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WO2019142851A1 - 強化繊維マット製造装置 - Google Patents

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WO2019142851A1
WO2019142851A1 PCT/JP2019/001217 JP2019001217W WO2019142851A1 WO 2019142851 A1 WO2019142851 A1 WO 2019142851A1 JP 2019001217 W JP2019001217 W JP 2019001217W WO 2019142851 A1 WO2019142851 A1 WO 2019142851A1
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WO
WIPO (PCT)
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fiber mat
striking
reinforced fiber
fiber bundle
rotary
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PCT/JP2019/001217
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English (en)
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河原好宏
幾島崇
野口泰幹
鈴木保
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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Priority to EP19741878.3A priority patent/EP3741895B1/en
Priority to ES19741878T priority patent/ES2923601T3/es
Priority to JP2019512688A priority patent/JP7001091B2/ja
Priority to CA3086306A priority patent/CA3086306A1/en
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    • D01G—PRELIMINARY TREATMENT OF FIBRES, e.g. FOR SPINNING
    • D01G11/00—Disintegrating fibre-containing articles to obtain fibres for re-use

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing apparatus for manufacturing a reinforcing fiber mat in which reinforcing fiber bundles are finely divided and uniformly dispersed.
  • Fiber-reinforced plastics composed of reinforcing fibers and matrix resin are widely used in industrial applications because they have excellent mechanical properties such as high specific strength and high specific modulus.
  • a molded product of a desired shape is manufactured by heating and pressure molding using a molding material composed of discontinuous reinforcing fibers (for example, carbon fibers) and a matrix resin.
  • the technology is known, mainly SMC (sheet molding compound) and stampable sheets.
  • the properties of a reinforcing fiber mat in which a plurality of reinforcing fibers are randomly dispersed are factors that greatly affect mechanical properties.
  • the mechanical properties of the fiber-reinforced plastic are greatly affected by the fiber bundle thickness and the degree of fiber non-uniformity in the reinforcing fiber mat, so the fiber bundle is divided into a desired bundle thickness and the divided fiber bundle is Uniform dispersion is important in producing a good reinforcing fiber mat.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a dispersing method in which the yarn bundle is struck by rotating a yarn impacting member radially extended from the rotation axis to perform division and dispersion. Have been described.
  • Patent Document 3 describes a method of dispersing fiber bundles by an air nozzle.
  • the object of the present invention is to pay attention to the problems as described above, and the reinforcing fiber bundle is surely hit by a simple device to divide the fiber bundle into fine bundles and at the same time disperse it in a wide range and further air at the time of dispersion. It is an object of the present invention to provide an apparatus for producing a uniform reinforcing fiber mat of fiber weight by preventing the disturbance of
  • a reinforcing fiber mat manufacturing apparatus in which reinforcing fiber bundles are brought into contact with a striking mechanism and divided into a plurality and dispersed, and the striking mechanism comprises a pair of rotating plates attached at spaced positions of a rotating shaft,
  • An apparatus for manufacturing a reinforced fiber mat comprising a plurality of striking members arranged in parallel with the rotation axis.
  • a partition rotary plate is further attached to the rotary shaft between the pair of rotary plates, and a plurality of the striking members are disposed between the adjacent rotary plates and the partition rotary plate, or between the adjacent partition rotary plates.
  • the impact mechanism is disposed in a spray booth to which the rotary shaft is attached, and the spray booth is provided with a dispersion opening below the impact mechanism, and the spray booth is provided with a dispersion opening.
  • the reinforcing fiber mat manufacturing apparatus according to any one of (1) to (4), wherein a plurality of scattering booth partition plates extending in a direction orthogonal to the axial direction are arranged in the axial direction.
  • a drop opening is provided above the striking mechanism in the spray booth, and the drop opening is connected to a shooter and extends inside the shooter in a direction orthogonal to the axial direction of the rotation shaft.
  • the reinforcing fiber bundle is surely hit with a simple device to divide the fiber bundle into small bundles, and at the same time, it is dispersed in a wide range, and furthermore, the disturbance of air during dispersion is prevented.
  • a uniform reinforcing fiber mat of fiber weight can be obtained.
  • FIG. 1 An example of the spiral blade roll used in the Example is shown, (A) is a front view, (B) is a side view. An example of the needle type striking mechanism used by a comparative example is shown, (A) is a front view, (B) is a side view. An example of the parallel blade roll used in the Example is shown, (A) is a front view, (B) is a side view. It is a schematic diagram for demonstrating the method to cut out a 100 mm (square) mat
  • FIG. 1 is a cross-sectional view from the front
  • FIG. 2 is an external view thereof
  • FIG. 4 is a top view.
  • a guide roll 10 for guiding the reinforcing fiber 1 is provided at the top
  • a nip roll 11 and a cutter roll 12 are provided immediately below it.
  • the nip roll 11 and the cutter roll 12 can be pressed or retracted relative to each other by an operating mechanism (not shown).
  • a cylindrical shooter 20 is provided around and below the nip roll 11 and the cutter roll 12, and the shooter 20 is connected to the lower spray booth 30 via a drop opening.
  • the scattering booth 30 is internally provided with a striking mechanism 40 for striking the fiber bundle, and the striking mechanism 40 is connected to the rotary shaft 41 and the rotary shaft 41 rotated by the rotary mechanism (not shown), and rotates together with the rotary shaft 41
  • a plurality of linear striking members 43 stretched in a direction parallel to the rotation shaft 41 is provided between the pair of rotation plates 42 and the pair of rotation plates 42.
  • the reinforcing fiber bundle 1 is guided to the nip roll 11 via the guide roll 10, and the reinforcing fiber bundle 1 is pressed against each other by an operation mechanism (not shown).
  • the reinforcing fiber bundle 2 is cut between the cutter rolls 12 and cut.
