特許 6900742 トウプリプレグの製造方法およ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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6900742

(24)【登録日】2021年6月21日

(45)【発行日】2021年7月7日

(54)【発明の名称】トウプリプレグの製造方法および繊維強化複合材料の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 70/54 20060101AFI20210628BHJP

   B29C 70/32 20060101ALI20210628BHJP

   B29C 70/52 20060101ALI20210628BHJP

   C08J 5/24 20060101ALI20210628BHJP

   B29K 105/08 20060101ALN20210628BHJP

【ＦＩ】

   B29C70/54

   B29C70/32

   B29C70/52

   C08J5/24

   B29K105:08

【請求項の数】5

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-71587(P2017-71587)

(22)【出願日】2017年3月31日

(65)【公開番号】特開2018-171772(P2018-171772A)

(43)【公開日】2018年11月8日

【審査請求日】2020年3月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100152146

【弁理士】

【氏名又は名称】伏見 俊介

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(72)【発明者】

【氏名】岸川 龍広

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 彰浩

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 正行

【審査官】 今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−１７８８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１７５９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０５７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０２７８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ７０／５４

Ｂ２９Ｃ ７０／３２

Ｂ２９Ｃ ７０／５２

Ｃ０８Ｊ ５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

樹脂含浸装置を用い、長尺の複数の強化繊維が束ねられた１本もしくは２本以上の強化繊維束に樹脂組成物を含浸させてトウプリプレグを得るトウプリプレグの製造方法であって、
前記樹脂含浸装置は、内部に樹脂組成物が収容される収容部が形成された樹脂含浸部を備え、
前記樹脂含浸部に、前記樹脂組成物を供給する樹脂供給部と、前記樹脂組成物を排出する樹脂排出部とが設けられ、
前記樹脂含浸部には、前記強化繊維束が導入される導入側開口部と、前記強化繊維束が導出される導出側開口部とが形成され、
前記導入側開口部の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ａ、前記導出側開口部の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｂとしたとき、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが０．５〜１．２であり、
１本もしくは２本以上の前記強化繊維束を前記導入側開口部から前記樹脂含浸部内の前記収容部に導入し、前記導出側開口部から導出して、前記収容部を通過させながら前記収容部に収容された樹脂組成物を含浸させ、
前記導入側開口部から前記収容部に導入される前の前記強化繊維束の長さ方向に垂直な断面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｆとしたとき、Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａが０．２〜１．０であり、
前記収容部から前記樹脂排出部を通じて排出される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_１、前記樹脂供給部を通じて前記収容部に供給される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_２としたとき、（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２が１．０３〜２．００であり、
前記樹脂組成物を包含した前記強化繊維束の前記導出側開口部直前の幅および厚みを含んだ全長をＬ_Ｆ（ｍｍ）、導出側開口部のもっとも狭い部分の幅および厚みを含んだ全長をＬ_ｓｂ（ｍｍ）としたとき、０．９≦Ｌ_Ｆ／Ｌ_ｓｂ≦３．０を満たす、トウプリプレグの製造方法。

【請求項2】

前記樹脂含浸装置が、前記樹脂供給部および前記樹脂排出部と連通し、前記樹脂含浸部内の収容部に前記樹脂組成物を循環させる樹脂循環部を備える、請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

樹脂含浸装置を用い、長尺の複数の強化繊維が束ねられた１本もしくは２本以上の強化繊維束に樹脂組成物を含浸させ、フィラメントワインディング法もしくは引き抜き成型法により繊維強化複合材料を得る繊維強化複合材料の製造方法であって、
前記樹脂含浸装置は、内部に前記樹脂組成物が収容される収容部が形成された樹脂含浸部を備え、
前記樹脂含浸部に、前記樹脂組成物を供給する樹脂供給部と、前記樹脂組成物を排出する樹脂排出部とが設けられ、
前記樹脂含浸部には、前記強化繊維束が導入される導入側開口部と、前記強化繊維束が導出される導出側開口部とが形成され、
前記導入側開口部の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ａ、前記導出側開口部の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｂとしたとき、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが０．５〜１．２であり、
１本もしくは２本以上の前記強化繊維束に樹脂組成物を前記導入側開口部から前記樹脂含浸部内の前記収容部に導入し、前記導出側開口部から導出して、前記収容部を通過させながら前記収容部に収容された含浸させ、
前記導入側開口部から前記収容部に導入される前の前記強化繊維束の長さ方向に垂直な断面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｆとしたとき、Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａが０．２〜１．０であり、
前記収容部から前記樹脂排出部を通じて排出される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_１、前記樹脂供給部を通じて前記収容部に供給される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_２としたとき、（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２が１．０３〜２．００であり、
前記樹脂組成物を包含した前記強化繊維束の前記導出側開口部直前の幅および厚みを含んだ全長をＬ_Ｆ（ｍｍ）、導出側開口部のもっとも狭い部分の幅および厚みを含んだ全長をＬ_ｓｂ（ｍｍ）としたとき、０．９≦Ｌ_Ｆ／Ｌ_ｓｂ≦３．０を満たす、繊維強化複合材料の製造方法。

【請求項4】

前記樹脂含浸装置が、前記樹脂供給部および前記樹脂排出部と連通し、前記樹脂含浸部内の収容部に前記樹脂組成物を循環させる樹脂循環部を備える、請求項３に記載の製造方法。

【請求項5】

前記強化繊維束が、引張強度が４ＧＰａ以上、引張弾性率が２００ＧＰａ以上の炭素繊維束である、請求項３または４に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トウプリプレグの製造方法および繊維強化複合材料の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

樹脂と強化繊維とを組み合わせた繊維強化複合材料（ＦＲＰ）は、軽量性、剛性、耐衝撃性等に優れることから様々な用途に用いられている。特に炭素繊維強化複合材料は、軽量かつ高強度、高剛性であるため、スポーツ・レジャー用途、自動車用途や航空機用途等の幅広い分野で用いられている。

【0003】

例えば、自動車等に搭載するタンクには、金属製もしくは樹脂製のライナーを強化繊維複合材料で補強した圧力容器が利用されている。
強化繊維で補強された圧力容器は、主にタッチロールを用いて強化繊維束に熱硬化性樹脂を付着させ、ライナーの外側に巻き付けた後、加熱硬化させるフィラメントワインディング法（ＦＷ法）により作製されている。タッチロールによる強化繊維への樹脂の塗工では、タッチロール上の強化繊維のトウ幅の変動や、温度変化による樹脂の粘度変化などにより、強化繊維束に定量の樹脂を塗布することが難しい。また、タッチロールでは樹脂を強化繊維束に完全に含浸させることは難しい。

【0004】

また、パイプや角材などの長尺の繊維強化複合材料は、一般的に樹脂槽に収容された熱硬化性樹脂中に、強化繊維束を浸漬させて、樹脂を含浸させた後、加熱された金属型に通す成型方法（引き抜き成型法）で成型される（例えば、特許文献１）。この引き抜き成型法で用いられる樹脂槽に強化繊維束を浸漬させる含浸法は、樹脂槽内で樹脂の強化繊維束への含浸が促進される一方、浸漬後の樹脂が付着した強化繊維束から目的の樹脂付着量に減量する絞る工程が必要である。そのため、この含浸工程では製造速度を上げると強化繊維束が絞る工程で擦過し、毛羽が発生したり、強度低下を引き起こす恐れがある。

