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WO2017006989A1 - 繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置 - Google Patents

繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置 Download PDF

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WO2017006989A1
WO2017006989A1 PCT/JP2016/070117 JP2016070117W WO2017006989A1 WO 2017006989 A1 WO2017006989 A1 WO 2017006989A1 JP 2016070117 W JP2016070117 W JP 2016070117W WO 2017006989 A1 WO2017006989 A1 WO 2017006989A1
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WO
WIPO (PCT)
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fiber
fiber bundle
molding material
resin molding
reinforced resin
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2016/070117
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English (en)
French (fr)
Inventor
鮫島　禎雄
由貴廣 水鳥
康 渡邊
惇二 金羽木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP21171166.8A priority Critical patent/EP3875239B1/en
Application filed by Mitsubishi Rayon Co Ltd filed Critical Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority to US15/741,615 priority patent/US20180194082A1/en
Priority to EP20178020.2A priority patent/EP3722061B2/en
Priority to EP22163187.2A priority patent/EP4035860B1/en
Priority to EP20189574.5A priority patent/EP3750679B1/en
Priority to EP16821457.5A priority patent/EP3321054B1/en
Priority to JP2016548745A priority patent/JP6315101B2/ja
Priority to CN202010921119.8A priority patent/CN112078056B/zh
Priority to CN201680039647.2A priority patent/CN107848146B/zh
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    • B29K2307/00—Use of elements other than metals as reinforcement
    • B29K2307/04—Carbon

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a fiber reinforced resin molding material.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2015-136084 filed in Japan on July 7, 2015 and Japanese Patent Application No. 2016-078937 filed in Japan on April 11, 2016. The contents are incorporated herein.
  • SMC Sheet Molding Compound
  • stampable sheets are known as molding materials that are excellent in mechanical properties of molded products and suitable for molding complex shapes such as three-dimensional shapes.
  • SMC is a sheet-like fiber-reinforced resin molding material in which a thermosetting resin such as an unsaturated polyester resin is impregnated between filaments of a fiber bundle obtained by cutting reinforcing fibers such as glass fibers and carbon fibers.
  • the stampable sheet is a sheet-like fiber reinforced resin molding material in which, for example, the above-described cut fiber bundle is impregnated with a thermoplastic resin.
  • SMC is an intermediate material for obtaining molded products.
  • compression (press) molding is performed while heating the SMC using a mold.
  • the fiber bundle and the thermosetting resin are filled in the cavity of the mold while integrally flowing, and then the thermosetting resin is cured. Therefore, by using this SMC, it is possible to obtain molded products of various shapes such as those partially differing in thickness and those having ribs or bosses.
  • a stampable sheet molded article can be obtained by once heating to a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin with an infrared heater or the like, and cooling and pressurizing with a mold having a predetermined temperature.
  • a fiber bundle having a large number of filaments called a large tow which is relatively inexpensive, is used, and the fiber bundle is widened in the width direction (referred to as opening) and then opened.
  • the fiber bundle is divided into a plurality of fiber bundles (referred to as splitting), and the split fiber bundle is cut with a cutting machine.
  • Patent Document 1 discloses a method of separating fibers by piercing a protruding fiber into a fiber bundle that has been opened.
  • this method when this method is used, if the filaments in the fiber bundle are skewed or meandered, the fiber bundle that should have been separated remains in the fiber bundle after being cut without being partially separated. The bundle may not be split.
  • Patent Document 2 discloses a method for continuously separating an opened fiber bundle using a rotating rotary blade.
  • this method if the meandering of the fiber bundle and the slanting or meandering of the filaments in the fiber bundle occur, a part of the split fiber bundle is cut, and the cut fiber bundle becomes a roll or the like. There is a risk of wrapping around.
  • the present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and in producing a sheet-like fiber reinforced resin molding material in which a resin is impregnated between filaments of a cut fiber bundle, While maintaining the quality of the molding material, while avoiding the effects of meandering of the fiber bundles and the skew and meandering of the filaments generated in the fiber bundle, the divided fiber bundles are supplied to the cutter in a stable state. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a fiber-reinforced resin molding material that can be made possible.
  • the present invention provides the following means.
  • a plurality of continuous blades arranged at a predetermined interval in the width direction of the continuous fiber bundles are intermittently pierced into the continuous fiber bundles, and the space between each of the divided fiber bundles is between
  • a plurality of continuous blades arranged at predetermined intervals in the width direction of the continuous fiber bundles are arranged in the circumferential direction.
  • the saw is arranged using the saw blade in which the plurality of blades are arranged in the same direction as the transport direction of the fiber bundle.
  • the continuous fiber bundle is split into a plurality of fiber bundles in a state of being overlapped in the thickness direction.
  • the opened fiber bundle is divided into a plurality of fiber bundles.
  • a fiber-reinforced resin molding material manufacturing apparatus for manufacturing a sheet-like fiber-reinforced resin molding material in which a resin is impregnated between filaments of a cut fiber bundle, A splitting part for splitting a continuous fiber bundle into a plurality of fiber bundles, and a cutting part for cutting the split fiber bundle with a cutting machine
  • the fiber separation resin molding material is a fiber reinforced resin molding material in which a portion of a plurality of fiber bundles that have been separated is partially unseparated by intermittently piercing a blade into the continuous fiber bundle. Manufacturing equipment.
  • the separation unit includes a rotary blade in which a plurality of blades are arranged in the circumferential direction, and intermittently put the plurality of blades on the continuous fiber bundle while rotating the rotary blade.
  • the separating fiber includes a saw blade in which a plurality of blades are arranged side by side in the same direction as the transport direction of the fiber bundle, and the continuous fiber is swung in the vertical direction.
  • the apparatus for producing a fiber-reinforced resin molding material according to any one of claims [12] to [16], wherein the blade is pierced from a side opposite to the side on which it is disposed. [18] A spacer member disposed between each of the plurality of blades arranged in the width direction, and the plurality of blades are pierced to a position where the spacer member is in contact with the continuous fiber bundle. [13] The apparatus for producing a fiber-reinforced resin molding material according to any one of to [17].
  • the fiber bundles are maintained in the fiber bundle while maintaining the quality of the fiber reinforced resin molding material by partially leaving each of the plurality of fiber bundles that have been split into unsplit states. It is possible to supply the split fiber bundle to the cutting machine in a stable state while avoiding the influence of the skew and meandering of the generated filament.
  • the method for producing a fiber reinforced resin molding material of the present invention is a method for producing a sheet-like fiber reinforced resin molding material in which a resin is impregnated between filaments of a cut fiber bundle, and is applied to the production of SMC, stampable sheet, and the like. It can be done.
  • the fiber bundle is a bundle of a plurality of reinforcing fibers.
  • the reinforcing fiber carbon fiber is preferable.
  • the reinforcing fibers are not limited to carbon fibers, and reinforcing fibers other than carbon fibers such as glass fibers may be used.
  • thermosetting resin or a thermoplastic resin can be used.
  • the resin only a thermosetting resin may be used, only a thermoplastic resin may be used, or both a thermosetting resin and a thermoplastic resin may be used.
  • the resin is preferably a thermosetting resin.
  • a thermoplastic resin is preferable as the resin.
  • thermosetting resin examples include unsaturated polyester resin, epoxy resin, vinyl ester resin, phenol resin, epoxy acrylate resin, urethane acrylate resin, phenoxy resin, alkyd resin, urethane resin, maleimide resin, cyanate resin, and the like.
  • 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.
  • thermoplastic resin examples include polyolefin resins, polyamide resins, polyester resins, polyphenylene sulfide resins, polyether ketone resins, polyether sulfone resins, and aromatic polyamide resins.
  • 1 type may be used independently and 2 or more types may be used together.
  • a continuous fiber bundle is intermittently divided in the longitudinal direction so as to satisfy the condition of the following formula (1), and the interval in the longitudinal direction is set.
  • the cut fiber bundle is obtained by cutting after emptying. 1 ⁇ a / L (1)
  • a is the length of the division part in the said continuous fiber bundle
  • L is the space
  • a / L is preferably 1.05 or more, and more preferably 1.1 or more.
  • a / L is 10 or less, even if the filaments in the fiber bundle to be separated are skewed or meandering, generation of fluff in the cut fiber bundle and the process by this fluff It tends to reduce trouble.
  • a / L is preferably 8 or less, and more preferably 5 or less.
  • a continuous fiber bundle is intermittently split in the longitudinal direction so as to satisfy the condition of the following formula (3), and the longitudinal direction is The above-mentioned cut fiber bundle is obtained by cutting at intervals. 0.9 ⁇ a / (a + b) ⁇ 1 (3)
  • a is the length of the splitting part in the said continuous fiber bundle
  • b is the unsplit part which exists between the intermittent splitting parts in the said continuous fiber bundle Is the length of
  • a / (a + b) When the value of a / (a + b) is less than 0.9, for example, when the fiber bundle is spread on the paste at the time of SMC production, the undivided portion of the cut fiber bundle is difficult to be divided. While it becomes difficult to uniformly disperse the fiber on the paste, the impregnation property of the resin into the reinforcing fiber is lowered, and the quality of the manufactured SMC tends to be lowered.
  • the value of a / (a + b) is preferably 0.92 or more.
  • the fiber bundle In the method for producing a fiber-reinforced resin molding material of the present invention, it is preferable to divide and cut the fiber bundle so as to satisfy the conditions of the formula (1) and the formula (3) at the same time. Thereby, when the fiber bundle is cut, it is cut in a state where at least a part thereof is split. Thereby, it is easy to avoid that the fiber bundle which has not been split into the fiber bundle after cutting remains. In addition, even if the fiber bundle remains undivided in part, since most of the cut fiber bundle is separated, they are manufactured when they are spread, so that they are divided. There is no particular impact on the quality of the SMC.
  • a form in which a continuous bundle of fibers is intermittently pierced with a blade in the longitudinal direction is preferable from the viewpoint that the fiber bundle can be divided more stably.
  • a plurality of continuous blades arranged at a predetermined interval in the width direction of the continuous fiber bundles are intermittently pierced into the continuous fiber bundles, so that each of the divided fiber bundles is partially undivided. More preferably, it is in a fine state.
  • the blade is an article having a plate-like shape, the tip part first contacting the fiber bundle being thin and thin, and the tip part being substantially wedge-shaped.
  • the blade material include hard materials such as metal and ceramic.
  • the shape of the blade is not particularly limited as long as it can pierce the fiber bundle.
  • the maximum thickness of the portion in contact with the fiber bundle of the blade is preferably 0.3 to 2 mm.
  • the maximum width of the portion of the blade that contacts the fiber bundle is preferably 0.5 to 1.5 mm.
  • the angle of the tip in the width direction of the blade is preferably 30 ° to 90 °.
  • the blade angle (blade edge angle) in the thickness direction of the blade is preferably 10 ° to 45 °, more preferably 20 ° to 30 °.
  • the angle of a cutting point means the front-end
  • the blade edge angle means the tip angle of the blade when the side surface portion (surface in the thickness direction) of the blade is viewed from the front.
