特開 2019-35002 繊維強化複合材料の製造装置及び繊維強化複合材料の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-35002(P2019-35002A)

(43)【公開日】2019年3月7日

(54)【発明の名称】繊維強化複合材料の製造装置及び繊維強化複合材料の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/04 20060101AFI20190208BHJP

   C08G 85/00 20060101ALI20190208BHJP

   C08G 69/16 20060101ALI20190208BHJP

   C08K 7/02 20060101ALN20190208BHJP

   C08L 101/00 20060101ALN20190208BHJP

【ＦＩ】

   C08J5/04CFG

   C08G85/00

   C08G69/16

   C08K7/02

   C08L101/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2017-155807(P2017-155807)

(22)【出願日】2017年8月10日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ・平成２８年度卒業研究概要集 日本大学生産工学部 機械工学科（公開日 平成２９年２月１４日、発行日 平成２９年２月２４日）・平成２８年度機械工学科 卒業研究発表会（開催日 平成２９年２月２４日）

(71)【出願人】

【識別番号】899000057

【氏名又は名称】学校法人日本大学

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(72)【発明者】

【氏名】平山 紀夫

(72)【発明者】

【氏名】平林 明子

【テーマコード（参考）】

4F072

4J001

4J002

4J031

【Ｆターム（参考）】

4F072AA04

4F072AA08

4F072AB09

4F072AB28

4F072AD44

4F072AE01

4F072AH02

4F072AH23

4F072AH31

4F072AJ04

4F072AJ11

4F072AK05

4F072AK16

4F072AL02

4J001DA01

4J001DB01

4J001EA04

4J001EA05

4J001EA06

4J001EE57D

4J001EE66D

4J001FA03

4J001GA12

4J001GC05

4J001HA03

4J001JA04

4J001JA05

4J001JB25

4J001JC01

4J002AA011

4J002CL001

4J002CL011

4J002DA016

4J002DD006

4J002DH036

4J002DL006

4J002DM006

4J002FA046

4J002FD016

4J002GN00

4J031CA06

4J031CA22

4J031CA34

4J031CA63

4J031CA74

4J031CA77

4J031CA81

4J031CB00

4J031CE05

(57)【要約】

【課題】安定して連続的な製造が可能な、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂モノマー及び重合触媒を混合して熱可塑性樹脂モノマー混合液とする混合器１０と、前記熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料３０に連続的に含浸させ、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟む積層装置２０と、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟まれ、繊維シート材料３０に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合して、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料３２を形成する加熱重合機４０と、加熱重合機４０から繊維強化複合材料３２を連続的に引き抜く引抜装置５０と、を備える繊維強化複合材料３２の製造装置１。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱可塑性樹脂モノマー及び重合触媒を混合して熱可塑性樹脂モノマー混合液とする混合器と、
前記熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料に連続的に含浸させ、第一保護シート及び第二保護シートで挟む積層装置と、
第一保護シート及び第二保護シートで挟まれ、繊維シート材料に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合して、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料を形成する加熱重合機と、
前記加熱重合機から前記繊維強化複合材料を連続的に引き抜く引抜装置と、を備える繊維強化複合材料の製造装置。

【請求項2】

前記混合器及び前記積層装置が、不活性ガス雰囲気下又は真空中で運転できるように筐体で覆われている請求項１に記載の繊維強化複合材料の製造装置。

【請求項3】

前記繊維シート材料を前記積層装置に供給する繊維シート材料供給装置を備え、
前記繊維シート材料供給装置は、前記繊維シート材料をあらかじめ加熱する加熱装置を備える請求項１又は２に記載の繊維強化複合材料の製造装置。

【請求項4】

前記熱可塑性樹脂モノマーが、ラクタムモノマーであり、前記繊維強化複合材料がポリアミドを母材とするシート状の繊維強化複合材料である請求項１〜３のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料の製造装置。