【0005】

ＦＷ法や引き抜き成型法において、従来の含浸工程を省略する目的で、強化繊維束にあらかじめ樹脂を含浸させたトウプリプレグを用いることが提案されている。

【0006】

トウプリプレグの製造方法としては、例えば、長尺の強化繊維束を一方向に連続的に走行させつつ、表面に樹脂を付着させ、強化繊維束をガイドロールによりトウ幅を狭めたり広げたりすることにより、強化繊維束に樹脂を含浸させる樹脂含浸装置を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献２）。しかし、樹脂を定量的に吐出する機構は高価で複雑になる課題がある。この課題の解決手段として、強化繊維束への定量の樹脂の塗布について、簡便な機構が提案されている（特許文献３）。該解決手段では、簡便なタッチロール機構を用いながら、強化繊維束の上下面に樹脂を塗布する機構を採用している。しかしながら、この機構では高速でトウプレグを製造する場合、タッチロールの回転により、樹脂浴の樹脂がかき出されてしまうため、高速でトウプリプレグを製造することができない。
以上のように、ＦＷ法、引き抜き成型法、および従来のトウプリプレグの製造方法では、強化繊維束に樹脂を塗布し含浸させる機構の課題により、樹脂を高精度に塗布し、かつ含浸させることが難しかったため、高い生産性でＦＷ成型体、引き抜き成型体およびトウプリプレグを得ることが難しい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平７−１７８８２８号公報

【特許文献2】特開平８−７３６３０号公報

【特許文献3】特開２０１２−２４６３９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、ＦＷ法や引き抜き成型法の生産速度を高めることができ、またトウプリプレグの樹脂含有率を高精度に制御できる樹脂含浸装置、トウプリプレグの製造方法、および繊維強化複合材料の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、以下の構成を有する。
［１］長尺の複数の強化繊維が束ねられた１本もしくは２本以上の強化繊維束に樹脂組成物を含浸させる樹脂含浸装置であって、
内部に前記樹脂組成物が収容される収容部が形成された樹脂含浸部を備え、
前記樹脂含浸部に、前記樹脂組成物を供給する樹脂供給部と、前記樹脂組成物を排出する樹脂排出部とが設けられ、
前記樹脂含浸部には、前記強化繊維束が導入される導入側開口部と、前記強化繊維束が導出される導出側開口部とが形成され、
前記導入側開口部の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ａ、前記導出側開口部の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｂとしたとき、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが０．５〜１．２であり、
前記導入側開口部から前記収容部に導入された前記強化繊維束に前記樹脂組成物が含浸され、前記樹脂組成物が含浸された前記強化繊維束が前記導出側開口部から導出される、樹脂含浸装置。
［２］前記樹脂含浸部に、前記樹脂組成物を供給する樹脂供給部と、前記樹脂組成物を排出する樹脂排出部とが設けられ、
前記樹脂供給部および前記樹脂排出部と連通し、前記樹脂含浸部内の収容部に前記樹脂組成物を循環させる樹脂循環部を備える、［１］に記載の樹脂含浸装置。
［３］［１］または［２］に記載の樹脂含浸装置を用い、長尺の複数の強化繊維が束ねられた１本もしくは２本以上の強化繊維束を前記導入側開口部から前記樹脂含浸部内の前記収容部に導入し、前記導出側開口部から導出して、前記収容部を通過させながら前記収容部に収容された樹脂組成物を含浸させてトウプリプレグを得るトウプリプレグの製造方法であって、
前記導入側開口部から前記収容部に導入される前の前記強化繊維束の長さ方向に垂直な断面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｆとしたとき、Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａが０．２〜１．０であり、
前記収容部から前記樹脂排出部を通じて排出される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_１、前記樹脂供給部を通じて前記収容部に供給される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_２としたとき（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２が１．０３〜２．００であり、
前記樹脂組成物を包含した前記強化繊維束の前記導出側開口部直前の幅および厚みを含んだ全長をＬ_Ｆ（ｍｍ）、導出側開口部のもっとも狭い部分の幅および厚みを含んだ全長をＬ_ｓｂ（ｍｍ）としたとき、０．９≦Ｌ_Ｆ／Ｌ_ｓｂ≦３．０を満たす、トウプリプレグの製造方法。
［４］［１］または［２］に記載の樹脂含浸装置を用い、長尺の複数の強化繊維が束ねられた１本もしくは２本以上の強化繊維束に樹脂組成物を前記導入側開口部から前記樹脂含浸部内の前記収容部に導入し、前記導出側開口部から導出して、前記収容部を通過させながら前記収容部に収容された含浸させ、フィラメントワインディング法もしくは引き抜き成型法により繊維強化複合材料を得る、繊維強化複合材料の製造方法であって、
前記導入側開口部から前記収容部に導入される前の前記強化繊維束の長さ方向に垂直な断面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｆとしたとき、Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａが０．２〜１．０であり、
前記収容部から前記樹脂排出部を通じて排出される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_１、前記樹脂供給部を通じて前記収容部に供給される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_２としたとき、（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２が１．０３〜２．００であり、
前記樹脂組成物を包含した前記強化繊維束の前記導出側開口部直前の幅および厚みを含んだ全長をＬ_Ｆ（ｍｍ）、導出側開口部のもっとも狭い部分の幅および厚みを含んだ全長をＬ_ｓｂ（ｍｍ）としたとき、０．９≦Ｌ_Ｆ／Ｌ_ｓｂ≦３．０を満たす、繊維強化複合材料の製造方法。
［５］前記強化繊維束が、引張強度が４ＧＰａ以上、引張弾性率が２００ＧＰａ以上の炭素繊維束である、［４］に記載の繊維強化複合材料の製造方法。

【発明の効果】

【0010】

本発明の樹脂含浸装置を用いれば、ＦＷ法や引き抜き成型法の生産速度を速めることができ、トウプリプレグ製造においては得られるトウプリプレグの樹脂含有率を高精度に制御しながら、高速で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の樹脂含浸装置の一例を示した概略構成図である。

【図2】本発明の樹脂含浸装置を備えるトウプリプレグの製造装置の一例を示した概略構成図である。

【図3】本発明の樹脂含浸装置を備える圧力容器の製造装置の一例を示した概略構成図である。

【図4】本発明の樹脂含浸装置を備える引き抜き成型体の製造装置の一例を示した概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［樹脂含浸装置］
本発明の樹脂含浸装置は、長尺の複数の強化繊維が束ねられた１本もしくは２本以上の強化繊維束に樹脂組成物を含浸させる樹脂含浸装置である。本発明の樹脂含浸装置は、強化繊維束に樹脂組成物が含浸されたトウプリプレグの製造の他、該トウプリプレグを樹脂製のライナーの外側にＦＷ法により巻き付けて硬化させる圧力容器の製造、該トウプリプレグを引き抜き成型金型に通して硬化させる引き抜き成型体の製造等に利用することができる。