  • the form in which the continuous fiber bundle is intermittently split may be a means other than the blade, for example, a form in which a gas such as air is blown onto the above-described fiber bundle under predetermined conditions.
  • Coating step A paste containing a resin is coated on the first sheet conveyed in a predetermined direction.
  • Splitting step A continuous fiber bundle is split into a plurality of fiber bundles.
  • Cutting step The divided fiber bundle is cut with a cutting machine and sprayed on the paste.
  • Impregnation step after the second sheet coated with the paste is superposed on the first sheet on which the fiber bundles are dispersed, between the first sheet and the second sheet By pressing the sandwiched paste and the fiber bundle, a resin is impregnated between the filaments of the fiber bundle.
  • Filaments generated in the fiber bundle by separating and cutting the fiber bundle so as to satisfy one or both of the conditions (1) and (3) as described above in the fiber separation step and the cutting step.
  • the fiber bundle that has been separated can be supplied to a cutter in a stable state and cut while avoiding the effects of skew and meandering.
  • the splitting step while rotating the rotary blade using a plurality of rotary blades arranged in a circumferential direction, a plurality of blades arranged in a row in the width direction of the continuous fiber bundle, A form in which a plurality of blades are pierced intermittently into a continuous fiber bundle is preferable. Further, using a saw blade in which a plurality of blades are arranged in the same direction as the conveying direction of the fiber bundle, while swinging the saw blade up and down, A form in which the blade is pierced intermittently is also preferable.
  • the splitting step it is preferable to split into a plurality of fiber bundles in a state where continuous fiber bundles are overlapped in the thickness direction. Moreover, it is preferable that after the continuous fiber bundle is opened in the width direction, the opened fiber bundle is divided into a plurality of fiber bundles in the splitting step. That is, it is preferable to further include an opening step for opening a continuous fiber bundle in the width direction before the separating step.
  • the SMC manufacturing apparatus of the present embodiment includes a fiber bundle made of carbon (carbon) fibers and a thermosetting resin made of an unsaturated polyester resin, and impregnated the thermosetting resin between the filaments of the cut fiber bundle.
  • This is an apparatus for producing a sheet-like SMC (Sheet Molding Compound).
  • reinforcing fibers such as glass fibers can be used as the fiber bundle.
  • a thermoplastic resin can be used as the resin.
  • FIG. 1 is a side view showing the configuration of the SMC manufacturing apparatus.
  • FIG. 2A is a side view showing a configuration example of the fiber bundle supply unit 10 included in the SMC manufacturing apparatus shown in FIG. 1
  • FIG. 2B is a front view of the fiber separation unit viewed from the conveyance direction.
  • an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system.
  • the SMC manufacturing apparatus of this embodiment includes a fiber bundle supply unit 10, a first sheet supply unit 11, a first coating unit 12, a cutting unit 13, and a second sheet.
  • a supply unit 14, a second coating unit 15, and an impregnation unit 16 are provided.
  • the fiber bundle supply unit 10 opens the fiber bundle CF in the width direction (Y-axis direction) while conveying the continuous fiber bundle CF in a predetermined direction (hereinafter referred to as a conveyance direction) as shown in an enlarged view in FIG. 2A.
  • a spread part and a split part that splits the spread fiber bundle CF into a plurality of fiber bundles CF are configured.
  • the fiber bundle supply unit 10 includes a plurality of spread bars 17, a plurality of rotary blades 18, and a plurality of godet rollers 19.
  • the large tow fiber bundle CF drawn from the bobbin B is opened in the width direction in the + X-axis direction (right side in the horizontal direction) in FIG.
  • the fiber bundle CF is widened in the width direction by means of heating, rubbing, swinging or the like in each spread bar 17 while the fiber bundle CF passes through the plurality of spread bars 17 that are the spread parts. Is done.
  • the opened fiber bundle CF is split into a plurality of fiber bundles CF by the plurality of rotary blades 18 that are the splitting portions.
  • the plurality of rotary blades 18 are arranged side by side at a predetermined interval in the width direction (Y-axis direction) of the opened fiber bundle CF.
  • Each rotary blade 18 has a plurality of blades 18a arranged side by side in the circumferential direction. Between the rotary blades 18, it is preferable to match the positions of the plurality of blades 18 a in the circumferential direction. Thereby, it is possible to easily pierce the blades 18a of the plurality of rotary blades 18 arranged in the width direction with respect to the fiber bundle CF.
  • spacer members 18b are arranged between the rotary blades 18.
  • the outer peripheral surface of the spacer member 18b is located slightly above or slightly below the boundary (blade base) of each blade 18a.
  • the penetration depth is adjusted according to this positional relationship.
  • the plurality of rotary blades 18 are rotatably supported. Thereby, a plurality of rotary blades 18 can be rotated in the same direction as the conveyance direction of the fiber bundle CF while the blade 18a is pierced into the fiber bundle CF along with the conveyance of the fiber bundle CF.
  • it is good also as a structure driven by a drive motor etc., synchronizing with conveyance of the fiber bundle CF.
  • a pair of guide members 40 are disposed on both sides of the conveyance direction across the plurality of rotary blades 18.
  • the plurality of rotary blades 18 are disposed so as to pierce the plurality of blades 18a from the side opposite to the side on which the pair of guide members 40 are disposed with respect to the fiber bundle CF conveyed between the pair of guide members 40. ing.
  • the fiber bundle CF is split in the width direction by intermittently piercing the continuous fiber bundle CF with a plurality of blades 18a while rotating the rotary blade 18. At this time, the plurality of blades 18a are pierced to a position where the spacer member 18b is in contact with the continuous fiber bundle CF, thereby preventing the fiber bundle CF from being continuously separated between the blades 18a. Thereby, between each of the divided fiber bundles CF is not completely separated, but is partially undivided. Thereafter, the split fiber bundle CF is supplied toward the cutting unit 13 while being guided by a plurality of godet rollers 19.
  • the first sheet supply unit 11 supplies the continuous first sheet S1 unwound from the first raw fabric roll R1 toward the first coating unit 12.
  • the SMC manufacturing apparatus includes a first conveyance unit 20 that conveys the first sheet S1 toward the impregnation unit 16.
  • the 1st conveyance part 20 is provided with the conveyor 23 which multiplied the endless belt 22 between a pair of pulleys 21a and 21b.
  • the conveyor 23 rotates the endless belt 22 by rotating the pair of pulleys 21a and 21b in the same direction, and the first sheet S1 is placed on the surface of the endless belt 22 in the + X axis direction (horizontal) in FIG. Transport toward the right side of the direction).
  • the first coating unit 12 includes a coater 24 that supplies the paste P and is positioned directly above the first sheet S1 that is conveyed in the + X-axis direction (right side in the horizontal direction) in FIG. ing.
  • the first sheet S ⁇ b> 1 passes through the coater 24, whereby the paste P is applied with a predetermined thickness on the surface of the first sheet S ⁇ b> 1.
  • the paste P includes a filler such as calcium carbonate, a low shrinkage agent, a release agent, a curing initiator, a thickener, and the like. A mixture can be used.
  • the cutting unit 13 is located downstream of the first coating unit 12 in the conveying direction, and the fiber bundle CF supplied from the fiber bundle supply unit 10 is cut by the cutting machine 13A and spread on the paste P.
  • the cutting machine 13A is located above the first sheet S1 conveyed by the conveyor 23, and includes a guide roller 25, a pinch roller 26, and a cutter roller 27.
  • the guide roller 25 guides the fiber bundle CF supplied from the fiber bundle supply unit 10 downward while rotating.
  • the pinch roller 26 pulls the divided fiber bundle CF in cooperation with the guide roller 25 by rotating in the opposite direction to the guide roller 25 while sandwiching the fiber bundle CF with the guide roller 25.
  • the cutter roller 27 cuts the fiber bundle CF so as to have a predetermined length while rotating. The cut fiber bundle CF falls from between the guide roller 25 and the cutter roller 27 and is spread on the first sheet S1 (paste P).
  • the second sheet supply unit 14 supplies the continuous second sheet S2 unwound from the second raw fabric roll R2 toward the second coating unit 15.
  • the SMC manufacturing apparatus includes a second conveyance unit 28 that conveys the second sheet S2 toward the impregnation unit 16.
  • the second transport unit 28 has a plurality of guide rollers 29 located above the first sheet S ⁇ b> 1 transported by the conveyor 23.
  • the second transport unit 28 transports the second sheet S2 supplied from the second sheet supply unit 14 in the ⁇ X axis direction (left side in the horizontal direction) in FIG.
  • the direction in which the second sheet S2 is conveyed by the guide roller 29 is reversed from below toward the + X-axis direction (right side in the horizontal direction) in FIG.
  • the second coating unit 15 includes a coater 30 that supplies the paste P and is positioned immediately above the second sheet S2 that is conveyed toward the ⁇ X axis direction (left side in the horizontal direction) in FIG. ing.
  • the second sheet S ⁇ b> 2 passes through the coater 30, so that the paste P is coated on the surface of the second sheet S ⁇ b> 2 with a predetermined thickness.
  • the impregnation unit 16 is located downstream of the cutting unit 13 in the transport direction, and includes a bonding mechanism 31 and a pressure mechanism 32.
  • the bonding mechanism 31 is located above the pulley 21 b on the downstream side of the conveyor 23 and includes a plurality of bonding rollers 33.
  • the plurality of bonding rollers 33 are arranged in contact with the back surface of the second sheet S2 coated with the paste P. Moreover, the some bonding roller 33 is arrange
  • the second sheet S2 is overlaid on the first sheet S1. Further, the first sheet S1 and the second sheet S2 are conveyed to the pressurizing mechanism 32 side while being bonded to each other while sandwiching the fiber bundle CF and the paste P therebetween.
  • the 1st sheet S1 and the 2nd sheet S2 which were pasted together are called pasting sheet S3.
  • the pressurizing mechanism 32 is located downstream of the first transport unit 20 (conveyor 23), and includes a lower conveyor 36A in which an endless belt 35a is hung between a pair of pulleys 34a and 34b, and a pair of pulleys 34c. , 34d and an upper conveyor 36B in which an endless belt 35b is multiplied.
  • the lower conveyor 36A and the upper conveyor 36B are arranged to face each other in a state where the endless belts 35a and 35b are abutted with each other.
  • the pressurizing mechanism 32 rotates the endless belt 35a by rotating the pair of pulleys 34a and 34b of the lower conveyor 36A in the same direction, and rotates the pair of pulleys 34c and 34d of the upper conveyor 36B in the same direction.
  • the endless belt 35b is rotated in the reverse direction at the same speed as the endless belt 35a. Thereby, bonding sheet
  • the pressing mechanism 32 includes a plurality of lower rollers 37a and a plurality of upper rollers 37b.
  • the plurality of lower rollers 37a are arranged in contact with the back surface of the butted portion of the endless belt 35a.
  • the plurality of upper rollers 37b are arranged in contact with the back surface of the butted portion of the endless belt 35b.
  • the plurality of lower rollers 37a and the plurality of upper rollers 37b are alternately arranged along the conveyance direction of the bonding sheet S3.
