실시예 11과 같은 절개 프리프레그를 사용하고, 크로스 플라이 적층체의 적층 구성을 [0/90/90/0]으로 했다. 크로스 플라이 적층체의 인장 특성으로서는 하중 1이 3340N, 하중 2가 4320N으로, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5를 만족시키고 있었지만, 실온에서의 부형은 곤란했다. 드라이어를 사용해서 가열한 바, 형상 추종성이 양호해져서, 주름 없이 몰드를 따르게 할 수 있었다. 크로스 플라이 적층체의 인장 특성을 60℃ 환경하에서 측정한 바, 하중 1이 52N, 하중 2가 45N이었다.

(실시예 13)

실시예 11과 같은 절개 프리프레그를 사용하여, 1000m×1000m의 크로스 플라이 적층체를 제작했다. 원래 절개 프리프레그는 500mm 폭이었지만, 강화 섬유의 배향 방향이 길이방향이 되도록 1000mm×500mm의 절개 프리프레그를 잘라내고, 2매씩 서로 접합시켜서 2매의 1000mm×1000mm의 절개 프리프레그로 하고, 또한 강화 섬유의 배향 방향이 직교하도록 적층하여, 1000mm×1000mm의 크로스 플라이 적층체로 했다. 적층 후, 진공 흡인에 의해 적층한 층간의 밀착을 강화했다. 1개의 층이 2매의 절개 프리프레그로 구성되어 있음에도 불구하고, 또 하나의 층에 의해 지지되어 취급성은 양호했다.

제작한 절개 프리프레그를 도 19(a)의 형상을 갖는 몰드로 부형하여 프리폼을 얻었다. 20분 정도 필요했지만, 도 19(b)과 같이, 정밀도 놓게 요철 형상으로 부형 할 수 있었다. 프리폼을 양면 몰드에 의해 끼우고, 130℃, 90분에서 경화시켜서 섬유 강화 플라스틱을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 플라스틱은 절개 개구가 거의 보이지 않고, 양호한 표면 품위이었다.

(실시예 14)

크로스 플라이 적층체를 몰드를 완전히 따르게 하지 않고, 일부 몰드로부터 부유된 상태로 부형한 것 이외에는 실시예 13과 동일한 방법으로 프리폼을 얻었다. 부형 시간은 5분으로, 실시예 13보다 빨랐다. 프리폼을 양면 몰드에 의해 끼우고, 130℃, 90분에서 경화시켜서 섬유 강화 플라스틱을 얻었다. 얻어진 섬유 강화 플라스틱은 프리폼의 시점에서는 몰드로부터 부유되어 있었던 개소도 요철에 추종하고 있고, 절개 개구가 거의 보이지 않고, 양호한 표면 품위이었다.

(비교예 6)

절개가 들어가 있지 않은 프리프레그를 2매, 섬유 방향이 직각이 되도록 적층한 프리프레그 적층체를 제작했다.

프리프레그 적층체의 인장 특성으로서는 인장 변형 2%에 도달하기 전에 파단되어 급격한 하중 저하가 발생하여, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5를 충족시키지 못했다. 핸드 레이업에 의한 형상 추종성은 섬유 방향으로 신장되기 어려워서 주름을 해소할 수 없었다.

(비교예 7)

절개 프리프레그의 절개 패턴을 도 17(e)에 나타내는 절개 패턴으로 하고, 크로스 플라이 적층체를 제작했다. 강화 섬유를 직각으로 가로지르는 방향으로 복수의 절개가 형성되어 있고, 절개를 강화 섬유의 직각 방향으로 투영한 투영 길이(Ws)가 절개의 길이(Y)와 동등하게 1mm이며, 섬유 길이(L)가 24mm인 강화 섬유로 분단되어 있었다. 절개의 분포를 측정한 바, 모집단의 평균치는 3.7, 변동 계수는 38.3%이었다.

크로스 플라이 적층체의 인장 특성으로서는 인장 변형 2%에 도달하기 전에 파단되어 급격한 하중 저하가 발생하여, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5를 충족시키지 못했다. 그 때문에, 절개 개구 면적률을 측정하는 것이 불가능했다. 핸드 레이업에 의한 형상 추종성은 섬유 방향으로 신장되기 어려워서 주름을 해소할 수 없었다. 성형된 섬유 강화 플라스틱의 표면 품위로서는 표면에 절개의 개구가 보여졌다.