【請求項5】

前記混合器が、ラクタムモノマー及び活性剤の混合液Ａと、ラクタムモノマー及び重合触媒の混合液Ｂと、を混合する請求項４に記載の繊維強化複合材料の製造装置。

【請求項6】

熱可塑性樹脂モノマー及び重合触媒を混合して得られた熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料に連続的に含浸させ、第一保護シート及び第二保護シートで挟み、
第一保護シート及び第二保護シートで挟まれ、繊維シート材料に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合して、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料を形成し、
前記繊維強化複合材料を連続的に引き抜く、繊維強化複合材料の製造方法。

【請求項7】

不活性ガス雰囲気下又は真空中で、前記熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料に連続的に含浸させ、第一保護シート及び第二保護シートで挟む、請求項６に記載の繊維強化複合材料の製造方法。

【請求項8】

繊維シート材料をあらかじめ加熱してから、前記熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料に連続的に含浸させる、請求項６又は７に記載の繊維強化複合材料の製造方法。

【請求項9】

前記熱可塑性樹脂モノマーが、ラクタムモノマーであり、前記繊維強化複合材料がポリアミドを母材とするシート状の繊維強化複合材料である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の繊維強化複合材料の製造方法。

【請求項10】

前記熱可塑性樹脂モノマー混合液が、ラクタムモノマー及び活性剤の混合液Ａと、ラクタムモノマー及び重合触媒の混合液Ｂと、が混合されたものである、請求項９に記載の繊維強化複合材料の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、繊維強化複合材料の製造装置及び繊維強化複合材料の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車業界をはじめ、軽量化を目的とした金属代替材に、比強度・比剛性に優れた繊維強化プラスチック(ＦＲＰ)が幅広い分野で使用されている。
熱硬化性樹脂の繊維強化プラスチック(ＦＲＰ)材の連続製造方法として、例えば、特許文献１に開示されているような引抜成形法が知られている。常温で液体状態であって粘度が高くない未硬化の熱硬化性樹脂を用いているので、繊維に含浸し易く、容易に連続成形することが可能である。
一方、熱可塑性樹脂の繊維強化プラスチック(ＦＲＰ)材の連続製造方法として、特許文献２では、重合性ラクタム混合液を炭素繊維等からなる強化材料に含浸させ、除さい装置により過剰なマトリックス材料を掬い取った後、加熱装置を通過させることにより加熱して重合させる、繊維強化複合材料の引抜成形法が開示されている。また、特許文献３には、重合性ラクタム混合液を繊維材料に含浸させ、重合させて繊維強化複合材料を製造するに際して、重合性ラクタム混合液の収容タンクの底部に排出部及び排出制御部を設ける工夫がされた、熱可塑性樹脂の繊維強化複合材料の連続製造方法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−７４４２７号公報

【特許文献2】特表２００５−５１３２０６号公報

【特許文献3】特表２０１７−００７２６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されているような熱硬化性樹脂のＦＲＰ材の連続引抜成形は実用化しているが、熱可塑性樹脂のＦＲＰ材の引抜成形は重合速度の制御が困難であり、連続成形が難しい。
特許文献２に開示された繊維強化複合材料の引抜成形法では、繊維との含浸も不十分となり易く、加熱装置で重合した樹脂が高粘性となって詰まり易く、安定した連続成形が難しかった。特許文献３では、余剰のマトリックス材料を排出する機構なので、マトリックス材料が無駄になってしまう。また、特許文献３では、重合加熱部と成形部が独立しており、繊維強化複合材料の表面が重合加熱部と直接接触するため摩擦が大きく、大きな引抜力が必要になるとともに、繊維強化複合材料の表面が粗く、凹凸が生じる結果となっていた。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、安定的な連続製造が可能な繊維強化複合材料の製造装置及び繊維強化複合材料の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

発明者らは、繊維シート材料に含浸された重合性ラクタム混合液を、一対の保護シートで挟まれた状態で加熱重合させることにより、重合時に反応液の空気との接触を防止することができ、重合性ラクタム混合液が熱金型に直接接触することがないので、引抜力を小さくすることができ、繊維強化複合材料の表面を美麗にすることができ、熱可塑性樹脂であるナイロンを母材とする繊維強化複合材料を連続的に製造できることを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