【0013】

本発明の樹脂含浸装置は、内部に樹脂組成物が収容される収容部が形成された樹脂含浸部を備えている。樹脂含浸部には、強化繊維束が導入される導入側開口部と、強化繊維束が導出される導出側開口部とが形成されており、前記導入側開口部の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ａ、前記導出側開口部の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｂとしたとき、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが０．５〜１．２である。
本発明の樹脂含浸装置では、導入側開口部から導入された強化繊維束に樹脂組成物が含浸され、樹脂組成物が含浸された強化繊維束が前記導出側開口部から導出されるようになっている。

【0014】

以下、本発明の樹脂含浸装置の一例を示して詳細に説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、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。
本実施形態の樹脂含浸装置１は、図１に示すように、樹脂含浸部１０と、樹脂循環部１２と、開繊部１４とを備えている。

【0015】

この例の樹脂含浸部１０は、直方体状になっており、内部に樹脂組成物Ｘが収容される収容部１１が形成されている。樹脂含浸部１０の形状は、直方体状には限定されず、適宜設定でき、例えば、立方体状、円柱状、台形状等であってもよい。収容部１１の形状は、樹脂含浸部１０の形状に合わせて適宜設定すればよく、本実施形態では直方体状を例示する。
樹脂含浸部１０の大きさは、特に限定されず、樹脂含浸部１０の形状や、樹脂組成物Ｘの粘度や強化繊維束Ｆの本数等に応じて適宜設定すればよい。

【0016】

樹脂含浸部１０の上流側の側壁部分１０ａには、強化繊維束Ｆが導入される導入側開口部１６が形成されている。また、樹脂含浸部１０の下流側の側壁部分１０ｂには、強化繊維束Ｆが導出される導出側開口部１８が形成されている。
樹脂含浸部１０においては、長尺の強化繊維束Ｆが導入側開口部１６から樹脂含浸部１０内の収容部１１へと連続的に導入され、その強化繊維束Ｆが導出側開口部１８を通じて樹脂含浸部１０の外側に連続的に導出されるようになっている。そして、導入側開口部１６から収容部１１に導入された強化繊維束Ｆには樹脂組成物Ｘが塗布および含浸され、樹脂組成物Ｘが含浸された状態の強化繊維束Ｆが導出側開口部１８から導出される。
導入側開口部１６から導入される強化繊維束Ｆは１本でも２本以上の複数本でも構わない。

【0017】

樹脂含浸部１０に形成される導入側開口部１６と導出側開口部１８の数は、１つには限定されず、２つ以上であってもよい。樹脂含浸部１０においては、導入側開口部１６の数と導出側開口部１８の数が同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、導出側開口部１８の数が導入側開口部１６の数よりも少なくし、それら導入側開口部１６と導出側開口部１８の少なくとも一部において、複数の導入側開口部１６から導入した強化繊維束をまとめて同一の導出側開口部１８を通じて導出してもよい。また他の事例としては、導出側開口部１８の数を導入側開口部１６の数より多くし、樹脂含浸部１０内部で導入側開口部１６から導入した１本もしくは複数の強化繊維束Ｆを分割し、導出側開口部１８から分割した強化繊維束Ｆを導出してもよい。
樹脂含浸部１０における導入側開口部１６と導出側開口部１８の数は、使用する強化繊維束の必要本数に応じ適宜設定できる。

【0018】

導入側開口部１６および導出側開口部１８の断面形状は、特に限定されず、例えば、円形状、楕円形状、矩形状、三角形状、台形状等が挙げられる。該断面形状は、生産性の点から、矩形状が好ましいがこれに限定するものではない。また、矩形型ではあるが、角の部分に丸みを持たせた断面形状を採用することは、作業およびメンテナンスの観点からより好ましい。
導入側開口部１６および導出側開口部１８の断面形状は、同じ形状であってもよく、異なる形状であってもよい。

【0019】

導入側開口部１６の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ａ、導出側開口部１８の開口面積（ｍｍ^２）をＳ_Ｂとしたとき、導出側開口部１８の開口面積に対する導入側開口部１６の開口面積の比であるＳ_Ｂ／Ｓ_Ａは、０．５〜１．２であり、０．６〜１．１が好ましい。Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが前記範囲内であれば、導出側開口部１８を通じて導出される際に強化繊維束Ｆに付着している余分な樹脂組成物が削ぎ落とされるため、得られるトウプリプレグにおける樹脂含有率を高精度に制御できる。Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが前記範囲の下限値未満であれば、強化繊維束Ｆが導出側開口部１８で擦過され、毛羽の発生や得られる繊維強化複合材料の強度低下が起きる恐れがある。Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが前記範囲の上限値を超えると、強化繊維束Ｆに付着した樹脂量を適性に調整できないばかりか、導出側開口部１８等から収容部１１内の樹脂組成物が漏れ出す恐れがある。
本発明ではこのように、樹脂含浸部が、導出側開口部により、収容部を通過する強化繊維束への樹脂組成物の付着量を調整する機能を備えている。

【0020】

樹脂含浸装置で樹脂組成物を含浸した強化繊維束を一旦巻き取ってトウプリプレグとして使用する場合、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａは、０．７０〜１．０５がより好ましい。
樹脂含浸装置で形成されたトウプリプレグをそのままＦＷ法に使用する場合、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａは、０．６〜１．１がより好ましく、０．６５〜１．０５がさらに好ましい。
樹脂含浸装置で形成されたトウプリプレグをそのまま引き抜き成型に使用する場合、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａは、０．５〜１．０５がより好ましい。

【0021】

なお、導入側開口部の開口面積（Ｓ_Ａ）とは、強化繊維束Ｆを導入する導入側開口部の穴のもっとも狭い部分における、導入される強化繊維束Ｆの導入軸に対して垂直な断面（以下、断面Ａともいう。）の面積を意味する。同様に、導出側開口部の開口面積（Ｓ_Ｂ）は、強化繊維束Ｆを導出する導出側開口部の穴のもっとも狭い部分における、導出される強化繊維束Ｆの導出軸に対して垂直な断面の面積を意味する。
また、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａは、同一の強化繊維束の導入および導出に関わる対応する導入側開口部と導出側開口部との間の開口面積の比率である。対応する導入側開口部および導出側開口部が複数ある場合、それら各々の導入側開口部および導出側開口部について、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが前記範囲を満たす。複数の導入側開口部から導入した強化繊維束をまとめて１つの導出側開口部から導出している場合のＳ_Ｂ／Ｓ_Ａは、複数の導入側開口部の開口面積の合計に対する導出側開口部の開口面積の比とする。また、一つの導入側開口部に複数の強化繊維束Ｆを導入し、複数の導出側開口部から強化繊維束を導出する場合は、Ｓ_Ｂとして複数の導出側開口部の開口面積の合計を用いる。

