纤维增强复合材料的制造装置及制造方法与流程

技术领域

本发明涉及纤维增强复合材料的制造。

背景技术：

日本特开昭61-229536号公报公开了一种使用辊来使热塑性树脂浸渗到纤维中，由此制造纤维加强组成物的方法。在日本特开昭61-229536号公报的公开中，辊由壳体包围。

技术实现要素：

发明要解决的课题

在如上述现有技术文献那样在浸渗中使用辊的方法中，在纤维从辊剥离时，树脂会成为雾状进行飞散而充满在壳体内。因此，对辊进行支承的轴承会被树脂污染。当轴承的污染严重时，会给辊的旋转带来障碍。本申请的发明立足于上述现有技术，所要解决的课题在于抑制轴承被树脂污染。

用于解决课题的方案

本发明用于解决上述课题，可以作为以下的方式实现。

根据本发明的一方式，提供一种纤维增强复合材料的制造装置。该制造装置具备：辊，为了用纤维制造纤维增强复合材料，进行旋转而实现所述纤维的运送和树脂向所述纤维的浸渗；供给部，向所述辊的表面供给所述树脂；旋转轴构件，与所述辊连接；轴承，将所述旋转轴构件支承为能够进行与所述辊的旋转相伴的以所述旋转轴构件的轴向为中心的旋转；壳体，具有用于吸入气体的吸气口和用于排出所述气体的排气口，并将所述旋转轴构件的一部分和所述辊收容在内部；以及送风装置，从所述吸气口向所述壳体的内部吹入所述气体，从所述吸气口吸入的气体向与所述轴承相反的方向被吹到所述辊的至少一部分的表面之后，通过所述排气口向所述壳体的外部排出。根据该方式，能抑制轴承被树脂污染。其理由是，通过从吸气口吸入的几乎不包含树脂的气体，能够使从辊的表面附近产生的雾状的树脂向与轴承相反的方向流动，因此能够抑制树脂接近轴承。

在上述方式中，可以是，所述轴承配置在所述壳体的外部，从所述吸气口吸入的气体被吹到所述壳体与所述旋转轴构件之间的连接部位之后，被吹到所述辊的表面。根据该方式，由于轴承配置在壳体的外部，因此树脂难以附着。根据该方式，由于将气体吹到成为向轴承的入口的壳体与旋转轴构件之间的连接部位，因此树脂难以向轴承附着。

在上述方式中，可以是，所述壳体具备对自身的内部进行区划的分隔板，由所述分隔板区划出的空间与所述吸气口连接，所述旋转轴构件以贯通所述分隔板上设置的贯通孔的方式配置，所述吸入的气体的至少一部分被吹到所述连接部位吹附之后，穿过所述贯通孔而被吹到所述辊。根据该方式，由于吹入的气体被吹到辊，因此能够高效率地将辊加热。

在上述方式中，可以是，所述送风装置在将所述气体加热之后吹入所述气体。根据该方式，由于加热后的气体向辊侧吹入，因此辊也被加热。由此，可以不用为了将辊控制成适合浸渗的温度而另行设置加热装置等。

在上述方式中，可以是，所述送风装置通过将从所述排气口排出的气体向所述吸气口吹入而使所述气体循环。根据该方式，能够使加热后的气体循环，因此能够降低对气体进行加热的热量。

在上述方式中，可以是，所述壳体具备吸附所述树脂的过滤器，从所述吸气口吹入的气体通过了所述过滤器之后，从所述排气口向所述壳体的外部排出。根据该方式，向壳体的外部放出的树脂减少。

在上述方式中，可以是，所述轴承由固定在所述壳体的表面的轴承台支承。根据上述方式，不需要对轴承台进行固定的其他构件。

本发明能够以上述以外的各种方式实现。例如，能够以纤维增强复合材料的制造方法的方式实现。

附图说明

图1是丝束预浸体制造装置的概略结构图。

图2是浸渗单元的剖视立体图。

图3是浸渗单元的剖视图。

图4是浸渗单元的剖切端面图。

图5是浸渗单元的剖切端面图。

图6是浸渗单元的剖切端面图。

图7是浸渗单元的剖切端面图。

图8是浸渗单元的剖切端面图。

图9是表示多个吸气口的图。

图10是浸渗单元的剖切端面图。

具体实施方式

图1示出纤维增强复合材料的制造装置10的概略结构。纤维增强复合材料的制造装置10具备放出装置100、第一辊单元200、浸渗单元300、送风装置400、第二辊单元500和卷绕装置600。

