JP2018065358A - 表面処理剤除去方法、並びに、これを用いた射出成形方法及びペレット製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面処理剤を良好に気化させて炭素繊維から除去することができる表面処理剤除去方法、並びに、これを用いた射出成形方法及びペレット製造方法を提供する。【解決手段】表面処理剤により一束に結合された複数本の炭素繊維からなる繊維束１に対して、１対の電極２１，２２により電圧を印加して複数本の炭素繊維に電流を流すことにより、当該複数本の炭素繊維を発熱させて、表面処理剤を気化させる。これにより、通電可能な炭素繊維の特性を利用して、単に外部から加熱する場合よりも表面処理剤を良好に気化させて炭素繊維から除去することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、表面処理剤により一束に結合された複数本の炭素繊維から表面処理剤を除去することにより、前記複数本の炭素繊維を互いに分離するための表面処理剤除去方法、並びに、これを用いた射出成形方法及びペレット製造方法に関するものである。

樹脂成形品を製造する際には、溶融した原料（樹脂材料）にガラス繊維又は炭素繊維などの強化用繊維を混合して成形することにより、成形品の強度を向上させる場合がある（例えば、下記特許文献１参照）。このような用途の強化用繊維は、非常に細く、１本ずつでの取り扱いが難しいため、複数本の強化用繊維が表面処理剤により一束に結合された状態で取り扱われる。

上記の表面処理剤は、サイジング剤と呼ばれるものであり、例えばエポキシ樹脂からなる。しかしながら、成形品の原料となる樹脂材料がナイロンである場合などには、原料と表面処理剤との相性が悪く、表面処理剤が原料と強化用繊維との接着を妨げてしまうという問題がある。そのため、強化用繊維を原料に混合する際には、加熱することにより表面処理剤を気化させた上で、強化用繊維が成形機に導入される。

特許第５６４９２４４号公報

しかしながら、加熱するだけでは表面処理剤を十分に気化させることが難しく、気化せずに残った表面処理剤が強化用繊維とともに原料に混入してしまうという問題があった。このような問題は、強化用繊維を原料に混合する際だけでなく、強化用繊維にコーティング用樹脂（例えばナイロン）を含浸させることによりペレットを製造する場合にも同様に生じていた。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、表面処理剤を良好に気化させて炭素繊維から除去することができる表面処理剤除去方法、並びに、これを用いた射出成形方法及びペレット製造方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る表面処理剤除去方法は、表面処理剤により一束に結合された複数本の炭素繊維から表面処理剤を除去することにより、前記複数本の炭素繊維を互いに分離するための方法であって、前記複数本の炭素繊維に電流を流すことにより、当該複数本の炭素繊維を発熱させて、前記表面処理剤を気化させる。

このような構成によれば、通電可能な炭素繊維の特性を利用して、表面処理剤により一束に結合された複数本の炭素繊維に電流を流すことにより、当該複数本の炭素繊維を発熱させて、表面処理剤を気化させることができる。これにより、単に外部から加熱する場合よりも表面処理剤を良好に気化させて炭素繊維から除去することができる。

（２）前記表面処理剤は、エポキシ樹脂であってもよい。

このような構成によれば、エポキシ樹脂からなる表面処理剤を良好に気化させて炭素繊維から除去することができる。この場合、成形品の原料となる樹脂材料がナイロンである場合などに、表面処理剤が原料と炭素繊維との接着を妨げてしまうのを効果的に防止することができる。

（３）本発明に係る射出成形方法は、前記表面処理剤除去方法により表面処理剤が除去された前記複数本の炭素繊維を、溶融した原料に混合して射出成形を行う。

このような構成によれば、表面処理剤が良好に除去された複数本の炭素繊維を、溶融した原料に混合して射出成形を行うことにより、炭素繊維が強化用繊維として混合された高強度の成形品を製造することができる。

