JP2014198837A - Carbon fiber wound tape and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円筒状芯材に炭素繊維テープが巻き付けられた炭素繊維巻きテープと、その製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon fiber wound tape in which a carbon fiber tape is wound around a cylindrical core material, and a method for producing the same.
炭素繊維複合材料は、軽量で且つ高強度であるという特徴から、航空機、自動車、スポーツ、レジャー、その他各種工業用途に利用されている。また、炭素繊維複合材料は、それを構成する炭素繊維集束体の配向性によって特徴ある異方性光沢を有し、更に表面に塗装等の処理を施すことによって深みのある重厚な外観を与え、また導電性、Ｘ線透過性、電磁波遮蔽性等の特徴を有している。一般に炭素繊維複合材料は、積層板やハニカムサンドイッチ板などの形態で各種工業用途に利用されている。しかしながら、その殆どはマトリックスとして熱硬化性樹脂を用いたものであるので、これらを成形するためには、樹脂の硬化反応を伴うような比較的成形時間の長い、すなわちオートクレーブ成形に代表されるような多量生産に向かないものであった。 Carbon fiber composite materials are used for aircraft, automobiles, sports, leisure, and other various industrial applications because of their light weight and high strength. In addition, the carbon fiber composite material has a characteristic anisotropic gloss due to the orientation of the carbon fiber bundling body constituting the carbon fiber composite material, and further gives a deep and heavy appearance by performing a treatment such as painting on the surface. Moreover, it has the characteristics, such as electroconductivity, X-ray permeability, and electromagnetic wave shielding. In general, carbon fiber composite materials are used in various industrial applications in the form of laminated plates, honeycomb sandwich plates, and the like. However, since most of them use thermosetting resins as a matrix, in order to mold them, it takes a relatively long molding time with a resin curing reaction, that is, as represented by autoclave molding. It was not suitable for mass production.
一方、熱可塑性樹脂をマトリックスにするような複合材料及びその成形品も多く提案されている。例えば、特許文献１に開示された技術では一方向に引き揃えられた強化繊維と熱可塑性樹脂からなるプリプレグ及びそれを用いた構造材が提案されている。この方法では、幅広く薄く開繊した炭素繊維と不織布を用いている。実施例では、単位面積当たりに含まれる炭素繊維の質量（以下、ＦＡＷ）が４０〜５３ｇ／ｍ２に不織布を重ね合わせたプリプレグが記載されているが、より高いＦＡＷの炭素繊維テープの製造については記載されていない。 On the other hand, many composite materials and molded products thereof using a thermoplastic resin as a matrix have been proposed. For example, the technology disclosed in Patent Document 1 proposes a prepreg made of reinforced fibers and a thermoplastic resin aligned in one direction and a structural material using the prepreg. In this method, carbon fibers and nonwoven fabrics that are widely and thinly opened are used. In the examples, a prepreg in which a nonwoven fabric is superimposed on 40 to 53 g / m 2 of a mass of carbon fibers (hereinafter referred to as FAW) contained per unit area is described, but production of a higher FAW carbon fiber tape is described. Is not listed.
特許文献２では、炭素繊維とオレフィン系樹脂を含む複合体からなる巻きテープおよびその製造方法、特許文献３では、炭素繊維とポリアミド樹脂を含む複合体からなる巻きテープおよびその製造方法、が記載されている。この製造方法では、クロスヘッドダイを用いた製造方法が記載されており、炭素繊維テープの幅（Ｗ）が１００ｍｍを越えると、炭素繊維の分布が均一なテープを得る事は困難であった。 Patent Document 2 describes a wound tape made of a composite containing carbon fibers and an olefin resin and a method for producing the same, and Patent Document 3 describes a wound tape made of a composite containing carbon fibers and a polyamide resin and a method for producing the same. ing. In this manufacturing method, a manufacturing method using a crosshead die is described. When the width (W) of the carbon fiber tape exceeds 100 mm, it is difficult to obtain a tape having a uniform carbon fiber distribution.
本発明は、炭素繊維テープの厚さが０．１〜０．５ｍｍ、幅が１１０〜１８００ｍｍの炭素繊維テープにおいて、保管や運搬が容易であり、作業性を著しく向上させることができる、円筒状芯材に炭素繊維テープが巻き付けられた広幅の炭素繊維巻きテープと、その製造方法を提供することを課題とする。 The present invention is a carbon fiber tape having a carbon fiber tape thickness of 0.1 to 0.5 mm and a width of 110 to 1800 mm, which can be easily stored and transported, and can be remarkably improved in workability. It is an object of the present invention to provide a wide carbon fiber wound tape in which a carbon fiber tape is wound around a core material and a method for manufacturing the same.
本発明の要旨は、炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）を含む炭素繊維テープが、円筒状芯材に巻き付けられた炭素繊維巻きテープで、
炭素繊維テープの単位面積当たりに含まれる炭素繊維（Ａ）の質量が、６０〜４００ｇ／ｍ２、
炭素繊維テープの単位面積当たりに含まれる炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）の体積の割合が２０／８０〜５５／４５であって、
炭素繊維テープの厚さが０．１〜０．５ｍｍ、幅が１１０〜１８００ｍｍ、
円筒状芯材の外径が６０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である連続した炭素繊維巻きテープにある。
The gist of the present invention is a carbon fiber wound tape in which a carbon fiber tape containing a carbon fiber (A) and a thermoplastic resin (B) is wound around a cylindrical core material.
The mass of the carbon fiber (A) contained per unit area of the carbon fiber tape is 60 to 400 g / m 2 ,
The volume ratio of the carbon fiber (A) and the thermoplastic resin (B) contained per unit area of the carbon fiber tape is 20/80 to 55/45,
The carbon fiber tape has a thickness of 0.1 to 0.5 mm, a width of 110 to 1800 mm,
It is in a continuous carbon fiber wound tape in which the outer diameter of the cylindrical core material is 60 mm or more and 400 mm or less.