  • the pressurizing mechanism 32 includes a plurality of pastes P and fiber bundles CF sandwiched between the first sheet S1 and the second sheet S2 while the bonding sheet S3 passes between the endless belts 35a and 35b. Pressure is applied by the lower roller 37a and the plurality of upper rollers 37b. At this time, the paste P is impregnated into the filament of the fiber bundle CF from both sides of the fiber bundle CF. Thus, an SMC raw fabric R in which the filaments of the fiber bundle CF are impregnated with the thermosetting resin is obtained.
  • the first first roll S1 is unwound from the first raw roll R1 and is transported by the first transport unit 20, while the first coating is being performed.
  • the processing unit 12 applies the paste P to the first sheet S1 with a predetermined thickness.
  • the opening step the fiber bundle CF is passed between the plurality of opening bars 17, and the fiber bundle CF is widened in the width direction.
  • the fiber separation step a plurality of blades 18a are intermittently inserted into the opened fiber bundle CF while rotating the rotary blade 18.
  • the fiber bundle CF is intermittently divided in the longitudinal direction, and a portion between the divided fiber bundles CF is partially undivided.
  • the temperature of the fiber bundle CF at the time of splitting is preferably 60 ° C. or less, more preferably 50 to 5 ° C., in order to prevent the split fiber bundles CF from being caught. .
  • the split position of the split fiber bundle CF will be described with reference to FIG.
  • the tow t of the opened fiber bundle CF is shown by a thin line
  • the dividing line of the opened fiber bundle CF is shown by a thick line
  • the opened fiber bundle CF is cut by a cutting machine 13A.
  • the cutting line is indicated by a broken line.
  • the splitting portions divided by the blade 18a and the undivided portions not split by the blade 18a are alternately formed in a so-called perforated shape. Has been.
  • the meandering of the fiber bundle CF and the fiber bundle CF are performed by partially leaving the fiber bundles CF that have been separated into a partially undivided state. It is possible to supply the split fiber bundle CF to the cutting machine 13A in a stable state while avoiding the effects of skew, meandering and entanglement in the filament. In addition, the production cost of SMC can be reduced by using a relatively inexpensive large tow fiber bundle CF.
  • the fiber bundle CF separated in the cutting unit 13 is cut by the cutting machine 13A and spread on the paste P.
  • the fiber bundle is split and split so as to satisfy either one or both of the above-described condition (1) and condition (3). Thereby, it becomes easy to disperse the reinforcing fibers uniformly, and the impregnation property of the resin is improved, so that high quality SMC can be obtained.
  • the second sheet supply unit 14 unwinds the long second sheet S2 from the second raw roll R2, and the second coating unit 15 pastes the second sheet S2 onto the second sheet S2. P is applied with a predetermined thickness.
  • the second sheet S ⁇ b> 2 is overlaid on the first sheet S ⁇ b> 1 by the bonding mechanism 31.
  • the pressure mechanism 32 pressurizes the paste P and the fiber bundle sandwiched between the first sheet S1 and the second sheet S2, and impregnates the thermosetting resin between the filaments of the fiber bundle.
  • an SMC raw fabric R in which the filaments of the fiber bundle CF are impregnated with the thermosetting resin is obtained.
  • the SMC raw fabric R is wound into a roll and then sent to the next process. And the original fabric R of SMC is cut
  • the first sheet S1 and the second sheet S2 are peeled off from the SMC before forming the SMC.
  • this invention is not necessarily limited to the thing of the said embodiment, A various change can be added in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
  • a plurality of saw blades 38 as shown in FIGS. 4A and 4B may be used.
  • 4A is a side view showing another configuration example of the fiber bundle supply unit included in the SMC manufacturing apparatus shown in FIG. 1, and
  • FIG. 4B is a front view of the fiber separation unit as seen from the carrying direction.
  • the plurality of saw blades 38 are arranged side by side at a predetermined interval in the width direction (Y-axis direction) of the opened fiber bundle CF.
  • Each saw blade 38 has a plurality of blades 38a arranged side by side in the same direction as the conveying direction of the fiber bundle CF. Furthermore, it is preferable that the positions in the conveying direction of the plurality of blades 38a are made to coincide with each other between the saw blades 38. Accordingly, it is possible to easily pierce each blade 38a of the plurality of saw blades 38 arranged in the width direction with respect to the fiber bundle CF.
  • a spacer member 38b is disposed between the saw blades 38.
  • the upper surface of the spacer member 38b is located slightly above the boundary (blade base) of each blade 38a.
  • a pair of guide members 40 are disposed on both sides of the conveying direction across the plurality of saw blades 38.
  • the plurality of saw blades 38 pierce the plurality of blades 38a from the side opposite to the side on which the pair of guide members 40 are disposed with respect to the fiber bundle CF conveyed between the pair of guide members 40, and fibers. It is arranged so as to be able to reciprocate up and down (oscillate) up and down from a position away from the bundle CF.
  • the plurality of blades 38a are pierced intermittently into the opened fiber bundle CF while swinging the saw blade 38 in the vertical direction (Z-axis direction).
  • the fiber bundle CF is separated in the width direction.
  • the plurality of blades 38a are pierced to a position where the spacer member 38b is in contact with the continuous fiber bundle CF, thereby preventing the fiber bundle CF from being continuously divided between the blades 38a.
  • the fiber bundle CF is supplied to the cutting machine 13A in a stable state while avoiding the influence of the meandering of the fiber bundle CF and the skew, meandering and entanglement in the filament generated in the fiber bundle CF. Is possible.
  • the production cost of SMC can be reduced by using a relatively inexpensive large tow fiber bundle CF.
  • the split fiber bundles CF are split into a plurality of fiber bundles CF in a state where the continuous fiber bundles CF are overlapped in the thickness direction. It is also possible to do.
  • the blades 18a and 38a may have any shape that allows the blades 18a and 38a to be intermittently inserted into the continuous fiber bundle CF.
  • the shape of 38a can be illustrated.
  • the blades 18a and 38a may be single-edged or double-edged.
  • the blades 18a and 38a when the blade edge angle (cutting edge angle) shown in FIG. 6A is ⁇ and the blade angle (blade edge angle) shown in FIG. 6B is ⁇ , 30 ° ⁇ ⁇ ⁇ 90 °, 10 It is preferable to satisfy the following condition: ° ⁇ ⁇ ⁇ 45 ° (more preferably 20 ° ⁇ ⁇ ⁇ 30 °).
  • the thickness of the blades 18a, 38a is preferably 0.3-2 mm.
  • the apparatus for producing a fiber-reinforced resin molding material of the present invention may not be provided with an opening portion.
  • Example 1 SMC was manufactured using the SMC manufacturing apparatus shown in FIG. 1 and FIG. A part provided with four rotary blades 18 was used for the separation part.
  • each rotary blade 18 a blade in which six blades 18a are arranged side by side in the circumferential direction is used.
  • Each blade 18a has a maximum thickness of 1 mm at the portion in contact with the fiber bundle CF, a maximum width of 1 mm at the portion in contact with the fiber bundle of the blade, and an angle of the tip in the width direction of the blade (cutting edge angle) of 64 °.
  • the blade has a substantially triangular shape with a blade angle (blade edge angle) in the thickness direction of 30 °.
  • a spacer member 18b is disposed between the rotary blades 18, and the width of the spacer member 18b is 2.2 mm.
  • the fiber bundle CF As the fiber bundle CF, a carbon fiber bundle (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., product name: TR50S15L, number of fibers: 15000) was used. As the paste P, a vinyl ester resin was used. In the opening bar 17, the fiber bundle CF was widened to a width of 15 mm. The conveyance speed of the fiber bundle CF at the time of fiber separation was 40 m / min. By splitting with four rotary blades 18, a split fiber portion having a length of 28.3 mm and an unsplit portion having a length of 0.5 mm are provided in the longitudinal direction of the fiber bundle CF. Four rows were formed alternately at 3 mm intervals in the width direction of the fiber bundle CF.
  • the cutting by the cutting machine 13A was performed at intervals of 25.4 mm in the longitudinal direction of the split fiber bundle CF.
  • the cut fiber bundle CF was sprayed on the paste P coated on the first sheet S1.
  • a / L was 1.11 and a / (a + b) was 0.98.
  • the fiber bundle CF after the splitting was stably supplied to the cutting part 13 without being partially wound around a roll or the like. Some of the cut fiber bundles CF had an undivided portion, but the level did not affect the dispersibility of the fiber bundle CF on the paste P.
  • the quality of the manufactured SMC was almost the same as SMC using a chopped carbon fiber bundle of the same size obtained using a carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without a fiber separation step. .
  • Example 2 SMC was manufactured using the SMC manufacturing apparatus shown in FIG.1 and FIG.2. As the separating part, one provided with one rotary blade 18 was used. Each of the blades 18a has a maximum thickness of 0.5 mm at a portion in contact with the fiber bundle CF, a maximum width of a portion in contact with the fiber bundle of the blade is 0.5 mm, and an angle of a tip in the width direction of the blade (angle of the cutting edge). ) was 64 °, and the blade angle in the thickness direction of the blade (blade edge angle) was 30 °, which was a substantially triangular shape. Between each rotary blade 18, the position in the circumferential direction of the some cutter 18a was mutually corresponded.
  • a spacer member 18b is disposed between the rotary blades 18, and the width of the spacer member 18b is 24.5 mm.
  • the fiber bundle CF a carbon fiber bundle (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., product name: TRW40 50L, number of fibers: 50000) was used.
  • the paste P a vinyl ester resin was used.
  • the opening bar 17 the fiber bundle CF was widened to a width of 25 mm.
  • the conveyance speed of the fiber bundle CF at the time of fiber separation was 40 m / min.
  • a split part having a length of 28.3 mm and a non-split part having a length of 0.6 mm were formed in the fiber bundle CF after opening.
  • the cutting by the cutting machine 13A was performed at intervals of 25.4 mm in the longitudinal direction of the split fiber bundle CF.
  • the cut fiber bundle CF was sprayed on the paste P coated on the first sheet S1.
  • a / L was 1.11 and a / (a + b) was 0.98.
  • the fiber bundle CF after the splitting was stably supplied to the cutting part 13 without being partially wound around a roll or the like. Some of the cut fiber bundles CF had an undivided portion, but the level did not affect the dispersibility of the fiber bundle CF on the paste P.
  • the quality of the manufactured SMC was almost the same as SMC using a chopped carbon fiber bundle of the same size obtained using a carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without a fiber separation step. .
  • Example 1 Using the same apparatus as in Example 1, a carbon fiber bundle (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., product name: TR50S15L, number of fibers: 15000) was used. In the opening bar 17, the fiber bundle CF was widened to a width of 15 mm. The conveyance speed of the fiber bundle CF at the time of fiber separation was 40 m / min. By splitting with the four rotary blades 18, the split fiber portion having a length of 20.4 mm and the unsplit portion having a length of 1 mm are alternately arranged in the longitudinal direction of the fiber bundle CF. Four rows were formed continuously and at intervals of 3 mm in the width direction of the fiber bundle CF.
