JP2007118216A - 炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テープを材料に用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂(ＣＦＲＴＰ)成型物が高い曲げ強度を示す広幅扁平形状の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造する方法を提供する。
【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１３０μｍ以下にし、下流側スリットノズル１２の下流にテープ冷却手段６４、６６を設けた構成の装置を用いて製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、広幅薄肉形状の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ及びその製造方法に関する。

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。

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)。
特開２００３−３０５７７９号公報 （特許請求の範囲）

本発明者は、繊維強化樹脂複合材料用中間素材について検討したところ、広幅で薄肉の形状の素材ほど、得られる繊維強化樹脂複合材料の強度が高くなることを見出した。

しかし、上記特許文献１に開示された製造装置における炭素繊維引抜用の下流側ノズルは、水平方向に複数個穿設された円形状のノズル孔を有するセラミックノズルであるため、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得ることはできない。

広幅薄肉形状の複合材料製造用中間素材を製造するためには、例えば一般的な矩形状のスリットを有するセラミックノズルを使用することが考えられる。そこで、本発明者は図３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、この装置を用いてテープを製造することを試みた。

しかし、このテープ製造装置においても、目標とする広幅薄肉形状の複合材料製造用中間素材を得ることはできなかった。しかも、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。以下、このことを詳述する。

図３において、(Ａ)は上記製造装置の正面図、(Ｂ)は上記製造装置の右側面図、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。

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。

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が含浸される。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。

しかし、この製造装置９２においても、得られるテープは、表面張力に起因するものと思われるが、テープ幅が狭まると共にテープ厚さが大きくなるテープ変形を起こし、目標とする広幅薄肉形状の複合材料製造用中間素材を得ることはできない。

また、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る。

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、下流側スリットノズルの直ぐの下流に、冷却ローラー若しくはスリットブロワ等の冷却手段を設けることにより、テープが厚くなるテープ変形を防止でき、目標とする広幅薄肉形状の複合材料製造用中間素材を得ることができることを知得した。

また、この広幅薄肉形状の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを用いて得られる繊維強化樹脂複合材料は、その強度が高いことを知得した。

更に、ノズル上部部材とノズル下部部材と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と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。

また更に、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。

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及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。

［１］ １２０００本以上の単繊維を集束してなるストランドに熱可塑性樹脂を含浸してなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープであって、テープ厚さが１３０μｍ以下である炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ。

［２］ 溶融する熱可塑性樹脂がその内部に供給されると共に所定数のしごきバーをその内部に備える樹脂浴に１２０００本以上の単繊維からなる炭素繊維ストランドを供給し、前記しごきバーで供給した炭素繊維ストランドをしごいて解繊させることにより炭素繊維ストランドに熱可塑性樹脂を含浸させる第１工程と、
ノズル上部部材とノズル下部部材とでスリット間隔が１３０μｍ以下の所定間隔のスリットを形成すると共に前記ノズル上部部材とノズル下部部材の間隔を互いに縮める方向に両部材を付勢する手段を有するノズルに、前記熱可塑性樹脂を含浸させた炭素繊維ストランドを通過させることによりテープ厚さ１３０μｍ以下の熱可塑性樹脂含浸テープを引き出す第２工程と、
前記ノズルから引き出した熱可塑性樹脂含浸テープをテープ冷却手段に導いて熱可塑性樹脂含浸テープを熱可塑性樹脂の融点以下に冷却する第３工程とからなる、
炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。

［３］ ノズル上部部材、ノズル下部部材がローラーで形成され、前記ローラーの周速を熱可塑性樹脂含浸テープを引出し速度よりも小さく制御する［２］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。

［４］ テープ冷却手段が冷却ローラーであり、テープと冷却ローラーとを接触させることにより冷却する［２］に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。

本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープは、テープを構成する炭素繊維の単繊維の本数、テープ厚さが所定範囲にあるので、このテープを用いて得られる繊維強化樹脂複合材料は、その強度が高い。

本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法によれば、スリットノズルから引き出された直後のテープを、所定降温速度以上で急冷しているので、テープが厚くなるテープ変形を防止でき、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造することができる。

本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法に用いる装置には、下流側スリットノズルに近接してその下流に、冷却ローラー、スリットブロワ等のテープ冷却手段を設けているので、テープが厚くなるテープ変形を防止でき、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを製造することができる。

また、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法に用いる装置は、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との少なくとも一方を付勢する手段を設けているので、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及び／又はノズル下部部材が押し下がり、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。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープは、テープ厚さが１３０μｍ以下の広幅薄肉形状であり、且つ補強材としての１２０００本以上、好ましくは２４０００〜４８０００本の炭素繊維単繊維と、単繊維間に含浸されてなるマトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂とからなる。

この条件を満たすテープは、補強機能が高い複合材料製造用中間素材として作用し、これを用いて得られる繊維強化樹脂複合材料は、その強度が高い。

なお、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを構成する炭素繊維単繊維の本数が１２０００本未満の場合、例えば６０００本の炭素繊維単繊維から得られるテープは、生産性が低い。このテープを用いて得られる繊維強化樹脂複合材料の強度は高いが、例えば１２０００本の炭素繊維単繊維から得られるテープと比べると、その生産性は半減するので好ましくない。

本発明炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの補強材としての炭素繊維には、ポリアクリロニトリル(ＰＡＮ)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系など、何れの炭素繊維も使用することができる。特に、ＰＡＮを原料としたＰＡＮ系炭素繊維が、工業規模における生産性及び機械的特性に優れており好ましい。これらは市販品として入手できる。

炭素繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂としては、特に制限はなく、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ＡＢＳ)、ポリアミド(ナイロン６、ナイロン６６など)、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどを使用することができる。

