炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置
【課題】 熱可塑性樹脂テープ製造時、毛羽蓄積に伴う樹脂含浸装置内部での炭素繊維の切断、テープの変形等のトラブルを防止する炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置を提供する。
【解決手段】 内部を走行する炭素繊維４が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置６と、溶融熱可塑性樹脂中を通過して溶融樹脂が含浸された炭素繊維４を引き抜く下流側スリットノズル１２とを備え、前記樹脂含浸装置６の下流側端部にはノズル上部部材２０及びノズル下部部材２６が所定間隔離間して取り付けられると共に、前記ノズル上部部材２０とノズル下部部材２６との間隙を互いに縮める方向にノズル上部部材２０とノズル下部部材２６の少なくとも一方を付勢する手段３６を設けた構成の製造装置にする。
【解決手段】 内部を走行する炭素繊維４が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置６と、溶融熱可塑性樹脂中を通過して溶融樹脂が含浸された炭素繊維４を引き抜く下流側スリットノズル１２とを備え、前記樹脂含浸装置６の下流側端部にはノズル上部部材２０及びノズル下部部材２６が所定間隔離間して取り付けられると共に、前記ノズル上部部材２０とノズル下部部材２６との間隙を互いに縮める方向にノズル上部部材２０とノズル下部部材２６の少なくとも一方を付勢する手段３６を設けた構成の製造装置にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置に関する。本装置は、熱可塑性樹脂テープ製造時、毛羽蓄積に伴う樹脂含浸装置(樹脂含浸クロスダイヘッド)内部での炭素繊維の切断、テープの変形等のトラブルを防止できる。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維及び炭素繊維複合材料は、引張強度・引張弾性率が高く、耐熱性、耐薬品性、疲労特性、耐摩耗性に優れる、線膨張係数が小さく寸法安定性に優れる、電磁波シールド性、Ｘ線透過性に富むなどの優れた特長を有していることから、スポーツ・レジャー、航空・宇宙、一般産業用途に幅広く適用されている。従来は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を複合材料のマトリックスとすることが多かったが、最近、リサイクル性・高速成型性の観点から熱可塑性樹脂が注目されている。
【０００３】
熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化樹脂複合材料用中間素材の製造装置としては、内部に溶融熱可塑性樹脂が収納されると共に内部を走行中の強化用繊維が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置と、溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路と、炭素繊維供給用の上流側ノズルと、溶融熱可塑性樹脂中を通過する溶融樹脂が含浸された炭素繊維引抜用の下流側ノズルとを備えた繊維強化熱可塑性樹脂複合材料用中間素材(いわゆる長繊維ペレット)の製造装置がある(例えば、特許文献１参照)。
【０００４】
しかし、テープ形状等の広幅薄肉形状の複合材料製造用中間素材を製造する際には、例えば一般的な矩形状セラミックノズルを使用すると炭素繊維引抜用の下流側ノズルにおいて、炭素繊維に由来する毛羽が蓄積して炭素繊維の切断トラブルがしばしば発生することがあった。
【特許文献１】特開２００３−３０５７７９号公報 （特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、図６に示す炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ製造装置を新たに製造し、この装置を用いて熱可塑性樹脂テープを製造することを試みた。
【０００６】
図６(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、図６(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【０００７】
図６において、９２は炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置である。この製造装置９２は、内部に溶融熱可塑性樹脂が収納されると共に内部を走行中の炭素繊維９４が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置９６と、溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路９８と、炭素繊維供給用の上流側スリットノズル１００と、溶融熱可塑性樹脂中を通過する溶融樹脂が含浸された炭素繊維引抜用の下流側スリットノズル１０２とが備えられてなる。
【０００８】
溶融樹脂含浸装置９６は、上型部１０４と空間部１０６と下型部１０８とからなる。樹脂含浸装置上型部１０４の下流側端部にはノズル上部部材１１０が、支持枠１１２に取り付けられ、差込みバー１１４によって支持枠１１２に固定されている。樹脂含浸装置下型部１０８の下流側端部にはノズル下部部材１１６が、支持枠１１２に取り付けられ、差込みバー１１８によって支持枠１１２に固定されている。下流側スリットノズル１０２はノズル上部部材１１０とノズル下部部材１１６との間隙で形成されてなる。なお、支持枠１１２は固定端１２０ａ、１２０ｂで固定されている。また、ノズル上部部材１１０及びノズル上部部材１１６は何れも加熱されている。
【０００９】
この製造装置９２において、炭素繊維９４は通常１０００〜４８０００本の単繊維が束ねられたストランドの形態で上流側スリットノズル１００から樹脂含浸装置空間部１０６に供給される。樹脂含浸装置空間部１０６を走行中の炭素繊維ストランド９４は、ノズル上部部材１１０とノズル下部部材１１６に取り付けられたしごきバー１２２に沿ってジグザグに搬送されると共にしごきバー１２２に押圧されて解繊されると共に溶融熱可塑性樹脂で含浸される。溶融熱可塑性樹脂で含浸された炭素繊維９４は、下流側スリットノズル１０２を通り、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの形態で引き出される。
【００１０】
しかし、この製造装置９２を用いてテープを製造する場合は、炭素繊維維は繊維引抜用の下流側スリットノズル１０２の上流側において、溶融樹脂含浸装置９６内を走行中に発生する毛羽が蓄積し、繊維の切断等のトラブルが発生することがある。このトラブルはスリットノズルの間隙が狭くなるほど多発する傾向にあり、４５０μｍより狭い場合特に多くなる。
【００１１】
本発明者は、上記問題を解決するために検討を重ねているうちに、ノズル下部部材を所定間隔離間して取り付けると共に、前記ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙を互いに縮める方向にノズル上部部材とノズル下部部材の少なくとも一方を付勢する手段を設けることを考えた。これにより、ノズルの上流側において毛羽が蓄積してスリットノズルの間隙の一部が塞がると、毛羽を下流方向に引き取ろうとする力の法線成分が付勢手段の抑え圧以上になって、ノズル上部部材を持ち上げて及び／又はノズル下部部材を押し下げて自然に毛羽を下流に送り出すことを知得した。
【００１２】
また、下流側スリットノズルの直ぐの下流に、冷却金属ローラー若しくはスリットブロワを設けることにより、テープ幅が狭まるテープ変形を防止できることを知得した。
【００１３】