放出装置100也称为纱架。放出装置100是放出丝束20的装置。丝束20是通过将1000根至几万根的长丝(filament)捆扎而形成的增强纤维。在此所说的长丝是指由许多单纤维构成的纤维束。本实施方式中的单纤维是PAN系碳纤维，粗细为5～7μm。PAN是Polyacrylonitrile(聚丙烯腈)的缩写。

第一辊单元200具备用于使从放出装置100放出的丝束20变薄而扩大宽度的多个辊。这些辊的中央部的直径比两端的直径大，由此能够扩大丝束20的宽度。通过丝束20的宽度扩大，浸渗的效率提高。

浸渗单元300是用于使树脂浸渗到通过第一辊单元200扩大了宽度后的丝束20中的装置。丝束20经过浸渗单元300的浸渗而成为丝束预浸体(tow prepreg)21。丝束预浸体21是纤维增强复合材料的一种。

送风装置400向浸渗单元300内送入空气。送入的空气在浸渗单元300内通过而向浸渗单元300外排出。送风装置400将从浸渗单元300排出的空气吸入，并再次向浸渗单元300送入。送风装置400也是这样使空气循环的循环装置。

送风装置400具备加热部410。加热部410是对上述吸入的空气进行加热的电加热器。送风装置400将被加热成了温风的空气向浸渗单元300内送入。这样，送风装置400也是产生温风的温风产生装置。

通过向浸渗单元300内送入温风，浸渗单元300内的温度会变得比气氛的温度高。通过使浸渗单元300内的温度比气氛的温度高，能够促进浸渗。

第二辊单元500具备用于使从浸渗单元300运出的丝束预浸体21的宽度缩窄的多个辊。这些辊的中央部的直径比两端的直径小，由此能够缩窄丝束20的宽度。卷绕装置600也称为重绕机。卷绕装置600是卷绕从第二辊单元500运出的丝束预浸体21的装置。通过卷绕装置600的卷绕，丝束预浸体21的制造完成。

图2是浸渗单元300的剖视立体图。图3是浸渗单元300的剖视图。图4是浸渗单元300的剖切端面图。图2的截面及图3的截面是图4所示的23-23截面。图4的剖切端面是图3所示的4-4剖切端面。以下，参照图2、图3及图4，对浸渗进行说明。

浸渗单元300具备第一供给部310、第一浸渗辊320、第二浸渗辊330、第二供给部340、过滤器350、隔离构件360和罩370。

第一供给部310将树脂向第一浸渗辊320的表面供给。第一供给部310具备投入口311、树脂积存一体型刮刀312、板式加热器313和位置调节机构314。

投入口311是用于向树脂积存一体型刮刀312供给树脂的贯通孔。树脂积存一体型刮刀312通过刮刀法将从投入口311投入的树脂向第一浸渗辊320的表面涂布。这样，树脂被供给到第一浸渗辊320的表面。

板式加热器313配置在树脂积存一体型刮刀312之下，对树脂积存一体型刮刀312进行加热而提高积存于树脂积存一体型刮刀312的树脂的温度。位置调节机构314是用于调节树脂积存一体型刮刀312相对于第一浸渗辊320的位置的机构。

第一浸渗辊320为了运送丝束20而旋转。第一浸渗辊320通过该旋转而使由第一供给部310供给的树脂浸渗到运送过来的丝束20中。

第二浸渗辊330及第二供给部340与第一浸渗辊320及第一供给部310同样地发挥功能，因此省略详细的说明。通过了第二浸渗辊330后的丝束20作为丝束预浸体21向第二辊单元500运送。

隔离构件360及罩370构成壳体380。即，通过在隔离构件360安装罩370来形成壳体380。罩370能够从隔离构件360拆卸，且能够向隔离构件360安装。壳体380形成收容第一浸渗辊320和第二浸渗辊330的收容空间S。在图4中，用虚线表示收容空间S的大致轮廓。

如图4所示，隔离构件360具备分隔板366。分隔板366对入口空间S1进行区划。在图4中，用剖面线表示入口空间S1。入口空间S1是收容空间S的一部分。将从收容空间S排除了入口空间S1后的空间称为主空间S2。入口空间S1与吸气口367连接。分隔板366具备第一贯通孔361和第二贯通孔362。