上記炭素繊維巻きテープは、 炭素繊維（Ａ）が炭素繊維巻きテープの長手方向に配向していることが好ましい。 In the carbon fiber wound tape, the carbon fiber (A) is preferably oriented in the longitudinal direction of the carbon fiber wound tape.
また、本発明の別の実施形態として、一方向に引き揃えた炭素繊維（Ａ）を単位面積当たりに含まれる炭素繊維（Ａ）の質量が、６０〜４００ｇ／ｍ２となるように引き揃えて並べて炭素繊維シートとし、熱可塑性樹脂（Ｂ）のせん断粘度が３０〜５００Ｐａ・ｓとなる条件で熱可塑性樹脂（Ｂ）を該炭素繊維シートに含浸し、外径が６０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である円筒状芯材に巻き取る炭素繊維巻きテープの製造方法も挙げられる。 Moreover, as another embodiment of the present invention, the carbon fibers (A) aligned in one direction are aligned so that the mass of the carbon fibers (A) contained per unit area is 60 to 400 g / m 2. The carbon fiber sheet is impregnated with the thermoplastic resin (B) under the condition that the shear viscosity of the thermoplastic resin (B) is 30 to 500 Pa · s, and the outer diameter is 60 mm or more and 400 mm or less. The manufacturing method of the carbon fiber winding tape wound up on a cylindrical core material is also mentioned.
上記製造方法においては、一方向に引き揃えた炭素繊維（Ａ）を１２０〜１８５０ｍｍの幅に引き揃えて並べて炭素繊維シートとし、２５〜２００μｍの熱可塑性樹脂（Ｂ）のフィルムで両面からはさんで加熱加圧した後に、両端をスリットして除去することが好ましい。 In the above manufacturing method, carbon fibers (A) aligned in one direction are aligned to a width of 120 to 1850 mm to form a carbon fiber sheet, and sandwiched from both sides with a film of 25 to 200 μm thermoplastic resin (B). It is preferable to remove both ends by slitting after heating and pressurizing.
厚さが０．１〜０．５ｍｍで幅が１１０〜１８００ｍｍであるにもかかわらず、外径が６０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である円筒状芯材に巻き取ってもクラックを発生せず、円筒状芯材の周囲に炭素繊維テープが巻き取られた形態であることから、保管及び運搬が容易であり、必要量だけ取り出して使用できることから、作業性も良い。 Despite having a thickness of 0.1 to 0.5 mm and a width of 110 to 1800 mm, the cylindrical core does not generate cracks even when wound on a cylindrical core having an outer diameter of 60 mm to 400 mm. Since the carbon fiber tape is wound around the material, it can be easily stored and transported, and since only a necessary amount can be taken out and used, workability is also good.
（炭素繊維巻きテープ）
本発明における炭素繊維テープは、従来、クラックをさほど発生させることなく円筒状芯材に巻き取ることができなかった「厚さが０．１〜０．５ｍｍで幅が１１０〜１８００ｍｍである炭素繊維テープ」であることを前提としている。
(Carbon fiber wound tape)
The carbon fiber tape in the present invention has conventionally been unable to be wound around a cylindrical core material without generating so many cracks. “Carbon fiber having a thickness of 0.1 to 0.5 mm and a width of 110 to 1800 mm” It is assumed that it is “tape”.
本発明の炭素繊維巻きテープは、上記の炭素繊維テープが円筒状芯材の周囲に多数回巻き付けられたものである。本発明の炭素繊維巻きテープに用いることができる炭素繊維テープは、円筒状芯材に巻き取ることができ、かつ巻き取った際に外観に変化がないもの（クラック等が生じないもの）である。また、１１０〜１８００ｍｍの幅の範囲のものであることが必要であり、好ましくは２００〜１５００ｍｍ幅、さらに好ましくは、３５０〜１０００ｍｍ幅である。１１０ｍｍ以上１８００ｍｍ以下とする事で、大型成形品に使用する際にも並べる枚数を少なく抑える事が可能で、作業性、取扱性に優れる炭素繊維巻きテープを得ることができる。 The carbon fiber-wrapped tape of the present invention is obtained by winding the above-mentioned carbon fiber tape around a cylindrical core material many times. The carbon fiber tape that can be used for the carbon fiber wound tape of the present invention is one that can be wound around a cylindrical core and has no change in appearance when wound (no cracks or the like). . Moreover, it is necessary to be a thing of the range of 110-1800 mm width, Preferably it is 200-1500 mm width, More preferably, it is 350-1000 mm width. By setting it to 110 mm or more and 1800 mm or less, it is possible to suppress the number of sheets arranged even when used for a large molded product, and it is possible to obtain a carbon fiber wound tape excellent in workability and handling property.
またテープの厚さは、０．１〜０．５ｍｍの範囲であることが必要である。テープの厚さが薄いほど柔軟性が向上して円筒状芯材に巻きやすくなり、補強材などとしてテープを使用する場合に積層する枚数が多くなることや、繊維の配向と直角方向の強度が低くなるために取扱い性が悪化することがない。 The thickness of the tape needs to be in the range of 0.1 to 0.5 mm. The thinner the tape, the more flexible it will be and it will be easier to wind it around the cylindrical core material. When tape is used as a reinforcing material, the number of layers will increase, and the strength in the direction perpendicular to the fiber orientation will increase. Since it becomes low, the handleability does not deteriorate.
