JP3209601U

JP3209601U - 炭素繊維の表面の油剤の交換設備

Info

Publication number: JP3209601U
Application number: JP2017000109U
Authority: JP
Inventors: 王智永
Original assignee: 永虹先進材料股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2017-01-16
Filing date: 2017-01-16
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2027-01-16

Abstract

【課題】炭素繊維糸線の表面を粗面化すると同時に、炭素繊維糸線の表面の官能基を増加させることにより、炭素繊維糸線の後続の糊付け過程において、炭素繊維糸線と基質樹脂との良好な界面接合を図ることに寄与する炭素繊維の表面の油剤の交換設備を提供する。【解決手段】油剤の交換設備には、基本的に材料送給モジュール１０と、糊抜きモジュール３０と、プラズマ表面処理モジュール４０と、糊付けモジュール５０と、材料受取モジュール２０とが設けられる。材料送給モジュール１０から放出された炭素繊維糸線７０を予め設定された速度に基づいて順次に糊抜き、プラズマ表面処理や糊付けなどを含む加工手順を完了させることができ、信頼性のある手段で、炭素繊維糸線７０の表面の油剤を所定の油剤に置き換えることができる。【選択図】図１

Description

本考案は、炭素繊維の表面処理設備に係り、炭素繊維糸線の表面の油剤を効果的に交換できる、炭素繊維の表面の油剤の交換設備を提供することを旨とする。

炭素繊維は、炭化繊維とも称し、それは優れた力学特性及び電気特性を有するため、各種の用途に広汎に応用することができる。現在、坊間によく見られる炭素繊維の多くはポリアクリロニトリル系繊維などの炭素繊維の前駆体繊維（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｆｉｂｅｒ）を束にしてなる炭素繊維前駆体繊維束にか焼を行って得られたものである。

処理を経ていない炭素繊維は、基質樹脂に対して不足な粘着性を有し、おかつそれは不良な横方向性質を有し、例えば、分離強度及び剪断強度などを有するため、直接に利用するものは比較的に少ないことが分かり、通常、用途に従って基質樹脂と組み合わせる炭素繊維複合材料を成形する一方、炭素繊維及び石墨繊維が特別に硬くて脆いので、接着可能性、曲げ力や耐摩耗性を欠き、それが工場から出庫する前に大抵表面に１層の油剤（糊付け剤）を塗布しておくことで、繊維が摩擦による断裂してしまうことがないように保護できるようになっている。

従来、炭素繊維複合材料では、炭素繊維の優れた機械特性を完全に利用して、その基質樹脂として熱硬化型樹脂材料を採用することが多く、いわゆる熱硬化型炭素繊維複合材料になり、熱可塑型炭素繊維複合材料との最大の差異性は、伝統的な熱硬化型炭素繊維複合材料の成形時間が長いので、金型の使用率が比較的に低くなり、生産能力も相対的に比較的に低くなることである。

しかしながら、現在、市販の炭素繊維原料の表面の油剤は、依然として大多数が熱硬化型樹脂の湿潤性に基づいて設計した熱硬化型樹脂油剤であり、もしさらにこの類の炭素繊維原料を熱可塑型炭素繊維複合材料になるように作製するには、その炭素繊維原料と樹脂との間では界面が不整合になるため、健全な接合界面を形成できないことが、射出成形を主要な加工手段とする各種の電気、電子部品、機械部品や自動車部品などの製品に応用することができない主因となっていた。

これに鑑みて、本考案は、つまり炭素繊維糸線の表面の油剤を効果的に交換できる、炭素繊維の表面の油剤の交換設備を提供することを主要な目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本考案の炭素繊維の表面の油剤の交換設備は、少なくとも第１種の油剤が被覆される炭素繊維糸線を提供する材料送給モジュールと、前記材料送給モジュールの周辺箇所に設けられて、前記材料送給モジュールに対応して炭素繊維糸線の引張行程を構成する材料受取モジュールと、前記材料送給モジュールと前記材料受取モジュールとの間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に設けられ、前記第１種の油剤を除去する糊抜きモジュールと、前記糊抜きモジュールと前記材料受取モジュールとの間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に設けられ、プラズマガス流を提供して前記炭素繊維糸線に作用させるプラズマ表面処理モジュールと、前記プラズマ表面処理モジュールと前記材料受取モジュールとの間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に設けられ、第２種の油剤を前記炭素繊維糸線に被覆する糊付けモジュールとを備え、かつ前記材料受取モジュールには、少なくとも前記材料送給モジュールから放出された前記炭素繊維糸線を受けるための糸巻き組立体が設けられ、なおかつ前記炭素繊維糸線に対して引張作用を生じることになる。