  • the cutting by the cutting machine 13A was performed at intervals of 25.4 mm in the longitudinal direction of the split fiber bundle CF.
  • the cut fiber bundle CF was sprayed on the paste P coated on the first sheet S1.
  • a / L was 0.8 and a / (a + b) was 0.95.
  • the fiber bundle CF after the splitting was stably supplied to the cutting part 13 without being partially wound around a roll or the like.
  • Some of the cut fiber bundles CF had an undivided portion, but the level did not affect the dispersibility of the fiber bundle CF on the paste P.
  • the quality of the manufactured SMC is lower than that of SMC using a chopped carbon fiber bundle of the same size obtained using a carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without a separation step. The result was that the fiber bundle was not divided and the strength was reduced by 30%.
  • Example 2 Using the same apparatus as in Example 1, a carbon fiber bundle (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., product name: TR50S15L, number of fibers: 15000) was used. In the opening bar 17, the fiber bundle CF was widened to a width of 15 mm. The conveyance speed of the fiber bundle CF at the time of fiber separation was 40 m / min. By splitting with four rotary blades 18, a split fiber portion having a length of 28.3 mm and an unsplit portion having a length of 3.5 mm are arranged in the longitudinal direction of the fiber bundle CF. Four rows were formed alternately at 3 mm intervals in the width direction of the fiber bundle CF.
  • the cutting by the cutting machine 13A was performed at intervals of 25.4 mm in the longitudinal direction of the split fiber bundle CF.
  • the cut fiber bundle CF was sprayed on the paste P coated on the first sheet S1.
  • a / L was 1.11
  • a / (a + b) was 0.89.
  • the fiber bundle CF after the splitting was stably supplied to the cutting part 13 without being partially wound around a roll or the like.
  • Some of the cut fiber bundles CF had an undivided portion, but the level did not affect the dispersibility of the fiber bundle CF on the paste P.
  • the quality of the manufactured SMC is lower than that of SMC using a chopped carbon fiber bundle of the same size obtained using a carbon fiber bundle CF (number of fibers: 3000) with a small number of fibers and without a separation step. The result was that the fiber bundle was not divided and the strength was reduced by 30%.
  • Example 3 Using the same apparatus as in Example 1, a carbon fiber bundle (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd., product name: TR50S15L, number of fibers: 15000) was used. In the opening bar 17, the fiber bundle CF was widened to a width of 15 mm. The conveyance speed of the fiber bundle CF at the time of fiber separation was 40 m / min. By splitting with four rotary blades 18, a split fiber portion having a length of 28.3 mm and an unsplit portion having a length of 0 mm are alternately arranged in the longitudinal direction of the fiber bundle CF. Four rows were formed continuously and at intervals of 3 mm in the width direction of the fiber bundle CF.
  • the cutting by the cutting machine 13A was performed at intervals of 25.4 mm in the longitudinal direction of the split fiber bundle CF.
  • the cut fiber bundle CF was sprayed on the paste P coated on the first sheet S1.
  • a / L was 1.11
  • a / (a + b) was 1.
  • a part of the fiber bundle CF after splitting was wound around a roll or the like and could not be produced.
  • SYMBOLS 10 Fiber bundle supply part 11 ... 1st sheet supply part 12 ... 1st coating part 13 ... Cutting part 13A ... Cutting machine 14 ... 2nd sheet supply part 15 ... 2nd coating part 16 ... Impregnation part 18 ... Rotary blade 18a ... Cutlery 18b ... Spacer member 20 ... First transport unit 28 ... Second transport unit 31 ... Pasting mechanism 32 ... Pressure mechanism 38 ... Saw blade 38a ... Cutlery 38b ... Spacer member 40 ... Guide member CF ... fiber bundle P ... paste (thermosetting resin) S1 ... first sheet S2 ... second sheet S3 ... bonding sheet R ... raw fabric of SMC (fiber reinforced resin molding material)

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Abstract

繊維強化樹脂成形材料を製造する際に、繊維束の蛇行や繊維束内に発生するフィラメントの斜行や蛇行による影響を回避しながら、分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給することを可能とした繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置を提供する。裁断した繊維束（ＣＦ）のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、下式（１）の条件を満たすように、分繊部である回転刃（１８）により連続する繊維束（ＣＦ）を長手方向において断続的に分繊し、裁断機（１３Ａ）長手方向に間隔を空けて裁断して前記の裁断した繊維束（ＣＦ）を得る、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。式（１）：１≦ａ／Ｌ（ただし、ａは連続する繊維束（ＣＦ）における分繊部分の長さであり、Ｌは繊維束（ＣＦ）の長手方向における裁断される間隔である。）。

Description

繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置
　本発明は、繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置に関する。
　本願は、２０１５年７月７日に日本に出願された特願２０１５－１３６０８４号、及び２０１６年４月１１日に日本に出願された特願２０１６－０７８９３７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　成形品の機械特性に優れるとともに、三次元形状等の複雑形状の成形に適した成形材料としては、ＳＭＣ（Sheet Molding Compound）やスタンパブルシートが知られている。ＳＭＣは、例えばガラス繊維やカーボン繊維などの強化繊維を裁断した繊維束のフィラメント間に、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料である。また、スタンパブルシートは、例えば上記の裁断した繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させた、シート状の繊維強化樹脂成形材料である。
　ＳＭＣは、成形品を得るための中間材料である。ＳＭＣを成形加工する際は、金型を用いてＳＭＣを加熱しながら圧縮（プレス）成形する。このとき、繊維束と熱硬化性樹脂とが一体に流動しながら金型のキャビティ内に充填された後、熱硬化性樹脂が硬化される。したがって、このＳＭＣを用いて、部分的に肉厚の異なるもの、リブやボスなどを有するものなど、各種形状の成形品を得ることが可能である。また、スタンパブルシートの成形品は、一度赤外線ヒーター等で熱可塑性樹脂の融点以上に加熱し、所定の温度の金型にて冷却加圧することによって得ることができる。
　ところで、上述したＳＭＣ（繊維強化樹脂成形材料）の製造においては、搬送されるシート（キャリア）の上に熱硬化性樹脂を含むペーストを塗工した後に、連続する繊維束を裁断機で所定の長さに裁断して、ペーストの上に散布することが行われる（例えば、特許文献１，２を参照。）。
　また、ＳＭＣの製造では、製造コストを下げるため、比較的安価なラージトウと呼ばれるフィラメント本数の多い繊維束を用いて、この繊維束を幅方向に拡幅（開繊という。）した後に、開繊された繊維束を複数の繊維束に分割（分繊という。）し、分繊された繊維束を裁断機で裁断することが行われている。
　しかしながら、従来の製造方法では、繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が発生したときに、開繊された繊維束の一部が分繊されずに残ったり、一部が切断されたりすることによって、開繊後に分繊された繊維束の裁断機への供給が不安定となることがあった。これは、スタンパブルシートの場合においても同様である。
　具体的に、特許文献１には、開繊された繊維束に突起状物を突き刺すことで分繊する方法が開示されている。しかしながら、この方法を用いた場合、繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が発生していると、分繊したはずの繊維束が一部で分繊されずに裁断後まで残ってしまい、繊維束が分割されないおそれがある。