如图4所示，第一浸渗辊320与第一旋转轴构件321连接。第一旋转轴构件321以贯通隔离构件360的外壁和第一贯通孔361的方式配置。即，第一浸渗辊320与第一旋转轴构件321之间的连接部位配置在主空间S2内(即收容空间S内)，第一旋转轴构件321的与上述连接部位相反的一侧的端部配置在收容空间S外。这样，第一旋转轴构件321的一部分配置在收容空间S内，第一旋转轴构件321的其余部位配置在收容空间S外。

第一旋转轴构件321经由轴承322及轴承323保持于第一轴承台324。第一轴承台324固定于隔离构件360的表面。因此，第一浸渗辊320及第一旋转轴构件321能够随着丝束20的运送而自由旋转。本实施方式的轴承322、323及后述的轴承332、333是滚动轴承，更具体而言是滚子轴承。轴承322以与隔离构件360的外表面接触的方式配置。

轴承322及轴承323配置在收容空间S外。即，隔离构件360将轴承322及轴承323从第一浸渗辊320及第二浸渗辊330隔离。

第二浸渗辊330与第二旋转轴构件331连接。第二旋转轴构件331以贯通隔离构件360的外壁和第二贯通孔362的方式配置。即，第二浸渗辊330与第二旋转轴构件331之间的连接部位配置在收容空间S内，第二旋转轴构件331的与上述连接部位相反的一侧的端部配置在收容空间S外。

第二旋转轴构件331经由轴承332及轴承333保持于第二轴承台334。第二轴承台334固定于隔离构件360的表面。因此，第二浸渗辊330及第二旋转轴构件331能够自由旋转。轴承332以与隔离构件360的外表面接触的方式配置。

轴承332及轴承333配置在收容空间S外。即，隔离构件360将轴承332及轴承333从第一浸渗辊320及第二浸渗辊330隔离。

送风装置400将加热后的空气从设于隔离构件360的吸气口367吹入到入口空间S1内。吹入到入口空间S1内的空气分为朝向第一贯通孔361的气流和朝向第二贯通孔362的气流。朝向第一贯通孔361流动的空气在被吹到连接部位321J之后，穿过第一贯通孔361。连接部位321J是壳体380与第一旋转轴构件321之间的连接部位。朝向第二贯通孔362流动的空气在被吹到连接部位331J之后，穿过第二贯通孔362。连接部位331J是壳体380与第二旋转轴构件331之间的连接部位。

穿过了第一贯通孔361或第二贯通孔362后的空气向主空间S2内流入。流入到主空间S2内的空气在向与轴承322、轴承332相反的方向被吹到第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的至少一部分的表面之后，朝向设于隔离构件360的排气口369流动。朝向排气口369流动的空气通过过滤器350而从排气口369向主空间S2外(即收容空间S外)排出。过滤器350吸附雾状树脂M(后述)。过滤器350由设于隔离构件360的过滤器保持部368保持。

送风装置400从排气口369吸入空气。送风装置400通过加热部410对吸入的空气进行加热，并再次从吸气口367吹入到收容空间S内。

图3所示的第一剥离部h1是指中间体20a从第一浸渗辊320剥离的部位。中间体20a是第一浸渗辊320的浸渗之后且第二浸渗辊330的浸渗之前的丝束。由于中间体20a在第一剥离部h1处从第一浸渗辊320剥离，因此树脂成为雾状而从中间体20a及第一浸渗辊320的表面飞散。这就是图4所示的雾状树脂M。

图3所示的第二剥离部h2是指丝束预浸体21从第二浸渗辊330剥离的部位。由于丝束预浸体21在第二剥离部h2处从第二浸渗辊330剥离，因此雾状树脂M向第二剥离部h2的周围飞散。

雾状树脂M几乎不向轴承322或轴承333附着。其原因是从送风装置400送入的空气被吹到连接部位321J和连接部位331J。从送风装置400送入的空气通过过滤器350除去树脂。通过该空气，能够使从第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的表面附近产生的雾状的树脂向与轴承322、轴承332相反的方向流动。其结果是，树脂几乎不向轴承322或轴承333附着。

雾状树脂M几乎不从第一贯通孔361及第二贯通孔362向主空间S2外流出。其原因是，如前所述，第一贯通孔361及第二贯通孔362处的空气的流动方向是从主空间S2外向主空间S2内的方向。因此，雾状树脂M向主空间S2内的壁面等附着，或者由过滤器350吸附。其结果是，雾状树脂M几乎不向入口空间S1内流入，几乎不向连接部位321J或连接部位321J附着。由此，几乎不会出现轴承323或轴承333被树脂污染的情况。