  • the cut reinforcing fiber bundle 2 is dropped into the spray booth 30 through the shooter 20 and then through the drop opening, and contacts the striking member 43 stretched on the striking mechanism 40 that is rotating. It becomes thinner than before and is divided into a plurality of reinforcing fiber bundles 3. Also, the divided reinforcing fiber bundles 3 are dispersed in a wider range than that before contact. The divided reinforcing fiber bundles 3 pass through the dispersing openings under the spray booth 30, drop and accumulate on the sheet material 50 moving in one direction, and the reinforcing fiber mat 4 is formed.
  • the striking members 43 are arranged substantially equally in parallel with the direction of the rotation shaft 41, as shown in detail in FIG.
  • the striking member 43 can contact the falling reinforcing fiber bundle 2 with a high probability to hit it, and the original reinforcing fiber bundle introduced into the device can be made of a plurality of thinner reinforcing fibers. It can be divided reliably into bundles.
  • the shape of the pair of rotary plates 42 for fixing the striking member 43 is not limited to a complete flat plate, and at least two places of the striking member are fixed at positions separated from each other along the rotation axis.
  • the rotation of the reinforcing fiber bundle 2 is preferably in the form of a disc which can be evenly hit and divided by the striking member 43 while the striking mechanism 40 is rotated.
  • the striking member 43 is preferably disposed concentrically with the rotation shaft 41 along the outer periphery of the pair of rotary plates 42.
  • the arrangement number is preferably three or more, and more preferably about 6 to 16.
  • the striking member 43 may have a plate shape or a bar shape having a circular or polygonal cross section as long as the striking member 43 has a shape that is continuous in the direction parallel to the axis of the rotary shaft 41, and the shape is not limited. As described in the above-mentioned embodiment, it is more preferable that the shape is a thin linear form, and further that the diameter of the line is less than 3 mm, and more preferably 1.5 mm or less. As to the cross section of the linear material, it is possible to select various shapes such as a polygon or a cross between polygon and arc, in addition to a circle, and as the thickness, the largest circumscribed circle including the cross section Is preferably less than 3 mm, and more preferably 1.5 mm or less.
  • the lower limit is not particularly limited, but the shape is not easily deformed by the rotation of the striking mechanism 43, and a thickness that can be in contact with the falling reinforcing fiber bundle 2 and divided properly can be secured. 0.3 mm or more is preferable.
  • a high-strength steel that resists repeated collisions with the reinforcing fiber bundle 2 and does not generate wear or breakage for a long time is preferable, and in the case of other linear forms, various synthetic fibers and natural Fiber can be used.
  • the surface area of the striking member 43 in contact with the air can be kept small, and the generation of the accompanying air flow accompanying the rotation of the striking member 43 is minimized. Therefore, the disturbance of the air flow generated in the booth 30, in particular, the air flow generated in the direction of the rotation shaft 41 can be suppressed.
  • a plurality of reinforcing fiber bundles 1 are arranged in the width direction of the apparatus (the direction of extension of the rotation axis of the cutter roll 12 or the rotating shaft 41 is defined as the width direction). It is preferable to feed at an equal pitch. As described above, the air flow in the direction of the rotation axis 41 in the spray booth 30 is suppressed, whereby the input reinforcing fiber bundle 1 is divided, dispersed, and dropped while maintaining a uniform fabric weight distribution in the width direction. Thus, it is possible to obtain a reinforced fiber mat 4 having a high basis weight accuracy.
  • the accompanying air flow is small, it is possible to avoid the phenomenon that the cut reinforcing fiber bundle 2 is blown off by the wind before coming into contact with the striking member 43 by the accompanying air flow and can not contact the striking member 43.
  • the thinner the striking member 43 the impact can be applied to the local portion of the reinforcing fiber bundle 2 that has been cut, and the cut-off reinforcing fiber bundle 2 can be more reliably divided.
  • the shape of the striking member 43 does not necessarily have to be completely parallel to the axis of rotation, and even if it is slightly twisted or inclined with respect to the axis of rotation, the axis of rotation may be approximately rotated And the parallel method should be continuous. Further, as shown in FIG. 5, the striking member 43 may be present at different angular distribution along a plurality of concentric circles of different diameters. The arrangement angles do not necessarily have to be equal distribution angles, but it is preferable to arrange them at equal distribution angles on concentric circles, because the weight balance as a rotating body is good and high speed rotation can be stably realized. .
  • the striking member 43 is supported by the plurality of divided rotary plates 42a in the state where it is connected by one along the entire length in the rotational axis direction (a state where it is connected to the pair of rotary plates 42). It may be a form. By supporting in this manner, the striking member 43 receives centrifugal force as it is rotated, and suppresses bending in a direction away from the rotating shaft 41, and stabilizes the direction in which the cut reinforcing fiber bundle 2 scatters due to impact. It is possible to contribute to maintaining a high surface area accuracy of the reinforcing fiber mat.
  • the partition rotary plate 42a is attached between the pair of rotary plates 42, and a striking member is provided between the adjacent rotary plates and the partition rotary plates or between the adjacent partition rotary plates. 43 may be arranged respectively. That is, the striking member 43 may be interrupted halfway between the pair of rotary plates 42, and it is also possible to change the number of striking members 43 disposed between the respective rotary plates 42 and the partition rotary plates 42a. .
  • a shooter partition plate that divides at least a portion of the inner space into a plurality of regions in a plane orthogonal to the axis of rotation of the striking member 43 inside the shooter 20 and the spray booth 30 21 and 21 preferably include a spray booth divider 31.
  • the cutter roll has a straight blade parallel to the axial direction of the roll as shown in FIG. 10 (edge angle: 20 degrees, thickness: 0.3 mm, material: alloy tool steel), 12.6 mm pitch equal to the outer periphery of the roll So I attached 15 sheets.
  • the projection length of the straight blade was 1 mm, and the outer diameter represented by a circle connecting the apexes of the cutting edges was 6060 mm.