上記の構造的特徴を利用して、本考案の炭素繊維の表面の油剤の交換設備は、材料送給モジュールと、糊抜きモジュールと、プラズマ表面処理モジュールと、糊付けモジュールと、材料受取モジュールとの整合運用することで、材料送給モジュールから放出された炭素繊維糸線を予め設定された速度に基づいて順次に糊抜き、プラズマ表面処理や糊付けなどを含む加工手順を完了させることができ、相対的により積極的で信頼性のある手段で、炭素繊維糸線の表面の油剤を所期の油剤に置き換えることができる。特に、プラズマ表面処理モジュールを介して炭素繊維糸線の表面を粗面化すると同時に、炭素繊維糸線の表面の官能基を増加させることにより、炭素繊維糸線の後続の糊付け過程において、炭素繊維糸線と基質樹脂との良好な界面接合を図ることに寄与することから、炭素繊維複合材料の特性表現を向上させることができる。

上記の技術的特徴によれば、かかる前記プラズマ表面処理モジュールには、少なくともプラズマガス流を発生するためのプラズマ発生ユニットが設けられる。

上記の技術的特徴によれば、前記プラズマ表面処理モジュールには、炭素繊維糸線の引張行程の上、下位置箇所に相対していずれも少なくともプラズマ発生ユニットが設けられる。

かかる前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるプラズマガス流を生起させるために供される。

かかる前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である大気プラズマガス流を生起させるために供される。

かかる前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である低圧プラズマガス流を生起させるために供される。

かかる前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるマイクロ波プラズマガス流を生起させるために供される。

かかる前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるグロ−プラズマガス流を生起させるために供される。

かかる前記糊抜きモジュールには、少なくとも２５０〜６５０℃の熱エネルギーを生産する糊抜き炉が設けられる。

かかる前記糊付けモジュールには、少なくとも第２種の油剤を装填するための貯液槽が設けられる。

かかる前記炭素繊維の表面の油剤の交換設備は、さらに乾燥モジュールを備え、前記乾燥モジュールは、前記糊付けモジュールと前記材料受取モジュールとの間の炭素繊維糸線の引張行程箇所に相対して設けられ、前記第２種の油剤を前記炭素繊維糸線の表面に固着させるために用いられる。

本考案で開示した炭素繊維の表面の油剤の交換設備は、とりわけ市販の炭素繊維糸線の表面に既に有する熱硬化型樹脂油剤から熱可塑型樹脂油剤への置き換えに適していることにより、射出成形を主要な加工手段とする各種の電気、電子部品、機械部品や自動車部品などの製品に応用することができる。特に、炭素繊維の表面を粗面化すると同時に、炭素繊維の表面の官能基を増加させることができ、炭素繊維糸線の後続の糊付け過程において、炭素繊維糸線と基質樹脂との良好な界面接合を図ることに寄与することから、炭素繊維複合材料の特性表現を向上させることができる。

本考案の第１実施例の炭素繊維の表面の油剤の交換設備の基本的構造構成を示す図である。本考案における材料送給モジュールから放出された炭素繊維糸線を示す断面構造図である。本考案における糊抜きモジュールを経て糊抜きの加工手順を完了した炭素繊維糸線を示す断面構造図である。本考案におけるプラズマ表面処理モジュールを経てプラズマ表面処理の加工手順を完了した炭素繊維糸線を示す断面構造図である。本考案における糊付けモジュールを経て糊付けの加工手順を完了した炭素繊維糸線を示す断面構造図である。本考案の第２実施例の炭素繊維の表面の油剤の交換設備の構造構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して本考案の実施の形態を詳細に説明する。

本考案は、主に炭素繊維糸線の表面の油剤を効果的に交換できる、炭素繊維の表面の油剤の交換設備を提供し、図１に示すように、本考案の炭素繊維の表面の油剤の交換設備は、基本的に材料送給モジュール１０と、材料受取モジュール２０と、糊抜きモジュール３０と、プラズマ表面処理モジュール４０と、糊付けモジュール５０とを含み、図１〜図５を同時に参照して以下のように示す。

前記材料送給モジュール１０は、表面に第１種の油剤８１を包覆する炭素繊維糸線７０を提供するために用いられる（図２参照）。かかる前記炭素繊維糸線７０は、レーヨン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ，ＰＡＮ）、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）などの前駆体繊維を束にしてなる炭素繊維前駆体繊維束にか焼を行って得られたものである。実施時、かかる前記第１種の油剤８１が、熱硬化型樹脂油剤であってもよい。