更に、樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部とを着脱自在に構成することにより、運転開始時や原料繊維交換時などの際、原料繊維の誘導、取付けが容易になって生産性を向上できることを知得し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。
【００１６】
［１］ 溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路と炭素繊維供給用の上流側スリットノズルとを備えると共に、内部に溶融熱可塑性樹脂が収納されてその内部を走行する炭素繊維が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置と、溶融熱可塑性樹脂中を通過して溶融樹脂が含浸された炭素繊維を引き抜く下流側スリットノズルとを備えた炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置であって、前記樹脂含浸装置の下流側端部にはノズル上部部材及びノズル下部部材が所定間隔離間して取り付けられると共に、前記ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙を互いに縮める方向にノズル上部部材とノズル下部部材の少なくとも一方を付勢する手段を設けてなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００１７】
［２］ ノズル上部部材及びノズル下部部材が１００〜４００℃の範囲で温度コントロールする手段を備えたローラーである［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００１８】
［３］ 下流側スリットノズルの下流に冷却金属ローラーを有する［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００１９】
［４］ 下流側スリットノズルの下流にスリットブロワを有する［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００２０】
［５］ 樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部とが着脱自在に構成されてなる［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００２１】
［６］ ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙が４５０μｍ以下である［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置は、下流側スリットノズルにおいて毛羽が蓄積して溶融樹脂接触面の面圧が上昇すると、その面圧に応じて圧力シリンダーの抑え圧が下降してノズル上部部材が持ち上がり、テープと共に毛羽を下流側スリットノズルから引き出され、毛羽の蓄積が解消される。
【００２３】
また、下流側スリットノズルに近接してその下流に、冷却金属ローラー若しくはスリットブロワを設ける場合は、テープ幅が狭まるテープ変形を防止できる。
【００２４】
更に、必要に応じ、樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部とを着脱自在に構成しているので、運転開始時や原料繊維交換時などの際、原料繊維の誘導、取付けが容易になって生産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の一例を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【００２７】
図１において、２は炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置である。
【００２８】
６は、ほぼ直方体の溶融樹脂含浸装置で、下面が開放された筺状の上型部１４と上面が開放された筺状の下型部１８とからなり、上型部１４と下型部１８とを互いに嵌合することにより、その内部に空間部１６を形成している。樹脂含浸装置上型部１４の下流側端部はほぼ１／４円の円弧状に面取りされた摺動材料からなる部材(摺動部材)Ｐで形成されている。前記摺動部材Ｐにはローラーからなるノズル上部部材２０が、摺動部材Ｐに液密に押圧された状態でコ字状の上部支持枠２２に取り付けられ、差込みバー２４によって固定されている。樹脂含浸装置下型部１８の下流側端部には、上型部１４と同様にローラーからなるノズル下部部材２６が、摺動部材Ｐに液密に押圧された状態で下部支持枠２８ａ、２８ｂに取り付けられ、差込みバー３０によって固定されている。下流側スリットノズル１２はノズル上部部材２０とノズル下部部材２６との間隙で形成されてなる。
【００２９】
ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙は、使用する炭素繊維の繊度や炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの繊維の体積含有率にも依るが、４５０μｍ以下が好ましく、２０〜３００μｍが更に好ましく、３０〜１００μｍが特に好ましい。ノズル上部部材２０及びノズル上部部材２６は何れも加熱されている。加熱温度は溶融樹脂含浸装置６内の温度から樹脂の融点付近にあることが好ましい。この温度は通常１００〜４００℃、好ましくは１５０〜３００℃の範囲でコントロールされている。
【００３０】
下部支持枠２８ａ、２８ｂは固定端３２ａ、３２ｂで接続、固定されている。一方、上部支持枠２２は、上下方向に揺動自在に、付勢手段である圧力シリンダー３６に連結されている。このため、ノズル上部部材２０は圧力シリンダー３６により上下動が制御される構造になっている。
【００３１】
上部支持枠２２の一方の下端３８ａと下部支持枠２８ａの上端４０ａとの間隙、及び、上部支持枠２２の他方の下端３８ｂと下部支持枠２８ｂの上端４０ｂとの間隙は、何れも下流側スリットノズル１２の間隙と同じにしてある。
【００３２】
通常の運転においては下流側スリットノズル１２の間隙が一定であるように、上部支持枠２２の一方の下端３８ａと下部支持枠２８ａの上端４０ａとの間隙、及び、上部支持枠２２の他方の下端３８ｂと下部支持枠２８ｂの上端４０ｂとの間隙には、それぞれシムテープ等の間隙調節部材４２ａ及び４２ｂなどを挟んでおく。下流側スリットノズル１２の間隙は、この間隙調節部材４２ａ、４２ｂの厚さを変更することにより調節できる。
【００３３】
なお、４４ａは上型部１４に取り付けた所定数(本図では５本)の上部しごきバー(固定)、４４ｂは下型部１８に取り付けた所定数(本図では５本)の下部しごきバー(固定)である。図１において、矢印Ｘは炭素繊維ストランド４の走行方向を示し、８は溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路である。
【００３４】
図５は、図１の例の製造装置において、樹脂含浸装置上型部１４を樹脂含浸装置下型部１８から持ち上げた状態を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。図５では、装置の開閉以外の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付している。
【００３５】
この製造装置２において、炭素繊維４は通常１０００〜４８０００本の単繊維からなるストランドの形態で上流側スリットノズル１０から樹脂含浸装置空間部１６に供給される。樹脂含浸装置空間部１６を走行中の炭素繊維ストランド４は、しごきバー４４ａ、４４ｂに押圧されてジグザグに走行しながら解繊されると共に溶融熱可塑性樹脂が含浸せしめられる。溶融熱可塑性樹脂で含浸された炭素繊維４は、下流側スリットノズル１２に通され、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの形態で引き出される。