　一方、特許文献２には、回転する回転刃を用いて、開繊された繊維束を連続的に分繊する方法が開示されている。しかしながら、この方法を用いた場合、繊維束の蛇行や繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が発生すると、分繊した繊維束の一部が切断されてしまい、切断された繊維束がロール等に巻き付いてしまうおそれがある。
米国特許出願公開第２０１２／０２１３９９７号明細書 特開２００６－２１９７８０号公報
　本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料を製造する際に、繊維強化樹脂成形材料の品質を維持しつつ、繊維束の蛇行や繊維束内に発生するフィラメントの斜行や蛇行による影響を回避しながら、分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給することを可能とした繊維強化樹脂成形材料の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕　裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、
　下式（１）の条件を満たすように、連続する繊維束を長手方向において断続的に分繊し、長手方向に間隔を空けて裁断して前記の裁断した繊維束を得る、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
　１≦ａ／Ｌ　・・・（１）
（ただし、前記式（１）中、ａは前記の連続する繊維束における分繊部分の長さであり、Ｌは前記繊維束の長手方向における裁断される間隔である。）
〔２〕　さらに、下式（２）の条件を満たすように前記分繊及び前記裁断を行う、〔１〕に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
　ａ／Ｌ≦１０　・・・（２）
〔３〕　裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、
　下式（３）の条件を満たすように、連続する繊維束を長手方向において断続的に分繊し、長手方向に間隔を空けて裁断して前記の裁断した繊維束を得る、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
　０．９≦ａ／（ａ＋ｂ）＜１　・・・（３）
（ただし、前記式（３）中、ａは前記の連続する繊維束における分繊部分の長さであり、ｂは前記の連続する繊維束における断続的な分繊部分間に存在する未分繊部分の長さである。）
〔４〕　前記樹脂が熱硬化性樹脂である、〔１〕～〔３〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
〔５〕　前記の断続的な分繊を、前記の連続する繊維束に刃物を間欠的に突き刺すことによって行う、〔１〕～〔４〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
〔６〕　前記の連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ連なった複数の刃物を、前記の連続する繊維束に間欠的に突き刺して、分繊された複数の繊維束の各間を部分的に未分繊の状態とする、〔１〕～〔５〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
〔７〕　所定の方向に搬送される第１のシートの上に樹脂を含むペーストを塗工するステップと、
　連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップと、
　前記分繊された繊維束を裁断機で裁断して、前記ペーストの上に散布するステップと、
　前記繊維束が散布された第１のシートの上に、前記ペーストが塗工された第２のシートを重ね合わせた後、前記第１のシートと前記第２のシートとの間に挟み込まれた前記ペースト及び前記繊維束を加圧することによって、前記繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させるステップと、を含む、〔１〕～〔６〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
〔８〕　前記の連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップにおいて、連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ、連なった複数の刃物が周方向に並んで配置された複数の回転刃を用いて、前記回転刃を回転させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺す、〔７〕に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
〔９〕　前記の連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップにおいて、前記の複数の刃物が前記繊維束の搬送方向と同一方向に並んで配置された鋸刃を用いて、前記鋸刃を上下方向に揺動させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺す、〔７〕に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
〔１０〕　前記の連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップにおいて、前記連続する繊維束を厚み方向に重ね合わせた状態で、複数の繊維束に分繊する、〔７〕～〔９〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
〔１１〕　前記の連続する繊維束を幅方向に開繊した後に、前記の連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップにおいて、開繊された繊維束を複数の繊維束に分繊する、〔７〕～〔１０〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
〔１２〕　裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料を製造する繊維強化樹脂成形材料の製造装置であって、
　連続する繊維束を複数の繊維束に分繊する分繊部と、分繊された繊維束を裁断機で裁断する裁断部と、を含み、
　前記分繊部は、前記の連続する繊維束に刃物を間欠的に突き刺すことによって、分繊された複数の繊維束の各間を部分的に未分繊の状態とする、繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
〔１３〕　前記刃物が、前記連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ連なった複数の刃物である、〔１２〕に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
〔１４〕　所定の方向に搬送される第１のシートの上に樹脂を含むペーストを塗工する塗工部と、
　前記分繊部と、
　分繊された繊維束を裁断機で裁断して、前記ペーストの上に散布する裁断部と、
　前記繊維束が散布された第１のシートの上に、前記ペーストが塗工された第２のシートを重ね合わせた後、前記第１のシートと前記第２のシートとの間に挟み込まれた前記ペースト及び前記繊維束を加圧することによって、前記繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させる含浸部とを含む、〔１２〕又は〔１３〕に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
〔１５〕　前記分繊部が、複数の刃物が周方向に並んで配置された回転刃を備え、前記回転刃を回転させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺すものである、〔１２〕～〔１４〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
〔１６〕　前記分繊部が、複数の刃物が前記繊維束の搬送方向と同一方向に並んで配置された鋸刃を備え、前記鋸刃を上下方向に揺動させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺すものである、〔１２〕～〔１４〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
〔１７〕　前記刃物を挟んだ搬送方向の両側に配置された一対のガイド部材を備え、前記一対のガイド部材の間で搬送される前記の連続する繊維束に対して、前記一対のガイド部材が配置された側とは反対側から前記刃物を突き刺す、請求項〔１２〕～〔１６〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
〔１８〕　前記幅方向に並ぶ前記の複数の刃物の各間に配置されたスペーサ部材を備え、前記の連続する繊維束に前記スペーサ部材が接する位置まで前記の複数の刃物を突き刺す、〔１３〕～〔１７〕のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
　以上のように、本発明では、分繊された複数の繊維束の各間を部分的に未分繊の状態とすることで、繊維強化樹脂成形材料の品質を維持しつつ、繊維束内に発生するフィラメントの斜行や蛇行による影響を回避しながら、分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給することが可能である。
本発明の一実施形態に係るＳＭＣ製造装置の構成を示す側面図である。 図１に示すＳＭＣ製造装置が備える繊維束供給部の一構成例を示す側面図である。 図１に示すＳＭＣ製造装置が備える繊維束供給部の一構成例であり、その分繊部を搬送方向から見た正面図である。 分繊された繊維束の分繊位置を示す模式図である。 図１に示すＳＭＣ製造装置が備える繊維束供給部の別の構成例を示す側面図である。 図１に示すＳＭＣ製造装置が備える繊維束供給部の別の構成例であり、その分繊部を搬送方向から見た正面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の形状を例示した側面図である。 刃物の刃先角度を説明するための模式図である。 刃物の刃角度を説明するための模式図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　なお、以下の説明において例示される材料、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。
［繊維強化樹脂成形材料の製造方法］
　本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造方法は、裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であり、ＳＭＣやスタンパブルシート等の製造に適用できるものである。
　繊維束は複数の強化繊維を束ねたものである。強化繊維としては、カーボン繊維が好ましい。なお、強化繊維としては、カーボン繊維には限定されず、ガラス繊維などのカーボン繊維以外の強化繊維を用いてもよい。
　樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂を用いることができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂のみを用いてもよく、熱可塑性樹脂のみを用いてもよく、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の両方を用いてもよい。本実施形態の繊維強化樹脂材料をＳＭＣとして用いる場合、樹脂としては熱硬化性樹脂が好ましい。本実施形態の繊維強化樹脂材料をスタンパブルシートとして用いる場合、樹脂としては熱可塑性樹脂が好ましい。
　熱硬化性樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などが挙げられる。熱硬化性樹脂としては、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
　熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂などが挙げられる。熱可塑性樹脂としては、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
　本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造方法の一実施態様においては、下式（１）の条件を満たすように、連続する繊維束を長手方向において断続的に分繊し、長手方向に間隔を空けて裁断して前記の裁断した繊維束を得る。
　１≦ａ／Ｌ　・・・（１）
　ただし、前記式（１）中、ａは前記の連続する繊維束における分繊部分の長さであり、Ｌは前記繊維束の長手方向における裁断される間隔である。
　ａ／Ｌの値が１未満、すなわち分繊部分の長さａが、繊維束の長手方向における裁断される間隔Ｌ未満である場合には、裁断されたそれぞれの繊維束に、分割されていない未分繊部分が必ず１ヶ所以上生じる。そのため、例えばＳＭＣの製造時において強化繊維を均一に分散させることが難しくなるとともに、樹脂の含浸性が低下し、製造されるＳＭＣの品質が著しく低下する傾向にある。ａ／Ｌは、１．０５以上が好ましく、１．１以上がより好ましい。