  • the striking mechanism includes a rotary shaft as shown in FIGS. 1 and 3, a pair of rotary plates connected to the rotary shaft, and a wire-like striking member (a piano with a diameter of 1.2 mm on a virtual circle with a diameter of 200 mm on the rotary plate surface). A line in which 16 lines were evenly arranged was used. Although not shown here, the striking mechanism can be rotated at an arbitrary speed by a separately provided drive mechanism.
  • the spiral blade roll manufactured by cutting out from an alloy tool steel material had an outer diameter of ⁇ 60 mm represented by a circle connecting the apexes of the cutting edges.
  • the spray booth partition plate is a SUS304 plate having a thickness of 1 mm, which is arranged at intervals of 100 mm in the rotational axis direction of the striking mechanism.
  • the above-mentioned device configuration 1 is based on the basic configuration, but the striking mechanism is not the configuration shown in FIGS. 1 and 3, but on the outer peripheral surface of a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 60 mm roll needle shaft (material: aluminum) as shown in FIG.
  • a 4 4 mm needle (hollow shape: inner diameter 2 mm, material: SUS 304) is projected from the roll with a length of 70 mm, and arranged radially at eight equal intervals and at an equal pitch of 40 mm in the axial direction of the needle axis
  • the outer diameter represented by a circle connecting the apexes of the needle tips was 200200 mm.
  • the striking mechanism is configured to be rotatable at an arbitrary speed by a separately provided drive mechanism.
  • Weighting unevenness Place the manufactured reinforced fiber mat on a table covered with a cutter mat, and measure 1500 mm in the mat width direction (direction perpendicular to the horizontal direction from the sheet material conveyance direction), and 300 mm in the mat lengthwise direction (sheet conveyance direction) It cut out with a rotary cutter in large format size. Thereafter, as shown in FIG. 11, a mat of 100 mm was cut out into 45 points in total, 15 rows in the width direction and 3 rows in the longitudinal direction, and the weight was measured by an electronic balance. The standard deviation and the mean value at the measured weight values of 45 points were calculated, and the value obtained by dividing the standard deviation by the mean value was defined as "weighting unevenness (CV%)".
  • the first point is the first row, the first column
  • the second point is the third row, the fourth column
  • the third point is, as shown by the circle marks in FIG.
  • the fourth point was selected to be the first row and the eleventh column
  • the fifth point was selected to be the third row and the fourteenth column.
  • a plurality of fiber bundles were gathered from the center of the selected 100 mm square mat and picked up with tweezers, and the fiber bundle group in which the fiber bundles were collected was placed on an electronic balance and the weight was measured.
  • weight ratio of the fine bundle (%) is defined as "weight ratio of the fine bundle (%)".
  • Example 1 [Straight blade, no partition plate, ⁇ 1.2 wire type, 400 rpm]
  • the rotational speed of the impact dispersing mechanism was set to 400 rpm to produce a reinforced fiber mat.
  • no noticeable unevenness in fabric weight could be confirmed, and many bundles were composed of thin bundles, which were of good quality.
  • a summary of the results is shown in Table 1.
  • Example 2 [200 rpm] From Example 1, the rotational speed of the striking mechanism was changed to 200 rpm to produce a reinforced fiber mat. As a result of visual observation of the obtained mat, no noticeable unevenness in fabric weight could be confirmed, and many bundles were composed of thin bundles, which were of good quality. A summary of the results is shown in Table 1.
  • Example 3 [800 rpm] From Example 1, the rotational speed of the striking mechanism was changed to 800 rpm to produce a reinforced fiber mat. As a result of visual observation of the obtained mat, no noticeable unevenness in fabric weight could be confirmed, and many bundles were composed of thin bundles, which were of good quality. A summary of the results is shown in Table 1.
  • Example 4 [hit member ⁇ ⁇ 3] From Example 1, the striking member was changed to a rod (made of SUS304) with a diameter of 3 mm, to produce a reinforced fiber mat. As a result of visual observation of the obtained mat, unevenness in basis weight was present in some places, thick bundles were present in some places, and it was of the same grade. A summary of the results is shown in Table 1.
  • Example 5 [punching member 6 6] From Example 1, the striking member was changed to a bar (made of SUS304) with a diameter of 6 mm, to produce a reinforced fiber mat. As a result of visual observation of the obtained mat, unevenness in basis weight was present in some places, thick bundles were present in some places, and it was of the same grade. A summary of the results is shown in Table 1.
  • Example 6 [helical blade roll]
  • Example 1 was changed to the spiral blade roll of apparatus configuration (2) to produce a reinforced fiber mat.
  • Table 1 A summary of the results is shown in Table 1.
  • Example 7 [with partition plate] From Example 1, the dispersion
  • Example 8 [with partition plate, 800 rpm] From Example 7, the rotational speed of the striking mechanism was changed to 800 rpm to produce a reinforced fiber mat. As a result of visual observation of the obtained mat, almost no unevenness in basis weight could be confirmed, and many bundles were composed of thin bundles, which were of good quality. A summary of the results is shown in Table 1.
  • Example 1 [needle type] Example 1 was changed to the needle type striking mechanism of the device configuration (4) to produce a reinforced fiber mat. As a result of visual observation of the obtained mat, it was found that there were a lot of unevenness in basis weight as a whole, a lot of thick bundles were present, and the grade was inferior to the average. A summary of the results is shown in Table 1.
  • Comparative example 2 [needle type, 800 rpm] From Comparative Example 1, the rotational speed of the striking mechanism was changed to 800 rpm to produce a reinforced fiber mat. As a result of visual observation of the obtained mat, it was found that there were a lot of unevenness in basis weight as a whole, a lot of thick bundles were present, and the grade was inferior to the average. A summary of the results is shown in Table 1.
  • Comparative Examples 1 and 2 As compared with Example 1, the unevenness in basis weight increased, the weight ratio of the fine bundles decreased significantly, and the mat quality was significantly reduced. Since the configuration of the dispersing device of Comparative Examples 1 and 2 is a needle type, it is presumed that the fiber bundle slipped between the needles and there were many fiber bundles which could not contact the needle which is the striking member. In Comparative Example 2, the rotational speed of the striking mechanism was increased to increase the contact probability of the striking member, but the weight ratio of the thin bundle did not increase. It is presumed that the air flow that disturbs the fiber bundle has become stronger and the unevenness in the fabric weight has increased by probably increasing the rotational speed.