（４）本発明に係るペレット製造方法は、前記表面処理剤除去方法により表面処理剤が除去された前記複数本の炭素繊維にコーティング用樹脂を含浸させ、冷却固化した後に切断することによりペレットを製造する。

このような構成によれば、表面処理剤が良好に除去された複数本の炭素繊維を用いてペレットを製造することができる。このようにして製造されたペレットを原料に混合して射出成形を行うことにより、炭素繊維が強化用繊維として混合された高強度の成形品を製造することができる。

本発明によれば、通電可能な炭素繊維の特性を利用して、単に外部から加熱する場合よりも表面処理剤を良好に気化させて炭素繊維から除去することができる。

本発明の一実施形態に係る表面処理剤除去方法について説明するための概略図である。 図１の表面処理剤除去機構が適用された射出成形機の構成例を示す概略断面図である。 図１の表面処理剤除去機構が適用されたペレット製造装置の構成例を示す概略図である。

１．表面処理剤除去方法
図１は、本発明の一実施形態に係る表面処理剤除去方法について説明するための概略図である。以下では、樹脂成型品を製造する際に用いられる炭素繊維の繊維束１から表面処理剤を除去する方法について説明する。

繊維束１は、複数本（例えば１００００〜２００００本）の炭素繊維からなり、それらの炭素繊維が表面処理剤により一束に結合されている。各炭素繊維の太さは、特に限定されるものではないが、例えば１本あたり数μｍ程度である。表面処理剤は、いわゆるサイジング剤であり、炭素繊維同士を結合させる機能を有する。この種の表面処理剤としては、例えばエポキシ樹脂が用いられる。ただし、表面処理剤は、固化した状態で複数本の炭素繊維を一束に結合することができ、かつ、加熱によって気化するような材料であれば、エポキシ樹脂以外の樹脂であってもよいし、樹脂以外の材料であってもよい。

繊維束１を構成する複数本の炭素繊維は、表面処理剤除去機構２により表面処理剤が除去されることにより、互いに分離された上で溶融した原料（樹脂材料）に強化用繊維として混合される。互いに分離された炭素繊維は、溶融した原料に満遍なく混合され、その原料を固化して成形することにより、成形品の強度を向上させることができる。

表面処理剤除去機構２は、１対の電極２１，２２を備えている。繊維束１は、これらの１対の電極２１，２２に接触しながら搬送される。繊維束１の搬送時には、１対の電極２１，２２に電圧（例えば約６０Ｖ）が印加されることにより、１対の電極２１，２２間の通電領域２３では、繊維束１を構成する各炭素繊維に電流が流れるようになっている。

各炭素繊維は通電可能な材料であり、所定の電気抵抗を有しているため、通電に伴い発熱（自己発熱）する。これにより、１対の電極２１，２２間の通電領域２３では、各炭素繊維が発熱することにより表面処理剤が加熱され、気化するようになっている。表面処理剤は、気化することにより繊維束１から除去される。これにより、繊維束１を構成する複数本の炭素繊維が互いに分離された上で、下流側に搬送されることとなる。

本実施形態では、１対の電極２１，２２の上流側及び下流側に、それぞれ搬送ローラ２４，２５が設けられている。これらの搬送ローラ２４，２５を用いて繊維束１を搬送することにより、１対の電極２１，２２に繊維束１を押し当てながら搬送することができる。繊維束１の搬送速度は、例えば５〜６ｍ／ｍｉｎである。繊維束１を搬送しながら１対の電極２１，２２に電圧が印加されることにより、通電領域２３を通過する繊維束１が連続的に加熱され、表面処理剤が除去されて互いに分離された複数本の炭素繊維が搬送ローラ２５から下流側へと連続的に搬送される。

ただし、繊維束１は、図１に示すような構成により連続的に搬送されるものに限らず、例えば間欠的に搬送されてもよい。すなわち、繊維束１の搬送を停止させた状態で１対の電極に電圧を印加し、それらの１対の電極間で表面処理剤を気化させた後、繊維束１を一定距離だけ搬送し、再度停止させた状態で１対の電極に電圧を印加するという動作を繰り返してもよい。