　さらに、本発明においては、下式（２）の関係を満たすように繊維束の分繊及び裁断を行うことが好ましい。
　ａ／Ｌ≦１０　・・・（２）
　ａ／Ｌの値が１０以下であれば、分繊する繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が存在する場合であっても、切断された繊維束への毛羽発生や、この毛羽による工程のトラブルを低減させやすい傾向にある。ａ／Ｌは、８以下が好ましく、５以下がより好ましい。
　本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造方法の別の一実施態様においては、下式（３）の条件を満たすように、連続する繊維束を長手方向において断続的に分繊し、長手方向に間隔を空けて裁断して前記の裁断した繊維束を得る。
　０．９≦ａ／（ａ＋ｂ）＜１　・・・（３）
　ただし、前記式（３）中、ａは前記の連続する繊維束における分繊部分の長さであり、ｂは前記の連続する繊維束における断続的な分繊部分間に存在する未分繊部分の長さである。
　ａ／（ａ＋ｂ）の値が０．９未満の場合には、例えばＳＭＣ製造時における繊維束のペースト上への散布時に、裁断された繊維束の未分繊部分が分割されにくくなるため、強化繊維をペースト上に均一に分散させることが難しくなるとともに、強化繊維への樹脂の含浸性が低下し、製造されるＳＭＣの品質が低下する傾向にある。ａ／（ａ＋ｂ）の値は、０．９２以上が好ましい。
　未分繊部分がない（ｂ＝０）場合は、繊維束が連続的に分繊される状態に相当し、ａ／（ａ＋ｂ）の値は１となる。しかし、この場合は、未分繊部分がないため、繊維束の蛇行や繊維束内のフィラメントに斜行や蛇行が発生すると、分繊した繊維束の一部が切断されてしまい、切断された繊維束がロール等に巻き付いてしまうおそれがある。本発明では、連続する繊維束の長手方向において断続的に分繊を行うため、ｂ＞０、すなわちａ／（ａ＋ｂ）＜１となる。
　分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給するためには、ａ／（ａ＋ｂ）の値は、０．９９以下が好ましく、０．９８以下がより好ましい。
　本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造方法においては、式（１）の条件と式（３）の条件を同時に満たすように繊維束の分繊及び裁断を行うことが好ましい。これにより、繊維束が裁断される際に、少なくとも一部が分繊された状態で分断されることになる。これにより、裁断後の繊維束に分繊されていない繊維束が残ってしまうことを回避しやすい。なお、仮に繊維束が一部で分繊されずに残ったとしても、裁断された繊維束の大部分は分繊されているため、散布されたときにそれらが分割されるので、製造されるＳＭＣの品質に特に影響を与えることはない。
　連続する繊維束を断続的に分繊する形態としては、繊維束の分繊をより安定して実施できる点から、連続する繊維束に対し、その長手方向に刃物で間欠的に突き刺す形態が好ましい。また、連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ連なった複数の刃物を、連続する繊維束に間欠的に突き刺して、分繊された複数の繊維束の各間を部分的に未分繊の状態とすることがより好ましい。
　なお、本発明において刃物とは、板状で、繊維束に最初に接する先端部が細く、薄く作られ、かつ先端部の断面が略くさび状である物品である。刃物の素材としては、金属やセラミック等の硬質な素材が挙げられる。
　刃物の形状は、繊維束に突き刺すことが可能であれば特に限定されない。刃物の耐久性や分繊性の観点から、刃物の繊維束に接触する部分の最大厚みは、０．３～２ｍｍが好ましい。刃物の繊維束に接触する部分の最大幅は、０．５～１．５ｍｍが好ましい。刃物の幅方向の先端部の角度（切っ先の角度）は、３０°～９０°が好ましい。刃物の厚さ方向の刃角度（刃先角）は、１０°～４５°が好ましく、２０°～３０°がより好ましい。
　なお、切っ先の角度とは、刃物の平面部分を正面から見たときの刃物の先端角度を意味する。また、刃先角とは、刃物の側面部分（厚み方向の面）を正面から見たときの刃物の先端角度を意味する。
　なお、連続する繊維束を断続的に分繊する形態としては、刃物以外の手段、例えば、上述の繊維束に空気等の気体を所定の条件で吹き付ける形態等であってもよい。
　本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造方法としては、例えば、下記の塗工ステップ、分繊ステップ、裁断ステップ及び含浸ステップを有する方法が挙げられる。
　塗工ステップ：所定の方向に搬送される第１のシートの上に樹脂を含むペーストを塗工する。
　分繊ステップ：連続する繊維束を複数の繊維束に分繊する。
　裁断ステップ：前記分繊された繊維束を裁断機で裁断して、前記ペーストの上に散布する。
　含浸ステップ：前記繊維束が散布された第１のシートの上に、前記ペーストが塗工された第２のシートを重ね合わせた後、前記第１のシートと前記第２のシートとの間に挟み込まれた前記ペースト及び前記繊維束を加圧することによって、前記繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させる。
　分繊ステップ及び裁断ステップにおいて、上述したように条件（１）及び条件（３）のいずれか一方又は両方を満たすように繊維束の分繊及び裁断を行うことで、繊維束内に発生するフィラメントの斜行や蛇行による影響を回避しながら、分繊した繊維束を安定した状態で裁断機まで供給して裁断することができる。
　分繊ステップにおいては、連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ、連なった複数の刃物が周方向に並んで配置された複数の回転刃を用いて、前記回転刃を回転させながら、連続する繊維束に複数の刃物を間欠的に突き刺す形態が好ましい。また、複数の刃物が前記繊維束の搬送方向と同一方向に並んで配置された鋸刃を用いて、前記鋸刃を上下方向に揺動させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺す形態も好ましい。
　分繊ステップにおいては、連続する繊維束を厚み方向に重ね合わせた状態で、複数の繊維束に分繊することが好ましい。
　また、連続する繊維束を幅方向に開繊した後に、分繊ステップにおいては開繊された繊維束を複数の繊維束に分繊することが好ましい。すなわち、分繊ステップの前に連続する繊維束を幅方向に開繊する開繊ステップをさらに有することが好ましい。
［繊維強化樹脂成形材料の製造装置］
　以下、本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形材料の製造装置として、例えば図１及び図２に示すＳＭＣ製造装置について具体的に説明する。本実施形態のＳＭＣ製造装置は、カーボン（炭素）繊維からなる繊維束と、不飽和ポリエステル樹脂からなる熱硬化性樹脂とを含み、裁断した繊維束のフィラメント間に熱硬化性樹脂を含浸させたシート状のＳＭＣ（Sheet Molding Compound）を製造する装置である。なお、繊維束としては、カーボン繊維の他にも、ガラス繊維等の強化繊維を用いることができる。樹脂としては、熱硬化性樹脂の他にも、熱可塑性樹脂を用いることができる。
　図１は、ＳＭＣ製造装置の構成を示す側面図である。図２Ａは、図１に示すＳＭＣ製造装置が備える繊維束供給部１０の一構成例を示した側面図であり、図２Ｂはその分繊部を搬送方向から見た正面図である。また、以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。
　本実施形態のＳＭＣ製造装置は、図１に示すように、繊維束供給部１０と、第１のシート供給部１１と、第１の塗工部１２と、裁断部１３と、第２のシート供給部１４と、第２の塗工部１５と、含浸部１６とを備えている。
　繊維束供給部１０は、図２Ａに拡大して示すように、連続する繊維束ＣＦを所定の方向（以下、搬送方向という。）に搬送させながら、幅方向（Ｙ軸方向）に開繊する開繊部と、開繊された繊維束ＣＦを複数の繊維束ＣＦに分繊する分繊部とを構成している。
　具体的に、この繊維束供給部１０は、複数の開繊バー１７と、複数の回転刃１８と、複数のゴデットローラ１９とを備えている。
　繊維束供給部１０では、先ず、図１中の＋Ｘ軸方向（水平方向の右側）に向けてボビンＢから引き出されたラージトウの繊維束ＣＦが幅方向に開繊される。具体的には、繊維束ＣＦが開繊部である複数の開繊バー１７を通過する間に、各開繊バー１７で加熱、擦過、揺動等の手段により繊維束ＣＦが幅方向に拡幅される。
　次に、分繊部である複数の回転刃１８により、開繊された繊維束ＣＦが複数の繊維束ＣＦに分繊される。複数の回転刃１８は、開繊された繊維束ＣＦの幅方向（Ｙ軸方向）に所定の間隔で並んで配置されている。また、各回転刃１８には、複数の刃物１８ａが周方向に連なって並んで配置されている。各回転刃１８の間では、複数の刃物１８ａの周方向における位置を互いに一致させることが好ましい。これにより、繊維束ＣＦに対して幅方向に並ぶ複数の回転刃１８の各刃物１８ａを突き刺し易くすることができる。
　図２Ｂに示すように、各回転刃１８の間には、スペーサ部材１８ｂが配置されている。スペーサ部材１８ｂの外周面は、各刃物１８ａの境界（刃元）よりも僅かに上方、もしくは僅かに下方に位置している。この位置関係により突き差し深さを調整する。複数の回転刃１８は、回転自在に支持されている。これにより、繊維束ＣＦの搬送に伴って、繊維束ＣＦに刃物１８ａを突き刺しながら、複数の回転刃１８を繊維束ＣＦの搬送方向と同一方向に回転させることができる。なお、複数の回転刃１８については、繊維束ＣＦの搬送に同期させながら、駆動モータ等により回転駆動させる構成としてもよい。
　複数の回転刃１８を挟んだ搬送方向の両側には、一対のガイド部材４０が配置されている。複数の回転刃１８は、一対のガイド部材４０の間で搬送される繊維束ＣＦに対して、一対のガイド部材４０が配置された側とは反対側から複数の刃物１８ａを突き刺すように配置されている。
　回転刃１８を回転させながら、連続する繊維束ＣＦに複数の刃物１８ａを間欠的に突き刺すことによって、繊維束ＣＦが幅方向において分繊される。このとき、連続する繊維束ＣＦにスペーサ部材１８ｂが接する位置まで複数の刃物１８ａを突き刺すことで、各刃物１８ａの間で繊維束ＣＦが連続的に分繊されることを防止している。これにより、分繊された複数の繊維束ＣＦの各間は、完全に分繊された状態とはならず、部分的に未分繊の状態となる。その後、分繊された繊維束ＣＦは、複数のゴデットローラ１９で案内されながら、裁断部１３に向けて供給される。
　第１のシート供給部１１は、第１の原反ロールＲ１から巻き出された連続する第１のシートＳ１を第１の塗工部１２に向けて供給する。ＳＭＣ製造装置は、第１のシートＳ１を含浸部１６に向けて搬送する第１の搬送部２０を備えている。
　第１の搬送部２０は、一対のプーリ２１ａ，２１ｂの間に無端ベルト２２を掛け合わせたコンベア２３を備えている。コンベア２３は、一対のプーリ２１ａ，２１ｂを同一方向に回転させることによって無端ベルト２２を周回させながら、この無端ベルト２２の面上において、第１のシートＳ１を図１中の＋Ｘ軸方向（水平方向の右側）に向けて搬送する。
　第１の塗工部１２は、図１中の＋Ｘ軸方向（水平方向の右側）に向けて搬送される第１のシートＳ１の直上に位置して、ペーストＰを供給するコータ２４を有している。第１の塗工部１２では、第１のシートＳ１がコータ２４を通過することで、第１のシートＳ１の面上にペーストＰが所定の厚みで塗工される。
　なお、ペーストＰには、上述した不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂の他にも、炭酸カルシウム等の充填剤や、低収縮化剤、離型剤、硬化開始剤、増粘剤等を混合したものを用いることができる。
　裁断部１３は、第１の塗工部１２よりも搬送方向の下流側に位置して、繊維束供給部１０から供給される繊維束ＣＦを裁断機１３Ａで裁断してペーストＰの上に散布させる。裁断機１３Ａは、コンベア２３により搬送される第１のシートＳ１の上方に位置して、ガイドローラ２５と、ピンチローラ２６と、カッターローラ２７とを備えている。
　ガイドローラ２５は、回転しながら繊維束供給部１０から供給された繊維束ＣＦを下方に向けて案内する。ピンチローラ２６は、ガイドローラ２５との間で繊維束ＣＦを挟み込みながら、ガイドローラ２５とは逆向きに回転することによって、ガイドローラ２５と協働しながら、分繊された繊維束ＣＦを引き込む。カッターローラ２７は、回転しながら繊維束ＣＦを所定の長さとなるように裁断する。裁断された繊維束ＣＦは、ガイドローラ２５とカッターローラ２７との間から落下し、第１のシートＳ１（ペーストＰ）の上に散布される。
　第２のシート供給部１４は、第２の原反ロールＲ２から巻き出された連続する第２のシートＳ２を第２の塗工部１５に向けて供給する。ＳＭＣ製造装置は、第２のシートＳ２を含浸部１６に向けて搬送する第２の搬送部２８を備えている。
　第２の搬送部２８は、コンベア２３により搬送される第１のシートＳ１の上方に位置して、複数のガイドローラ２９を有している。第２の搬送部２８は、第２のシート供給部１４から供給された第２のシートＳ２を図１中の－Ｘ軸方向（水平方向の左側）に向けて搬送した後、回転する複数のガイドローラ２９によって第２のシートＳ２が搬送される方向を下方から図１中の＋Ｘ軸方向（水平方向の右側）に向けて反転させる。
　第２の塗工部１５は、図１中の－Ｘ軸方向（水平方向の左側）に向けて搬送される第２のシートＳ２の直上に位置して、ペーストＰを供給するコータ３０を備えている。第２の塗工部１５では、第２のシートＳ２がコータ３０を通過することで、第２のシートＳ２の面上にペーストＰが所定の厚みで塗工される。