【００３６】
この製造装置２を用いることにより、下流側スリットノズル１２の上流側において毛羽が蓄積してスリットノズルの間隙の一部が塞がると、テープと、テープと絡んだ状態にある毛羽とを下流方向に引き取ろうとする力の法線成分が付勢手段３６の抑え圧以上になり、ノズル上部部材２０が持ち上げられ、毛羽が自然に排出される。付勢手段としては、圧力シリンダーやスプリング等が挙げられる。
【００３７】
また、一度に大量の毛羽が上流から流れてくる場合に備えて、ノズル上部部材の溶融樹脂接触面に面圧を感知する感圧センサーを設け、感圧センサーの信号に基づいて付勢手段３６を作動させることにより、ノズル上部部材２０の上下動を行うことも可能である。
【００３８】
運転中は、大量の毛羽が炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの一箇所に集中的に混入する欠点や、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ中の樹脂目付異常を監視するため、ノズル上部部材とノズル下部部材の間隙をレーザーセンサなどで常時測定するのが望ましい。
【００３９】
樹脂含浸装置下型部１８は、ノズル上部部材２０ともノズル下部部材２６とも接触しており、樹脂含浸装置下型部１８側の摺動部材は、ノズル上部部材２０側の接触面ともノズル下部部材２６側の接触面とも同じ形状である。しかも、樹脂含浸装置下型部１８の摺動部材は、砲金等の強度、柔軟性が適度の材質のものが用いられている。そのため、樹脂含浸装置下型部１８の、ノズル上部部材２０及びノズル下部部材２６との接触面は、溶融樹脂が漏れない構造になっている。
【００４０】
更に、本例においてはノズル上部部材２０が上下に揺動するように形成したが、ノズル下部部材２６が上下に揺動するようにしても良い。
【００４１】
図２は本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の他の例を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【００４２】
図２の例の製造装置５２においては、ノズル上部部材５４及びノズル下部部材５６はローラーに代えて、非回転性の部材が用いられている。この部材５４、５６は、互いに対向する面が円弧状に形成された、いわゆる蒲鉾型の半円柱で形成されている。
【００４３】
この非回転性の部材にすることにより、毛羽の蓄積解消機能は図１の例の製造装置よりも多少低下するが、図６の例の製造装置よりも高い。なお、図１の例の製造装置と比較すると、簡単な構造の製造装置で炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造できる特徴を図２の例の製造装置は有する。
【００４４】
その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
図３は本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の更に他の例を示す概略正面図である。
【００４６】
図３の例の製造装置６２では、下流側スリットノズル１２の直ぐ下流に、２０℃前後の温度にされた冷却金属ローラー６４、６６が設けられている。この製造装置６２を用いてテープを製造する場合、下流側スリットノズル１２から引き出されたテープは融点以上の温度であるので、外気中での自然冷却では表面張力等が作用してテープ厚みが増加し、テープ幅が減少する方向に変形しやすい。
【００４７】
そこで、下流側スリットノズル１２の直後に冷却金属ローラー６４、６６を設けてテープを急冷することによりテープ変形を防止できる。しかも、得られる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの強度が高い。
【００４８】
冷却金属ローラー６４、６６は、下流側スリットノズル１２の下流のできるだけ近い位置に取り付けることが好ましい。但し、装置の構造上、最も近づけられる位置は、ノズル金属ローラー２０、２６と冷却金属ローラー６４、６６との軸心距離で各ローラーの半径の和のところまでである。
【００４９】
これに対し、後述するスリットブロワでの空気吹付けによりテープを冷却する場合には、下流側スリットノズル１２の極く近傍で冷却できる。
【００５０】
冷却金属ローラー６４は、支持枠６８に取り付けられ、差込みバー(回転軸)７０によって固定されている。冷却金属ローラー６４は、支持枠７２ａ、７２ｂ(不図示)に取り付けられ、差込みバー(回転軸)７４によって固定されている。
【００５１】
支持枠７２ａ、７２ｂ(不図示)は固定端７６ａ、７６ｂ(不図示)で接続、固定されている。一方、支持枠６８は、支持枠７２ａ、７２ｂ(不図示)から切り離され、しかも固定端には接続されていない。冷却金属ローラー６４には差込みバー７４及び支持枠６８を介して圧力シリンダー７８が設けられている。
【００５２】
その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
図４は本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の更に他の例を示す概略正面図である。
【００５４】
図４の例の製造装置８２では、下流側スリットノズル１２の直ぐ下流に、スリットブロワ８４が設けられている。これにより、上記と同様にしてテープ変形を防止できる。しかも、得られる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの強度が高い。
【００５５】
その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
前述の図１の例の製造装置２は、樹脂含浸装置上型部１４と樹脂含浸装置下型部１８とが着脱自在に構成されているので、運転開始時や原料繊維交換時などの際、原料繊維の誘導、取付けが容易になって生産性を向上できる。
【００５７】
また、図１の例の製造装置２において、ノズル上部ローラー２０及びノズル下部ローラー２６は、それぞれ差込みバー２４及び３０をボールベアリング軸受等の自由回転方式で構成している。この自由回転方式において、ローラーの周速がストランド４の走行速度と等しくなる場合は、ストランド４から発生する単糸毛羽がローラーに巻き付く場合がまれにある。
【００５８】
このような場合には、ノズル上部ローラー２０及びノズル下部ローラー２６は、滑り軸受等の回転抵抗が大きい回転方式で構成するか、ローラーの周速を制御する方式の駆動式で構成することにより、毛羽巻付きを抑制できる。
【００５９】
なお、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ製造装置の形態は図１〜５の形態だけではなく、本発明の要旨を変更しない限り、適宜変形して差支えない。
【実施例】
【００６０】
以下の実施例及び比較例に記載した条件により炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを作製した。
【００６１】
[実施例１〜８及び比較例１〜３]
図１、２又は６に示す製造装置において、下流側スリットノズル間隙、上下ノズル部材間の応力を表１に示す値に調整した後、樹脂含浸装置空間部内の溶融樹脂[ポリプロピレン樹脂(ホモポリプロピレン汎用射出成型グレード、メルトフローレート２０ｇ／１０分)]の温度及び上下ノズル部材の温度を２３０℃に調整した。
【００６２】
この溶融樹脂含浸装置において、原料炭素繊維ストランド[東邦テナックス社製ベスファイトＳＴＳ−２４Ｋ Ｆ３０１(直径７μｍ×２４０００フィラメント、繊度１．６ｇ／ｍ)]、又は、[東邦テナックス社製ベスファイトＨＴＡ−１２Ｋ Ｆ２０２(直径７μｍ×１２０００フィラメント、繊度０．８ｇ／ｍ)]を２ｍ／分で走行させ、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを作製した。その結果を表１に示す。