(비교예 8)

강화 섬유의 강화 형태가 직조 구조인 직물 프리프레그 F6343B-05(강화 섬유: T300B-3000, 수지: 2500)를 사용해서 핸드 레이업에 의한 형상 추종성을 측정했다. 핸드 레이업에 의한 형상 추종성은 실시예 1, 3, 4, 5와 마찬가지로 양호하여, 주름 없이 상자형으로 부형할 수 있었다.

(비교예 9)

크로스 플라이 적층체가 아니라, 적층되어 있지 않은 절개 프리프레그를 사용해서 도 19의 몰드로 부형했다. 절개 프리프레그의 폭은 1000mm×500mm이므로, 2매의 절개 프리프레그를 독립해서 부형하려고 했지만, 부형하기 전에 절개 프리프레그에 주름이 들어가서, 그 주름을 해소할 수 없어서 부형을 단념했다.

(실시예 15)

일 방향으로 배향한 "TORAYCA" (상표등록) 탄소섬유 T800S에 열가소성 수지PPS가 함침된 프리프레그 T800S/PPS가 권취된 200mm 폭의 롤로부터 도 8과 같이 장력을 가하면서 프리프레그를 권출해서, 회전 칼날롤과 상기 회전 칼날롤에 대해서 대략 평행하게 근접한 지지롤 사이에, 프리프레그의 단변이 회전 칼날롤의 축 방향에 대해서 ± 0.5mm의 범위 내를 통과하도록 제어하고, 칼날이 지지롤에 닿지 않도록 시트 기재 A로서 이형지를 프리프레그와 지지롤 사이에 끼워서 절개 프리프레그를 제조하고, 얻어진 절개 프리프레그를 롤로 권취했다.

회전 칼날롤의 칼날은 도 15(c)에 나타낸 패턴으로 하고, 칼날은 직선 형상이고, 칼날의 회전 칼날롤에의 축 방향에의 투영 길이(Ws)를 1.5mm, 칼날과 회전 칼날롤의 둘레 방향이 이루는 각도(θ)는 25°, 칼날에 의해 분단되는 강화 섬유의 길이는 30mm로 했다. 회전 칼날롤 상의 모든 칼날을 회전 칼날롤의 축 방향에 수직한 평면 상에 투영해서 형성되는 원 형상에 불연속부가 있고, 모든 불연속부에 있어서 상기 불연속부의 양단과 원 형상의 중심에 의해 형성되는 중심각은 3° 이하였다. 칼날 길이의 합계는 78m/㎡이었다. 회전 칼날롤의 회전 속도는 45°/초로 했다. 회전 칼날롤과 지지롤 사이는 칼날이 이형지의 두께 방향에 대해서 50% 삽입되는 클리어런스로 했다.

그 결과, 절개 프리프레그 표면의 탄소 섬유는 약간 보풀이 일어난 것이 보여졌지만, 주름이 없는 절개 프리프레그를 제조할 수 있었다. 권취된 롤 단변의 어긋남은 무시할 수 있는 레벨이었다.

(실시예 16)

도 11과 같이, 프리프레그를 지지롤에 압박하면서, 회전 칼날롤과 지지롤 사이를 통과시켜 절개 프리프레그로 하고, 절개 프리프레그를 회전 칼날롤측의 표면이 회전 칼날롤로부터 어긋나도록 절개 프리프레그를 압박하는 것 이외에는, 실시예 15와 같은 조건에서 절개 프리프레그를 제조했다. 그 결과, 실시예 15보다 절개 프리프레그 표면의 보풀이 적어졌다. 권취된 롤 단변의 어긋남은 무시할 수 있는 레벨이었다.

(실시예 17)

프리프레그의 지지롤측에 시트 기재 A인 이형지가 담지되어 있고, 프리프레그의 회전 칼날롤측에 시트 기재 B인 폴리에틸렌 필름이 부착되어 있는 "TORAYCA" (상표등록) 프리프레그 시트 P3052S-15(강화 섬유: T700S, 열경화성 수지: 2500)로 한 것 이외에는 실시예 16과 같은 조건에서 절개 프리프레그를 제조했다.

그 결과, 절개 프리프레그가 서서히 회전 칼날롤의 축 방향으로 어긋나 가서 프리프레그의 단변의 위치 제어가 용이하지 않았지만, 주름 없이 안정하게 절개 프리프레그를 제조할 수 있고, 이형지가 절개 프리프레그로부터 박리된 개소가 약간 있지만 수복 가능해서, 절개 프리프레그를 주름 없이 권취할 수 있었다.