本発明の炭素繊維巻きテープに用いることができる炭素繊維（Ａ）は周知のものであるポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等の炭素繊維を用いることができる。炭素繊維の引張弾性率は２００ＧＰａ以上であることが好ましい。また、引張強度は、２０００ＭＰａ以上が好ましく、３０００ＭＰａ以上がさらに好ましい。引張強度がこの範囲にある事で、円筒状芯材に巻き取る際に、炭素繊維テープにクラックなどが発生し難い。直径は、４μｍ以上１５μｍ以下が好ましく、５μｍ以上１１μｍ以下がさらに好ましい。１５μｍを超える繊維径では取扱いの上で不利であり、また４μｍ未満の繊維径では炭素繊維の製造が困難である。 The carbon fiber (A) that can be used in the carbon fiber-wrapped tape of the present invention may be a well-known carbon fiber such as polyacrylonitrile, pitch, rayon, or lignin. The tensile modulus of carbon fiber is preferably 200 GPa or more. Further, the tensile strength is preferably 2000 MPa or more, and more preferably 3000 MPa or more. When the tensile strength is in this range, cracks and the like are unlikely to occur in the carbon fiber tape when it is wound around the cylindrical core material. The diameter is preferably 4 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 11 μm or less. When the fiber diameter exceeds 15 μm, it is disadvantageous in handling, and when the fiber diameter is less than 4 μm, it is difficult to produce carbon fibers.
炭素繊維としては市販品を用いても良く、ポリアクリロニトリル系炭素繊維として、パイロフィル（登録商標）ＴＲ３０Ｓ ３Ｌ、ＴＲ５０Ｓ ６Ｌ、ＴＲＨ５０ １２Ｌ、ＴＲＨ５０ １８Ｍ、ＴＲ５０Ｓ １２Ｌ、ＴＲ５０Ｓ １５Ｌ、ＭＲ４０ １２Ｍ、ＭＲ６０Ｈ ２４Ｐ、ＭＳ４０ １２Ｍ、ＨＲ４０ １２Ｍ、ＨＳ４０ １２Ｐ、Ｐ３３０ ６０Ｋ、ＷＣＦ ５０Ｋ（以上、製品名、三菱レイヨン社製）、ピッチ系炭素繊維として、ダイアリード（登録商標）Ｋ１３５２Ｕ、Ｋ１３９２Ｕ、Ｋ１３Ｃ２Ｕ、Ｋ１３Ｄ２Ｕ、Ｋ６３７１２、Ｋ６３Ａ１２、Ｋ１３３１２（以上、商品名、三菱樹脂社製）などが挙げられる。 Commercially available products may be used as the carbon fibers, and as polyacrylonitrile-based carbon fibers, Pyrofil (registered trademark) TR30S 3L, TR50S 6L, TRH50 12L, TRH50 18M, TR50S 12L, TR50S 15L, MR40 12M, MR60H 24P, MS40 12M , HR40 12M, HS40 12P, P330 60K, WCF 50K (above, product name, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), Pitch-based carbon fiber, Dialead (registered trademark) K1352U, K1392U, K13C2U, K13D2U, K63712, K63A12, K13312 ( As mentioned above, trade names, manufactured by Mitsubishi Plastics Co., Ltd.
なお本発明においては、その使用形態と使用時の強度の観点から、炭素繊維（Ａ）が一方向に配向している（一方向に引き揃えられている）ことが好ましく、炭素繊維巻きテープの長手方向に配向している（長手方向に引き揃えられている）ことがより好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of usage and strength at the time of use, the carbon fibers (A) are preferably oriented in one direction (aligned in one direction). More preferably, it is oriented in the longitudinal direction (aligned in the longitudinal direction).
本発明の炭素繊維巻きテープに用いることができる熱可塑性樹脂（Ｂ）としては、例えば、ポリスチレン、（メタ）アクリル酸エステル／スチレン共重合体、アクリロニトリル／スチレン共重合体、スチレン／無水マレイン酸共重合体、ＡＢＳ、ＡＳＡ、ＡＥＳ等のスチレン系樹脂；ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂；ポリカーボネート系樹脂；ポリアミド系樹脂；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等のポリエステル系樹脂；ポリフェニレンエーテル系樹脂；ポリオキシメチレン系樹脂；ポリスルフォン系樹脂；ポリアリレート系樹脂；ポリフェニレンスルフィド系樹脂；熱可塑性ポリウレタン系樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ−４−メチルペンテン、エチレン／プロピレン共重合体、エチレン／ブテン共重合体等のポリオレフィン系樹脂；エチレン／酢酸ビニル共重合体、エチレン／（メタ）アクリル酸エステル共重合体、エチレン／無水マレイン酸共重合体、エチレン／アクリル酸共重合体等のα−オレフィンと各種単量体との共重合体類；ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、脂肪族グリコール／脂肪族ジカルボン酸共重合体等の脂肪族ポリエステル系樹脂；生分解性セルロース、ポリペプチド、ポリビニルアルコール、澱粉、カラギーナン、キチン・キトサン質等の生分解性樹脂が挙げられる。強度と加工性の観点から、結晶性樹脂が好ましく、さらに好ましくはポリプロピレン樹脂である。 Examples of the thermoplastic resin (B) that can be used for the carbon fiber-wrapped tape of the present invention include polystyrene, (meth) acrylate / styrene copolymer, acrylonitrile / styrene copolymer, and styrene / maleic anhydride copolymer. Polymers, styrene resins such as ABS, ASA, AES; acrylic resins such as polymethyl methacrylate; polycarbonate resins; polyamide resins; polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate; polyphenylene ether resins; poly Oxymethylene resin; polysulfone resin; polyarylate resin; polyphenylene sulfide resin; thermoplastic polyurethane resin; polyethylene, polypropylene, polybutene, poly-4-methylpentene, ethylene / propylene Polyolefin resins such as copolymers, ethylene / butene copolymers; ethylene / vinyl acetate copolymers, ethylene / (meth) acrylic acid ester copolymers, ethylene / maleic anhydride copolymers, ethylene / acrylic acid copolymers Copolymers of α-olefins such as various monomers; Aliphatic polyester resins such as polylactic acid, polycaprolactone, aliphatic glycol / aliphatic dicarboxylic acid copolymers; biodegradable cellulose, polypeptides, Examples include biodegradable resins such as polyvinyl alcohol, starch, carrageenan, and chitin / chitosan. From the viewpoint of strength and workability, a crystalline resin is preferable, and a polypropylene resin is more preferable.