【0007】

（１）第１の態様にかかる繊維強化複合材料の製造装置は、熱可塑性樹脂モノマー及び重合触媒を混合して熱可塑性樹脂モノマー混合液とする混合器と、前記熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料に連続的に含浸させ、第一保護シート及び第二保護シートで挟む積層装置と、第一保護シート及び第二保護シートで挟まれ、繊維シート材料に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合して、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料を形成する加熱重合機と、前記加熱重合機から前記繊維強化複合材料を連続的に引き抜く引抜装置と、を備える。

【0008】

（２）上記態様にかかる繊維強化複合材料の製造装置において、前記混合器及び前記積層装置が、不活性ガス雰囲気下又は真空中で運転できるように筐体で覆われていてもよい。
（３）上記態様にかかる繊維強化複合材料の製造装置において、前記繊維シート材料を前記積層装置に供給する繊維シート材料供給装置を備え、前記繊維シート材料供給装置は、前記繊維シート材料をあらかじめ加熱する加熱装置を備えていてもよい。

【0009】

（４）上記態様にかかる繊維強化複合材料の製造装置において、前記熱可塑性樹脂モノマーが、ラクタムモノマーであり、前記繊維強化複合材料がポリアミドを母材とするシート状の繊維強化複合材料であってもよい。
（５）上記態様にかかる繊維強化複合材料の製造装置において、前記混合器が、ラクタムモノマー及び活性剤の混合液Ａと、ラクタムモノマー及び重合触媒の混合液Ｂと、を混合するものであってもよい。

【0010】

（６）第２の態様にかかる繊維強化複合材料の製造方法は、熱可塑性樹脂モノマー及び重合触媒を混合して得られた熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料に連続的に含浸させ、第一保護シート及び第二保護シートで挟み、第一保護シート及び第二保護シートで挟まれ、繊維シート材料に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合して、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料を形成し、前記繊維強化複合材料を連続的に引き抜く。

【0011】

（７）上記態様にかかる繊維強化複合材料の製造方法において、不活性ガス雰囲気下又は真空中で、前記熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料に連続的に含浸させ、第一保護シート及び第二保護シートで挟んでもよい。
（８）上記態様にかかる繊維強化複合材料の製造方法において、繊維シート材料をあらかじめ加熱してから、前記熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料に連続的に含浸させてもよい。

【0012】

（９）上記態様にかかる繊維強化複合材料の製造方法において、前記熱可塑性樹脂モノマーが、ラクタムモノマーであり、前記繊維強化複合材料がポリアミドを母材とするシート状の繊維強化複合材料であってもよい。
（１０）上記態様にかかる繊維強化複合材料の製造方法において、前記熱可塑性樹脂モノマー混合液が、ラクタムモノマー及び活性剤の混合液Ａと、ラクタムモノマー及び重合触媒の混合液Ｂと、が混合されたものであってもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明により、熱可塑性樹脂の繊維強化複合材料の安定的な連続製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の繊維強化複合材料の製造装置の概要を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る繊維強化複合材料の製造装置及び繊維強化複合材料の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上実際の繊維強化複合材料の製造装置とは異ならせて示している場合がある。また、以下の説明において例示される材料、条件等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0016】

本発明の一実施形態として、図１に示す繊維強化複合材料の製造装置１は、熱可塑性樹脂モノマー及び重合触媒を混合して熱可塑性樹脂モノマー混合液とする混合器１０と、混合器１０で得られた熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料３０に連続的に含浸させ、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟む積層装置２０と、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟まれ、繊維シート材料３０に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合して、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料３２を形成する加熱重合機４０と、加熱重合機４０から繊維強化複合材料３２を連続的に引き抜く引抜装置５０と、を備える。