　含浸部１６は、裁断部１３よりも搬送方向の下流側に位置して、貼合機構３１と、加圧機構３２とを備えている。貼合機構３１は、コンベア２３の下流側のプーリ２１ｂの上方に位置して、複数の貼合ローラ３３を備えている。
　複数の貼合ローラ３３は、ペーストＰが塗工された第２のシートＳ２の背面に接触した状態で配置されている。また、複数の貼合ローラ３３は、第１のシートＳ１に対して第２のシートＳ２が徐々に接近するように配置されている。
　これにより、第１のシートＳ１の上に第２のシートＳ２が重ね合わされる。また、第１のシートＳ１と第２のシートＳ２とは、その間に繊維束ＣＦ及びペーストＰを挟み込みながら、互いに貼合された状態で加圧機構３２側へと搬送される。以下、互いに貼合された第１のシートＳ１及び第２のシートＳ２を貼合シートＳ３という。
　加圧機構３２は、第１の搬送部２０（コンベア２３）の下流側に位置して、一対のプーリ３４ａ，３４ｂの間に無端ベルト３５ａを掛け合わせた下側コンベア３６Ａと、一対のプーリ３４ｃ，３４ｄの間に無端ベルト３５ｂを掛け合わせた上側コンベア３６Ｂとを備えている。
　下側コンベア３６Ａと上側コンベア３６Ｂとは、互いの無端ベルト３５ａ，３５ｂを突き合わせた状態で、互いに対向して配置されている。加圧機構３２は、下側コンベア３６Ａの一対のプーリ３４ａ，３４ｂを同一方向に回転させることによって無端ベルト３５ａを周回させ、上側コンベア３６Ｂの一対のプーリ３４ｃ，３４ｄを同一方向に回転させることによって無端ベルト３５ｂを無端ベルト３５ａと同じ速さで逆向きに周回させる。これにより、無端ベルト３５ａ，３５ｂの間に挟み込まれた貼合シートＳ３が図１中の＋Ｘ軸方向（水平方向の右側）に向けて搬送される。
　加圧機構３２は、複数の下側ローラ３７ａと、複数の上側ローラ３７ｂとを備えている。複数の下側ローラ３７ａは、無端ベルト３５ａの突合せ部分の背面に接触した状態で配置されている。同様に、複数の上側ローラ３７ｂは、無端ベルト３５ｂの突合せ部分の背面に接触した状態で配置されている。また、複数の下側ローラ３７ａと複数の上側ローラ３７ｂとは、貼合シートＳ３の搬送方向に沿って互い違いに並んで配置されている。
　加圧機構３２は、無端ベルト３５ａ，３５ｂの間を貼合シートＳ３が通過する間に、第１のシートＳ１と第２のシートＳ２との間に挟み込まれたペーストＰ及び繊維束ＣＦを複数の下側ローラ３７ａ及び複数の上側ローラ３７ｂにより加圧する。このとき、ペーストＰは、繊維束ＣＦを挟んだ両側から繊維束ＣＦのフィラメント内に含浸される。これにより、繊維束ＣＦのフィラメント内に熱硬化性樹脂が含浸されたＳＭＣの原反Ｒが得られる。
（ＳＭＣの製造方法）
　以下、本発明の一実施形態に係る繊維強化樹脂成形材料の製造方法として、上述したＳＭＣ製造装置を用いたＳＭＣの製造方法について具体的に説明する。
　本実施形態のＳＭＣの製造方法では、塗工ステップにおいて、第１の原反ロールＲ１から長尺の第１のシートＳ１を巻き出し、第１の搬送部２０により搬送しつつ、第１の塗工部１２により第１のシートＳ１上にペーストＰを所定の厚みで塗工する。
　次いで、開繊ステップにおいて、複数の開繊バー１７の間に繊維束ＣＦを通過させ、繊維束ＣＦを幅方向に拡幅する。
　次いで、分繊ステップにおいて、回転刃１８を回転させながら、開繊された繊維束ＣＦに複数の刃物１８ａを間欠的に突き刺す。これにより、繊維束ＣＦを長手方向において断続的に分繊し、分繊された複数の繊維束ＣＦの各間を部分的に未分繊の状態とする。なお、分繊ステップでは、分繊された繊維束ＣＦ同士の引っ付きを防止するため、分繊時の繊維束ＣＦの温度を６０℃以下とすることが好ましく、より好ましくは５０～５℃とする。
　ここで、分繊された繊維束ＣＦについて、その分繊位置について図３を参照して説明する。なお、図３では、開繊された繊維束ＣＦのトウｔを細線で示し、開繊された繊維束ＣＦの分割線を太線で示し、開繊された繊維束ＣＦの裁断機１３Ａで切断される切断線を破線で示している。
　分繊後の繊維束ＣＦには、図３に示すように、刃物１８ａにより分割された分繊部分と、刃物１８ａにより分割されなかった未分繊部分とが交互に、いわゆるミシン目状に形成されている。
　この場合、繊維束ＣＦ内のフィラメントに斜行、蛇行や交絡が発生していても、分繊された複数の繊維束ＣＦの間で一部が繋がっているため、幅方向に開繊した状態のまま、分繊された複数の繊維束ＣＦを安定した状態で裁断機１３Ａ側へと搬送することが可能である。また、繊維束ＣＦ内のフィラメントが斜行や蛇行していても、繊維束ＣＦを損傷させない。このため、分繊した繊維束ＣＦの一部が切断されてしまい、切断された繊維束ＣＦがロール等に巻き付いてしまうといったことを防ぐことが可能である。
　以上のように、本実施形態のＳＭＣの製造方法では、分繊された複数の繊維束ＣＦの各間を部分的に未分繊の状態とすることで、繊維束ＣＦの蛇行や繊維束ＣＦに発生するフィラメント内の斜行、蛇行や交絡による影響を回避しながら、分繊した繊維束ＣＦを安定した状態で裁断機１３Ａまで供給することが可能である。また、比較的安価なラージトウの繊維束ＣＦを用いることによって、ＳＭＣの製造コストを下げることが可能である。
　裁断ステップでは、裁断部１３において分繊された繊維束ＣＦを裁断機１３Ａにより裁断し、ペーストＰの上に散布する。分繊ステップ及び裁断ステップにおいて、上述した条件（１）及び条件（３）のいずれか一方又は両方を満たすように繊維束の分繊及び分繊を行う。これにより、強化繊維を均一に分散させやすくなり、樹脂の含浸性が向上することで、高品質なＳＭＣが得られる。
　含浸ステップでは、第２のシート供給部１４により、第２の原反ロールＲ２から長尺の第２のシートＳ２を巻き出し、第２の塗工部１５により第２のシートＳ２の上にペーストＰを所定の厚みで塗工する。次いで、含浸部１６において、貼合機構３１により第１のシートＳ１の上に第２のシートＳ２を重ね合わせる。次いで、加圧機構３２により、第１のシートＳ１と第２のシートＳ２で挟み込まれたペーストＰと繊維束を加圧し、繊維束のフィラメント間に熱硬化性樹脂を含浸させる。これにより、繊維束ＣＦのフィラメント内に熱硬化性樹脂が含浸されたＳＭＣの原反Ｒが得られる。
　ＳＭＣの原反Ｒは、ロール状に巻き取られた後、次工程へと送られる。そして、ＳＭＣの原反Ｒは、所定の長さで切断されることによって、最終的にシート状のＳＭＣ（繊維強化樹脂成形材料）として出荷される。なお、第１のシートＳ１及び第２のシートＳ２は、ＳＭＣの成形前にＳＭＣから剥離される。
　なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　具体的に、上記繊維束供給部１０では、上記複数の回転刃１８の代わりに、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すような複数の鋸刃３８を用いてもよい。なお、図４Ａは、図１に示すＳＭＣ製造装置が備える繊維束供給部の別の構成例を示した側面図であり、図４Ｂはその分繊部を搬送方向から見た正面図である。
　複数の鋸刃３８は、開繊された繊維束ＣＦの幅方向（Ｙ軸方向）に所定の間隔で並んで配置されている。また、各鋸刃３８には、複数の刃物３８ａが繊維束ＣＦの搬送方向と同一方向に連なって並んで配置されている。さらに、各鋸刃３８の間では、複数の刃物３８ａの搬送方向における位置を互いに一致させることが好ましい。これにより、繊維束ＣＦに対して幅方向に並ぶ複数の鋸刃３８の各刃物３８ａを突き刺し易くすることができる。
　各鋸刃３８の間には、スペーサ部材３８ｂが配置されている。スペーサ部材３８ｂの上面は、各刃物３８ａの境界（刃元）よりも僅かに上方に位置している。
　複数の鋸刃３８を挟んだ搬送方向の両側には、一対のガイド部材４０が配置されている。複数の鋸刃３８は、一対のガイド部材４０の間で搬送される繊維束ＣＦに対して、一対のガイド部材４０が配置された側とは反対側から複数の刃物３８ａを突き刺す位置と、繊維束ＣＦから離間する位置との間で上下に往復移動（揺動）可能に配置されている。
　すなわち、この鋸刃３８を用いた分繊ステップでは、鋸刃３８を上下方向（Ｚ軸方向）に揺動させながら、開繊された繊維束ＣＦに複数の刃物３８ａを間欠的に突き刺すことによって、繊維束ＣＦを幅方向において分繊する。このとき、連続する繊維束ＣＦにスペーサ部材３８ｂが接する位置まで複数の刃物３８ａを突き刺すことで、各刃物３８ａの間で繊維束ＣＦが連続的に分繊されることを防止している。これにより、上記回転刃１８を用いた場合と同様に、分繊された複数の繊維束ＣＦの各間を部分的に未分繊の状態とすることができる。
　したがって、この場合も、繊維束ＣＦの蛇行や繊維束ＣＦに発生するフィラメント内の斜行、蛇行や交絡による影響を回避しながら、分繊した繊維束ＣＦを安定した状態で裁断機１３Ａまで供給することが可能である。また、比較的安価なラージトウの繊維束ＣＦを用いることによって、ＳＭＣの製造コストを下げることが可能である。
　本発明では、例えば、上述したＳＭＣ製造装置の回転刃１８や鋸刃３８を用いた分繊ステップにおいて、連続する繊維束ＣＦを厚み方向に重ね合わせた状態で、複数の繊維束ＣＦに分繊することも可能である。
　また、上記刃物１８ａ，３８ａについては、連続する繊維束ＣＦに対して刃物１８ａ，３８ａを間欠的に突き刺すことが可能な形状であればよく、例えば図５Ａ～図５Ｅに示すような刃物１８ａ，３８ａの形状を例示することができる。さらに、刃物１８ａ，３８ａについては、片刃であっても、両刃であってもよい。
　また、幅方向（Ｙ軸方向）で隣り合う複数の回転刃１８又は鋸刃３８の間では、それぞれの刃物１８ａ，３８ａを繊維束ＣＦに対して間欠的に突き刺すタイミングを一致させる場合に限らず、タイミングをずらすことも可能である。
　また、刃物１８ａ，３８ａについては、図６Ａに示す刃先角度（切っ先の角度）をαとし、図６Ｂに示す刃角度（刃先角）をβとしたときに、３０°≦α≦９０°、１０°≦β≦４５°（より好ましくは２０°≦β≦３０°）を満足することが好ましい。また、刃物１８ａ，３８ａの厚みについては、０．３～２ｍｍとすることが好ましい。
　本発明の繊維強化樹脂成形材料の製造装置は、開繊部を備えないものであってもよい。
　以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に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できる。
［実施例１］
　上記図１及び図２に示すＳＭＣ製造装置を用いてＳＭＣを製造した。
　分繊部には、４枚の回転刃１８を備えるものを用いた。それぞれの回転刃１８には、６個の刃物１８ａが周方向に連なって並んで配置されたものを用いた。それぞれの刃物１８ａは、繊維束ＣＦに接触する部分の最大厚みが１ｍｍ、刃物の繊維束に接触する部分の最大幅が１ｍｍ、刃物の幅方向の先端部の角度（切っ先の角度）が６４°、刃物の厚さ方向の刃角度（刃先角）が３０°の略三角形の形状とした。各回転刃１８の間においては、複数の刃物１８ａの周方向における位置を互いに一致させた。各回転刃１８の間には、スペーサ部材１８ｂを配置し、スペーサ部材１８ｂの幅は２．２ｍｍとした。
　繊維束ＣＦとしては、炭素繊維束（三菱レイヨン社製、製品名：ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ、繊維数：１５０００本）を用いた。ペーストＰとしては、ビニルエステル樹脂を用いた。
　開繊バー１７では繊維束ＣＦを幅１５ｍｍに拡幅した。分繊時の繊維束ＣＦの搬送速度は４０ｍ／ｍｉｎとした。４枚の回転刃１８による分繊により、開繊後の繊維束ＣＦに、長さ２８．３ｍｍの分繊部分と長さ０．５ｍｍの未分繊部分とを、繊維束ＣＦの長手方向に交互に連続するように、かつ繊維束ＣＦの幅方向において３ｍｍ間隔で４列形成させた。裁断機１３Ａによる裁断は、分繊された繊維束ＣＦの長手方向において２５．４ｍｍ間隔で行った。裁断した繊維束ＣＦは、第１のシートＳ１上に塗工したペーストＰ上に散布した。ａ／Ｌは１．１１であり、ａ／（ａ＋ｂ）は０．９８であった。
　このＳＭＣの製造においては、分繊後の繊維束ＣＦは、その一部がロール等に巻き付いてしまうことなく、安定して裁断部１３に供給された。裁断された繊維束ＣＦには、未分繊部分を有するものが一部存在したが、ペーストＰ上への繊維束ＣＦの分散性に影響を与えるレベルではなかった。製造されたＳＭＣの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束ＣＦ（繊維数：３０００本）を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したＳＭＣとほぼ同等であった。
［実施例２］
　図１及び図２に示すＳＭＣ製造装置を用いてＳＭＣを製造した。
　分繊部には、１枚の回転刃１８を備えるものを用いた。それぞれの刃物１８ａは、繊維束ＣＦに接触する部分の最大厚みが０．５ｍｍ、刃物の繊維束に接触する部分の最大幅が０．５ｍｍ、刃物の幅方向の先端部の角度（切っ先の角度）が６４°、刃物の厚さ方向の刃角度（刃先角）が３０°の略三角形の形状とした。各回転刃１８の間においては、複数の刃物１８ａの周方向における位置を互いに一致させた。各回転刃１８の間には、スペーサ部材１８ｂを配置し、スペーサ部材１８ｂの幅は２４．５ｍｍとした。
　繊維束ＣＦとしては、炭素繊維束（三菱レイヨン社製、製品名：ＴＲＷ４０　５０Ｌ、繊維数：５００００本）を用いた。ペーストＰとしては、ビニルエステル樹脂を用いた。
　開繊バー１７では繊維束ＣＦを幅２５ｍｍに拡幅した。分繊時の繊維束ＣＦの搬送速度は４０ｍ／ｍｉｎとした。４枚の回転刃１８による分繊により、開繊後の繊維束ＣＦに、長さ２８．３ｍｍの分繊部分と長さ０．６ｍｍの未分繊部分を形成させた。裁断機１３Ａによる裁断は、分繊された繊維束ＣＦの長手方向において２５．４ｍｍ間隔で行った。裁断した繊維束ＣＦは、第１のシートＳ１上に塗工したペーストＰ上に散布した。ａ／Ｌは１．１１であり、ａ／（ａ＋ｂ）は０．９８であった。