【００６３】
[実施例１〜４]
図３に示す製造装置において、下流側スリットノズル間隙、上下ノズル部材間の応力を表１に示す値に調整した後、樹脂含浸装置空間部内の溶融樹脂[ポリプロピレン樹脂(ホモポリプロピレン汎用射出成型グレード、メルトフローレート２０ｇ／１０分)]の温度及び上下ノズル部材の温度を２３０℃に調整した。
【００６４】
この製造装置においては、冷却金属ローラーを、下流側スリットノズルの下流でノズル金属ローラーと冷却金属ローラーとの軸心距離で２００ｍｍの箇所に設置し、冷却金属ローラーの温度を２０℃に調整した。
【００６５】
この溶融樹脂含浸装置において、原料炭素繊維ストランド[東邦テナックス社製ベスファイトＳＴＳ−２４Ｋ Ｆ３０１(直径７μｍ×２４０００フィラメント、繊度１．６ｇ／ｍ)]、又は、[東邦テナックス社製ベスファイトＨＴＡ−１２Ｋ Ｆ２０２(直径７μｍ×１２０００フィラメント、繊度０．８ｇ／ｍ)]を２ｍ／分で走行させ、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを作製した。その結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
実施例１〜４は樹脂含浸装置内部に細かな毛羽を溜めないため、ローラー間隙を著しく狭くしても、安定した運転ができた。一方、ローラーを非回転ノズル(固定ノズル)部材とし、更に加圧シリンダーの付いていない比較例１〜３は、スリット間隙を狭くして運転すると、例えば仮撚りが流れてきただけで毛羽立ち、まともに運転できなかった。ローラーを非回転ノズル(固定ノズル)部材としたが、加圧シリンダーを付けている実施例５〜８も実施例１〜４と同様に樹脂含浸装置内部に細かな毛羽を溜めないか、溜めても僅かであるため、ローラー間隙を著しく狭くしても、安定した運転ができた。
【００６８】
実施例９〜１２も、実施例１〜８と同様に樹脂含浸装置内部に細かな毛羽を溜めないため、ローラー間隙を著しく狭くしても、安定した運転ができた。また、実施例９〜１２特に実施例９〜１０の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープは、樹脂含浸装置内部のしごきバー、及び、加熱金属ローラーで広げた炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを直ちに冷却固化させているため、広幅扁平形状のものを作製でき、これを材料に用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂(ＣＦＲＴＰ)成型物は高い曲げ強度を示した。一方、冷却ローラーを配さない実施例１〜８は、一旦広がったストランドプリプレグが自然冷却中に細くなり、これを材料に用いたＣＦＲＴＰ成型物はあまり高い曲げ強度を示さなかった。
【００６９】
なお、実施例１〜１２及び比較例１〜３で用いた図１〜３の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置は何れも、樹脂含浸装置上型部１４と樹脂含浸装置下型部１８とが着脱自在に構成されているので、運転開始時や原料繊維交換時などの際、原料繊維の誘導、取付けが容易であった。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の一例を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【図２】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の他の例を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【図３】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の更に他の例を示す概略正面図である。
【図４】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の更に他の例を示す概略正面図である。
【図５】図１の例の製造装置において、樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部との間隙が開けられた状態を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【図６】比較例１〜３で用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ製造装置を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【符号の説明】
【００７１】
２、５２、６２、８２、９２ 炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置
４、９４ 炭素繊維
６、９６ 溶融樹脂含浸装置
８、９８ 溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路
１０、１００ 上流側スリットノズル
１２、１０２ 下流側スリットノズル
１４、１０４ 溶融樹脂含浸装置上型部
１６、１０６ 溶融樹脂含浸装置空間部
１８、１０８ 溶融樹脂含浸装置下型部
２０、５４、１１０ ノズル上部部材
２２、２８ａ、２８ｂ、６８、７２ａ、１１２ 支持枠
２４、３０、７０、７４、１１４、１１８ 差込みバー
２６、５６、１１６ ノズル下部部材
３２ａ、３２ｂ、７６ａ、１２０ａ、１２０ｂ 固定端
３６、７８ 付勢手段
３８ａ、３８ｂ 支持枠の下端
４０ａ、４０ｂ 支持枠の上端
４２ａ、４２ｂ 間隙調節手段
４４ａ、４４ｂ、１２２ しごきバー
６４、６６ 冷却金属ローラー
８４ スリットブロワ
Ｐ 摺動部材
Ｘ 炭素繊維ストランドの走行方向を示す矢印
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置に関する。本装置は、熱可塑性樹脂テープ製造時、毛羽蓄積に伴う樹脂含浸装置(樹脂含浸クロスダイヘッド)内部での炭素繊維の切断、テープの変形等のトラブルを防止できる。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維及び炭素繊維複合材料は、引張強度・引張弾性率が高く、耐熱性、耐薬品性、疲労特性、耐摩耗性に優れる、線膨張係数が小さく寸法安定性に優れる、電磁波シールド性、Ｘ線透過性に富むなどの優れた特長を有していることから、スポーツ・レジャー、航空・宇宙、一般産業用途に幅広く適用されている。従来は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を複合材料のマトリックスとすることが多かったが、最近、リサイクル性・高速成型性の観点から熱可塑性樹脂が注目されている。
【０００３】
熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化樹脂複合材料用中間素材の製造装置としては、内部に溶融熱可塑性樹脂が収納されると共に内部を走行中の強化用繊維が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置と、溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路と、炭素繊維供給用の上流側ノズルと、溶融熱可塑性樹脂中を通過する溶融樹脂が含浸された炭素繊維引抜用の下流側ノズルとを備えた繊維強化熱可塑性樹脂複合材料用中間素材(いわゆる長繊維ペレット)の製造装置がある(例えば、特許文献１参照)。
【０００４】
しかし、テープ形状等の広幅薄肉形状の複合材料製造用中間素材を製造する際には、例えば一般的な矩形状セラミックノズルを使用すると炭素繊維引抜用の下流側ノズルにおいて、炭素繊維に由来する毛羽が蓄積して炭素繊維の切断トラブルがしばしば発生することがあった。