このように、本実施形態では、通電可能な炭素繊維の特性を利用して、表面処理剤により一束に結合された複数本の炭素繊維（繊維束１）に電流を流すことにより、当該複数本の炭素繊維を発熱させて、表面処理剤を気化させることができる。これにより、単に外部から加熱する場合よりも表面処理剤を良好に気化させて炭素繊維から除去することができる。

また、本実施形態では、エポキシ樹脂からなる表面処理剤を良好に気化させて炭素繊維から除去することができる。この場合、成形品の原料となる樹脂材料がナイロンである場合などに、表面処理剤が原料と炭素繊維との接着を妨げてしまうのを効果的に防止することができる。

２．射出成形機の構成
図２は、図１の表面処理剤除去機構２が適用された射出成形機１００の構成例を示す概略断面図である。この射出成形機１００は、例えば円筒状のシリンダ部１０１と、シリンダ部１０１に挿入されたスクリュ部１０２とを備えている。シリンダ部１０１には、原料を供給するための原料供給口１１１、及び、原料中の揮発成分を排気するためのベント部１１２などが形成されている。

原料供給口１１１には、定量供給装置１１３を介してホッパ１１４が接続されている。ホッパ１１４には、固形の原料（例えば樹脂材料）が供給され、ホッパ１１４内の原料が定量供給装置１１３に連続的に導入される。定量供給装置１１３は、シリンダ部１０１への原料の供給量を調整するための装置であり、定量供給装置１１３から原料供給口１１１を介してシリンダ部１０１内に原料が連続的に落下するようになっている。

スクリュ部１０２は、シリンダ部１０１内で回転駆動され、このスクリュ部１０２を回転させる動作に伴って、原料がシリンダ部１０１内の一端部から他端部（図２における右側から左側）に向かって搬送される。シリンダ部１０１の外周面にはヒータ（図示せず）が取り付けられており、原料の搬送中は、ヒータを用いてシリンダ部１０１を加熱することにより、シリンダ部１０１内を搬送される原料が加熱される。これにより、固形の原料が溶融され、粘性のある液体となって搬送される。

スクリュ部１０２は、シリンダ部１０１の軸線Ｌに沿って延びる軸部１２１と、軸部１２１の先端に設けられたスクリュヘッド１２２とが連結された構成を有している。軸部１２１は、シリンダ部１０１内の一端部から他端部まで一直線上に延びる棒状の部材であり、その外周面に螺旋状のネジ山１２３が形成されている。原料の搬送時には、軸部１２１が回転することによりネジ山１２３も回転し、軸部１２１の外周面とシリンダ部１０１の内周面との間にある原料が、ネジ山１２３により搬送されることとなる。スクリュヘッド１２２は、先端部が円錐状に先細りした形状を有しており、このスクリュヘッド１２２を介して金型（図示せず）に原料が射出される。

シリンダ部１０１内の原料に混合させる炭素繊維は、複数本の束からなる繊維束１として準備される。繊維束１は、上述の通り表面処理剤により一束に結合された複数本の炭素繊維からなり、例えばロール１１に巻回された状態で準備される。繊維束１は、ロール１１から連続的に送り出されて、表面処理剤除去機構２を通過した後、ベント部１１２からシリンダ部１０１内に供給される。ただし、繊維束１は、ベント部１１２以外の開口部からシリンダ部１０１内に供給されてもよい。

表面処理剤除去機構２は、例えば図１を用いて説明したような構成を有している。したがって、ロール１１から連続的に送り出される繊維束１は、表面処理剤除去機構２を通過する過程で表面処理剤が除去され、繊維束１を構成する複数本の炭素繊維が互いに分離される。このようにして表面処理剤が除去された複数本の炭素繊維が、ベント部１１２からシリンダ部１０１内の溶融した原料に混合され、射出成形が行われる。