さらに必要に応じて、種々の樹脂添加剤を配合する事ができる、樹脂添加剤としては、例えば着色剤、酸化防止剤、金属不活性剤、カーボンブラック、造核剤、離型剤、滑剤、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、耐衝撃性改質剤、溶融張力向上剤、難燃剤等が挙げられる。 Furthermore, if necessary, various resin additives can be blended. Examples of resin additives include colorants, antioxidants, metal deactivators, carbon black, nucleating agents, mold release agents, lubricants, Antistatic agents, light stabilizers, ultraviolet absorbers, impact modifiers, melt tension improvers, flame retardants and the like.
本発明の炭素繊維巻きテープで使用することができる炭素繊維テープの単位面積当たりに含まれる炭素繊維（Ａ）の質量（以下、ＦＡＷという。）は、６０〜４００ｇ／ｍ２であることが必要である。好ましくは、６５〜２００ｇ／ｍ２であり、さらに好ましくは７０〜１２０ｇ／ｍ２である。ＦＡＷの値が小さいほど柔軟性が向上して芯材に巻きやすくなる。但し、小さすぎる場合には、補強材などとして使用する場合の補強効果が限定的なる恐れや、積層する枚数が多くなる恐れがある。 The mass (hereinafter referred to as FAW) of the carbon fiber (A) contained per unit area of the carbon fiber tape that can be used in the carbon fiber wound tape of the present invention needs to be 60 to 400 g / m 2 . It is. Preferably, it is 65-200 g / m < 2 >, More preferably, it is 70-120 g / m < 2 >. As the FAW value is smaller, the flexibility is improved and the core material is easily wound. However, if it is too small, the reinforcing effect when used as a reinforcing material or the like may be limited, or the number of laminated sheets may increase.
本発明の炭素繊維巻きテープで使用することができる炭素繊維テープは、炭素繊維テープに含まれる炭素繊維（Ａ）の体積割合が、２０〜５５体積％であることが必要である。好ましくは２５〜５０体積％であり、さらに好ましくは３０〜４５体積％である。炭素繊維が少ないほど柔軟性が向上して芯材に巻きやすくなる。但し、低すぎる場合には、補強材などとして使用する場合の補強効果が限定的なる恐れや、積層する枚数が多くなる恐れがある。 The carbon fiber tape that can be used in the carbon fiber wound tape of the present invention requires that the volume ratio of the carbon fiber (A) contained in the carbon fiber tape is 20 to 55% by volume. Preferably it is 25-50 volume%, More preferably, it is 30-45 volume%. The smaller the carbon fiber, the better the flexibility and the easier it is to wind around the core. However, if it is too low, the reinforcing effect when used as a reinforcing material or the like may be limited, or the number of laminated sheets may increase.
本発明の炭素繊維巻きテープで使用することができる炭素繊維テープは、炭素繊維テープに含まれる熱可塑性樹脂（Ｂ）の体積割合が、４５〜８０体積％であることが必要である。好ましくは５０〜７５体積％であり、さらに好ましくは５５〜７０体積％である。熱可塑性樹脂が多いほど柔軟性が向上して芯材に巻きやすくなる。但し、高すぎる場合には、炭素繊維が少なくなり、補強材などとして使用する場合の補強効果が限定的なる恐れや、積層する枚数が多くなる恐れがある。 The carbon fiber tape that can be used in the carbon fiber-wrapped tape of the present invention requires that the volume ratio of the thermoplastic resin (B) contained in the carbon fiber tape is 45 to 80% by volume. Preferably it is 50-75 volume%, More preferably, it is 55-70 volume%. The more thermoplastic resin, the more flexible and easier to wind around the core material. However, if it is too high, the number of carbon fibers decreases, and the reinforcing effect when used as a reinforcing material may be limited, or the number of laminated sheets may increase.
即ち、本発明の炭素繊維巻きテープの単位面積あたりに含まれる炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）の体積割合は、炭素繊維（Ａ）／熱可塑性樹脂（Ｂ）＝２０／８０〜５５/４５であり、好ましくは２５／７５〜５０／５０、より好ましくは３０／７０〜４５／５５・である。単位面積あたりに含まれる炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）の体積割合（炭素繊維（Ａ）／熱可塑性樹脂（Ｂ））が低すぎると、テープの厚さが厚くなるために炭素繊維への樹脂の含侵が困難になり、クラックが発生しやすくなる。、高すぎると、熱可塑性樹脂が相対的に少なくなるため、炭素繊維への樹脂の含侵が困難になり、クラックが発生しやすくなる。 That is, the volume ratio of the carbon fiber (A) and the thermoplastic resin (B) contained per unit area of the carbon fiber wound tape of the present invention is as follows: carbon fiber (A) / thermoplastic resin (B) = 20 / 80- 55/45, preferably 25/75 to 50/50, more preferably 30/70 to 45/55 ·. If the volume ratio (carbon fiber (A) / thermoplastic resin (B)) of the carbon fiber (A) and the thermoplastic resin (B) contained per unit area is too low, the thickness of the tape will increase and the carbon will increase. It becomes difficult for the fibers to impregnate the resin, and cracks are likely to occur. If it is too high, the thermoplastic resin becomes relatively small, so that impregnation of the resin into the carbon fibers becomes difficult and cracks are likely to occur.