【特許文献１】特開２００３−３０５７７９号公報 （特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、図６に示す炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ製造装置を新たに製造し、この装置を用いて熱可塑性樹脂テープを製造することを試みた。
【０００６】
図６(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、図６(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【０００７】
図６において、９２は炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置である。この製造装置９２は、内部に溶融熱可塑性樹脂が収納されると共に内部を走行中の炭素繊維９４が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置９６と、溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路９８と、炭素繊維供給用の上流側スリットノズル１００と、溶融熱可塑性樹脂中を通過する溶融樹脂が含浸された炭素繊維引抜用の下流側スリットノズル１０２とが備えられてなる。
【０００８】
溶融樹脂含浸装置９６は、上型部１０４と空間部１０６と下型部１０８とからなる。樹脂含浸装置上型部１０４の下流側端部にはノズル上部部材１１０が、支持枠１１２に取り付けられ、差込みバー１１４によって支持枠１１２に固定されている。樹脂含浸装置下型部１０８の下流側端部にはノズル下部部材１１６が、支持枠１１２に取り付けられ、差込みバー１１８によって支持枠１１２に固定されている。下流側スリットノズル１０２はノズル上部部材１１０とノズル下部部材１１６との間隙で形成されてなる。なお、支持枠１１２は固定端１２０ａ、１２０ｂで固定されている。また、ノズル上部部材１１０及びノズル上部部材１１６は何れも加熱されている。
【０００９】
この製造装置９２において、炭素繊維９４は通常１０００〜４８０００本の単繊維が束ねられたストランドの形態で上流側スリットノズル１００から樹脂含浸装置空間部１０６に供給される。樹脂含浸装置空間部１０６を走行中の炭素繊維ストランド９４は、ノズル上部部材１１０とノズル下部部材１１６に取り付けられたしごきバー１２２に沿ってジグザグに搬送されると共にしごきバー１２２に押圧されて解繊されると共に溶融熱可塑性樹脂で含浸される。溶融熱可塑性樹脂で含浸された炭素繊維９４は、下流側スリットノズル１０２を通り、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの形態で引き出される。
【００１０】
しかし、この製造装置９２を用いてテープを製造する場合は、炭素繊維維は繊維引抜用の下流側スリットノズル１０２の上流側において、溶融樹脂含浸装置９６内を走行中に発生する毛羽が蓄積し、繊維の切断等のトラブルが発生することがある。このトラブルはスリットノズルの間隙が狭くなるほど多発する傾向にあり、４５０μｍより狭い場合特に多くなる。
【００１１】
本発明者は、上記問題を解決するために検討を重ねているうちに、ノズル下部部材を所定間隔離間して取り付けると共に、前記ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙を互いに縮める方向にノズル上部部材とノズル下部部材の少なくとも一方を付勢する手段を設けることを考えた。これにより、ノズルの上流側において毛羽が蓄積してスリットノズルの間隙の一部が塞がると、毛羽を下流方向に引き取ろうとする力の法線成分が付勢手段の抑え圧以上になって、ノズル上部部材を持ち上げて及び／又はノズル下部部材を押し下げて自然に毛羽を下流に送り出すことを知得した。
【００１２】
また、下流側スリットノズルの直ぐの下流に、冷却金属ローラー若しくはスリットブロワを設けることにより、テープ幅が狭まるテープ変形を防止できることを知得した。
【００１３】
更に、樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部とを着脱自在に構成することにより、運転開始時や原料繊維交換時などの際、原料繊維の誘導、取付けが容易になって生産性を向上できることを知得し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。
【００１６】
［１］ 溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路と炭素繊維供給用の上流側スリットノズルとを備えると共に、内部に溶融熱可塑性樹脂が収納されてその内部を走行する炭素繊維が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置と、溶融熱可塑性樹脂中を通過して溶融樹脂が含浸された炭素繊維を引き抜く下流側スリットノズルとを備えた炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置であって、前記樹脂含浸装置の下流側端部にはノズル上部部材及びノズル下部部材が所定間隔離間して取り付けられると共に、前記ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙を互いに縮める方向にノズル上部部材とノズル下部部材の少なくとも一方を付勢する手段を設けてなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００１７】
［２］ ノズル上部部材及びノズル下部部材が１００〜４００℃の範囲で温度コントロールする手段を備えたローラーである［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００１８】
［３］ 下流側スリットノズルの下流に冷却金属ローラーを有する［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００１９】
［４］ 下流側スリットノズルの下流にスリットブロワを有する［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００２０】
［５］ 樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部とが着脱自在に構成されてなる［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【００２１】
［６］ ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙が４５０μｍ以下である［１］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置は、下流側スリットノズルにおいて毛羽が蓄積して溶融樹脂接触面の面圧が上昇すると、その面圧に応じて圧力シリンダーの抑え圧が下降してノズル上部部材が持ち上がり、テープと共に毛羽を下流側スリットノズルから引き出され、毛羽の蓄積が解消される。
【００２３】
また、下流側スリットノズルに近接してその下流に、冷却金属ローラー若しくはスリットブロワを設ける場合は、テープ幅が狭まるテープ変形を防止できる。
【００２４】
更に、必要に応じ、樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部とを着脱自在に構成しているので、運転開始時や原料繊維交換時などの際、原料繊維の誘導、取付けが容易になって生産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の一例を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【００２７】