図２に示すような射出成形機１００によれば、表面処理剤除去機構２を用いて表面処理剤が良好に除去された複数本の炭素繊維を、溶融した原料に混合して射出成形を行うことができるため、炭素繊維が強化用繊維として混合された高強度の成形品を製造することができる。

３．ペレット製造装置の構成
図３は、図１の表面処理剤除去機構２が適用されたペレット製造装置２００の構成例を示す概略図である。このペレット製造装置２００は、所定の長さの炭素繊維の表面をコーティング用樹脂でコーティングしたペレット１２を製造するための装置であり、上述の表面処理剤除去機構２の他、例えば混合部２０１、冷却部２０２及び切断部２０３などを備えている。

ペレット１２の原料となる炭素繊維は、複数本の束からなる繊維束１として準備される。繊維束１は、上述の通り表面処理剤により一束に結合された複数本の炭素繊維からなり、ロール１１に巻回された状態で準備される。繊維束１は、ロール１１から連続的に送り出されて、表面処理剤除去機構２を通過した後、混合部２０１に供給される。

表面処理剤除去機構２は、例えば図１を用いて説明したような構成を有している。したがって、ロール１１から連続的に送り出される繊維束１は、表面処理剤除去機構２を通過する過程で表面処理剤が除去され、繊維束１を構成する複数本の炭素繊維が互いに分離される。このようにして表面処理剤が除去された複数本の炭素繊維が、混合部２０１内に連続的に供給される。

混合部２０１内には、ホッパ２１１が連通している。ホッパ２１１には、コーティング用樹脂（例えばナイロン）が供給され、このコーティング用樹脂が溶融されて混合部２０１に導入される。これにより、混合部２０１を通過する複数本の炭素繊維に溶融したコーティング用樹脂が含浸される。

コーティング用樹脂が含浸された複数本の炭素繊維は、冷却部２０２に供給され、この冷却部２０２を通過する過程で冷却固化される。これにより、複数本の炭素繊維がコーティング用樹脂でコーティングされ、その後に切断部２０３において所定の間隔（例えば５〜１０ｍｍ）で切断されることにより、複数のペレット１２が連続的に製造される。

図３に示すようなペレット製造装置２００によれば、表面処理剤除去機構２を用いて表面処理剤が良好に除去された複数本の炭素繊維を用いてペレット１２を製造することができる。このようにして製造されたペレット１２を原料に混合して射出成形を行うことにより、炭素繊維が強化用繊維として混合された高強度の成形品を製造することができる。

１ 繊維束
２ 表面処理剤除去機構
１１ ロール
１２ ペレット
２１，２２ 電極
２３ 通電領域
２４ 搬送ローラ
２５ 搬送ローラ
１００ 射出成形機
１０１ シリンダ部
１０２ スクリュ部
１１１ 原料供給口
１１２ ベント部
１１３ 定量供給装置
１１４ ホッパ
２００ ペレット製造装置
２０１ 混合部
２０２ 冷却部
２０３ 切断部
２１１ ホッパ

Claims (4)

1. 表面処理剤により一束に結合された複数本の炭素繊維から表面処理剤を除去することにより、前記複数本の炭素繊維を互いに分離するための方法であって、
   前記複数本の炭素繊維に電流を流すことにより、当該複数本の炭素繊維を発熱させて、前記表面処理剤を気化させることを特徴とする表面処理剤除去方法。
2. 前記表面処理剤は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の表面処理剤除去方法。
3. 請求項１又は２に記載の表面処理剤除去方法により表面処理剤が除去された前記複数本の炭素繊維を、溶融した原料に混合して射出成形を行うことを特徴とする射出成形方法。
4. 請求項１又は２に記載の表面処理剤除去方法により表面処理剤が除去された前記複数本の炭素繊維にコーティング用樹脂を含浸させ、冷却固化した後に切断することによりペレットを製造するペレット製造方法。

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