本発明の炭素繊維巻きテープは、円筒状芯材に巻き取られた形態のものであることが必要である。この形態であると作業時には、適当長さを繰り出し、所望長さに切断して、炭素繊維テープとして各種樹脂成形体の補強材と使用することができる。 The carbon fiber wound tape of the present invention needs to be in a form wound on a cylindrical core material. In this form, at the time of work, an appropriate length can be extended, cut to a desired length, and used as a reinforcing material for various resin moldings as a carbon fiber tape.
本発明の炭素繊維巻きテープから取り出した炭素繊維テープは、平織り、綾織り、朱子織り等の方法を適用して、シート状の織物にすることもでき、前記のシート状の織物を筒状等に加工することもできる。また本発明の炭素繊維巻きテープから取り出した炭素繊維テープを筒状に編み上げることもできる。 The carbon fiber tape taken out from the carbon fiber wound tape of the present invention can be made into a sheet-like woven fabric by applying a method such as plain weaving, twill weaving, satin weaving, etc. Can also be processed. Moreover, the carbon fiber tape taken out from the carbon fiber wound tape of the present invention can be knitted into a cylindrical shape.
本発明の炭素繊維巻きテープから取り出した炭素繊維テープ、それらから得られたシートや筒状体等は、熱可塑性樹脂を含んでいるため、加熱することにより、所望形状に変形させることができる。 Since the carbon fiber tape taken out from the carbon fiber-wrapped tape of the present invention, the sheet and the cylindrical body obtained therefrom, etc. contain a thermoplastic resin, it can be deformed into a desired shape by heating.
本発明の炭素繊維巻きテープで使用することができる円筒状芯材は、幅（直径）方向の断面が円形のものであっても、多角形（三角形以上であるが、望ましくは六角形、八角形等）であってもよいし、楕円形でもよい。円筒状芯材は、紙、木、プラスチック、金属、セラミックス等の材質のものを用いることができる。 The cylindrical core material that can be used in the carbon fiber-wrapped tape of the present invention has a polygonal shape (triangular or more, preferably hexagonal, eight, even if the cross section in the width (diameter) direction is circular. A rectangular shape or the like, or an elliptical shape. As the cylindrical core material, a material such as paper, wood, plastic, metal, ceramics, or the like can be used.
本発明の炭素繊維巻きテープで使用することができる円筒状芯材の外径は、６０ｍｍ以上であることが必要である。好ましくは７０ｍｍ以上、さらに好ましくは８０ｍｍ以上である。外径が６０ｍｍ以上である事で、クラックなどの発生を抑える事が可能となる。円筒状芯材が多角形の場合には、正対する角同士を結んだ長さを外径とし、楕円形の場合には長径の長さを外径とする。また、上限値は、炭素繊維テープを巻くことができ、かつクラック等を生じさせないとの理由からは制限はなく、製造工程、保管及び運搬、作業現場等の要請に応じて適宜選択することができるものであり、例えば４００ｍｍ以下にすることができるが、取り扱い上の観点からは２００ｍｍ以下が好ましく、１００ｍｍ以下がより好ましい。 The outer diameter of the cylindrical core material that can be used in the carbon fiber-wrapped tape of the present invention needs to be 60 mm or more. Preferably it is 70 mm or more, More preferably, it is 80 mm or more. It becomes possible to suppress generation | occurrence | production of a crack etc. because an outer diameter is 60 mm or more. When the cylindrical core is polygonal, the length connecting the opposite corners is defined as the outer diameter, and when the cylindrical core is elliptical, the length of the major diameter is defined as the outer diameter. In addition, the upper limit is not limited for the reason that the carbon fiber tape can be wound and does not cause cracks, and can be appropriately selected according to the demands of the manufacturing process, storage and transportation, work site, etc. For example, from the viewpoint of handling, it is preferably 200 mm or less, and more preferably 100 mm or less.
本発明の炭素繊維巻きテープの製造方法では、炭素繊維（Ａ）を一方向に引き揃えることが必要である。炭素繊維を一方向に引き揃える事で、一方向性の炭素繊維テープとなり、補強材などに最適に使用する事ができる。 In the method for producing a carbon fiber wound tape of the present invention, it is necessary to align the carbon fibers (A) in one direction. By aligning the carbon fiber in one direction, it becomes a unidirectional carbon fiber tape and can be optimally used as a reinforcing material.
本発明の炭素繊維巻きテープの製造方法では、単位面積あたりの繊維の重量（Ｆｉｂｅｒ Ａｒｅａｌ Ｗｅｉｇｈｔ、以下ＦＡＷ）が６０〜４００ｇ／ｍ２の範囲で製造することが必要である。好ましくは、ＦＡＷが６５〜２００ｇ／ｍ２であり、さらに好ましくは７０〜１２０ｇ／ｍ２である。ＦＡＷが低い方が含浸し易くなるが、ＦＡＷが低すぎる場合には補強材として使用する場合に、補強効果が限定的になる恐れがある。また、炭素繊維を引き揃えて並べる事が必要である。炭素繊維を引き揃えて並べる事で、１１０ｍｍ幅以上の幅の炭素繊維巻きテープを製造する事が可能となる。 In the method for producing a carbon fiber-wrapped tape of the present invention, it is necessary that the fiber weight per unit area (Fiber Real Weight, hereinafter referred to as FAW) is in the range of 60 to 400 g / m 2 . Preferably, FAW is 65 to 200 g / m 2 , more preferably 70 to 120 g / m 2 . The lower the FAW, the easier the impregnation. However, when the FAW is too low, the reinforcing effect may be limited when used as a reinforcing material. Moreover, it is necessary to align and arrange carbon fibers. By aligning and arranging the carbon fibers, it becomes possible to manufacture a carbon fiber-wrapped tape having a width of 110 mm or more.