第一贯通孔361的直径比第一浸渗辊320的外径小。因此，从第一贯通孔361流入的空气被吹到底面320a。底面320a是第一浸渗辊320的一部分，是指将第一浸渗辊320的圆筒面(侧面)与第一旋转轴构件321连接的圆形平板。

从第一贯通孔361流入的空气是温风，因此对底面320a进行加热。通过对底面320a进行加热，第一浸渗辊320整体被加热。关于第二浸渗辊330，也同样地被从第二贯通孔362吹送的温风加热。

收容空间S内的大部分与气氛隔断，因此当加热后的空气吹入到内部时，收容空间S内的温度会变得比气氛高。其结果是，第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的温度容易稳定。

如以上所说明，本实施方式在如下方面特别优异：通过将温风向收容空间S内吹入，能够得到防止轴承322、332被污染和对第一浸渗辊320及第二浸渗辊330进行加热这两个效果。

以下，说明实验例。按照以下的条件，制造了50根线轴，每1根线轴卷缠2500m的丝束预浸体21。其结果是，除了良好地完成制造之外，还确认到树脂未附着于轴承322、332。需要说明的是，以往，在每制造10根线轴时，轴承就被污染。

作为浸渗的树脂，使用了环氧树脂。浸渗时的树脂的粘度为2帕斯卡秒以上且3帕斯卡秒以下。作为丝束20，使用了CF36K(构成丝束的长丝为36000根)。树脂在丝束预浸体21中所占的含有率为22％以上且26％以下。将丝束20的进给速度设定为100m/分钟。将第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的外径设定为80mm。作为第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的材质，采用了镀铬的钢材。将向吸气口367吹入的空气的温度设定为40℃。因此，第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的温度从开始吹入起在15分钟后达到了40℃。将向吸气口367吹入的空气的体积流量设定为1m³/分钟。

可认为，即使例如如以下的任一个那样变更条件，也能得到上述的效果。可以将浸渗时的树脂的粘度设定为1帕斯卡秒以上且10帕斯卡秒以下。可以将树脂的含有率设定为15％以上。可以将丝束20的进给速度设定为20m/分钟以上。作为第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的材质，可以采用铝、不锈钢、陶瓷中的任一个。

本发明并不局限于本说明书的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征，可以为了解决前述的课题的一部分或全部或者为了实现前述的效果的一部分或全部而适当进行替换、组合。只要该技术特征在本说明书中不是作为必要技术特征进行说明，就可以适当删除。例如，例示以下的结构。

图5示出浸渗单元305的剖切端面图。浸渗单元305取代实施方式的浸渗单元300所具备的分隔板366而具备分隔板566。分隔板566配置在第一旋转轴构件321与第二旋转轴构件331之间。分隔板566在比第一旋转轴构件321靠下方处和比第二旋转轴构件331靠上方处开放。

从吸气口367吹入的空气进入隔离构件360的外壁与分隔板566之间。进入的空气通过分隔板566而变更流动方向，分为朝向下方的气流和朝向上方的气流。朝向下方流动的空气被吹到连接部位321J。朝向上方流动的空气被吹到连接部位331J。吹到连接部位321J或连接部位331J的空气朝向排气口369流动。

在浸渗单元305中，也能够使从第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的表面附近产生的雾状的树脂向与轴承322、轴承332相反的方向流动。而且，从送风装置400送入的空气被吹到连接部位321J和连接部位331J。其结果是，能抑制轴承322和轴承332遭受污染。

图6示出浸渗单元306的剖切端面图。浸渗单元306取代实施方式的浸渗单元300所具备的吸气口367而具备吸气口667a和吸气口667b。浸渗单元306取代实施方式的浸渗单元300所具备的分隔板366而具备分隔板666a和分隔板666b。分隔板666a与分隔板666b之间开放。

吸气口667a设置在比第一旋转轴构件321靠下方处。分隔板666a设置在比第一旋转轴构件321靠下方处。从吸气口667a吹入的空气进入隔离构件360的外壁与分隔板666a之间。进入的空气通过由分隔板666a变更流动方向而朝向上方流动，被吹到连接部位321J。

吸气口667b设置在比第二旋转轴构件331靠上方处。分隔板666b设置在比第二旋转轴构件331靠上方处。从吸气口667b吹入的空气进入隔离构件360的外壁与分隔板666b之间。进入的空气通过由分隔板666b变更流动方向而朝向下方流动，被吹到连接部位331J。被吹到连接部位321J或连接部位331J的空气朝向排气口369流动。