【0017】

また、本発明に係る繊維強化複合材料の製造方法は、図１に示す繊維強化複合材料の製造装置１により実現することができ、熱可塑性樹脂モノマー及び重合触媒を混合して得られた熱可塑性樹脂モノマー混合液を、繊維シート材料３０に連続的に含浸させ、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟み、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟まれ、繊維シート材料３０に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合して、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料３２を形成し、繊維強化複合材料３２を連続的に引き抜く。

【0018】

加熱重合機４０は、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟まれ、繊維シート材料３０に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合して、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料３２を形成するものであればよく、加熱重合機４０が、板状の上部金型及び板状の下部金型を有し、繊維シート材料３０に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を挟む第一保護シート２１及び第二保護シート２２が、上部金型及び下部金型の間を滑るように、引抜装置５０によって引き抜かれる構成となっていてもよい。

【0019】

図１に示す繊維強化複合材料の製造装置１のように、引抜装置５０が加熱重合機４０から、第一保護シート２１及び第二保護シート２２に挟まれた繊維強化複合材料３２を連続的に引き抜くものであってもよく、引抜装置５０が加熱重合機４０から、第一保護シート２１及び繊維強化複合材料３２を連続的に引き抜くものであって、第二保護シート２２は別途回収されるものであってもよく、引抜装置５０が加熱重合機４０から、繊維強化複合材料３２のみを連続的に引き抜くものであって、第一保護シート２１及び第二保護シート２２は回収されるものであってもよい。

【0020】

積層装置２０は、混合器１０で得られた熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料３０に連続的に含浸させ、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟む。熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料の板厚は、積層装置２０のローラーにより調整可能である。積層装置２０のローラーにより圧延するので、余剰な空気を排除しながら成形が可能になり、シート状の繊維強化複合材料の表面は滑らかな清浄になり、内部の空気が速やかに排除されるので微小な空洞を減らすことができる。

【0021】

繊維強化複合材料の製造装置１及び繊維強化複合材料の製造方法では、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟まれた状態で、繊維シート材料３０に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液を加熱重合しているので、熱可塑性樹脂モノマー混合液が加熱重合機４０に直接接触するおそれがなく、引抜力を小さくすることができ、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料の表面を美麗にすることができ、熱可塑性樹脂を母材とする繊維強化複合材料を連続的に製造できる。

【0022】

繊維強化複合材料の製造装置１及び繊維強化複合材料の製造方法では、混合器１０及び積層装置２０が、不活性ガス雰囲気下又は真空中で運転できるように筐体２４で覆われていてもよく、これにより、不活性ガス雰囲気下又は真空中で、熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料３０に連続的に含浸させ、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟むことができる。また、そのまま加熱重合機に繋がることで、熱可塑性樹脂モノマー混合液が空気と接触することを防止でき、重合時に、空気中の水分の影響を取り除くことができる。

【0023】

混合器１０及び積層装置２０が、不活性ガス雰囲気下で運転できるように筐体２４で覆われていることがより好ましく、このとき、筐体２４は、乾燥空気又は乾燥窒素ガスを送り込むことのできるガス吸入口及びガス排出口が設けられていてもよく、更に、筐体内はシリカゲル、塩化カルシウム等の乾燥剤・除湿剤を設けられていてもよい。筐体２４内に乾燥空気又は乾燥窒素ガスを供給し、相対湿度２０％以下に保つことが望ましい。

【0024】

繊維強化複合材料の製造装置１は、繊維シート材料３０を積層装置２０に供給する繊維シート材料供給装置３４を備える。空気中の水分が重合阻害の原因となるため、重合させる前に、繊維シート材料３０を成形前に十分に乾燥させることが好ましく、そのために、繊維シート材料供給装置３４は、繊維シート材料３０をあらかじめ加熱する加熱装置３６を備えていてもよい。加熱装置３６としては、一般的なプレートヒータや、遠赤外線ヒータを使用することができる。遠赤外線ヒータを使用することで、繊維シート材料３０の内部まで十分に加熱・乾燥が可能となる。加熱装置３６で繊維シート材料３０を加熱してから、直後に、熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料３０に連続的に含浸させることで、繊維シート材料３０が吸湿した水分を、成形直前に蒸発させ、重合時の、空気中の水分の影響をより好適に取り除くことができるとともに、熱可塑性樹脂モノマー混合液の重合反応温度を確保することができる。