【0022】

導入側開口部１６を通じて導入される強化繊維束Ｆの長さ方向に対して垂直な断面積Ｓ_Ｆ（ｍｍ^２）と、導入側開口部１６の開口面積Ｓ_Ａ（ｍｍ^２）の比であるＳ_Ｆ／Ｓ_Ａは、適用する樹脂の粘度や製造速度により適正値が変化するため特に規定しないが、０．２０〜１．００が好ましく、０．６５〜０．９５がより好ましい。Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａが前記範囲の上限値以下であれば、導入される強化繊維束Ｆに接触による毛羽立ち等が生じることを抑制しやすい。Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａが前記範囲の下限値以上であれば、収容部１１に収容されている樹脂組成物が導入側開口部１６から漏れ出すことを抑制しやすい。

【0023】

強化繊維束Ｆは、導入側開口部１６に対し、導入側開口部１６の壁面に接していることが好ましい。強化繊維束Ｆの長手方向に対して垂直の断面の外周長さをＬｆ（ｍｍ）とした場合、導入側開口部１６の開口面積（Ｓ_Ａ）を算出する際に用いた断面Ａの外周における、強化繊維束Ｆが導入側開口部１６の壁面に接している部分の長さＬ_ＳＡ（ｍｍ）は、Ｌｆの長さの１０％以上１００％以下が好ましく、Ｌｆの長さの２０％以上から１００％以下であることがより好ましい。強化繊維束Ｆが導入側開口部１６の壁面に接している部分の長さＬ_ＳＡの割合が規定量未満であると、樹脂付着量の制御の精度が低下する。また長さＬ_ＳＡの割合が規定量超となることは強化繊維束Ｆの断面周長より長い長さとなることを意味するため、現実にはその状態は存在しない。

【0024】

導入側開口部１６には、収容部１１に収容された樹脂組成物Ｘが導入側開口部１６を通じて樹脂含浸部１０の外側に漏れ出すことを抑制するために逆止弁を設けてもよい。導出側開口部１８にも導入側開口部１６と同様に、収容部１１に収容された樹脂組成物Ｘが導出側開口部１８を通じて樹脂含浸部１０の外側に漏れ出すことを抑制するために逆止弁を設けてもよい。

【0025】

導出側開口部１８に逆止弁を設けることで、得られるトウプリプレグの樹脂含有率を制御することがより容易になる。また、導入側開口部１６と導出側開口部１８の両方に逆止弁を設けて収容部１１を密閉することで、強化繊維束Ｆの搬送速度を高めても樹脂組成物Ｘが樹脂含浸部１０から漏れ出しにくくなるため、強化繊維束Ｆへの樹脂組成物Ｘの含浸をより高速化できる。

【0026】

逆止弁としては、収容部１１に収容された樹脂組成物Ｘが漏れ出すことを抑制できるものであればよく、公知の逆止弁を利用することができる。逆止弁を形成する材料としては、強化繊維束Ｆに毛羽立ち等が生じることを抑制しやすい点から、弾性を有する材料が好ましく、ゴムがより好ましく、シリコンゴムがさらに好ましい。また擦過しても強化繊維束Ｆを毛羽立たさない鏡面などの表面を有した薄い板ばね等の金属板を使用することもできる。

【0027】

導出側開口部１８に逆止弁を設ける場合、導出側開口部１８に設けた逆止弁が強化繊維束Ｆを押さえつける圧力は、０．１〜４ｋｇ／ｃｍ^２が好ましく、０．５〜２．０ｋｇ／ｃｍ^２がより好ましい。前記圧力が前記範囲内の下限値以上であれば、強化繊維束Ｆに付着している余分な樹脂組成物を削ぎ落としやすいため、得られるトウプリプレグの樹脂含有率を制御することが容易になる。前記圧力が前記範囲内の上限値以下であれば、強化繊維束Ｆに毛羽立ち等が生じることを抑制しやすい。

【0028】

導入側開口部１６に逆止弁を設ける場合、導入側開口部１６に設けた逆止弁が強化繊維束Ｆを押さえつける圧力は、接圧程度でよく、例えば、０．０５〜２．０ｋｇ／ｃｍ^２とすることができる。

【0029】

樹脂含浸部１０の上部には、樹脂組成物を供給する樹脂供給部２０と、樹脂組成物を排出する樹脂排出部２２とが設けられている。樹脂含浸部１０においては、樹脂供給部２０から樹脂含浸部１０内の収容部１１に樹脂組成物Ｘが供給され、収容部１１から樹脂排出部２２を通じて樹脂組成物Ｘが排出されるようになっている。
樹脂供給部２０および樹脂排出部２２における流路の断面形状は、特に限定されず、例えば、円形状、矩形状、三角形状等が挙げられるが、市販の液状体輸送用のパイプもしくはチューブが適用できるため円形状が好ましい。

【0030】

なお、樹脂含浸部１０における樹脂供給部２０および樹脂排出部２２を設ける位置は、樹脂含浸部１０の上部には限定されず、例えば、側壁部分や底部に樹脂供給部２０および樹脂排出部２２を設けてもよい。樹脂排出部２２は、強化繊維束Ｆの内部に包含され、含浸により樹脂と置換された空気が収容部から循環される樹脂とともに排出されやすい位置に設けることが好ましい。

【0031】

樹脂循環部１２は、送液ポンプ２４と、樹脂貯留槽２６と、第１経路２８と、第２経路３０、第３経路３２とを備えている。第１経路２８は、一端が送液ポンプ２４と接続され、他端が樹脂貯留槽２６と接続されている。第２経路３０は、一端が樹脂貯留槽２６に接続され、他端が樹脂含浸部１０の樹脂排出部２２に接続されている。第３経路３２は、一端が送液ポンプ２４に接続され、他端が樹脂含浸部１０の樹脂供給部２０に接続されている。このように、樹脂循環部１２は樹脂含浸部１０に設けられた樹脂供給部２０および樹脂排出部２２と連通している。

【0032】

送液ポンプ２４としては、樹脂組成物を送液できるものであればよく、公知の送液ポンプを使用することができる。
樹脂貯留槽２６としては、樹脂組成物を貯留できる貯留槽であればよく、公知のタンク等を使用することができる。樹脂貯留槽２６としては、樹脂組成物に混入している空気が排出されやすい開放系の貯留槽であることが好ましい。また、樹脂組成物に混入した空気を積極的に排出するため、樹脂貯留槽２６が撹拌翼と減圧装置を具備することがさらに好ましい。また樹脂貯留槽２６は、樹脂組成物を送液や循環しやすくするために、加温する設備を具備しても構わない。
第１経路２８、第２経路３０および第３経路３２としては、特に限定されず、例えば、公知の配管やパイプ、チューブを使用することができる。

【0033】

本実施形態では、樹脂循環部１２により、樹脂含浸部１０内の収容部１１に収容する樹脂組成物Ｘを循環させることができるようになっている。具体的には、送液ポンプ２４が作動することで、樹脂貯留槽２６に貯留されている樹脂組成物Ｘが第１経路２８、送液ポンプ２４、第３経路３２を通じて樹脂供給部２０から収容部１１に供給され、樹脂排出部２２を通じて収容部１１から排出され、第２経路３０を通じて樹脂貯留槽２６へと到達して循環する。
本発明の樹脂含浸装置は、このように、樹脂含浸部に、樹脂組成物を供給する樹脂供給部と、樹脂組成物を排出する樹脂排出部とが設けられ、さらに樹脂供給部および樹脂排出部と連通し、樹脂含浸部内の収容部に樹脂組成物を循環させる樹脂循環部を備えていることが好ましい。