  • Example 1 As compared with Example 4, the unevenness in basis weight decreased, and the weight ratio of the fine bundle increased, and the mat quality became good.
  • Example 1 compared to Example 4, since the striking member is thinner, the accompanying air flow generated with the rotation of the dispersing mechanism is small, and it is presumed that the turbulent air flow leading to the unevenness in coating is suppressed.
  • the thin striking member when in contact with the fiber bundle, had a sufficient effect of giving a local force necessary to divide the fiber bundle into the thin bundle, which led to an increase in the weight ratio of the thin bundle. Guess it.
  • Example 3 In Example 3 in which the rotational speed of the dispersing mechanism was increased, the unevenness in basis weight was low and the weight ratio of the fine bundle was high, as compared to Example 4, and the mat quality was good.
  • a thin striking member it is presumed that this has led to obtaining a good mat quality with a low unevenness in basis weight and a high weight proportion of fine bundles.
  • Example 6 (Effect by spiral blade) In Example 6, the unevenness in basis weight decreased and the weight ratio of the fine bundle increased as compared with Example 1, and the mat quality was further improved.
  • the shape of the fiber bundle was a parallelogram. Compared with the rectangular fiber bundle cut by the right-angled blade of Example 1, the parallelogram fiber bundle of Example 6 has a longer apparent fiber bundle length, so the probability of contacting the striking member is increased. Guess it was broken into more thin bundles.
  • Example 7 the unevenness in basis weight was further reduced as compared with Example 1, and the mat quality was further improved. Although the rotational speed was increased in Example 8 over Example 7, the unevenness in basis weight was equal. It is presumed that the partition plate installed in the spray booth suppressed the air flow in the rotational axis direction of the striking mechanism.
  • Reinforcement fiber bundle 2 Cut reinforcement fiber bundle 3: Divided reinforcement fiber bundle 4: Reinforcement fiber mat 10: Guide roll 11: Nip roll 12: Cutter roll 20: Shooter 21: Shooter partition plate 30: Scatter booth 31 Scattering booth partition plate 40: impact mechanism 41: rotating shaft 42: rotating plate 42a: partition rotating plate 43: striking member 50: sheet material

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Abstract

本願発明の強化繊維マット製造装置は、打撃機構（４０）に強化繊維束を接触させて複数に分割し、分散させる強化繊維マット製造装置であって、前記打撃機構（４０）は、回転軸（４１）の離間した位置に取り付けられた一対の回転板（４２）の間に、前記回転軸（４１）と平行に配置された複数の打撃部材（４３）を有することを特徴とする。本願発明の強化繊維マット製造装置により、簡便な装置で強化繊維束に確実に打撃を加えて繊維束を細束に分割すると同時に、広い範囲に分散させ、更に分散時の空気の乱れを防ぐことで繊維目付けの均一な強化繊維マットを製造する装置が提供される。

Description

強化繊維マット製造装置
　本発明は、強化繊維束が細く分割され、かつ均一に分散された強化繊維マットを製造するための製造装置に関するものである。