目的のＦＡＷにするためには、炭素繊維の目付に応じて炭素繊維を開繊する事が必要である。開繊方法としては、例えばバー開繊、振動開繊、空気開繊、超音波開繊などが知られている。振動開繊、バー開繊が好ましく、バー開繊が特に好ましい。好ましい方法であれば、経済的に生産し易い。また開繊し易くするため、加熱を組み合わせても良い。 In order to obtain the target FAW, it is necessary to open the carbon fiber according to the basis weight of the carbon fiber. As the opening method, for example, bar opening, vibration opening, air opening, ultrasonic opening and the like are known. Vibration opening and bar opening are preferred, and bar opening is particularly preferred. If it is a preferable method, it is easy to produce economically. Further, heating may be combined for easy opening.
本発明の炭素繊維巻きテープの製造方法では、１００Ｈｚでのせん断粘度が３０〜５００Ｐａ・ｓとなる温度条件で熱可塑性樹脂（Ｂ）を含浸することが必要である。好ましくは５０〜３００Ｐａ・ｓとなる温度であり、さらに好ましくは８０〜２００Ｐａ・ｓとなる温度である。せん断粘度がこの範囲にある事で、生産性が良好である。 In the method for producing a carbon fiber-wrapped tape of the present invention, it is necessary to impregnate the thermoplastic resin (B) under a temperature condition where the shear viscosity at 100 Hz is 30 to 500 Pa · s. The temperature is preferably 50 to 300 Pa · s, and more preferably 80 to 200 Pa · s. Productivity is good because the shear viscosity is within this range.
本発明での加熱温度は、１８０〜３５０℃が好ましく、２００〜３００℃がさらに好ましい。温度が高すぎる場合には、熱可塑性樹脂（Ｂ）が分解して品質が不安定になる恐れがある。低すぎる温度条件で上記の粘度になる熱可塑性樹脂（Ｂ）であれば、熱可塑性樹脂（Ｂ）が脆くなる恐れがある。 The heating temperature in the present invention is preferably from 180 to 350 ° C, more preferably from 200 to 300 ° C. If the temperature is too high, the thermoplastic resin (B) may decompose and the quality may become unstable. If it is a thermoplastic resin (B) which becomes said viscosity by too low temperature conditions, there exists a possibility that a thermoplastic resin (B) may become weak.
本発明の製造方法では、円筒状芯材に巻き取る前に、両端をスリットして除去するのが好ましい。両端部はその他の部分と炭素繊維（Ａ）／熱可塑性樹脂（Ｂ）比率が著しく異なり、巻き取った際にクラックが発生する恐れがある。 In the production method of the present invention, it is preferable to remove both ends by slitting them before winding them around the cylindrical core material. At both ends, the carbon fiber (A) / thermoplastic resin (B) ratio is remarkably different from the other parts, and cracks may occur when wound up.
本発明の製造方法では、炭素繊維（Ａ）を１２０〜１８５０ｍｍ幅に引き揃えて並べるのが好ましい。さらに好ましくは、目的とする炭素繊維巻きテープに対し、１０〜５０ｍｍ広い事である。好ましい範囲にある事で、両端をスリットして除去した場合にも、１１０〜１８００ｍｍ幅の炭素繊維巻きテープを得る事が可能である。また、さらに好ましい範囲にある事で、高品質で経済的に炭素繊維巻きテープを得る事が可能である。 In the production method of the present invention, it is preferable to arrange the carbon fibers (A) so as to have a width of 120 to 1850 mm. More preferably, it is 10-50 mm wider than the target carbon fiber wound tape. By being in the preferred range, it is possible to obtain a carbon fiber-wrapped tape having a width of 110 to 1800 mm even when both ends are slit and removed. Moreover, by being in a more preferable range, it is possible to obtain a high-quality and economical carbon fiber-wrapped tape.
本発明では、２５〜２００μｍの熱可塑性樹脂（Ｂ）のフィルムを用いる事が好ましく、さらに好ましくは８０μｍ未満、６０μｍ未満である。好ましい範囲のフィルムを用いる事で、クラックが生じ難い。 In the present invention, it is preferable to use a thermoplastic resin (B) film of 25 to 200 μm, more preferably less than 80 μm and less than 60 μm. By using a film in a preferred range, cracks are unlikely to occur.
本発明では、フィルムで上下から挟む事が好ましい。両面から挟む事で、加熱加圧処理後に、炭素繊維が表面に浮き出ず、クラックが生じ難い。 In the present invention, the film is preferably sandwiched from above and below. By sandwiching from both sides, the carbon fiber does not float on the surface after the heat and pressure treatment, and cracks hardly occur.
本発明の炭素繊維テープは、熱可塑性樹脂の軟化温度以上で厚さ０．１〜０．５ｍｍに賦形し、冷却する事により得られる。含侵した後に賦形しても良いが、好ましくは含侵と同時に賦形する。この厚さとするためには、例えば線圧を１０〜１００ｋｇｆ／ｃｍとしたロールの間に、炭素繊維テープ、または炭素繊維シートと熱可塑性樹脂を重ねたものを通す事により得られる。ロールへの付着を防止するために、炭素繊維テープとロールの間に、離型紙や離型フィルム、スチールベルトを用いても良い。線圧が高すぎる場合には、目的とする厚さより薄くなる恐れがある。線圧が低すぎる場合には、含侵が十分に進まない恐れがある。 The carbon fiber tape of the present invention is obtained by shaping to a thickness of 0.1 to 0.5 mm above the softening temperature of the thermoplastic resin and cooling. Although it may be shaped after impregnation, it is preferably shaped simultaneously with the impregnation. In order to obtain this thickness, for example, it is obtained by passing a carbon fiber tape or a carbon fiber sheet and a thermoplastic resin stacked between rolls having a linear pressure of 10 to 100 kgf / cm. In order to prevent adhesion to the roll, a release paper, a release film, or a steel belt may be used between the carbon fiber tape and the roll. If the linear pressure is too high, it may become thinner than the target thickness. If the linear pressure is too low, the impregnation may not proceed sufficiently.