図１において、２は炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置である。
【００２８】
６は、ほぼ直方体の溶融樹脂含浸装置で、下面が開放された筺状の上型部１４と上面が開放された筺状の下型部１８とからなり、上型部１４と下型部１８とを互いに嵌合することにより、その内部に空間部１６を形成している。樹脂含浸装置上型部１４の下流側端部はほぼ１／４円の円弧状に面取りされた摺動材料からなる部材(摺動部材)Ｐで形成されている。前記摺動部材Ｐにはローラーからなるノズル上部部材２０が、摺動部材Ｐに液密に押圧された状態でコ字状の上部支持枠２２に取り付けられ、差込みバー２４によって固定されている。樹脂含浸装置下型部１８の下流側端部には、上型部１４と同様にローラーからなるノズル下部部材２６が、摺動部材Ｐに液密に押圧された状態で下部支持枠２８ａ、２８ｂに取り付けられ、差込みバー３０によって固定されている。下流側スリットノズル１２はノズル上部部材２０とノズル下部部材２６との間隙で形成されてなる。
【００２９】
ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙は、使用する炭素繊維の繊度や炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの繊維の体積含有率にも依るが、４５０μｍ以下が好ましく、２０〜３００μｍが更に好ましく、３０〜１００μｍが特に好ましい。ノズル上部部材２０及びノズル上部部材２６は何れも加熱されている。加熱温度は溶融樹脂含浸装置６内の温度から樹脂の融点付近にあることが好ましい。この温度は通常１００〜４００℃、好ましくは１５０〜３００℃の範囲でコントロールされている。
【００３０】
下部支持枠２８ａ、２８ｂは固定端３２ａ、３２ｂで接続、固定されている。一方、上部支持枠２２は、上下方向に揺動自在に、付勢手段である圧力シリンダー３６に連結されている。このため、ノズル上部部材２０は圧力シリンダー３６により上下動が制御される構造になっている。
【００３１】
上部支持枠２２の一方の下端３８ａと下部支持枠２８ａの上端４０ａとの間隙、及び、上部支持枠２２の他方の下端３８ｂと下部支持枠２８ｂの上端４０ｂとの間隙は、何れも下流側スリットノズル１２の間隙と同じにしてある。
【００３２】
通常の運転においては下流側スリットノズル１２の間隙が一定であるように、上部支持枠２２の一方の下端３８ａと下部支持枠２８ａの上端４０ａとの間隙、及び、上部支持枠２２の他方の下端３８ｂと下部支持枠２８ｂの上端４０ｂとの間隙には、それぞれシムテープ等の間隙調節部材４２ａ及び４２ｂなどを挟んでおく。下流側スリットノズル１２の間隙は、この間隙調節部材４２ａ、４２ｂの厚さを変更することにより調節できる。
【００３３】
なお、４４ａは上型部１４に取り付けた所定数(本図では５本)の上部しごきバー(固定)、４４ｂは下型部１８に取り付けた所定数(本図では５本)の下部しごきバー(固定)である。図１において、矢印Ｘは炭素繊維ストランド４の走行方向を示し、８は溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路である。
【００３４】
図５は、図１の例の製造装置において、樹脂含浸装置上型部１４を樹脂含浸装置下型部１８から持ち上げた状態を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。図５では、装置の開閉以外の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付している。
【００３５】
この製造装置２において、炭素繊維４は通常１０００〜４８０００本の単繊維からなるストランドの形態で上流側スリットノズル１０から樹脂含浸装置空間部１６に供給される。樹脂含浸装置空間部１６を走行中の炭素繊維ストランド４は、しごきバー４４ａ、４４ｂに押圧されてジグザグに走行しながら解繊されると共に溶融熱可塑性樹脂が含浸せしめられる。溶融熱可塑性樹脂で含浸された炭素繊維４は、下流側スリットノズル１２に通され、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの形態で引き出される。
【００３６】
この製造装置２を用いることにより、下流側スリットノズル１２の上流側において毛羽が蓄積してスリットノズルの間隙の一部が塞がると、テープと、テープと絡んだ状態にある毛羽とを下流方向に引き取ろうとする力の法線成分が付勢手段３６の抑え圧以上になり、ノズル上部部材２０が持ち上げられ、毛羽が自然に排出される。付勢手段としては、圧力シリンダーやスプリング等が挙げられる。
【００３７】
また、一度に大量の毛羽が上流から流れてくる場合に備えて、ノズル上部部材の溶融樹脂接触面に面圧を感知する感圧センサーを設け、感圧センサーの信号に基づいて付勢手段３６を作動させることにより、ノズル上部部材２０の上下動を行うことも可能である。
【００３８】
運転中は、大量の毛羽が炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの一箇所に集中的に混入する欠点や、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ中の樹脂目付異常を監視するため、ノズル上部部材とノズル下部部材の間隙をレーザーセンサなどで常時測定するのが望ましい。
【００３９】
樹脂含浸装置下型部１８は、ノズル上部部材２０ともノズル下部部材２６とも接触しており、樹脂含浸装置下型部１８側の摺動部材は、ノズル上部部材２０側の接触面ともノズル下部部材２６側の接触面とも同じ形状である。しかも、樹脂含浸装置下型部１８の摺動部材は、砲金等の強度、柔軟性が適度の材質のものが用いられている。そのため、樹脂含浸装置下型部１８の、ノズル上部部材２０及びノズル下部部材２６との接触面は、溶融樹脂が漏れない構造になっている。
【００４０】
更に、本例においてはノズル上部部材２０が上下に揺動するように形成したが、ノズル下部部材２６が上下に揺動するようにしても良い。
【００４１】
図２は本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の他の例を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【００４２】
図２の例の製造装置５２においては、ノズル上部部材５４及びノズル下部部材５６はローラーに代えて、非回転性の部材が用いられている。この部材５４、５６は、互いに対向する面が円弧状に形成された、いわゆる蒲鉾型の半円柱で形成されている。
【００４３】
この非回転性の部材にすることにより、毛羽の蓄積解消機能は図１の例の製造装置よりも多少低下するが、図６の例の製造装置よりも高い。なお、図１の例の製造装置と比較すると、簡単な構造の製造装置で炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造できる特徴を図２の例の製造装置は有する。
【００４４】
その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
図３は本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の更に他の例を示す概略正面図である。
【００４６】
図３の例の製造装置６２では、下流側スリットノズル１２の直ぐ下流に、２０℃前後の温度にされた冷却金属ローラー６４、６６が設けられている。この製造装置６２を用いてテープを製造する場合、下流側スリットノズル１２から引き出されたテープは融点以上の温度であるので、外気中での自然冷却では表面張力等が作用してテープ厚みが増加し、テープ幅が減少する方向に変形しやすい。