本発明のカーボンシートは、その物性が上記範囲内にあれば、その製造方法及び製造装置としては、特に限定されるものではないが、例えば以下の製造方法及び製造装置により製造することができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

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方法に用いる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(Ａ)におけるＡ〜Ａ線に沿った右側面断面図である。

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。

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。樹脂含浸装置下型部１８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、Ｑで形成されている。

前記摺動部材Ｐ、Ｑにはローラーからなるノズル上部部材２０が、摺動部材Ｐ、Ｑ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、Ｑ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。

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Ｐ、Ｑ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Ｐ、Ｑ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。

下流側スリットノズル１２は、摺動部材Ｐ、Ｑ間においてノズル上部部材２０とノズル下部部材２６との間隙で形成されてなる。ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙(スリット間隙)は１３０μｍ以下である。

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。

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。

この製造装置２において、炭素繊維４は１２０００本以上、好ましくは２４０００〜４８０００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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図１の例の製造装置２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ローラー６４、６６が設けられている。この製造装置２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する方向に変形しやすい。

そこで、下流側スリットノズル１２の直後に冷却ローラー６４、６６を設けてテープを樹脂の融点以下まで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。

冷却ローラー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。

冷却ローラー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。

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。

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。

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方法に用いる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(Ａ)におけるＡ〜Ａ線に沿った右側面断面図である。

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。

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３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。

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。

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。

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。

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。

なお、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法に用いる装置の形態は図１〜２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。

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。

実施例及び比較例において得られた各テープを材料に用いた炭素繊維強化熱可塑性樹脂(ＣＦＲＴＰ)成型物の曲げ強度は以下の方法により測定した。

各テープを長さが２５ｍｍになるようにロービングカッターを用いて切断し、チョップ状のストランドプリプレグを作製した。３００ｍｍ角の金型の中に、前記チョップ状のストランドプリプレグをランダムにばらまき、２３０℃×２ＭＰａ×５分間プレス成型した。得られた疑似等方性の平板から１５ｍｍ幅×１００ｍｍ長×２ｍｍ厚の試験片５本を切り出し、ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠して３点曲げ試験(スパン／厚さ比＝２０、試験速度５ｍｍ／分)を実施し、曲げ強度を測定した。

[実施例１〜３、並びに、比較例１〜３]
図１に示す製造装置において、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。冷却ローラーを、下流側スリットノズルの下流でノズルローラーと冷却ローラーとの軸心距離で２００ｍｍの箇所に設置し、冷却ローラーの温度を２０℃に調整した。

さらに、この溶融樹脂含浸装置において、下流側スリットノズル間隙(上下ノズル部材間の間隙)、上部ノズル部材の抑え荷重を少しずつ変化させながら、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。

実施例１〜３の広幅薄肉形状の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープを材料に用いたＣＦＲＴＰ成型物は高い曲げ強度を示した。比較例１〜３の比較的厚いテープを材料に用いたＣＦＲＴＰ成型物はあまり高い曲げ強度を示さなかった。

[実施例４〜９、並びに、比較例４〜６]
図１〜３のいずれかに示す製造装置において、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。実施例４〜９においては、冷却ローラーを、下流側スリットノズルの下流でノズルローラーと冷却ローラーとの軸心距離で２００ｍｍの箇所に設置し、冷却ローラーの温度を２０℃に調整した。

この溶融樹脂含浸装置において、下流側スリットノズル間隙(上下ノズル部材間の間隙)、上部ノズル部材の抑え荷重を表２に示す値に調整しつつ、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、広幅薄肉形状の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの作製を試みた。その結果を表２に示す。

実施例４〜６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。また、ローラーを非回転ノズル(固定ノズル)部材に変更した実施例７〜９も、実施例４〜６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。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４〜６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。

本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法に用いる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(Ａ)におけるＡ〜Ａ線に沿った右側面断面図である。 本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法に用いる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(Ａ)におけるＡ〜Ａ線に沿った右側面断面図である。 比較例４〜６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

２、５２、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 冷却ローラー
Ｐ、Ｑ 摺動部材
Ｘ 炭素繊維ストランドの走行方向を示す矢印

Claims (4)

1. １２０００本以上の単繊維を集束してなるストランドに熱可塑性樹脂を含浸してなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープであって、テープ厚さが１３０μｍ以下である炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープ。
2. 溶融する熱可塑性樹脂がその内部に供給されると共に所定数のしごきバーをその内部に備える樹脂浴に１２０００本以上の単繊維からなる炭素繊維ストランドを供給し、前記しごきバーで供給した炭素繊維ストランドをしごいて解繊させることにより炭素繊維ストランドに熱可塑性樹脂を含浸させる第１工程と、
   ノズル上部部材とノズル下部部材とでスリット間隔が１３０μｍ以下の所定間隔のスリットを形成すると共に前記ノズル上部部材とノズル下部部材の間隔を互いに縮める方向に両部材を付勢する手段を有するノズルに、前記熱可塑性樹脂を含浸させた炭素繊維ストランドを通過させることによりテープ厚さ１３０μｍ以下の熱可塑性樹脂含浸テープを引き出す第２工程と、
   前記ノズルから引き出した熱可塑性樹脂含浸テープをテープ冷却手段に導いて熱可塑性樹脂含浸テープを熱可塑性樹脂の融点以下に冷却する第３工程とからなる、
   炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。
3. ノズル上部部材、ノズル下部部材がローラーで形成され、前記ローラーの周速を熱可塑性樹脂含浸テープを引出し速度よりも小さく制御する請求項２に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。
4. テープ冷却手段が冷却ローラーであり、テープと冷却ローラーとを接触させることにより冷却する請求項２に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法。

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