【0034】

収容部１１において導入される強化繊維束Ｆには、通常、各強化繊維の間に空気が抱き込まれている。この強化繊維束Ｆの繊維間に抱き込まれた空気は、収容部１１において強化繊維束Ｆに樹脂組成物Ｘが含浸されるとともに強化繊維束Ｆから排出される。樹脂循環部１２により収容部１１に収容される樹脂組成物Ｘを循環させることで、強化繊維束Ｆから排出され空気が樹脂組成物Ｘと共に樹脂排出部２２を通じて収容部１１から排出される。そのため、収容部１１に空気が多量に充満して強化繊維束Ｆへの樹脂組成物Ｘの含浸効率が低下することが抑制することができる。

【0035】

樹脂含浸部１０の収容部１１において強化繊維束Ｆに含浸されることで、収容部１１から導出される強化繊維束Ｆと共に収容部１１から樹脂組成物Ｘが排出される。収容部１１から樹脂排出部２２を通じて排出される樹脂組成物Ｘの量をＷ_１（ｇ／分）、樹脂供給部２０を通じて収容部１１に供給される樹脂組成物Ｘの量をＷ_２（ｇ／分）とする。このとき、（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２は、１．０３〜２．００が好ましく、１．１０〜１．９５が好ましく、１．１５〜１．９０がより好ましい。（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２が前記範囲の下限値以上であれば、収容部１１に空気が多量に充満して強化繊維束Ｆへの樹脂組成物Ｘの含浸効率が低下することが抑制されやすくなる。（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２が前記範囲の上限値以下であれば、効率的に樹脂組成物Ｘを樹脂循環部１２で循環させることができる。

【0036】

この例の樹脂含浸部１０の収容部１１には、収容部１１を通過する強化繊維束Ｆを開繊により幅方向に拡幅する開繊部１４が備えられている。開繊部１４としては、例えば、複数本の開繊バーを備える公知の開繊部を採用することができる。

【0037】

この例の開繊部１４は、第１開繊バー１５ａ、第２開繊バー１５ｂおよび第３開繊バー１５ｃを備えている。第１開繊バー１５ａ、第２開繊バー１５ｂおよび第３開繊バー１５ｃは、いずれも断面形状が半円形状になっている。第１開繊バー１５ａ、第２開繊バー１５ｂおよび第３開繊バー１５ｃは、樹脂含浸部１０の上流側から下流側に向かって順に設けられている。第１開繊バー１５ａおよび第３開繊バー１５ｃは凸状の円弧部分を上に向けて配置され、第２開繊バー１５ｂは凸状の円弧部分を下に向けて配置されている。第１開繊バー１５ａ、第２開繊バー１５ｂおよび第３開繊バー１５ｃのそれぞれの円弧部分に沿って強化繊維束Ｆがジグザグに蛇行するように通過することで、各開繊バーによる加熱、擦過、揺動等により強化繊維束Ｆが幅方向に拡幅される。

【0038】

本発明の樹脂含浸装置では、このように収容部に開繊部が設けられていることが好ましいが、強化繊維束Ｆのトウ形状を樹脂含浸部内で変形させればよく、その方法を限定するものではない。この開繊部１４の開繊バーにより強化繊維束Ｆに抱き込まれていた空気が強化繊維束Ｆ内部から効率良く排出し、強化繊維束Ｆの内部まで樹脂組成物の含浸を促進できる。

【0039】

上記に例示されるような強化繊維束に樹脂組成物を含浸する機能、もしくは含浸を促進する機能により、導入側開口部を通過した強化繊維束Ｆの軸方向に対して垂直な断面積は、樹脂組成物を包含することで導入側開口部への導入前に比べて大きくなる。例えば、その樹脂組成物を包含した強化繊維束Ｆを導出側開口部で扱くことで、強化繊維束内に含浸した樹脂量を制御することが容易になる。

【0040】

樹脂組成物を包含した強化繊維束の導出側開口部直前の幅および厚みを含んだ全長、すなわち強化繊維束の導出側開口部直前の外周長さをＬ_Ｆ（ｍｍ）とする。また、導出側開口部のもっとも狭い部分の幅および厚みを含んだ全長、すなわち導出側開口部のもっとも狭い部分の内周の長さをＬ_ｓｂ（ｍｍ）としたとき、Ｌ_Ｆ／Ｌ_ｓｂが０．９〜３．０である関係にあることが好ましく、１．０〜２．０である関係にあることがより好ましい。

【0041】

開繊部１４の開繊バーの長さ方向に垂直な断面形状は、半円形状には限定されず、例えば、円形状であってもよい。

【0042】

開繊部１４は、樹脂含浸部１０内に存在する強化繊維束Ｆの断面積Ｓ_ｆＲ（ｍｍ^２）が導出側開口部の開口面積Ｓ_Ｂ（ｍｍ^２）に対しＳ_ｆＲ＞Ｓ_Ｂとなる開繊機能を有していれば、開繊バーの本数は限定されない。この例の開繊部１４の開繊バーは３本であるが、開繊部１４の開繊バーの本数は３本には限定されず、１本以上であれば構わない。
Ｓ_ｆＲ／Ｓ_Ｂは、２〜１であることが好ましく、１．５〜１であることがより好ましく、１．３〜１．０であることがさらに好ましい。この範囲の上限を超えると、樹脂を包含した強化繊維束Ｆに、導出側開口部を通過する際に強い摩擦力が生じ、強化繊維束Ｆに毛羽や強度発現に影響する傷が生じる可能性がある。この範囲の下限未満であると、強化繊維束Ｆに付与する樹脂含有量を制御することが難しくなる可能性がある。

【0043】

前述した特許文献１、２のような従来の樹脂含浸装置では、強化繊維束に余分に付着した樹脂組成物を取り除くことができず、得られるトウプリプレグの樹脂含浸率を高精度に制御することが難しい。
これに対して、本発明の樹脂含浸装置においては、樹脂含浸部に導入側開口部と導出側開口部とが形成され、導出側開口部の開口面積Ｓ_Ｂに対する導入側開口部の開口面積Ｓ_Ａの比（Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａ）が特定の範囲に制御されている。そのため、導出側開口部を通じて強化繊維束が導出される際に、余分に付着した樹脂組成物が導出側開口部で削ぎ落とされることで、得られるトウプリプレグの樹脂含浸率を高精度に制御することができる。

【0044】

なお、本発明の樹脂含浸装置は、前記した樹脂含浸装置１には限定されない。例えば、本発明の樹脂含浸装置は、樹脂含浸部に樹脂供給部および樹脂排出部が設けられておらず、樹脂循環部を備えていない装置であってもよい。また、本発明の樹脂含浸装置は、樹脂含浸部内の収容部に開繊部を備えていない装置であってもよい。