【００４７】
そこで、下流側スリットノズル１２の直後に冷却金属ローラー６４、６６を設けてテープを急冷することによりテープ変形を防止できる。しかも、得られる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの強度が高い。
【００４８】
冷却金属ローラー６４、６６は、下流側スリットノズル１２の下流のできるだけ近い位置に取り付けることが好ましい。但し、装置の構造上、最も近づけられる位置は、ノズル金属ローラー２０、２６と冷却金属ローラー６４、６６との軸心距離で各ローラーの半径の和のところまでである。
【００４９】
これに対し、後述するスリットブロワでの空気吹付けによりテープを冷却する場合には、下流側スリットノズル１２の極く近傍で冷却できる。
【００５０】
冷却金属ローラー６４は、支持枠６８に取り付けられ、差込みバー(回転軸)７０によって固定されている。冷却金属ローラー６４は、支持枠７２ａ、７２ｂ(不図示)に取り付けられ、差込みバー(回転軸)７４によって固定されている。
【００５１】
支持枠７２ａ、７２ｂ(不図示)は固定端７６ａ、７６ｂ(不図示)で接続、固定されている。一方、支持枠６８は、支持枠７２ａ、７２ｂ(不図示)から切り離され、しかも固定端には接続されていない。冷却金属ローラー６４には差込みバー７４及び支持枠６８を介して圧力シリンダー７８が設けられている。
【００５２】
その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
図４は本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の更に他の例を示す概略正面図である。
【００５４】
図４の例の製造装置８２では、下流側スリットノズル１２の直ぐ下流に、スリットブロワ８４が設けられている。これにより、上記と同様にしてテープ変形を防止できる。しかも、得られる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの強度が高い。
【００５５】
その他の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
前述の図１の例の製造装置２は、樹脂含浸装置上型部１４と樹脂含浸装置下型部１８とが着脱自在に構成されているので、運転開始時や原料繊維交換時などの際、原料繊維の誘導、取付けが容易になって生産性を向上できる。
【００５７】
また、図１の例の製造装置２において、ノズル上部ローラー２０及びノズル下部ローラー２６は、それぞれ差込みバー２４及び３０をボールベアリング軸受等の自由回転方式で構成している。この自由回転方式において、ローラーの周速がストランド４の走行速度と等しくなる場合は、ストランド４から発生する単糸毛羽がローラーに巻き付く場合がまれにある。
【００５８】
このような場合には、ノズル上部ローラー２０及びノズル下部ローラー２６は、滑り軸受等の回転抵抗が大きい回転方式で構成するか、ローラーの周速を制御する方式の駆動式で構成することにより、毛羽巻付きを抑制できる。
【００５９】
なお、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ製造装置の形態は図１〜５の形態だけではなく、本発明の要旨を変更しない限り、適宜変形して差支えない。
【実施例】
【００６０】
以下の実施例及び比較例に記載した条件により炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを作製した。
【００６１】
[実施例１〜８及び比較例１〜３]
図１、２又は６に示す製造装置において、下流側スリットノズル間隙、上下ノズル部材間の応力を表１に示す値に調整した後、樹脂含浸装置空間部内の溶融樹脂[ポリプロピレン樹脂(ホモポリプロピレン汎用射出成型グレード、メルトフローレート２０ｇ／１０分)]の温度及び上下ノズル部材の温度を２３０℃に調整した。
【００６２】
この溶融樹脂含浸装置において、原料炭素繊維ストランド[東邦テナックス社製ベスファイトＳＴＳ−２４Ｋ Ｆ３０１(直径７μｍ×２４０００フィラメント、繊度１．６ｇ／ｍ)]、又は、[東邦テナックス社製ベスファイトＨＴＡ−１２Ｋ Ｆ２０２(直径７μｍ×１２０００フィラメント、繊度０．８ｇ／ｍ)]を２ｍ／分で走行させ、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを作製した。その結果を表１に示す。
【００６３】
[実施例１〜４]
図３に示す製造装置において、下流側スリットノズル間隙、上下ノズル部材間の応力を表１に示す値に調整した後、樹脂含浸装置空間部内の溶融樹脂[ポリプロピレン樹脂(ホモポリプロピレン汎用射出成型グレード、メルトフローレート２０ｇ／１０分)]の温度及び上下ノズル部材の温度を２３０℃に調整した。
【００６４】
この製造装置においては、冷却金属ローラーを、下流側スリットノズルの下流でノズル金属ローラーと冷却金属ローラーとの軸心距離で２００ｍｍの箇所に設置し、冷却金属ローラーの温度を２０℃に調整した。
【００６５】
この溶融樹脂含浸装置において、原料炭素繊維ストランド[東邦テナックス社製ベスファイトＳＴＳ−２４Ｋ Ｆ３０１(直径７μｍ×２４０００フィラメント、繊度１．６ｇ／ｍ)]、又は、[東邦テナックス社製ベスファイトＨＴＡ−１２Ｋ Ｆ２０２(直径７μｍ×１２０００フィラメント、繊度０．８ｇ／ｍ)]を２ｍ／分で走行させ、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを作製した。その結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
実施例１〜４は樹脂含浸装置内部に細かな毛羽を溜めないため、ローラー間隙を著しく狭くしても、安定した運転ができた。一方、ローラーを非回転ノズル(固定ノズル)部材とし、更に加圧シリンダーの付いていない比較例１〜３は、スリット間隙を狭くして運転すると、例えば仮撚りが流れてきただけで毛羽立ち、まともに運転できなかった。ローラーを非回転ノズル(固定ノズル)部材としたが、加圧シリンダーを付けている実施例５〜８も実施例１〜４と同様に樹脂含浸装置内部に細かな毛羽を溜めないか、溜めても僅かであるため、ローラー間隙を著しく狭くしても、安定した運転ができた。
【００６８】
実施例９〜１２も、実施例１〜８と同様に樹脂含浸装置内部に細かな毛羽を溜めないため、ローラー間隙を著しく狭くしても、安定した運転ができた。また、実施例９〜１２特に実施例９〜１０の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープは、樹脂含浸装置内部のしごきバー、及び、加熱金属ローラーで広げた炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを直ちに冷却固化させているため、広幅扁平形状のものを作製でき、これを材料に用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂(ＣＦＲＴＰ)成型物は高い曲げ強度を示した。一方、冷却ローラーを配さない実施例１〜８は、一旦広がったストランドプリプレグが自然冷却中に細くなり、これを材料に用いたＣＦＲＴＰ成型物はあまり高い曲げ強度を示さなかった。
【００６９】
なお、実施例１〜１２及び比較例１〜３で用いた図１〜３の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置は何れも、樹脂含浸装置上型部１４と樹脂含浸装置下型部１８とが着脱自在に構成されているので、運転開始時や原料繊維交換時などの際、原料繊維の誘導、取付けが容易であった。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の一例を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【図２】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の他の例を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【図３】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の更に他の例を示す概略正面図である。