前記材料受取モジュール２０は、前記材料送給モジュール１０に対応して炭化繊維糸線の引張行程を構成する形態を呈しており、前記材料送給モジュール１０の周辺箇所に設けられ、それには少なくとも前記材料送給モジュール１０から放出された前記炭素繊維糸線７０を受けるための糸巻き組立体２１が設けられ、かつ前記糸巻き組立体２１からそれに受けられた前記炭素繊維糸線７０に対して引張作用を生じることになる。

前記糊抜きモジュール３０は、前記材料送給モジュール１０と前記材料受取モジュール２０との間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に相対して設けられ、前記炭素繊維糸線７０の表面の第１種の油剤８１を除去するために供される。実施時、かかる前記糊抜きモジュール３０には、少なくとも２５０〜６５０℃の熱エネルギーを生産する糊抜き炉３１が設けられることにより、前記糊抜きモジュール３０の作用下で前記炭素繊維糸線７０の表面の前記第１種の油剤８１を除去することができる（図３参照）。

前記プラズマ表面処理モジュール４０は、前記糊抜きモジュール３０と前記材料受取モジュール２０との間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に相対して設けられ、予め設定されたパワーのプラズマガス流を提供して前記第１種の油剤８１を除去した前記炭素繊維糸線７０に作用させることにより、前記炭素繊維糸線７０の表面に相対的に粗面化又はより多い官能基のプラズマ改質構造７１を形成する（図４参照）。

前記糊付けモジュール５０は、前記プラズマ表面処理モジュール４０と前記材料受取モジュール２０との間の炭素繊維糸線の引張行程箇所に相対して設けられ、前記表面に形成された前記プラズマ改質構造７１の前記炭素繊維糸線７０の表面に第２種の油剤８２を被覆するために供される（図５参照）。かかる前記糊付けモジュール５０には、少なくとも第２種の油剤８２を装填するための貯液槽５１が設けられる。

実施時、かかる前記第２種の油剤８２は、熱硬化型樹脂油剤であってもよく、又は熱可塑型樹脂油剤であってもよい。かかる前記第２種の油剤８２が熱可塑型樹脂油剤である実施形態において、かかる前記第２種の油剤８２が、ポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，ＰＵ）、ポリエチレン（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ，ＰＥ）、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ，ＰＰ）又はアクリル（Ａｃｒｙｌｉｃ）系のいずれか１つであってもよい。

これによれば、本考案の炭素繊維の表面の油剤の交換設備は、つまり材料送給モジュール１０と、糊抜きモジュール３０と、プラズマ表面処理モジュール４０と、糊付けモジュール５０と、材料受取モジュール２０との整合運用することで、材料送給モジュール１０から放出された炭素繊維糸線７０を予め設定された速度に基づいて順次に糊抜き、プラズマ表面処理や糊付けなどの加工手順を完了させることができ、相対的により積極的で信頼性のある手段で、炭素繊維糸線７０の表面の油剤を所期の油剤に置き換えることができる。とりわけ、市販の炭素繊維原料の表面に既に有する熱硬化型樹脂油剤から熱可塑型樹脂油剤への置き換えに適していることにより、射出成形を主要な加工手段とする各種の電気、電子部品、機械部品や自動車部品などの製品に応用することができる。

又、かかる前記プラズマ表面処理モジュール４０には、少なくともプラズマガス流を発生するためのプラズマ発生ユニット４１が設けられる。本実施例において、かかる前記プラズマ表面処理モジュール４０には、炭化繊維糸線の引張行程の上、下位置箇所に相対していずれも少なくともプラズマ発生ユニット４１が設けられる。

主にプラズマ発生ユニット４１を介して発生したプラズマガス流を炭素繊維糸線７０の表面に作用させることができ、プラズマガス流にエネルギーを有する粒子を含むので、プラズマガス流の物理反応（衝撃）及び化学反応作用を介して本来炭素繊維糸線７０の表面に付着した不純物が分子化され、ひいては吹き飛ばされることにより、炭素繊維の表面を粗面化すると同時に、炭素繊維の表面の官能基を増加させ、炭素繊維の後続の糊付け過程において、炭素繊維と基質樹脂との良好な界面接合を図ることに寄与することから、炭素繊維複合材料の特性表現を向上させることができる。