【0025】

繊維シート材料供給装置３４には、いわゆる一般的なロービングラックあるいは織物材を保持および位置決め可能な支持棒を兼ね備えている。繊維シート材料３０の直線性を確保するためにテンションバーなどを設置することも可能である。また炭素繊維を使用する場合は、サイジング剤に含まれるカルボン酸を除去するための洗浄あるいは中和処理を成形前に施すことが好ましい。

【0026】

前記熱可塑性樹脂モノマーが、例えば、ラクタムモノマーであってもよく、エポキシモノマーであってもよい。前記熱可塑性樹脂モノマーが、ラクタムモノマーであり、前記繊維強化複合材料がポリアミドを母材とするシート状の繊維強化複合材料であってもよい。

【0027】

ラクタムモノマーとしては、γ−ブチロラクタム（融点：２５℃）、δ−バレロラクタム（融点：−１３℃）、ε−カプロラクタム（融点：６９℃）などが挙げられる。

【0028】

活性剤としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソシアネートとブロックトイソシアネート；イソフタロイルビスカプロラクタム、テトラフタロイルビス−カプロラクタム；ジメチルフタレート−ポリエチレングリコールのようなエステル；ビス酸塩化物と組合せたポリオール又はポリジエンのプレポリマー；ホスゲンをカプロラクタムと反応させて得たカルボニルビスカプロラクタムなどが挙げられる。
重合触媒としては、カプロラクタムのアルカリ金属アダクト、例えばナトリウムカプロラクタメート、カリウムカプロラクタメート及びリチウムカプロラクタメート；臭化マグネシウムを付加したアルミニウム又はマグネシウムカプロラクタム；アルコキシドなどが挙げられる。

【0029】

ここで、混合器１０は、ラクタムモノマー及び活性剤の混合液Ａと、ラクタムモノマー及び重合触媒の混合液Ｂと、を混合するものであってもよい。混合器１０は、撹拌羽による撹拌混合であってもよく、スタティックミキサーに配置したミキシングヘッドで撹拌混合させるものであってもよい。

【0030】

また、繊維シート材料３０としては、ガラス、炭素、金属、燐酸塩、セラミック又は重合体の繊維シート材料であってよく、そして熱可塑性樹脂モノマー混合液成分の繊維シート材料への結合を促進する糊又は塗料を含有してもよい。また、繊維シート材料の形態として、フィラメント、ファイバー、ストランドのロービングあるいは織物といった連続繊維や、編織マット、不織マット、その他の形態で使用することができる。

【0031】

混合器１０は、ラクタムモノマー、活性剤及び重合触媒を直接混合するものであってもよいが、ラクタムモノマー及び活性剤の混合液Ａと、ラクタムモノマー及び重合触媒の混合液Ｂと、を混合するものであってもよい。

【0032】

ラクタムモノマーが、常温で固体である場合、融点以上の温度に加熱溶融して混合する。ラクタムモノマー、活性剤及び重合触媒が溶融混合すると重合が始まってしまい、混合器１０で過度に重合して粘度が高くなってしまうと、積層装置２０に送液された後、繊維シート材料３０に均質に満遍なく含浸させることが難しくなってしまう。ラクタムモノマー及び活性剤の混合液Ａの活性剤濃度、ラクタムモノマー及び重合触媒の混合液Ｂの重合触媒濃度、混合器１０の温度等の条件を適切に制御することにより、熱可塑性樹脂モノマー混合液を繊維シート材料３０に均質に満遍なく含浸させることが可能となる。

【0033】

好適なラクタムモノマー及び活性剤の混合液Ａの活性剤濃度は、０．１〜５０質量％であり、より好ましくは、０．５〜３０質量％である。
好適なラクタムモノマー及び重合触媒の混合液Ｂの重合触媒濃度は、０．１〜５０質量％であり、より好ましくは、０．５〜３０質量％である。
好適な混合器１０の温度は、７０〜１２０℃である。