【図４】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の更に他の例を示す概略正面図である。
【図５】図１の例の製造装置において、樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部との間隙が開けられた状態を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【図６】比較例１〜３で用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ製造装置を示す概略図であり、(Ａ)は上記製造装置の正面図であり、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図である。
【符号の説明】
【００７１】
２、５２、６２、８２、９２ 炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置
４、９４ 炭素繊維
６、９６ 溶融樹脂含浸装置
８、９８ 溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路
１０、１００ 上流側スリットノズル
１２、１０２ 下流側スリットノズル
１４、１０４ 溶融樹脂含浸装置上型部
１６、１０６ 溶融樹脂含浸装置空間部
１８、１０８ 溶融樹脂含浸装置下型部
２０、５４、１１０ ノズル上部部材
２２、２８ａ、２８ｂ、６８、７２ａ、１１２ 支持枠
２４、３０、７０、７４、１１４、１１８ 差込みバー
２６、５６、１１６ ノズル下部部材
３２ａ、３２ｂ、７６ａ、１２０ａ、１２０ｂ 固定端
３６、７８ 付勢手段
３８ａ、３８ｂ 支持枠の下端
４０ａ、４０ｂ 支持枠の上端
４２ａ、４２ｂ 間隙調節手段
４４ａ、４４ｂ、１２２ しごきバー
６４、６６ 冷却金属ローラー
８４ スリットブロワ
Ｐ 摺動部材
Ｘ 炭素繊維ストランドの走行方向を示す矢印
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路と炭素繊維供給用の上流側スリットノズルとを備えると共に、内部に溶融熱可塑性樹脂が収納されてその内部を走行する炭素繊維が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置と、溶融熱可塑性樹脂中を通過して溶融樹脂が含浸された炭素繊維を引き抜く下流側スリットノズルとを備えた炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置であって、前記樹脂含浸装置の下流側端部にはノズル上部部材及びノズル下部部材が所定間隔離間して取り付けられると共に、前記ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙を互いに縮める方向にノズル上部部材とノズル下部部材の少なくとも一方を付勢する手段を設けてなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項２】
ノズル上部部材及びノズル下部部材が１００〜４００℃の範囲で温度コントロールする手段を備えたローラーである請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項３】
下流側スリットノズルの下流に冷却金属ローラーを有する請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項４】
下流側スリットノズルの下流にスリットブロワを有する請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項５】
樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部とが着脱自在に構成されてなる請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項６】
ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙が４５０μｍ以下である請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項１】
溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路と炭素繊維供給用の上流側スリットノズルとを備えると共に、内部に溶融熱可塑性樹脂が収納されてその内部を走行する炭素繊維が溶融熱可塑性樹脂で含浸される溶融樹脂含浸装置と、溶融熱可塑性樹脂中を通過して溶融樹脂が含浸された炭素繊維を引き抜く下流側スリットノズルとを備えた炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置であって、前記樹脂含浸装置の下流側端部にはノズル上部部材及びノズル下部部材が所定間隔離間して取り付けられると共に、前記ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙を互いに縮める方向にノズル上部部材とノズル下部部材の少なくとも一方を付勢する手段を設けてなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項２】
ノズル上部部材及びノズル下部部材が１００〜４００℃の範囲で温度コントロールする手段を備えたローラーである請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項３】
下流側スリットノズルの下流に冷却金属ローラーを有する請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項４】
下流側スリットノズルの下流にスリットブロワを有する請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項５】
樹脂含浸装置上型部と樹脂含浸装置下型部とが着脱自在に構成されてなる請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【請求項６】
ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙が４５０μｍ以下である請求項１に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−７６２２４（Ｐ２００７−７６２２４Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２６８３１５（Ｐ２００５−２６８３１５）
【出願日】平成１７年９月１５日（２００５．９．１５）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【出願人】（３０３０１３２６８）帝人テクノプロダクツ株式会社 (504)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１５日（２００５．９．１５）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【出願人】（３０３０１３２６８）帝人テクノプロダクツ株式会社 (504)
【Ｆターム（参考）】
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