実施時、かかる各前記プラズマ発生ユニット４１は、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるプラズマガス流を発生するために供され、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である大気プラズマガス流を発生するために供され、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である低圧プラズマガス流を発生するために供されるプラズマ発生ユニット、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるマイクロ波プラズマガス流を発生するために供され、又はパワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるグロ−プラズマガス流を発生するために供される。

本考案におけるプラズマ表面処理モジュール４０は、炭素繊維糸線７０に対して乾式に属する表面処理を提供することができるので、炭素繊維糸線７０に付加的な不純物や沈澱物を生成するのを回避できるのみならず、相対的に炭素繊維糸線７０のプラズマ表面処理を完了した後の乾燥工数、作業手順を低減することもできる。

勿論、本考案の炭素繊維の表面の油剤の交換設備も、図６に示すように、さらに乾燥モジュール６０を備え、前記乾燥モジュール６０は、前記糊付けモジュール５０と前記材料受取モジュール２０との間の炭素繊維糸線の引張行程箇所に相対して設けられ、前記第２種の油剤８２を前記炭素繊維糸線７０の表面に強固に付着するために用いられる。実施時、かかる前記乾燥モジュール６０には、少なくとも熱風を生成するための熱風炉６１が設けられる。

具体的に言えば、本考案で開示した炭素繊維の表面の油剤の交換設備は、とりわけ市販の炭素繊維糸線の表面に既に有する熱硬化型樹脂油剤から熱可塑型樹脂油剤への置き換えに適していることにより、射出成形を主要な加工手段とする各種の電気、電子部品、機械部品や自動車部品などの製品に応用することができる。特に、炭素繊維の表面を粗面化すると同時に、炭素繊維の表面の官能基を増加させることができ、炭素繊維糸線の後続の糊付け過程において、炭素繊維糸線と基質樹脂との良好な界面接合を図ることに寄与することから、炭素繊維複合材料の特性表現を向上させることができる。

上記の実施例は、本考案の技術思想及び特長を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本考案の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本考案の登録請求の範囲を限定するものではない。従って、本考案で開示した精神を逸脱せずに完成した同等の変更や修正は、いずれも本考案の登録請求の範囲に含まれるものとする。

１０：材料送給モジュール
２０：材料受取モジュール
２１：糸巻き組立体
３０：糊抜きモジュール
３１：糊抜き炉
４０：プラズマ表面処理モジュール
４１：プラズマ発生ユニット
５０：糊付けモジュール
５１：貯液槽
６０：乾燥モジュール
６１：熱風炉
７０：炭素繊維糸線
７１：プラズマ改質構造
８１：第１種の油剤
８２：第２種の油剤

Claims

炭素繊維の表面の油剤の交換設備であって、少なくとも
第１種の油剤が被覆される炭素繊維糸線を提供する材料送給モジュールと、
前記材料送給モジュールの周辺箇所に設けられて、前記材料送給モジュールに対応して炭素繊維糸線の引張行程を構成する材料受取モジュールと、
前記材料送給モジュールと前記材料受取モジュールとの間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に設けられ、前記第１種の油剤を除去する糊抜きモジュールと、
前記糊抜きモジュールと前記材料受取モジュールとの間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に設けられ、プラズマガス流を提供して前記炭素繊維糸線に作用させるプラズマ表面処理モジュールと、
前記プラズマ表面処理モジュールと前記材料受取モジュールとの間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に設けられ、第２種の油剤を前記炭素繊維糸線に被覆する糊付けモジュールとを備え、
かつ前記材料受取モジュールには、少なくとも前記材料送給モジュールから放出された前記炭素繊維糸線を受けるための糸巻き組立体が設けられ、なおかつ前記炭素繊維糸線に対して引張作用を生じることを特徴とする、炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記プラズマ表面処理モジュールには、少なくともプラズマ発生ユニットが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記プラズマ表面処理モジュールには、前記炭素繊維糸線の引張行程の上、下位置箇所に相対していずれも少なくともプラズマ発生ユニットが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるプラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項２に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である大気プラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項２に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である低圧プラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項２に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるマイクロ波プラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項２に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるグロ−プラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項２に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記糊抜きモジュールには、少なくとも２５０〜６５０℃の熱エネルギーを生産する糊抜き炉が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
前記糊付けモジュールには、少なくとも前記第２種の油剤を装填するための貯液槽が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。
さらに乾燥モジュールを備え、前記乾燥モジュールは、前記糊付けモジュールと前記材料受取モジュールとの間の前記炭素繊維糸線の引張行程箇所に相対して設けられ、前記乾燥モジュールにより前記第２種の油剤を前記炭素繊維糸線の表面に固着させることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維の表面の油剤の交換設備。