【0034】

積層装置２０中に混合器１０で得られた熱可塑性樹脂モノマー混合液を、図示しない送液ポンプにより送液する。そして、積層装置２０において、まず、第一保護シート２１の上に繊維シート材料３０が載せられ、第一保護シート２１の上に載せられた繊維シート材料３０に熱可塑性樹脂モノマー混合液が均等に含浸され、次いで、その上に第二保護シート２２が積層された後、下側の第一保護シート２１及び上側の第二保護シート２２で挟まれ状態で、加熱重合機４０に移送され、繊維シート材料３０に含浸された熱可塑性樹脂モノマー混合液が、重合を開始する。

【0035】

第一保護シート２１及び第二保護シート２２としては、それぞれ独立して、離型紙やプラスティックフィルムなどが利用可能であり、プラスティックフィルムとしては、離型フィルム（ＰＥＴフィルム）、耐熱フィルム（ＰＴＦＥフィルム、ポリイミドフィルム）などが挙げられる。

【0036】

繊維強化複合材料の製造装置１及び繊維強化複合材料の製造方法により、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料を安定的に連続製造可能となる。繊維強化複合材料の製造装置１及び繊維強化複合材料の製造方法により、連続成形された、熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料は、熱硬化性樹脂を母材とする繊維強化複合材料に比べて、二次成形の時間を短縮し、高い生産性が期待でき、リサイクル性が要求される自動車構造部材をはじめ、軽量化を目的とした金属代替材の中間材料として各種の部材に応用が可能となる。

【実施例】

【0037】

以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に何ら限定されるものではない。

【0038】

［実施例１］
図１に示す繊維強化複合材料の製造装置１を用いて、繊維強化ポリアミド複合材料の連続引抜製造を行った。

【0039】

繊維強化複合材料の製造装置１のうち、混合器１０及び積層装置２０は、透明なアクリルボックスからなる筐体２４で覆われており、乾燥窒素ガス雰囲気下で除湿されている。

【0040】

図示しない混合タンク１１にて、加熱溶融させたε−カプロラクタム及び活性剤ヘキサメチレンジイソシアネートを混合して活性剤濃度２質量％の混合液Ａを調製し、１１０℃で溶融・保管し、図示しない混合タンク１２にて、加熱溶融させたε−カプロラクタムモノマー及び重合触媒ε‐カプロラクタム・ナトリウム塩を混合して重合触媒濃度１６質量％の混合液Ｂを調製し、１１０℃で溶融・保管した。混合タンク１１及び混合タンク１２並びに供給ラインの温度は１１０℃に維持して、ε‐カプロラクタムモノマーを溶融状態に保った。

【0041】

次いで、溶融した２種類の混合液Ａ及び混合液Ｂを、送液ポンプにて、それぞれ、１〜５ｇ／ｍｉｎにて混合器１０であるスタティックミキサーに送液し、これらを撹拌混合して熱可塑性樹脂モノマー混合液を調製し、積層装置２０に注がれる。ここで、混合器１０の温度は融点以上、積層装置２０の温度も融点以上であり、混合器１０及び積層装置２０にて重合が開始しているが、重合が進みすぎないように、温度管理、及び送液流速度管理が重要である。

【0042】

繊維シート材料３０として、日東紡績株式会社製の平織ガラスクロスＷＦ３００ １０Ｎ（目付け質量：２７２ｇ／ｍ^２、巾：１００ｍｍ、縦糸密度：１０６本／１００ｍｍ、横糸密度：２２．５本／２５ｍｍ、厚さ：０．２５ｍｍ）を２ロール準備し、２層のガラスクロスを用いた。

【0043】

水分の重合阻害を防ぐため、重合させる前に、加熱装置３６として、遠赤外線ヒータ（坂口電熱株式会社，ＰＨ５０）を８０℃に設定して用いて、繊維シート材料３０を乾燥した。