【0045】

［トウプリプレグの製造方法］
本発明のトウプリプレグの製造方法は、長尺の複数の強化繊維が束ねられた強化繊維束に樹脂組成物を含浸させてトウプリプレグを製造する方法である。本発明のトウプリプレグの製造方法では、本発明の樹脂含浸装置を用い、１本もしくは２本以上の強化繊維束を導入側開口部から樹脂含浸部内の収容部に導入し、導出側開口部から導出して、収容部を通過させながら収容部内に収容された樹脂組成物を強化繊維束に含浸させてトウプリプレグを得る。
以下、本発明のトウプリプレグの製造方法の一例として、前記した樹脂含浸装置１を用いてトウプリプレグを製造する方法について説明する。

【0046】

本実施形態のトウプリプレグの製造方法には、図２に例示したトウプリプレグの製造装置１００（以下、単に「製造装置１００」ともいう。）を用いる。
製造装置１００は、長尺の強化繊維束Ｆが巻き回されたボビン１１０と、樹脂含浸装置１と、複数のガイドロール１１２と、製造されたトウプリプレグＰを巻き取る巻取り機１１４とを備えている。

【0047】

製造装置１００においては、ボビン１１０の下流側に樹脂含浸装置１が設けられ、ボビン１１０から巻き出された強化繊維束Ｆがガイドロール１１２によって樹脂含浸装置１における樹脂含浸部１０の導入側開口部１６へと導かれるようになっている。また、巻取り機１１４が樹脂含浸装置１の下流側に設けられ、樹脂含浸装置１における樹脂含浸部１０の導出側開口部１８から導出されたトウプリプレグＰがガイドロール１１２により巻取り機１１４へと導かれるようになっている。

【0048】

製造装置１００を用いるトウプリプレグの製造方法では、ボビン１１０から長尺の強化繊維束Ｆを連続的に巻き出し、ガイドロール１１２により樹脂含浸装置１へと導いて、導入側開口部１６から樹脂含浸部１０内の収容部１１に連続的に導入する。収容部１１には樹脂循環部１２により樹脂組成物Ｘが循環されており、このように樹脂組成物Ｘが満たされた収容部１１を通過させることで強化繊維束Ｆに樹脂組成物Ｘを含浸させる。そして、樹脂組成物Ｘが含浸された強化繊維束Ｆを収容部１１から導出側開口部１８を通じて樹脂含浸部１０から導出する。樹脂含浸部１０では、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが０．５〜１．２に制御されているため、導出側開口部１８から強化繊維束Ｆが導出される際に余分な樹脂組成物が削ぎ落とされることで、樹脂含有率が高精度に制御されたトウプリプレグＰが形成される。形成したトウプリプレグＰは、ガイドロール１１２により巻取り機１１４へと導いて巻き取る。

【0049】

トウプリプレグの製造方法は、下記の条件（１）〜（３）を満たすように実施する。
（１）導入側開口部１６から収容部１１に導入される前の強化繊維束Ｆの長さ方向に垂直な断面積Ｓ_Ｆ（ｍｍ^２）に対する、導入側開口部１６の開口面積Ｓ_Ａ（ｍｍ^２）の比（Ｓ_Ａ／Ｓ_Ｆ）が０．２〜１．０である。
（２）収容部１１から樹脂排出部２２を通じて排出される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_１、樹脂供給部２０を通じて収容部１１に供給される前記樹脂組成物の量（ｇ／分）をＷ_２としたとき、（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２が１．０３〜２．００である。
（３）樹脂組成物Ｘを包含した強化繊維束Ｆの導出側開口部１８直前の幅および厚みを含んだ全長をＬ_Ｆ（ｍｍ）、導出側開口部のもっとも狭い部分の幅および厚みを含んだ全長をＬ_ｓｂ（ｍｍ）としたとき、０．９≦Ｌ_Ｆ／Ｌ_ｓｂ≦３．０を満たす。

【0050】

強化繊維束Ｆの搬送速度は、５〜２５０ｍ／分が好ましく、６〜２００ｍ／分がより好ましい。強化繊維束Ｆの搬送速度が前記範囲の下限値以上であれば、トウプリプレグの生産性が高まる。強化繊維束Ｆの搬送速度が前記範囲の上限値以下であれば、樹脂含有率が高精度に制御されたトウプリプレグを得ることが容易になる。

【0051】

収容部１１に収容する樹脂組成物の温度は、樹脂組成物の種類および粘度に応じて適宜設定でき、２０〜８０℃が好ましく、２５〜７０℃がより好ましい。樹脂組成物の温度が前記範囲の下限値以上であれば、樹脂組成物の粘度がより低くなるため、強化繊維束への樹脂組成物の含浸効率がより高くなる。樹脂組成物の温度が前記範囲の上限値以下であれば、反応による増粘がない状態で熱硬化性樹脂を取り扱うことができる。

【0052】

強化繊維束を形成する強化繊維としては、特に限定されず、例えば、無機繊維、有機繊維、金属繊維、またはこれらを組み合わせたハイブリッド構成の強化繊維が使用できる。無機繊維としては、炭素繊維、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が挙げられる。有機繊維としては、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、その他一般のナイロン繊維、ポリエステル繊維等が挙げられる。金属繊維としては、ステンレス、鉄等の繊維が挙げられ、また金属を被覆した炭素繊維でもよい。強化繊維としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

【0053】

強化繊維としては、トウプリプレグを用いて形成される繊維強化複合材料の機械物性に優れる点から、炭素繊維が好ましい。炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維が挙げられる。
炭素繊維としては、高い弾性率が得られやすい点ではピッチ系炭素繊維が好ましく、高い強度が得られやすい点ではＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。炭素繊維としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

【0054】

強化繊維束のフィラメント数は、１，０００〜８０，０００本が好ましく、３，０００〜６０，０００本がより好ましい。
強化繊維束の目付は限定されない。強化繊維束の目付およびフィラメント数に応じて導入側開口部および導出側開口部の面積、形状を設定することができる。
強化繊維束には、通常、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。

【0055】

強化繊維束の引張弾性率は、１４５〜８００ＧＰａが好ましく、２２０〜６００ＧＰａがより好ましい。
なお、強化繊維束の引張弾性率は、ＪＩＳ Ｒ ７６０１：１９８６に準拠して測定される値である。

【0056】

樹脂組成物としては、熱硬化性樹脂が好ましい。
なお、樹脂組成物としては、熱可塑性樹脂を含む組成物であってもよい。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン系樹脂、ＢＴレジン、尿素性樹脂、メラミン樹脂、イミド系樹脂等が挙げられる。なかでも、機械的特性や取り扱い性から、エポキシ樹脂が好適に使用できるがこれに限定されるのもではない。熱硬化性樹脂としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
また、それぞれの樹脂に適した硬化剤を１種類以上用いることができる。さらに、耐衝撃性や樹脂フローを制御する目的で熱可塑性樹脂を適宜添加、併用しても構わない。

【0057】

樹脂組成物には、必要に応じて、内部離型剤、増粘剤、安定剤等の添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、１種を単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。