　強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化プラスチックは、比強度、比弾性率が高いことなど、優れた機械特性を持つことから広く産業用途で使用されている。その中でも複雑な形状に成形することを目的として、不連続の強化繊維（例えば、炭素繊維）とマトリックス樹脂からなる成形材料を用いて、加熱、加圧成形により、所望形状の成形品を製造する技術が知られており、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）やスタンパブルシートが主なものとして挙げられる。
　不連続の強化繊維を用いた繊維強化プラスチックにおいて、複数の強化繊維をランダムに分散させた強化繊維マットの性状は、機械特性に大きな影響を与える要因である。この強化繊維マット中の繊維束太さや繊維の目付けムラの程度により、繊維強化プラスチックの機械特性は大きく影響を受けるため、繊維束を所望の束太さに分割し、かつ分割された繊維束を均一に分散することは、優れた強化繊維マットを製造する上で重要である。
　強化繊維束の分散方法に関して、特許文献１や特許文献２には、回転軸から放射状に伸びた糸打撃部材を回転させることにより糸束へ打撃を行い、分割および分散を行っている分散方法が記載されている。
　特許文献３には、エアノズルによる繊維束の分散方法が記載されている。
国際公開第２０１４／１７７４９７号 国際公開第１９９９／０３６６２３号 米国公開２０１６／０２１５４２２号
　特許文献１や特許文献２に記載の方法では、打撃部材間の隙間に繊維束が入り込んだ際は繊維束に打撃を与えることができず、それを防ぐためには糸打撃部材を設置する密度を高めたり、形状を複雑にしたりするなどの対応が必要となり、分散装置の回転部の形状が複雑かつ重厚となってしまうおそれがあった。
　また、特許文献３に記載の方法では、エアノズルを使用した際は吐出した空気により分散ブース内部の空気が乱れてしまう懸念がある。具体的には、確実な繊維束の分割を実施するためにエア吐出量を増やした際に、分散ブース内の空気の流れが乱れることにより強化繊維マットの繊維目付け精度を悪化させてしまうという欠点が存在する。
　本発明の目的は、上記のような課題に着目し、簡便な装置で強化繊維束に確実に打撃を加えて繊維束を細束に分割すると同時に、広い範囲に分散させ、更に分散時の空気の乱れを防ぐことで繊維目付けの均一な強化繊維マットを製造する装置を提供するものである。
　上記課題を解決するために、本発明は以下のとおり規定される。
（１）打撃機構に強化繊維束を接触させて複数に分割し、分散させる強化繊維マット製造装置であって、前記打撃機構は、回転軸の離間した位置に取り付けられた一対の回転板の間に、前記回転軸と平行に配置された複数の打撃部材を有することを特徴とする強化繊維マット製造装置。
（２）前記一対の回転板の形状が円盤形状であり、前記複数の打撃部材が前記回転軸に同心円状に配置されている、（１）に記載の強化繊維マット製造装置。
（３）前記回転軸に、前記一対の回転板の間に更に仕切回転板が取り付けられ、隣接する回転板と仕切回転板との間、または隣接する仕切回転板同士の間に、複数の前記打撃部材が配置されている、（１）または（２）記載の強化繊維マットの製造装置。
（４）前記打撃部材の直径が３ｍｍ未満である、（１）～（３）のいずれかに記載の強化繊維マット製造装置。
（５）前記打撃機構は、前記回転軸が取り付けられる散布ブース内に配置され、前記散布ブースには、前記打撃機構の下方に分散開口部を設けられ、前記散布ブース内に、前記回転軸の軸方向と直交する方向に延在する散布ブース仕切り板が、前記軸方向に複数配置されている、（１）～（４）のいずれかに記載の強化繊維マット製造装置。
（６）前記散布ブース内の前記打撃機構の上方に落下開口部が設けられ、前記落下開口部はシューターと接続され、前記シューター内部に、前記回転軸の軸方向と直交する方向に延在するシューター仕切り板が、前記軸方向に複数配置されている、（１）～（５）のいずれかに記載の強化繊維マット製造装置。
　本発明の装置を用いることで、簡便な装置で強化繊維束に確実に打撃を加えて繊維束を細束に分割すると同時に、広い範囲に分散させ、更に分散時の空気の乱れを防ぐことで繊維目付けの均一な強化繊維マットを得る事ができる。
本発明で用いられる強化繊維マット製造装置の一例を示す正面からみた断面図である。 本発明で用いられる強化繊維マット製造装置の一例を示す斜視図である。 本発明で用いられる強化繊維マット製造装置の一例を示す底面図である。 本発明で用いられる強化繊維マット製造装置の一例を示す上面図である。 本発明で用いられる打撃部材の配置例を示す正面からみた断面図である。 本発明で用いられる打撃部材の配置例を示す底面図である。 本発明で用いられる打撃部材の他の配置例を示す底面図である。 実施例で用いられる螺旋刃ロールの一例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 比較例で用いられるニードル式打撃機構の一例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 実施例で用いられる平行刃ロールの一例を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 大判の強化繊維マットから１００ｍｍ□のマットを切り出す方法を説明するための模式図である。
　本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、また個々の実施形態についての説明は、同時に上位概念としての本発明の製造方法または製造装置の説明と解釈し得るものである。
　図１、２、３、４は、本発明に係る強化繊維マットの製造装置の一例を示しており、図１は正面からの断面図、図２はその外観図、図３は下面図、図４は上面図である。最上部には強化繊維１をガイドするガイドロール１０、その直下にニップロール１１とカッターロール１２を備える。図示しない動作機構によりニップロール１１とカッターロール１２とは互いに押付け、または待避する動作が可能である。
　ニップロール１１およびカッターロール１２の周囲およびその下方には、筒状のシューター２０を備え、シューター２０は落下開口部を介して下方の散布ブース３０と接続されている。散布ブース３０内部には、繊維束に打撃を与える打撃機構４０を備え、打撃機構４０は、図示しない回転機構によって回転を与えられる回転軸４１と、回転軸４１に接続され、回転軸４１と共に回転する一対の回転板４２と、一対の回転板４２の間で、回転軸４１と並行方向に張った複数の線状の打撃部材４３を備える。
　上述の装置を用いて強化繊維マットを製造する際は、ガイドロール１０を経由して強化繊維束１をニップロール１１に案内し、強化繊維束１は、図示しない動作機構により互いに押付けられたニップロール１１、カッターロール１２間にて切断され、切断された強化繊維束２となる。