在浸渗单元306中，也能够使从第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的表面附近产生的雾状的树脂向与轴承322、轴承332相反的方向流动。而且，从送风装置400送入的空气被吹到连接部位321J和连接部位331J。其结果是，能抑制轴承322和轴承332遭受污染。

图7示出浸渗单元307的剖切端面图。浸渗单元307取代实施方式的浸渗单元300所具备的吸气口367而具备吸气口767a和吸气口767b。浸渗单元307取代实施方式的浸渗单元300所具备的分隔板366而具备分隔板766a和分隔板766b。

吸气口767b设置在第一旋转轴构件321与第二旋转轴构件331之间。分隔板766b设置在第一旋转轴构件321与第二旋转轴构件331之间。从吸气口767b吹入的空气进入隔离构件360的外壁与分隔板766b之间。进入的空气朝向上方流动，被吹到连接部位331J。被吹到连接部位331J的空气朝向排气口369流动。

吸气口767a设置在比第一旋转轴构件321靠下方处。分隔板766a设置在比第一旋转轴构件321靠下方处。从吸气口767a吹入的空气进入隔离构件360的外壁与分隔板766a之间。进入的空气通过由分隔板766a变更流动方向而朝向上方流动，被吹到连接部位321J。被吹到连接部位321J的空气通过由分隔板766b变更流动方向而朝向第一浸渗辊320与第二浸渗辊330之间流动之后，朝向排气口369流动。

在浸渗单元307中，也能够使从第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的表面附近产生的雾状的树脂向与轴承322、轴承332相反的方向流动。除此之外，从送风装置400送入的空气被吹到连接部位321J和连接部位331J。其结果是，能抑制轴承322和轴承332遭受污染。

图8示出浸渗单元308的剖切端面图。浸渗单元308取代实施方式的浸渗单元300所具备的吸气口367而具备多个吸气口867a和多个吸气口867b。浸渗单元308不具备分隔板366。

图9是从壳体380的外侧观察多个吸气口867a的图。多个吸气口867a以包围第一轴承台324的方式配置。

在浸渗单元308中，也能够使从第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的表面附近产生的雾状的树脂向与轴承322、轴承332相反的方向流动。其结果是，能抑制轴承322和轴承332遭受污染。

图10示出浸渗单元309的剖切端面图。浸渗单元309取代实施方式的浸渗单元300所具备的隔离构件360而具备壁960。

壁960具备伸出部961。伸出部961以扩大收容空间S的方式伸出。第一轴承台324及第二轴承台334的一部分配置在收容空间S内。因此，轴承322及轴承332配置在收容空间S内。

在浸渗单元309中，也能够使从第一浸渗辊320及第二浸渗辊330的表面附近产生的雾状的树脂向与轴承322、轴承332相反的方向流动。而且，从送风装置400送入的空气被吹到连接部位321J和连接部位331J。其结果是，能抑制轴承322和轴承332遭受污染。

此外，例示以下的变形例。

浸渗辊的个数可以为1个，也可以为3个以上。

送风装置也可以不对空气进行加热。这种情况下，可以通过其他的手段对第一及第二浸渗辊进行加热。例如，可以使用感应加热进行加热。

送风装置也可以输送空气以外的气体。例如，可以通过使用氮等非活性气体来抑制由树脂的氧化等引起的劣化。

第一、第二贯通孔的直径也可以等于或大于第一、第二浸渗辊的外径。这种情况下，旋转轴构件的直径也可以等于或大于第一、第二浸渗辊的外径。即使在这种情况下，通过吹入加热后的空气，收容空间的温度也会上升，进而能够对第一、第二浸渗辊进行加热。

送风装置也可以不使空气循环。这种情况下，从第一及第二贯通孔吹入的空气可以通过排气口向大气放出。

吸入口也可以不设于隔离构件，只要设于壳体即可。即，也可以将吸入口设于罩。

丝束预浸体制造装置也可以不具备第一辊单元。

丝束预浸体制造装置也可以不具备第二辊单元。

浸渗单元也可以不具备过滤器。

也可以与实施方式不同，使树脂浸渗到沥青系的碳纤维或玻璃纤维等中来制造纤维增强复合材料。

轴承的种类也可以是球轴承，还可以是滑动轴承。

轴承也可以不像实施方式那样双向地自由旋转，只要通过单向旋转而能够运送丝束即可。

轴承台也可以不固定于隔离构件的表面。例如，可以使用台座进行固定。