【0058】

この例のように、樹脂組成物が含浸された強化繊維束を一旦巻き取ってトウプリプレグとする場合、使用する樹脂組成物の４０℃における粘度は、０．１〜７００，０００Ｐａ・ｓが好ましく、１〜２０，０００Ｐａ・ｓがより好ましい。前記の樹脂組成物の粘度が前記範囲の下限値以上であれば、樹脂組成物が樹脂含浸部１０の収容部１１から漏れ出しにくい。前記の樹脂組成物の粘度が前記範囲の上限値以下であれば、高速での製造速度でも最適な含浸状態が得られやすい。

【0059】

また、強化繊維束に樹脂組成物を含浸して形成したトウプリプレグをそのままＦＷ法や引き抜き成型等に使用する場合も、最適な粘度範囲はトウプレグとする場合と同じである。
なお、樹脂組成物の４０℃における粘度は、Ｂ型粘度計により測定される。

【0060】

本発明の製造方法で製造するトウプリプレグの樹脂含有率は、１５〜４５質量％が好ましく、１７〜４０質量％がより好ましい。本実施形態のようにトウプリプレグを一旦巻き取る場合、トウプリプレグの樹脂含有率は、２０〜３５質量％がさらに好ましい。また、含浸により形成したトウプリプレグをそのままＦＷ法に使用する場合、トウプリプレグの樹脂含有率は、２２〜３３質量％がさらに好ましく、２３〜３０質量％が特に好ましい。また、含浸により形成したトウプリプレグをそのまま引き抜き成型に使用する場合、トウプリプレグの樹脂含有率は、１７〜３０質量％がさらに好ましい。

【0061】

以上説明したように、本発明のトウプリプレグの製造方法においては、導入側開口部と導出側開口部のＳ_Ｂ／Ｓ_Ａを特定の範囲に制御した樹脂含浸装置を用い、条件（１）〜（３）を満たした状態でトウプリプレグを製造する。これにより、導出側開口部を通じて強化繊維束が導出される際に、余分に付着した樹脂組成物が削ぎ落とされるため、得られるトウプリプレグの樹脂含浸率を高精度に制御することができる。

【0062】

なお、本発明のトウプリプレグの製造方法は、前記した製造装置１００を用いる方法には限定されない。
本発明のトウプリプレグの製造方法においては、樹脂含浸装置における樹脂含浸部の下流側にトウプリプレグを加熱しながら搬送する加熱ロールを備えるトウプリプレグの製造装置を用いる方法であってもよい。加熱ロールを用いることにより、樹脂組成物がより効率的に強化繊維束の内部まで充分に含浸されやすくなる。樹脂含浸装置における樹脂含浸部の下流側に加熱ロールを設ける場合、加熱ロールの数は、特に限定されず、１個であってもよく、２個以上であってもよい。加熱ロールの数は、２個以上が好ましい。

【0063】

トウプリプレグの製造装置に加熱ロールを設ける場合には、加熱ロールの下流側に必要に応じて冷却装置を設けてもよい。冷却装置としては、特に限定されず、例えば、冷風装置、チルロール等が挙げられる。なかでも、結露しにくく、結露水が製品に混入しにくい点から、冷風装置が好ましく、乾燥した冷風（水分量５０％以下）を吹き付ける冷風装置がより好ましい。

【0064】

［繊維強化複合材料の製造方法］
本発明の樹脂含浸装置を用い、条件（１）〜（３）を満たした状態で製造したトウプリプレグは、巻取り機等に巻き取らずにそのままＦＷ法や引き抜き成型法による繊維強化複合材料の製造方法に利用してもよい。
例えば、本発明の樹脂含浸装置を用い、条件（１）〜（３）を満たした状態で製造したトウプリプレグをそのままＦＷ法を利用した圧力容器（繊維強化複合材料）の製造方法に利用してもよい。該圧力容器の製造方法の具体例としては、例えば、図３に例示した圧力容器の製造装置２００を用いる方法が挙げられる。図３における図２と同じ部分は同符合を付して説明を省略する。

【0065】

本実施形態の圧力容器の製造装置２００（以下、単に「製造装置２００」ともいう。）は、長尺の強化繊維束Ｆが巻き回されたボビン１１０と、樹脂含浸装置１と、複数のガイドロール１１２と、製造されたトウプリプレグＰをライナー１２０に巻き付けるフィラメントワインディング装置１１６（以下、「ＦＷ装置１１６」という。）とを備えている。

【0066】

製造装置２００においては、ボビン１１０の下流側に樹脂含浸装置１が設けられ、ボビン１１０から巻き出された強化繊維束Ｆがガイドロール１１２によって樹脂含浸装置１における樹脂含浸部１０の導入側開口部１６へと導かれるようになっている。また、ＦＷ装置１１６が樹脂含浸装置１の下流側に設けられ、樹脂含浸装置１における樹脂含浸部１０の導出側開口部１８から導出されたトウプリプレグＰがガイドロール１１２によりＦＷ装置１１６へと導かれるようになっている。

【0067】

ＦＷ装置１１６としては、公知の装置を使用することができる。ＦＷ装置１１６の具体例としては、例えば、ライナーを中心軸周りに回転可能に保持でき、ライナーを中心軸周り回転させながら、ファイバーアイ１１８によりトウプリプレグＰをライナーの外側に巻き付けてライナーを被覆できる装置が挙げられる。

【0068】

製造装置２００を用いる圧力容器の製造方法では、ボビン１１０から長尺の強化繊維束Ｆを連続的に巻き出し、ガイドロール１１２により樹脂含浸装置１へと導いて、導入側開口部１６から樹脂含浸部１０内の収容部１１に連続的に導入する。収容部１１において樹脂組成物Ｘを強化繊維束Ｆに含浸させ、導出側開口部１８を通じて樹脂含浸部１０から導出し、得られたトウプリプレグＰをＦＷ装置１１６へと導く。次いで、ＦＷ装置１１６において、ライナー１２０を中心軸周り回転させ、ファイバーアイ１１８により巻き付け位置を調整しながらトウプリプレグＰをライナー１２０の外側に巻き付けてライナー１２０を被覆する。ライナー１２０の外側にトウプリプレグＰを巻き付けた後は、トウプリプレグＰを硬化させることで、ライナー１２０の外側に繊維強化複合材料からなる補強層を有する圧力容器が得られる。

【0069】

また、本発明の樹脂含浸装置を用いて製造したトウプリプレグを、引き抜き成型法を利用した引き抜き成型体（繊維強化複合材料）の製造方法に利用してもよい。該引き抜き成型体の製造方法の具体例としては、例えば、図４に例示した引き抜き成型体の製造装置３００を用いる方法が挙げられる。図４における図２と同じ部分は同符合を付して説明を省略する。
本実施形態の引き抜き成型体の製造装置３００（以下、単に「製造装置３００」ともいう。）は、長尺の強化繊維束Ｆが巻き回されたボビン１１０と、樹脂含浸装置１と、複数のガイドロール１１２と、引き抜き成型金型１２２と、引取り機１２４とを備えている。