　続いて、切断された強化繊維束２はシューター２０内、続いて落下開口部を経由して散布ブース３０内に落下し、回転する打撃機構４０に張った打撃部材４３と接触することで、接触前よりも細く、複数に分割された強化繊維束３となる。また、分割された強化繊維束３は、接触前よりも広い範囲に分散される。　分割された強化繊維束３は、散布ブース３０の下にある分散開口部を通過し、一方向に移動するシート材５０の上に落下して堆積し、強化繊維マット４が形成される。
　打撃部材４３は、図３で詳しく図示するとおり、回転軸４１方向と並行にほぼ均等に配置されている。打撃部材４３は、落下してくる切断された強化繊維束２に高い確率で接触して打撃を与えることができ、装置に導入された元の強化繊維の束を、より細い複数の強化繊維の束に、確実に分割することができる。打撃部材４３を固定する一対の回転板４２の形状は、完全な平板状のものに限定されるものではなく、回転軸に沿って互いに離間した位置で打撃部材の少なくとも２箇所を固定し、軸の回転を打撃部材に伝えられるものであればよいが、打撃機構４０を回転させながら切断された強化繊維束２を満遍なく打撃部材４３に打撃させ分割できる円盤状であることが好ましい。打撃部材４３は、回転軸４１と同心円状に、一対の回転板４２の外周に沿って配置されることが好ましい。その配置本数は、３本以上であるのが好ましく、６～１６本程度が更に好ましい。
　打撃部材４３の形状は、回転軸４１の軸心と並行方向に長く連続した形状であれば、板状でも、断面形状が円形や多角形の棒状でも良く、その形状を限定するものではないが、上述した実施形態で示したとおり、細い線状の形態であること、更にはその線の直径が３ｍｍ未満であるのがより望ましく、１．５ｍｍ以下であるのがさらに望ましい。線状の材料の断面については、円形の他、多角形や、多角形と円弧を織り交ぜたような各種の形状が選択可能であり、その太さとしては、断面を包含する最大の外接円の直径が、やはり３ｍｍ未満であるのが望ましく、１．５ｍｍ以下であるのがさらに望ましい。下限は特に限定するものではないが、打撃機構４３の回転によって形状が容易に変形せず、落下してくる切断された強化繊維束２と確実に接触して分割できる程度の太さが確保できる０．３ｍｍ以上が好ましい。打撃部材４３の材質については、強化繊維束２との繰り返しの衝突に耐えて長時間損耗や破断を発生しない高強度の鋼材が好ましく、その他線状の形態であれば、各種の合成繊維や天然繊維が使用できる。
　このように、打撃部材４３に細い線状の形態を用いることで、打撃部材４３が空気と接触する表面積を小さく抑えることができ、打撃部材４３の回転に伴って起こる随伴気流の発生を最小限に抑えることができるため、ブース３０の中で発生する気流の乱れ、特に回転軸４１方向に発生する気流を抑制することができる。
　図２に示すように、本強化繊維マット製造装置には、複数本の強化繊維束１を、装置の幅方向（カッターロール１２や回転軸４１の回転軸延在方向を幅方向と定義）に、均等なピッチで投入するのが好ましい。上述のように、散布ブース３０内の回転軸４１方向の気流が抑制されることで、投入した強化繊維束１は、幅方向に均一な目付分布を保ったままで、分割、分散されて落下し、高い目付精度をもった強化繊維マット４を得ることができる。更には、随伴気流が少ないことで、切断された強化繊維束２が、随伴気流によって打撃部材４３と接触する前に風によって飛ばされ、打撃部材４３と接触できない現象も回避できる。また、打撃部材４３が細い程、切断された強化繊維束２全体ではなく、その局部に打撃を与えることができ、切断された強化繊維束２をより確実に分割することができる。
　なお、打撃部材４３の形状は、必ずしも回転の軸心と完全な平行状態である必要はなく、回転の軸心に対して若干ねじれた形状や傾斜した形状であっても、おおよそ回転の軸心と平行方法に連続していればよい。さらに図５に示すように、打撃部材４３は、直径の異なる複数の同心円に沿って、異なる角度配分で存在していても良い。配置の角度については、必ずしも等配角度である必要もないが、同心円上に等配角度で配置するのが、回転体としての重量バランスが良く、高速回転を安定して実現しやすいのでより好ましい。
　また、図６に示すように、打撃部材４３は回転軸方向の全長にわたって１本で繋がった状態（一対の回転板４２同士と接続した状態）で、途中を複数の仕切回転板４２ａで支持する形でも良い。このように支持することで、打撃部材４３が回転に伴って遠心力を受け、回転軸４１から離れる方向に撓むことを抑制し、切断された強化繊維束２が打撃によって飛び散る方向を安定させることができ、強化繊維マットの目付精度を高く維持することに貢献できる。
　また、図７に示すように、一対の回転板４２の間に仕切回転板４２ａが取り付けられ、隣接する回転板と仕切回転板との間、または隣接する仕切回転板同士の間に、打撃部材４３をそれぞれ配置してもよい。すなわち、打撃部材４３は、一対の回転板４２間の途中で途切れていてもよく、それぞれの回転板４２や仕切回転板４２ａの間に配置する打撃部材４３の本数を変更することも可能である。
　更に、上述した実施形態においては、シューター２０および散布ブース３０の内側には、内部空間の少なくとも一部を、打撃部材４３の回転の軸心に直交する面で複数の領域に分割するシューター仕切り板２１、散布ブース仕切り板３１を備えていることが好ましい。このような仕切り板を備えることで、打撃部材４３、および回転板４２の回転に伴って発生する随伴流によって引き起こされる、シューター２０や散布ブース３０内の、回転軸４１方向、すなわち装置の幅方向の気流を抑制することができ、この結果、分割された強化繊維束３が、幅方向に不必要に移動することを防止でき、強化繊維マットの目付精度を高く維持することに貢献できる。
　以下、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されない。実施例で用いた繊維束、装置構成、共通的な条件、評価方法、実施例及び比較例を示す。
（繊維束）
　ＺＯＬＴＥＫ社製の炭素繊維“ＰＸ３５０５０１５Ｔ－１３”を使用。
フィラメント数：５０Ｋ（※）、繊度：３．７ｇ／ｍ、幅：１２ｍｍ
（※）５０Ｋはフィラメント数５０，０００本を表す。以降、フィラメント数（ｎ×１０００本）を”ｎＫ”のように表記する。
（装置構成１）［直線刃ロール］
　基本的には、図１，２，３，４に示した強化繊維マット製造装置とした。ただし、図示している散布ブース仕切り板は未設置の構成を選択した。
　カッターロールは、図１０に示すようなロールの軸心方向に平行な直線刃（刃先角度：２０度、厚み：０．３ｍｍ、材質：合金工具鋼）をロールの外周に均等な１２．６ｍｍピッチで、１５枚を取り付けた。直線刃の突出長さは１ｍｍで、刃先の頂点を繋いだ円で表される外径はΦ６０ｍｍであった。
　打撃機構は、図１および図３に示すような回転軸と、回転軸に接続した一対の回転板と、回転板面上でΦ２００ｍｍの仮想円上にワイヤー状の打撃部材（Φ１．２ｍｍのピアノ線）を１６箇所均等に配置したものを用いた。なお、ここでは図示していないが、打撃機構は別途設けた駆動機構によって任意の速度で回転可能である。