本発明の炭素繊維巻きテープは、一方向に引き揃えた炭素繊維と熱可塑性樹脂とを重ね合わせて加熱加圧して、炭素繊維に熱可塑性樹脂を含侵し、冷却して熱可塑性樹脂を固化した後に、円筒状芯材に巻き取る事よって得られる。 The carbon fiber-wrapped tape of the present invention is formed by superposing carbon fibers aligned in one direction and a thermoplastic resin, heating and pressing the carbon fiber, impregnating the carbon fiber with the thermoplastic resin, and cooling to solidify the thermoplastic resin. Later, it is obtained by winding it around a cylindrical core.
本発明の炭素繊維巻きテープは、ＦＡＷを６０〜４００ｇ／ｍ２とした炭素繊維に熱可塑性樹脂を重ね合わせて製造する。炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積割合が２０／８０〜５５／４５とするためには、単位面積当たりの炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積の割合が２０／８０〜５５／４５となるように重ね合わせる。単位面積あたりの炭素繊維の体積は、ＦＡＷを炭素繊維の密度で除す事により得られる。単位面積あたりの熱可塑性樹脂の体積は、熱可塑性樹脂をフィルムで供給する場合は、フィルムの目付を樹脂の密度で除す事により得られ、フィルムを複数枚用いる場合は、その総和により得られる。表面の凹凸が少ないフィルムであれば、その厚さから単位面積あたりの体積を求めても良い。
１００Ｈｚでのせん断粘度を３０〜５００Ｐａ・ｓとするためには、予め熱可塑性樹脂（Ｂ）の１００Ｈｚでのせん断粘度を測定してせん断粘度が３０〜５００Ｈｚとなる温度を確認し、この範囲内となる温度に加熱装置を設定する。例えば加熱加圧ロールを用いる場合には、加熱加圧ロールの設定温度を、熱可塑性樹脂のせん断粘度が３０〜５００Ｈｚとなる温度に設定する。
The carbon fiber-wrapped tape of the present invention is manufactured by superposing a thermoplastic resin on a carbon fiber having a FAW of 60 to 400 g / m 2 . In order to set the volume ratio of the carbon fiber and the thermoplastic resin to 20/80 to 55/45, the volume ratio of the carbon fiber to the thermoplastic resin per unit area is set to 20/80 to 55/45. Match. The volume of the carbon fiber per unit area can be obtained by dividing the FAW by the density of the carbon fiber. The volume of the thermoplastic resin per unit area is obtained by dividing the basis weight of the film by the density of the resin when the thermoplastic resin is supplied as a film, and is obtained by the sum of the films when using a plurality of films. . If the film has few surface irregularities, the volume per unit area may be obtained from the thickness.
In order to set the shear viscosity at 100 Hz to 30 to 500 Pa · s, the shear viscosity at 100 Hz of the thermoplastic resin (B) is measured in advance to check the temperature at which the shear viscosity becomes 30 to 500 Hz. Set the heating device to a temperature at which For example, when using a heating and pressing roll, the set temperature of the heating and pressing roll is set to a temperature at which the shear viscosity of the thermoplastic resin is 30 to 500 Hz.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
（耐久性試験）
炭素繊維巻きテープを、円筒状芯材に対して３〜５層と肉眼観察で密になるように巻取り、巻き終わり端部を粘着テープで固定した。これを、２５℃、湿度５０％の雰囲気で２４時間以上保持した。その後、炭素繊維巻きテープから炭素繊維テープを全て繰り出し、炭素繊維テープの表面を肉眼で観察して、クラック等の発生有無を観察し、以下の評価を実施した。
(Durability test)
The carbon fiber wound tape was wound up so as to be dense with the naked eye by 3 to 5 layers with respect to the cylindrical core material, and the winding end was fixed with an adhesive tape. This was kept for 24 hours or more in an atmosphere of 25 ° C. and 50% humidity. Thereafter, all the carbon fiber tape was unwound from the carbon fiber wound tape, the surface of the carbon fiber tape was observed with the naked eye, and the occurrence of cracks or the like was observed.
◎：クラック発生なし
〇：クラックが目立たない
×：クラックが目立つ
（実施例１）
ポリアクリロニトリル系炭素繊維（三菱レイヨン製、製品名：パイロフィル ＴＲ５０Ｓ１５Ｌ、目付：１０００ｍｇ／ｍ）を、ＦＡＷが７５ｇ／ｍ２となるように一方向に引き揃えて１０００ｍｍ幅に並べ、厚さ４０μｍの酸変性ポリプロピレンフィルムを上下から重ね合わせて、２６０℃で連続的に加熱加圧し、両端をスリットして除去する事で、炭素繊維を３４体積％、熱可塑性樹脂を６６体積％含有し、厚さ０．１２ｍｍ、幅９６０ｍｍの炭素繊維テープを製造した。なお、ここで用いた酸変性ポリプロピレンを回転式レオメーター（ティー・エイ・インスツルメント社製、製品名：ＡＲＥＳ）で、２６０℃、１００Ｈｚの条件でせん断粘度を測定したところ、９１Ｐａ・ｓであった。得られた炭素繊維テープを内径７５ｍｍ、外径８２ｍｍの円筒状芯材に２００ｍ巻き取った。
◎: No crack occurrence ◯: Crack is inconspicuous ×: Crack is conspicuous (Example 1)
Polyacrylonitrile-based carbon fibers (manufactured by Mitsubishi Rayon, product name: Pyrofil TR50S15L, basis weight: 1000 mg / m) are aligned in one direction so that the FAW is 75 g / m 2 and arranged in a width of 1000 mm, and an acid having a thickness of 40 μm The modified polypropylene film is superposed from above and below, continuously heated and pressurized at 260 ° C., slitted at both ends, and removed to contain 34% by volume of carbon fiber and 66% by volume of thermoplastic resin with a thickness of 0. A carbon fiber tape having a width of 12 mm and a width of 960 mm was produced. The shear viscosity of the acid-modified polypropylene used here was measured with a rotary rheometer (manufactured by TA Instruments Inc., product name: ARES) under the conditions of 260 ° C. and 100 Hz. there were. The obtained carbon fiber tape was wound up by 200 m on a cylindrical core material having an inner diameter of 75 mm and an outer diameter of 82 mm.