(실시예 18)

프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤과 사이에 통과시킨 후, 프리프레그와 시트 기재 A를 캘린더를 사용해서 가열 압착한 것 이외에는 실시예 17과 같은 조건에서 절개 프리프레그를 제조했다. 가열 온도는 40℃, 압력은 3kg/㎠로 했다.

그 결과, 이형지가 절개 프리프레그로부터 박리된 개소가 없어, 절개 프리프레그를 주름 없이 권취할 수 있었다.

(실시예 19)

회전 칼날롤에 있어서의 칼날의 패턴을 도 15(f)와 같이 칼날과 회전 칼날롤의 둘레 방향이 이루는 각도(θ)의 절대치가 실질적으로 동일하고 또한 θ가 플러스인 칼날과 θ가 마이너스인 칼날이 대략 동수씩의 패턴으로 한 것 이외에는 실시예 17과 같은 조건에서 절개 프리프레그를 제조했다. 강화 섬유의 길이는 24mm, θ을 ±14°, Ws를 0.25mm로 했다.

그 결과, 주름 없이 안정하게 절개 프리프레그를 제조할 수 있고, 이형지도 절개 프리프레그로부터 박리되어 있지 않아서, 절개 프리프레그를 주름 없이 권취할 수 있었다. 프리프레그가 폭 방향으로의 어긋남도 없어서, 권취할 때에 폭방향으로의 미조정은 필요없었다.

(실시예 20)

프리프레그를 "TORAYCA"(상표등록) 프리프레그 시트 P2352W-19(강화 섬유: T800S, 열경화성 수지: 3900-2B)로 하고, 회전 칼날롤을 냉각한 것 이외에는 실시예 17과 같은 조건으로 해서 절개 프리프레그를 제조했다. 프리프레그의 지지롤측에는 시트 기재 A로서 이형지를 부착했지만, 프리프레그의 회전 칼날롤측에는 시트 기재 B를 부착하지 않았다.

그 결과, 칼날에 수지가 점착하지 없고, 이형지의 절개 프리프레그로부터의 박리도 없어서, 주름 없이 절개 프리프레그를 제조할 수 있었다. 권취된 롤 단변의 어긋남은 무시할 수 있는 레벨이었다.

(실시예 21)

절개 패턴을 θ(칼날과 회전 칼날롤의 둘레 방향이 이루는 각도)를 90°로 한 것 이외에는 실시예 11과 같은 조건에서 절개 프리프레그를 제조했다. 칼날을 회전 칼날롤의 둘레 방향에 투영했을 경우, 회전 칼날롤 상의 모든 칼날을 회전 칼날롤의 축 방향에 수직한 평면 상에 투영해서 형성되는 원 형상에 불연속부가 있고, 상기 불연속부의 양단과 원 형상의 중심에 의해 형성되는 중심각이 6°인 개소가 복수 있었다. 그 결과, 회전 칼날롤로 프리프레그를 압박하지 않는 순간이 발생하여, 지지롤, 회전 칼날롤이 진동하고 있었지만, 그 이외에는 실시예 17과 같은 결과였다.

(비교예 10)

"TORAYCA"(상표등록) 프리프레그 시트 P3052S-15(강화 섬유: T700S, 열경화성 수지: 2500)가 권취된 500mm 폭의 롤로부터 프리프레그를 권출해서, 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 삽입하고 장력을 가하지 않고 절개를 삽입해서, 절개 프리프레그를 제조하고, 얻어진 절개 프리프레그를 롤로 권취했다. 회전 칼날롤의 칼날은 도 16(b)에 나타낸 패턴으로 하고, 칼날은 직선 형상이고, 칼날의 회전 칼날롤에 대한 축 방향에의 투영 길이(Ws)를 5.0mm, 칼날과 회전 칼날롤의 둘레 방향이 이루는 각도는 40°, 칼날에 의해 분단되는 강화 섬유의 길이는 20mm이었다. 칼날 길이의 합계는 78m/㎡이었다. 프리프레그의 지지롤측은 이형지에 의해 담지되어 있고, 프리프레그의 회전 칼날롤측은 폴리에틸렌 필름이 부착되어 있었다. 회전 칼날롤의 회전 속도는 45°/초로 했다.

그 결과, 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 삽입하기 전에 프리프레그가 휘어서, 절개 프리프레그에는 주름이 들어갔다. 또한, 이형지의 박리나 프리프레그의 폭방향으로의 어긋남이 발생하여, 안정하게 권취할 수 없었다.