（装置構成２）［螺旋刃ロール］
　基本的には上述の装置構成１の構成を採用しつつ、カッターロールの形状を変更した。
本構成で用いたカッターロールは、図４や図１０に示すような直線刃ロールの構成ではなく、図８に示すような、ロールの外周に刃（刃先角度：３０度、刃の高さ：１．６ｍｍ）を螺旋状に、巻きつけた（螺旋角度：１１度、螺旋ピッチ：２．４ｍｍ［＝１２．６×ｔａｎ１１度］）形状であった。合金工具鋼鋼材から削り出して製作したこの螺旋刃ロールは、刃先の頂点を繋いだ円で表される外径がΦ６０ｍｍであった。
（装置構成３）［散布ブース仕切り板有り］
　上述の装置構成１の構成において、未設置としていた散布ブース仕切り板を設置した構成とした。
　散布ブース仕切り板は、図１、図３に示すように厚み１ｍｍのＳＵＳ３０４板材を、打撃機構の回転軸方向に１００ｍｍピッチの間隔を空けて配置した。
（装置構成４）［ニードル式打撃機構］
　上述の装置構成１を基本構成とするが、打撃機構は、図１、図３に示す構成ではなく、図９に示すような、Φ６０ｍｍのロール状のニードル軸（材質：アルミ）の外周面にΦ４ｍｍのニードル（中空形状：内径２ｍｍ、材質：ＳＵＳ３０４）をロールから７０ｍｍの長さで突出させて、放射状に８箇所等間隔で、かつ、ニードル軸の軸方向に４０ｍｍの等ピッチで配置した構成とした。ニードル先端の頂点を繋いだ円で表される外径がΦ２００ｍｍであった。なお、ここでは図示していないが、打撃機構は別途設けた駆動機構によって任意の速度で回転可能な構成であった。
（共通的な条件）
繊維束の本数・・・・・・・・・・・・３６本
糸速・・・・・・・・・・・・・・・・２０ｍ／ｍｉｎ
シート材の搬送速度・・・・・・・・・１．４８ｍ／ｍｉｎ
狙いのマット幅・・・・・・・・・・・１５００ｍｍ
マット目付け・・・・・・・・・・・・１２００ｇ／ｍ２
カット条件・・・・・・・・・・・・・繊維長１２．６ｍｍ（＝Φ６０×π÷１５）
カッターロールの全幅・・・・・・・・１７００ｍｍ
ニップロール・・・・・・・・・・・・下記の通り
　外径：６０ｍｍ
　全幅：１７００ｍｍ
　材質：工業用ウレタン（硬度：９０度）
カッターロールへの糸導入ピッチ・・・４０．５ｍｍ
散布ブースのサイズ・・・・・・・・・下記の通り
　幅：１５００ｍｍ
　高さ：１０００ｍｍ
　奥行き（シート材搬送方向）：１３００ｍｍ
仕切り板のピッチ・・・・・・・・・・下記の通り
　シューター仕切り板：１００ｍｍピッチ
　散布ブース仕切り板：１００ｍｍピッチ
（評価方法）
（１）目付けムラ（ＣＶ％）
　カッターマットを敷いたテーブルに、製作した強化繊維マットを乗せ、マットの幅方向（シート材の搬送方向から水平方向に直角の方向）に１５００ｍｍ、マットの長手方向（シートの搬送方向）に３００ｍｍの大判サイズにロータリーカッターで切り出した。その後、１００ｍｍ□のマットを図１１に図示する通り、幅方向１５列、長手方向３行の計４５点に切り出し、電子天秤で重量を測定した。測定した４５点の重量値における標準偏差と平均値を算出し、標準偏差を平均値で割った値を「目付けムラ（ＣＶ％）」とした。
（２）細束の重量割合（％）
　前記４５点に切り出した１００ｍｍ□のマットの中から、図１１内の○印で示す通り、１点目は１行１列目を、２点目は３行４列目を、３点目は２行８列目を、４点目は１行１１列目を、５点目は３行１４列目を、選択した。選択した１００ｍｍ□のマットの中央から複数の繊維束をまとめてピンセットでつまみ上げ、繊維束の集まった繊維束群を、電子天秤に載せ重量を測定した。これを繰り返しマット１点辺り０．６ｇ、計５点では３ｇの繊維束群を取り出した。その後、３ｇの繊維束群の中からピンセットで１束ずつつまみあげ、繊維束の繊維長および重量を測定した。その後、測定した重量と繊維長と、繊維束の繊度３．７ｇ／ｍおよび分割前のフィラメント数５０Ｋから、分割後のフィラメント本数を算出し、「束太さ」をＫで表した。例えばつまみ上げた繊維束の繊維長が１２．６ｍｍ、重さが０．１ｍｇの場合、０．１０７Ｋ（＝０．０００１ｇ÷（０．０１２６ｍ×３．７ｇ／ｍ×５０Ｋ）となる。前述の方法で測定し算出した束太さから、１０Ｋ未満の細束の重量割合を「細束の重量割合（％）」とした。
（実施例１）［直線刃、仕切り板無し、φ１．２ワイヤー式、４００ｒｐｍ］
　上述した繊維束、装置構成１及びその他共通的な条件を用い、打撃分散機構の回転速度は４００ｒｐｍに設定し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、顕著な目付けムラは確認できず、また、多くの束が細い束で構成されており、良好な品位であった。結果のまとめを表１に示す。


Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（実施例２）［２００ｒｐｍ］
　実施例１から、打撃機構の回転速度を２００ｒｐｍに変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、顕著な目付けムラは確認できず、また、多くの束が細い束で構成されており、良好な品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（実施例３）［８００ｒｐｍ］
　実施例１から、打撃機構の回転速度を８００ｒｐｍに変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、顕著な目付けムラは確認できず、また、多くの束が細い束で構成されており、良好な品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（実施例４）［打撃部材Φ３］
　実施例１から、打撃部材を直径φ３ｍｍの棒材（ＳＵＳ３０４製）に変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、所々に目付けムラが存在し、また、所々に太い束が存在しており、並の品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（実施例５）［打撃部材Φ６］
　実施例１から、打撃部材を直径φ６ｍｍの棒材（ＳＵＳ３０４製）に変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、所々に目付けムラが存在し、また、所々に太い束が存在しており、並の品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（実施例６）［螺旋刃ロール］
　実施例１から、装置構成（２）の螺旋刃ロールに変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、顕著な目付けムラは確認できず、また、殆どの束が細い束で構成されており、良好な品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（実施例７）［仕切り板有り］