【0070】

製造装置３００においては、ボビン１１０の下流側に樹脂含浸装置１が設けられ、ボビン１１０から巻き出された強化繊維束Ｆがガイドロール１１２によって樹脂含浸装置１における樹脂含浸部１０の導入側開口部１６へと導かれるようになっている。また、樹脂含浸装置１の下流側に引き抜き成型金型１２２が設けられ、引き抜き成型金型１２２の下流側に引取り機１２４が設けられている。
引き抜き成型金型１２２および引取り機１２４としては、公知の装置を使用することができる。

【0071】

製造装置３００を用いる引き抜き成型体の製造方法では、ボビン１１０から長尺の強化繊維束Ｆを連続的に巻き出し、ガイドロール１１２により樹脂含浸装置１へと導いて、導入側開口部１６から樹脂含浸部１０内の収容部１１に連続的に導入する。収容部１１において樹脂組成物Ｘを強化繊維束Ｆに含浸させ、導出側開口部１８を通じて樹脂含浸部１０から導出し、得られたトウプリプレグＰを引き抜き成型金型１２２へと導く。次いで、トウプリプレグＰを引き抜き成型金型１２２で加熱して硬化させながら引き抜き、形成された引き抜き成型体Ｓを引取り機１２４で引き取る。

【実施例】

【0072】

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。
［略号］
本実施例で使用した原料の略号は以下のとおりである。
３７−８００：炭素繊維束（製品名「３７−８００」、三菱レイヨン カーボンファイバー アンド コンポジッツ社製、引張強度：５５００ＭＰａ、引張弾性率：２５５ＧＰａ、目付：１６７５Ｔｅｘ）
ＴＲ５０Ｓ １５Ｋ：炭素繊維束（製品名「ＴＲ５０Ｓ １５Ｋ」、三菱レイヨン社製、引張強度：４９００ＭＰａ、引張弾性率：２４０ＧＰａ、目付：１０００ｔｅｘ）
ＴＲ３０Ｓ ３Ｋ：炭素繊維束（製品名「ＴＲ３０Ｓ ３Ｋ」、三菱レイヨン社製、目付：２００ｔｅｘ）

【0073】

［含浸状態］
各例で得られたトウプリプレグをメチルエチルケトンに浸漬し、発生する気泡量で含浸状態を判定した。未含浸部がある際に見られる気泡の発生が確認されない場合を「良好」、該気泡の発生が確認される場合を「不良」とした。

【0074】

［工程通過性］
各例のトウプリプレグの製造状況を目視にて確認し工程通過性を評価した。製造過程で強化繊維束から毛羽の発生は認められず、強化繊維束を連続的に安定して走行させることができる場合を「良好」、製造過程で強化繊維束から毛羽の発生は認めるか、強化繊維束を連続的に安定して走行させることができない場合を「不良」とした。

【0075】

［実施例１］
製造装置１００を用いて、樹脂循環部１２により収容部１１に樹脂組成物を循環させつつ強化繊維束Ｆに該樹脂組成物を塗布し、含浸させてトウプリプレグを製造した。強化繊維束Ｆとしては３７−８００の炭素繊維束を用いた。また、製造装置１００が備える樹脂含浸装置１においては、導入側開口部１６の断面形状を矩形状、開口面積Ｓ_Ａを２ｍｍ^２とし、導出側開口部１８の断面形状を矩形状、開口面積Ｓ_Ｂを２ｍｍ^２とし、樹脂含浸部１０の収容部１１内の樹脂容量を１００ｃｍ^３とした。樹脂組成物としては三菱化学社製エポキシ樹脂「ｊＥＲ８２８」に日立化学社製酸無水物（硬化剤）ＮＨ３５００を１：１で混合したエポキシ樹脂組成物を用いた。樹脂循環部１２および樹脂含浸部１０を４０℃に加温し、強化繊維束Ｆの走行速度を７５ｍ／分とした。各パラメーターは、Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａ＝１．０、Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａ＝０．５１、導入側開口部における強化繊維束Ｆの接触長さＬ_ＳＡは強化繊維束Ｆの外周長さＬｆに対して９６％、Ｌ_Ｆ／Ｌ_ｓｂは１．３、樹脂の吐出量比（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２＝１．６７であった。

【0076】

［実施例２〜８］
製造条件を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様の方法でトウプリプレグを製造した。実施例７、８においては、１本の３７−８００と１本のＴＲ５０Ｓ １５Ｋの合計２本の炭素繊維束を同一の導入側開口部１６に導入し、導出側開口部１８から導出した。

【0077】

［比較例１〜６］
製造条件を表１に示すとおりに変更した以外は、実施例１と同様の方法でトウプリプレグを製造した。実施例１では、３７−８００の炭素繊維束２本を矩形型の同一の導入側開口部１６に導入し、同一の導出側開口部１８から導出した。

【0078】

各例の製造条件および評価結果を表１および表２に示す。なお、表１および表２における「Ｌ_ＳＡの割合」は、導入側開口部における強化繊維束Ｆの接触長さＬ_ＳＡの強化繊維束Ｆの外周長さＬｆに対する割合（％）を意味する。

【0079】

【表1】

【0080】

【表2】

【0081】

表１に示すように、実施例１〜８では、得られたトウプリプレグの含浸状態は良好であった。また、製造過程で強化繊維束から毛羽の発生は認められず、強化繊維束を連続的に安定して走行させることができ、工程通過性が良好であり、高い生産速度でトウプリプレグを製造できた。また、得られたトウプリプレグをＦＷ法および引き抜き成型に供したところ、良好な成型体が得られることが確認された。
一方、Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａが１．００を超える比較例１では、導出側開口部に炭素繊維束がつまり、炭素繊維束を走行させることができなかった。Ｓ_Ｆ／Ｓ_Ａが０．２０未満である比較例２では、導入側開口部もしくは導出側開口部から樹脂組成物が漏れると共に、得られるトウプリプレグの樹脂含有率が安定しなかった。Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが０．５未満の比較例３では、強化繊維束が導出側開口部につまり、連続的に走行させることが不可能であった。Ｓ_Ｂ／Ｓ_Ａが１．２を超える比較例４では、導出側開口部から樹脂組成物が漏れ、得られるトウプリプレグの樹脂含有率が不安定であった。（Ｗ_１＋Ｗ_２）／Ｗ_２が１．０３未満の比較例５では、炭素繊維束に必要な樹脂量を連続的に付着できず、トウプリプレグには未含浸部があった。Ｌ_Ｆ／Ｌ_ｓｂが０．９未満の比較例６では、炭素繊維束に必要な樹脂量を連続的に付着できず、トウプリプレグには未含浸部があった。

【符号の説明】

【0082】

１…樹脂含浸装置、１０…樹脂含浸部、１１…収容部、１２…樹脂循環部、１４…開繊部、１６…導入側開口部、１８…導出側開口部、２０…樹脂供給部、２２…樹脂排出部、１００…トウプリプレグの製造装置、１１６…フィラメントワインディング装置、２００…圧力容器の製造装置、３００…引き抜き成型体の製造装置、Ｆ…強化繊維束、Ｘ…樹脂組成物、Ｐ…トウプリプレグ、Ｓ…引き抜き成型体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】