　このＳＭＣの製造においては、分繊後の繊維束ＣＦは、その一部がロール等に巻き付いてしまうことなく、安定して裁断部１３に供給された。裁断された繊維束ＣＦには、未分繊部分を有するものが一部存在したが、ペーストＰ上への繊維束ＣＦの分散性に影響を与えるレベルではなかった。製造されたＳＭＣの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束ＣＦ（繊維数：３０００本）を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したＳＭＣとほぼ同等であった。
［比較例１］
　実施例１と同様の装置を使用して、炭素繊維束（三菱レイヨン社製、製品名：ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ、繊維数：１５０００本）を用いた。開繊バー１７では繊維束ＣＦを幅１５ｍｍに拡幅した。分繊時の繊維束ＣＦの搬送速度は４０ｍ／ｍｉｎとした。４枚の回転刃１８による分繊により、開繊後の繊維束ＣＦに、長さ２０．４ｍｍの分繊部分と長さ１ｍｍの未分繊部分とを、繊維束ＣＦの長手方向に交互に連続するように、かつ繊維束ＣＦの幅方向において３ｍｍ間隔で４列形成させた。裁断機１３Ａによる裁断は、分繊された繊維束ＣＦの長手方向において２５．４ｍｍ間隔で行った。裁断した繊維束ＣＦは、第１のシートＳ１上に塗工したペーストＰ上に散布した。ａ／Ｌは０．８であり、ａ／（ａ＋ｂ）は０．９５であった。
　このＳＭＣの製造においては、分繊後の繊維束ＣＦは、その一部がロール等に巻き付いてしまうことなく、安定して裁断部１３に供給された。裁断された繊維束ＣＦには、未分繊部分を有するものが一部存在したが、ペーストＰ上への繊維束ＣＦの分散性に影響を与えるレベルではなかった。製造されたＳＭＣの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束ＣＦ（繊維数：３０００本）を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したＳＭＣよりも、裁断後の繊維束が分割されないものがあり、強度が３割低下した結果であった。
［比較例２］
　実施例１と同様の装置を使用して、炭素繊維束（三菱レイヨン社製、製品名：ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ、繊維数：１５０００本）を用いた。　開繊バー１７では繊維束ＣＦを幅１５ｍｍに拡幅した。分繊時の繊維束ＣＦの搬送速度は４０ｍ／ｍｉｎとした。４枚の回転刃１８による分繊により、開繊後の繊維束ＣＦに、長さ２８．３ｍｍの分繊部分と長さ３．５ｍｍの未分繊部分とを、繊維束ＣＦの長手方向に交互に連続するように、かつ繊維束ＣＦの幅方向において３ｍｍ間隔で４列形成させた。裁断機１３Ａによる裁断は、分繊された繊維束ＣＦの長手方向において２５．４ｍｍ間隔で行った。裁断した繊維束ＣＦは、第１のシートＳ１上に塗工したペーストＰ上に散布した。ａ／Ｌは１．１１であり、ａ／（ａ＋ｂ）は０．８９であった。
　このＳＭＣの製造においては、分繊後の繊維束ＣＦは、その一部がロール等に巻き付いてしまうことなく、安定して裁断部１３に供給された。裁断された繊維束ＣＦには、未分繊部分を有するものが一部存在したが、ペーストＰ上への繊維束ＣＦの分散性に影響を与えるレベルではなかった。製造されたＳＭＣの品質は、繊維数の少ない炭素繊維束ＣＦ（繊維数：３０００本）を用い、分繊ステップなしで得られる同サイズのチョップド炭素繊維束を使用したＳＭＣよりも、裁断後の繊維束が分割されないものがあり、強度が３割低下した結果であった。
［比較例３］
　実施例１と同様の装置を使用して、炭素繊維束（三菱レイヨン社製、製品名：ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ、繊維数：１５０００本）を用いた。　開繊バー１７では繊維束ＣＦを幅１５ｍｍに拡幅した。分繊時の繊維束ＣＦの搬送速度は４０ｍ／ｍｉｎとした。４枚の回転刃１８による分繊により、開繊後の繊維束ＣＦに、長さ２８．３ｍｍの分繊部分と長さ０ｍｍの未分繊部分とを、繊維束ＣＦの長手方向に交互に連続するように、かつ繊維束ＣＦの幅方向において３ｍｍ間隔で４列形成させた。裁断機１３Ａによる裁断は、分繊された繊維束ＣＦの長手方向において２５．４ｍｍ間隔で行った。裁断した繊維束ＣＦは、第１のシートＳ１上に塗工したペーストＰ上に散布した。ａ／Ｌは１．１１であり、ａ／（ａ＋ｂ）は１であった。
　このＳＭＣの製造においては、分繊後の繊維束ＣＦは、その一部がロール等に巻き付いてしまい、製造することができなかった。
　１０…繊維束供給部　１１…第１のシート供給部　１２…第１の塗工部　１３…裁断部　１３Ａ…裁断機　１４…第２のシート供給部　１５…第２の塗工部　１６…含浸部　１８…回転刃　１８ａ…刃物　１８ｂ…スペーサ部材　２０…第１の搬送部　２８…第２の搬送部　３１…貼合機構　３２…加圧機構　３８…鋸刃　３８ａ…刃物　３８ｂ…スペーサ部材　４０…ガイド部材　ＣＦ…繊維束　Ｐ…ペースト（熱硬化性樹脂）　Ｓ１…第１のシート　Ｓ２…第２のシート　Ｓ３…貼合シート　Ｒ…ＳＭＣ（繊維強化樹脂成形材料）の原反

Claims (18)

  1. 　裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、
    　下式（１）の条件を満たすように、連続する繊維束を長手方向において断続的に分繊し、長手方向に間隔を空けて裁断して前記の裁断した繊維束を得る、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
    　１≦ａ／Ｌ　・・・（１）
    （ただし、前記式（１）中、ａは前記の連続する繊維束における分繊部分の長さであり、Ｌは前記繊維束の長手方向における裁断される間隔である。）
  2. 　さらに、下式（２）の条件を満たすように前記分繊及び前記裁断を行う、請求項１に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
    　ａ／Ｌ≦１０　・・・（２）
  3. 　裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、
    　下式（３）の条件を満たすように、連続する繊維束を長手方向において断続的に分繊し、長手方向に間隔を空けて裁断して前記の裁断した繊維束を得る、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
    　０．９≦ａ／（ａ＋ｂ）＜１　・・・（３）
    （ただし、前記式（３）中、ａは前記の連続する繊維束における分繊部分の長さであり、ｂは前記の連続する繊維束における断続的な分繊部分間に存在する未分繊部分の長さである。）
  4. 　前記樹脂が熱硬化性樹脂である、請求項１～３のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  5. 　前記の断続的な分繊を、前記の連続する繊維束に刃物を間欠的に突き刺すことによって行う、請求項１～４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  6. 　前記の連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ連なった複数の刃物を、前記の連続する繊維束に間欠的に突き刺して、分繊された複数の繊維束の各間を部分的に未分繊の状態とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  7. 　所定の方向に搬送される第１のシートの上に樹脂を含むペーストを塗工するステップと、
    　連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップと、
    　前記分繊された繊維束を裁断機で裁断して、前記ペーストの上に散布するステップと、
    　前記繊維束が散布された第１のシートの上に、前記ペーストが塗工された第２のシートを重ね合わせた後、前記第１のシートと前記第２のシートとの間に挟み込まれた前記ペースト及び前記繊維束を加圧することによって、前記繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させるステップと、を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  8. 　前記の連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップにおいて、連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ、連なった複数の刃物が周方向に並んで配置された複数の回転刃を用いて、前記回転刃を回転させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺す、請求項７に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  9. 　前記の連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップにおいて、前記の複数の刃物が前記繊維束の搬送方向と同一方向に並んで配置された鋸刃を用いて、前記鋸刃を上下方向に揺動させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺す、請求項７に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  10. 　前記の連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップにおいて、前記連続する繊維束を厚み方向に重ね合わせた状態で、複数の繊維束に分繊する、請求項７～９のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  11. 　前記の連続する繊維束を幅方向に開繊した後に、前記の連続する繊維束を複数の繊維束に分繊するステップにおいて、開繊された繊維束を複数の繊維束に分繊する、請求項７～１０のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
  12. 　裁断した繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させたシート状の繊維強化樹脂成形材料を製造する繊維強化樹脂成形材料の製造装置であって、
    　連続する繊維束を複数の繊維束に分繊する分繊部と、分繊された繊維束を裁断機で裁断する裁断部と、を含み、
    　前記分繊部は、前記の連続する繊維束に刃物を間欠的に突き刺すことによって、分繊された複数の繊維束の各間を部分的に未分繊の状態とする、繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
  13. 　前記刃物が、前記連続する繊維束の幅方向に所定の間隔で並ぶ連なった複数の刃物である、請求項１２に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
  14. 　所定の方向に搬送される第１のシートの上に樹脂を含むペーストを塗工する塗工部と、
    　前記分繊部と、
    　分繊された繊維束を裁断機で裁断して、前記ペーストの上に散布する裁断部と、
    　前記繊維束が散布された第１のシートの上に、前記ペーストが塗工された第２のシートを重ね合わせた後、前記第１のシートと前記第２のシートとの間に挟み込まれた前記ペースト及び前記繊維束を加圧することによって、前記繊維束のフィラメント間に樹脂を含浸させる含浸部とを含む、請求項１２又は１３に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
  15. 　前記分繊部が、複数の刃物が周方向に並んで配置された回転刃を備え、前記回転刃を回転させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺すものである、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
  16. 　前記分繊部が、複数の刃物が前記繊維束の搬送方向と同一方向に並んで配置された鋸刃を備え、前記鋸刃を上下方向に揺動させながら、前記の連続する繊維束に前記の複数の刃物を間欠的に突き刺すものである、請求項１２～１４のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
  17. 　前記刃物を挟んだ搬送方向の両側に配置された一対のガイド部材を備え、前記一対のガイド部材の間で搬送される前記の連続する繊維束に対して、前記一対のガイド部材が配置された側とは反対側から前記刃物を突き刺す、請求項１２～１６のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
  18. 　前記幅方向に並ぶ前記の複数の刃物の各間に配置されたスペーサ部材を備え、前記の連続する繊維束に前記スペーサ部材が接する位置まで前記の複数の刃物を突き刺す、請求項１３～１７のいずれか一項に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造装置。
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