【0044】

第一保護シート２１及び第一保護シート２２として、それぞれ、ＰＥＴフィルム（幅１５０ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍ）を用いて、初めに、積層装置２０の下部保護シート用ロール保持部において、加熱装置３６で乾燥され、予備加熱された繊維シート材料３０を第一保護シート２１の上に積層し、この繊維シート材料３０に、混合器１０で混合撹拌された熱可塑性樹脂モノマー混合液を注ぎ、含浸させた。

【0045】

更に、積層装置２０の上部保護シート用ロール保持部において、第二保護シート２２を重ね、積層装置２０のローラーにより圧延し、第一保護シート２１及び第二保護シート２２で挟まれ、熱可塑性樹脂モノマー混合液が含浸された繊維シート材料３０が、加熱重合機４０に導かれる。積層装置２０において、上部保護シート用ロール保持部は、下部保護シート用ロール保持部から２００ｍｍ後方にずらして設置されている。

【0046】

ε‐カプロラクタムモノマー、重合触媒ε‐カプロラクタム・ナトリウム塩及び活性剤ヘキサメチレンジイソシアネートからなる熱可塑性樹脂モノマー混合液は、加熱重合機４０で、１３０℃以上の環境温度に加熱することにより、重合が起こり、ナイロン６となる。加熱重合機４０では、熱可塑性樹脂モノマー混合液の重合に必要な加熱をするとともに、シート状の繊維強化複合材料として均―な板厚となるよう形状を整える。加熱重合機４０は、板状の上部金型及び板状の下部金型を有し、第一保護シート２１及び第一保護シート２２の配置に合わせて、下部金型が長さ１３００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ、上部金型が長さ１０００ｍｍ、幅１５０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍである。下部金型及び上部金型の金型温度については、金型内部温度が１５０℃±５℃ となるよう加熱した。

【0047】

引抜装置５０としては、キャタピラ式引取機（有限会社五十嵐機械製造，ＳＤ−１５０）を用いた。

【0048】

第一保護シート２１、繊維シート材料３０、および第二保護シート２２はあらかじめ引抜装置５０の上下クローラーに固定されており、成形時には一定の速度で成形された熱可塑性樹脂としてナイロン６を母材とするシート状の繊維強化複合材料３２を引取っていく。５分間の重合時間を確保するよう、１０００ｍｍの金型を通過する時間を算出し、引取り速度は１５０ｍｍ/ｍｉｎとした。繊維体積含有率は、３６．４％であった。

【0049】

本実施例により、０．６７ｍｍの板厚の、均一な板厚の、ナイロン６を母材とし平織ガラスクロスを繊維強化材とするシート状の繊維強化複合材料３２が得られた。第二保護シート２２を剥離し、繊維強化複合材料３２の表面粗さ（Ｒａ）を、レーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−２５０Ｘ）により測定したところ、４．９μｍであった。

【0050】

［比較例１］
特許文献３（特表２０１７−００７２６６号公報）の実施例１に沿って、ガラスロービングからなる繊維材料により繊維強化されたポリアミド複合材料の表面粗さ（Ｒａ）を、レーザー顕微鏡（キーエンス社製ＶＫ−２５０Ｘ）により測定したところ、２４．４μｍであった。

【0051】

本発明の繊維強化複合材料の製造方法により、繊維強化複合材料の表面を美麗にすることができた。また、連続成形であるため生産性が高く、母材樹脂の改質も可能であり、製品としての汎用性も高い。連続成形によるモールディング材の成形が可能であることが示された。

【符号の説明】

【0052】

１ 繊維強化複合材料の製造装置
１０ 混合器
２０ 積層装置
２１ 第一保護シート
２２ 第二保護シート
２４ 筐体
３０ 繊維シート材料
３２ 熱可塑性樹脂を母材とするシート状の繊維強化複合材料
３４ 繊維シート材料供給装置
３６ 加熱装置
４０ 加熱重合機
５０ 引抜装置

【図1】