　実施例１から、装置構成（３）の散布ブース仕切り板を有りに変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、目付けムラは殆ど確認できず、また、多くの束が細い束で構成されており、良好な品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（実施例８）［仕切り板有り、８００ｒｐｍ］
　実施例７から、打撃機構の回転速度を８００ｒｐｍに変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、目付けムラは殆ど確認できず、また、多くの束が細い束で構成されており、良好な品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（比較例１）［ニードル式］
　実施例１から、装置構成（４）のニードル式打撃機構に変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、全体的に目付けムラが多く、また、太い束が多く存在しており、並以下の品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（比較例２）［ニードル式、８００ｒｐｍ］
　比較例１から、打撃機構の回転速度を８００ｒｐｍに変更し、強化繊維マットを製作した。得られたマットを目視観察したところ、全体的に目付けムラが多く、また、太い束が多く存在しており、並以下の品位であった。結果のまとめを表１に示す。
（打撃機構の方式の違いと、太さによる効果）
　比較例１および２では実施例１に比べて、目付けムラは増大し、細束の重量割合は大きく減り、マット品位は著しく低下した。比較例１および２の分散装置の構成がニードル式であるため、ニードルの間を繊維束がすり抜けてしまい、打撃部材であるニードルに接触できない繊維束が多く存在したためだと推測する。なお、比較例２では、打撃部材の接触確率を高めようと打撃機構の回転速度を上昇させたが、細束の重量割合は増加しなかった。おそらく回転速度を上昇させたことで、かえって繊維束を乱す気流が強くなり、目付けムラが増加したと推測する。
　実施例４および５では比較例１または２と比べると、目付けムラが減り、細束の重量割合は増加したが、実施例１と比較すると、目付けムラは大きく、細束の重量割合は少なく、マット品位は見劣りした。
　実施例４および５では打撃部材が打撃機構の回転軸方向に延在するため、比較例１または２と比べると、打撃部材が繊維束に接触する確率が高くなり目付けムラは減ったのであろうと推測する。しかし打撃部材が太いため、実施例１と比べると、散布ブース内で多くの空気をかき乱し、目付けムラは増加したと推測する。また太い打撃部材は繊維束に接触しても、繊維束を押し出すだけで、繊維束を細束に分割するのに必要な局所的な力を与える効果が不足したため、細束の重量割合の減少につながったものと推測する。
　実施例１～３では、実施例４と比べると、目付けムラは低下し、細束の重量割合は増加し、良好なマット品位となった。実施例１は実施例４と比べると打撃部材が細いため、分散機構の回転に伴い発生する随伴気流が少なく、目付けムラにつながる乱れた気流が抑えられたものと推測する。また、細い打撃部材は、繊維束に接触した際に、繊維束を細束に分割するのに必要な局所的な力を与える効果が十分であったため、細束の重量割合の増加につながったものと推測する。
　なお、分散機構の回転速度を上昇させた実施例３では、実施例４と比べて、目付けムラは低く、細束の重量割合が高い、良好なマット品位となった。細い打撃部材を用いることで、目付けムラが低く、細束の重量割合が高い良好なマット品位を得ることにつながったと推測する。
（螺旋刃による効果）
　実施例６は実施例１に比べて、目付けムラは低下し、細束の重量割合は増加し、更に良好なマット品位となった。実施例６では螺旋刃により繊維束が斜めに切断されるため、繊維束の形状は平行四辺形であった。実施例１の直角刃で切断された長方形の繊維束に比べて、実施例６の平行四辺形の繊維束は、見かけ上の繊維束の長さが長いため、打撃部材に接触する確率が上がり、より細束に割れたと推測する。
（仕切り板による効果）
　実施例７、８では実施例１に比べて目付けムラが更に低下し、更に良好なマット品位となった。実施例８では実施例７よりも回転速度を上げたにもかかわらず、目付けムラは同等であった。散布ブース内に設置した仕切り板が、打撃機構の回転軸方向への気流を抑制したためだと推測する。
１　：強化繊維束
２　：切断された強化繊維束
３　：分割された強化繊維束
４　：強化繊維マット
１０：ガイドロール
１１：ニップロール
１２：カッターロール
２０：シューター
２１：シューター仕切り板
３０：散布ブース
３１：散布ブース仕切り板
４０：打撃機構
４１：回転軸
４２：回転板
４２ａ：仕切回転板
４３：打撃部材
５０：シート材
 

Claims (6)

  1. 　打撃機構に強化繊維束を接触させて複数に分割し、分散させる強化繊維マット製造装置であって、
    　前記打撃機構は、回転軸の離間した位置に取り付けられた一対の回転板の間に、前記回転軸と平行に配置された複数の打撃部材を有することを特徴とする強化繊維マット製造装置。
  2. 　前記一対の回転板の形状が円盤形状であり、前記複数の打撃部材が前記回転軸に同心円状に配置されている、請求項１に記載の強化繊維マット製造装置。
  3. 　前記回転軸に、前記一対の回転板の間に更に仕切回転板が取り付けられ、隣接する回転板と仕切回転板との間、または隣接する仕切回転板同士の間に、複数の前記打撃部材が配置されている、請求項１または２に記載の強化繊維マット製造装置。
  4. 　前記打撃部材の直径が３ｍｍ未満である、請求項１～３のいずれかに記載の強化繊維マット製造装置。
  5. 　前記打撃機構は、前記回転軸が取り付けられる散布ブース内に配置され、前記散布ブースには、前記打撃機構の下方に分散開口部を設けられ、前記散布ブース内に、前記回転軸の軸方向と直交する方向に延在する散布ブース仕切り板が、前記軸方向に複数配置されている、請求項１～４のいずれかに記載の強化繊維マット製造装置。
  6. 　前記散布ブース内の前記打撃機構の上方に落下開口部が設けられ、前記落下開口部はシューターと接続され、前記シューター内部に、前記回転軸の軸方向と直交する方向に延在するシューター仕切り板が、前記軸方向に複数配置されている、請求項１～５のいずれかに記載の強化繊維マット製造装置。
     
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