（実施例２）
ＦＡＷが１００ｇ／ｍ２となるように引き揃えたこと、厚さ３０μｍの酸変性ポリプロピレンフィルムを用いた点を除いては実施例１と同様に実施し、炭素繊維を４８体積％、熱可塑性樹脂を５２体積％含有し、厚さ０．１２ｍｍ、幅９６０ｍｍの炭素繊維テープを製造した。得られた炭素繊維テープを内径７５ｍｍ、外径８２ｍｍの円筒状芯材に１０ｍ巻き取った。
(Example 2)
The same procedure as in Example 1 was performed except that the FAW was adjusted to 100 g / m 2 and an acid-modified polypropylene film having a thickness of 30 μm was used. The carbon fiber was 48% by volume and the thermoplastic resin. Was produced, and a carbon fiber tape having a thickness of 0.12 mm and a width of 960 mm was produced. The obtained carbon fiber tape was wound up by 10 m on a cylindrical core material having an inner diameter of 75 mm and an outer diameter of 82 mm.
（実施例３）
厚さ４０μｍのナイロン６フィルムを用いた点を除いては実施例１と同様に実施し、炭素繊維を３４体積％、熱可塑性樹脂を６６体積％含有し、厚さ０．１２ｍｍ、幅９６０ｍｍの炭素繊維テープを製造した。なお、ここで用いたナイロン６のせん断粘度（２６０℃、１００Ｈｚの条件）は、１５０Ｐａ・ｓであった。得られた炭素繊維テープを内径７５ｍｍ、外径８２ｍｍの円筒状紙管に１０ｍ巻き取った。
(Example 3)
Except for using a nylon 6 film having a thickness of 40 μm, the same procedure as in Example 1 was carried out. The carbon fiber was contained in a volume of 34% by volume and the thermoplastic resin was contained in a volume of 66% by volume. Carbon fiber tape was produced. In addition, the shear viscosity (conditions of 260 ° C. and 100 Hz) of nylon 6 used here was 150 Pa · s. The obtained carbon fiber tape was wound up 10 m around a cylindrical paper tube having an inner diameter of 75 mm and an outer diameter of 82 mm.
（実施例４）
ＦＡＷが１００ｇ／ｍ２となるように引き揃えたこと、厚さ３０μｍのナイロン６フィルムを用いる点を除いては実施例３と同様に実施し、炭素繊維を４８体積％、熱可塑性樹脂を５２体積％含有し、厚さ０．１２ｍｍ、幅９６０ｍｍの炭素繊維テープを製造した。
Example 4
The same procedure as in Example 3 was performed except that the FAW was adjusted to 100 g / m 2 and a nylon 6 film having a thickness of 30 μm was used. The carbon fiber was 48% by volume and the thermoplastic resin was 52%. A carbon fiber tape containing 0.1% by volume and having a width of 960 mm was produced.
得られた炭素繊維テープを内径７５ｍｍ、外径８２ｍｍの円筒状紙管に１０ｍ巻き取った。 The obtained carbon fiber tape was wound up 10 m around a cylindrical paper tube having an inner diameter of 75 mm and an outer diameter of 82 mm.
（実施例５〜１１、比較例１〜５）
表１に記載の通りにＦＡＷ、並べる幅、フィルム厚さ、加工温度を変更し、表１に記載の炭素繊維テープを製造した。ここで得られたテープを、表１に記載の芯材に各１０ｍ巻き取った。
(Examples 5-11, Comparative Examples 1-5)
As shown in Table 1, the FAW, the arrangement width, the film thickness, and the processing temperature were changed, and the carbon fiber tape shown in Table 1 was produced. Each of the tapes obtained here was wound around a core material shown in Table 1 by 10 m.
Claims (4)
炭素繊維テープの単位面積当たりに含まれる炭素繊維（Ａ）の質量が、６０〜４００ｇ／ｍ２、
炭素繊維テープの単位面積当たりに含まれる炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）の体積の割合が２０／８０〜５５／４５であって、
炭素繊維テープの厚さが０．１〜０．５ｍｍ、幅が１１０〜１８００ｍｍ、
円筒状芯材の外径が６０ｍｍ以上４００ｍｍ以下である連続した炭素繊維巻きテープ。 A carbon fiber tape containing a carbon fiber (A) and a thermoplastic resin (B) is a carbon fiber wound tape wound around a cylindrical core material.
The mass of the carbon fiber (A) contained per unit area of the carbon fiber tape is 60 to 400 g / m 2 ,
The volume ratio of the carbon fiber (A) and the thermoplastic resin (B) contained per unit area of the carbon fiber tape is 20/80 to 55/45,
The carbon fiber tape has a thickness of 0.1 to 0.5 mm, a width of 110 to 1800 mm,
A continuous carbon fiber wound tape in which the outer diameter of the cylindrical core material is 60 mm or more and 400 mm or less.
After carbon fibers (A) aligned in one direction are aligned to a width of 120 to 1850 mm to form a carbon fiber sheet, and heated and pressed between both sides with a film of 25 to 200 μm thermoplastic resin (B) The method for producing a carbon fiber wound tape according to claim 3, wherein both ends are removed by slitting.
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