(비교예 11)

"TORAYCA"(상표등록) 프리프레그 시트 P2255S-10(강화 섬유: T800S, 열경화성 수지: 2592)이 권취된 300mm 폭의 롤로부터 프리프레그를 권출하고, 장력을 가하여 칼날이 배치된 펀칭 다이를 승강기에 부착하고, 펀칭 다이를 프리프레그에 압박함으로써 절개를 삽입하여, 절개 프리프레그를 제조했다. 실시예 1∼8과 같이, 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 프리프레그를 통과시켜서 절개 프리프레그로 할 경우, 회전 칼날롤을 회전시킴으로써 절개 삽입과 프리프레그의 이송을 동시에 행하지만, 펀칭 다이를 사용했을 경우, 프리프레그를 이송하고, 일단 정지한 후 펀칭 다이를 내려서 절개를 삽입하고, 다시 프리프레그를 이송하는 공정이 된다. 칼날은 도 17(e)에 나타낸 패턴과 동등하고, 칼날은 직선 형상이고, 칼날의 프리프레그의 폭 방향에의 투영 길이(Ws)를 1.0mm, 칼날과 프리프레그의 이송 방향이 이루는 각도는 90°, 칼날에 의해 분단되는 강화 섬유의 길이는 24mm가 된다. 칼날 길이의 합계는 42m/㎡이었다. 프리프레그는 이형지에 의해 담지되어 있다. 프리프레그의 이송 속도는 3m/분으로 하고, 펀칭시에는 1초 정지했다.

그 결과, 펀칭 시에 프리프레그가 칼날에 붙어 갈 수 있어서, 프리프레그 자체가 어긋나서, 다른 타이밍에서 천공된 절개끼리의 위치 관계의 정밀도가 저하했다.

1: 프리프레그
2: 절개
3: 복수의 절개가 삽입된 영역(절개 영역)
4: 직경 10mm의 소영역
5: 절개(A)와 절개(B) 사이의 강화 섬유
6: 최근접하는 절개끼리의 거리
7: 플러스 절개
8: 마이너스 절개
9: 플러스 절개가 있는 직선
10: 마이너스 절개가 있는 직선
11: 크로스 플라이 적층체의 0°방향
12: 크로스 플라이 적층체의 90°방향
13: 크로스 플라이 적층체의 45°방향
14: 절개 프리프레그
15: 프리프레그롤
16: 칼날
17: 회전 칼날롤
17a: 회전 칼날롤(17)의 축 방향
18: 지지롤
19: 회전 칼날롤의 회전 방향
20: 지지롤의 회전 방향
21: 프리프레그롤의 회전 방향
22: 절개 프리프레그의 이송 방향
23: 장력
24: 출구측에 설치된 압박롤
25: 입구측에 설치된 압박롤
26: 회전 칼날롤 상의 모든 칼날을 회전 칼날롤의 축 방향에 수직한 평면 상에 투영했을 경우에 형성되는 원 형상
27: 부호 26에 있어서의 불연속부(부호 26에 있어서의 칼날이 존재하지 않는 영역)
28: 중심각
29: 프리폼

Claims (18)

1. 일 방향으로 배향한 강화 섬유와 수지를 포함하는 프리프레그의 적어도 일부의 영역에 강화 섬유를 분단하는 복수의 절개를 갖는 절개 프리프레그로서, 상기 영역 내에서 임의로 선택되는 10개의 직경 10mm의 원형의 소영역 내에 포함되는 절개의 개수를 모집단이라고 했을 경우에, 모집단의 평균치가 10 이상이고, 또한 변동 계수가 20% 이내인 절개 프리프레그.
2. 제 1 항에 있어서,
   임의의 절개와 상기 절개에 최근접하는 다른 절개는 동일한 강화 섬유를 분단하고 있지 않는 절개 프리프레그.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   절개는 실질적으로 동일한 길이(Y)이며, 최근접하는 절개끼리의 거리는 Y의 0.5배보다 긴 절개 프리프레그.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   절개가 강화 섬유의 배향 방향에 대해서 비스듬히 삽입되어 있는 절개 프리프레그.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   절개와 강화 섬유의 배향 방향이 이루는 각도(θ)의 절대치가 실질적으로 동일하고, 또한 θ가 플러스인 절개(플러스 절개라고 함)와 θ가 마이너스인 절개(마이너스 절개라고 함)를 포함하는 절개 프리프레그.
6. 제 5 항에 있어서,
   플러스 절개와 마이너스 절개를 대략 동수 포함하는 절개 프리프레그.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   임의의 절개와 상기 절개의 연장선 상에 존재하는 최근접하는 다른 절개의 간격에 대해서, 플러스 절개끼리의 간격과 마이너스 절개끼리의 간격에서 길이가 다른 절개 프리프레그.
8. 일 방향으로 배향한 강화 섬유와 수지를 포함하는 강화 섬유의 체적 함유율(Vf)이 45∼65%인 복수매의 프리프레그로 이루어지고, 섬유 방향이 실질적으로 직각으로 교차하는 절개 프리프레그를 포함하도록 구성된 크로스 플라이 적층체로서,
   각 프리프레그는 강화 섬유를 가로지르는 복수의 절개를 갖는 실질적으로 모든 강화 섬유가 섬유 길이(L) 10∼300mm인 절개 프리프레그이고, 25℃ 환경하에서 이하에 나타내는 인장 특성 1을 충족시키거나 또는 60℃ 환경하에서 이하에 나타내는 인장 특성 2를 충족시키는 크로스 플라이 적층체.
   (인장 특성 1) 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 1%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 1이라고 하고, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 2라고 하면, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5이다.
   (인장 특성 2) 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 1%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 1이라고 하고, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에 크로스 플라이 적층체의 0° 방향에 발생하는 하중을 하중 2라고 하면, 하중 1×0.5 < 하중 2 < 하중 1×1.5이다.
9. 제 8 항에 있어서,
   25℃ 환경하에 있어서, 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 절개 프리프레그의 섬유 방향을 0°라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에, 크로스 플라이 적층체의 면적에 차지하는 절개 개구부의 합계 면적(절개 개구부의 면적률)이 0% 이상 1% 이하이거나,
   60℃ 환경하에 있어서, 크로스 플라이 적층체 중의 어느 하나의 프리프레그의 섬유 방향을 0°라고 했을 경우에, 크로스 플라이 적층체에 대해서 0°방향으로 2%의 인장 변형을 가했을 때에, 크로스 플라이 적층체의 면적에 차지하는 절개 개구부의 합계 면적(절개 개구부의 면적률)이 0% 이상 1% 이하인 크로스 플라이 적층체.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 프리프레그가 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 절개 프리프레그인 크로스 플라이 적층체.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    면적이 0.5㎡ 이상인 크로스 플라이 적층체.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 크로스 플라이 적층체를 몰드에 압박해서 프리폼으로 하고, 계속해서 상기 프리폼을 고화하는 섬유 강화 플라스틱의 제조방법.
13. 강화 섬유와 수지를 포함하는 프리프레그에 장력을 부여하면서, 칼날 길이의 합계가 1∼3000m/㎡의 범위 내인 회전 칼날롤과 상기 회전 칼날롤에 대해서 대략 평행하게 근접한 지지롤 사이에, 프리프레그의 단변이 회전 칼날롤의 축 방향으로 소정의 범위 내가 되도록 통과시켜서, 적어도 일부의 강화 섬유의 섬유 길이를 10∼300mm의 범위 내로 분단해서 절개 프리프레그로 하는 절개 프리프레그의 제조방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 통과시켜서 절개 프리프레그로 한 후, 절개 프리프레그의 회전 칼날롤측의 표면이 회전 칼날롤로부터 떨어지도록 절개 프리프레그를 지지롤에 압박해서 인취하는 절개 프리프레그의 제조방법.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    프리프레그를 지지롤에 압박하면서, 회전 칼날롤과 지지롤 사이를 통과시키는 절개 프리프레그의 제조방법.
16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프리프레그의 지지롤에 접촉하는 측의 표면에 시트 기재 A가 배치되어 있고, 회전 칼날롤에 설치된 칼날을 프리프레그에 압박하여, 프리프레그를 관통시키고 시트 기재 A의 두께 방향으로 시트 기재 A의 프리프레그와 접촉하는 면으로부터 5∼75%의 범위로 칼날을 삽입하는 절개 프리프레그의 제조방법.
17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프리프레그를 회전 칼날롤과 지지롤 사이에 통과시킬 때에, 프리프레그와 회전 칼날롤 사이에 시트 기재 B를 배치하고, 또한 시트 기재 B를 관통해서 프리프레그에 절개를 삽입하는 절개 프리프레그의 제조방법.
18. 제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    회전 칼날롤 상의 모든 칼날을 회전 칼날롤의 축 방향에 수직한 평면 상에 투영해서 형성되는 원 형상에 있어서,
    상기 원 형상 중에 불연속부가 없거나, 또는 상기 원 형상에 불연속부가 있고, 모든 불연속부에 있어서 상기 불연속부의 양단과 원 형상의 중심에 의해 형성되는 중심각이 5°이하인 절개 프리프레그의 제조방법.

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