JP4667988B2 - カーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の収納、搬送等に適し、引き抜き成形法によって製造されたカーボン繊維で繊維強化された樹脂であるカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品及びその製造方法に関する。

電子部品の収納、搬送に用いられる容器、ラック等は、電子部品の重さに耐えることができる強度を有し、防塵性に優れる等の基本的な性能を有している必要があり、これまで、ステンレス、アルミニウム等の材料を成形した部材が用いられていた。
ところが、近年、電子部品の大型化や大量生産が進むに従い、容器、ラック等についても大型化が進み、ステンレスを用いた場合は、大型化により重量が大きくなってしまうため搬送等が困難となり、また、アルミニウムを用いた場合は、強度に難点がある場合があった。

そこで、本発明者は、強度があり、かつ軽量化を図ることができる材料として、カーボン繊維により強度を高めたカーボン繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）に着目し、これに代替することを検討してきた。

繊維強化樹脂（ＦＲＰ）は、強度及び耐熱性にも優れ、しかも引き抜き成形法による成形品は、その生産性や成形性も良好であるため（例えば、特許文献１参照。）、容器等を大型化した際の実用性に優れている。軽量化も考慮した場合には、強化繊維としてカーボン繊維を用いたものが特に適していると考えられる。
特開平５−１１７４１２号公報

このような引き抜き成形品は、強度に優れ軽いことから十分に実用化の段階まで達してきているが、強度を上げるためにカーボン繊維を用いていることから、電子部品を収納等しようとした場合、電子部品がその容器、ラック等の表面に接触し、通電して高価な電子部品が損傷し、使用できなくなるという問題がある。

そこで、本発明者は、このような問題点を解消するために、カーボン繊維強化樹脂の引き抜き成形品の表面に絶縁塗装を行い、軽量化を損なわず表面に電気絶縁層を設け、電流による火花等の発生による通電を防止することができる引き抜き成形品を見出した。
この方法では、塗装皮膜の剥がれを防止するために、引き抜き成形後にメタノール等の溶剤で成形品の表面をふき取る工程が必要である。そのため、さらに、絶縁層の形成方法の簡略化と製造時の工数の削減によって、生産性を向上し、コストを低減する余地が残されている。

そこで、本発明は、強度が強く、軽量で、かつ電子部品を損傷することのないカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品の製造に関して、絶縁層の形成方法の簡略化と製造時の工数を削減することによって、生産性の向上や製造コストの低減を図ることができるカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電子部品の収納搬送に用いられる容器は、熱硬化性樹脂と強化繊維であるカーボン繊維とを有するカーボン繊維強化樹脂を引き抜いて成形される電子部品の収納搬送に用いられる容器において、前記カーボン繊維を６０〜８０質量％（６０％質量を除く）含有し、さらに前記熱硬化性樹脂の含浸された絶縁性のシートが、引き抜き成形により前記容器の表面に一体に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、強度が強く、軽量で、かつ電子部品を損傷することのない引き抜き成形品の製造に関して、絶縁層の形成方法の簡略化と製造時の工数を削減することによって、生産性の向上や製造コストの低減を図ることができるカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品及びその製造方法を提供できる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明のカーボン繊維強化樹脂引抜き成形品は、強化繊維であるカーボン繊維と、カーボン繊維で強化される熱硬化性樹脂と、成形品の表面に形成される絶縁層であるシートとから構成されている。

本発明に用いる熱硬化性樹脂としては、引き抜き成形時の加熱温度において耐熱性を有していれば、特に限定されるものではなく、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂などが挙げられる。
これらの樹脂は、通常の場合、必要な硬化剤、硬化促進剤などとともに、液状の樹脂組成物として使用される。

例えば、エポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂と、硬化剤とを必須の成分とし、その他の成分を適宜添加して用いることができるものである。エポキシ樹脂を例に、以下に、その詳細を述べる。

必須成分であるエポキシ樹脂は、１分子中に２個以上のエポキシ基を有し、引き抜き成形に用いることができるものであれば、分子構造、分子量等に制限されることなく、広く使用することができる。その中でも、環境保全の観点から、ハロゲン原子を含まないエポキシ樹脂であることが好ましい。

このエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノール型、ノボラック型、ビフェニル型の芳香族基を有するエポキシ樹脂、ポリカルボン酸がグリシジルエーテル化したエポキシ樹脂、シクロヘキサン誘導体にエポキシ基が縮合した脂環式のエポキシ樹脂等が挙げられ、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂であることが特に好ましい。また、これらのエポキシ樹脂は単独又は２種以上を混合して使用することができる。

ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂としては、例えば、エピコート８２８（油化シェルエポキシ社製）、アラルダイトＡＥＲ２６０（チバガイギー社製）、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂としてはエピコート８０７（油化シェル製）が挙げられる。

３官能以上のエポキシ樹脂は硬化剤を含んだ樹脂組成物の粘度安定性が特に不良となるため、本発明の実施が困難となる場合もある。

エポキシ樹脂組成物の粘度は、引き抜き成型に適した粘度であればよく、２５℃で０．３〜０．５Ｐａ・ｓの範囲であることが好ましい。粘度調整はなるべく粘度の低いエポキシ樹脂を適宜フェニルグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル（チバガイギー製ＤＹ−０２６）等の反応性稀釈剤を少量添加して行うことができ、公知のエポキシ樹脂引き抜き成形の技術を利用することができる。

また、このエポキシ樹脂組成物に含有させる硬化剤としては酸無水物、塩基等を挙げることができるが、このとき用いられる硬化剤としては、樹脂組成物の硬化反応の際のポットライフが長く引き抜き成形性に優れていることが求められ、酸無水物であることが好ましい。さらに、樹脂組成物が、その硬化時の収縮率が小さく寸法精度が高い、耐熱性が高い、機械的・電気的性質に優れた硬化物を与える、刺激性が少ないといった特性を満たすものであることも求められる。

この硬化剤として用いられる酸無水物としては、鎖状脂肪族酸無水物、脂環式酸無水物、芳香族酸無水物等が挙げられ、例えば、ドデシルコハク酸無水物、無水マレイン酸、メチルナジック酸無水物、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、ピロメリット酸無水物、トリメリット酸無水物、トリメリット酸グリコール等が挙げられる。この中でも、その取扱いの容易さから脂環式の酸無水物であることが好ましい。

さらに、必要であれば、エポキシ樹脂組成物に硬化促進剤を混合してもよく、この硬化促進剤としては、ベンジルジメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルアミノメチルフェノール、トリスジメチルアミノメチルフェノール等のアミン類や２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−メチルイミダゾール等のイミダゾール類が挙げられ、これらは単独又は２種以上を混合してもよい。

このエポキシ樹脂組成物には、引き抜き成形品としての特性を阻害しない範囲で、さらに水酸化アルミニウム、石こう、タルク等の無機充填剤、難燃剤、紫外線劣化防止剤、顔料、低収縮剤等を配合することができる。

本発明に用いるカーボン繊維は、硬化物の強度、特に引張強度、可撓性、耐衝撃強度等を高める作用を有するものである。ロービング、マット、クロスあるいはこれらを適当に組み合わせたものとして用いることができるが、成形の容易さコスト等の点からロービングであることが好ましい。

また、このカーボン繊維としては、例えば、直径５〜１５μｍの炭素繊維フィラメントを６０００〜４８０００本収束したものを用いることができ、直径６．７〜７．０μｍの炭素繊維フィラメントを２４０００〜４８０００本収束したものであることが好ましい。

このカーボン繊維は、引き抜き成形品（シートの質量を除く）の５０〜８０質量％含有するものであり、６０〜７５質量％であることが好ましい。５０質量％未満であると強度が不十分となってしまい、８０質量％を超えるとエポキシ樹脂の含有量が少なくなり、さらに、引き抜き抵抗も大きくなるため、成形が困難となってしまう。

本発明に用いるシートは、絶縁層として機能し、引き抜き成形品に含まれるカーボン繊維が電子部品と接触しないようにすることで、導電性を有するカーボン繊維から電流が電子部品に流れることを防止するものである。

シートは、天然繊維、合成繊維、無機繊維などの不織布、織布等が挙げられる。不織布、織布の材質は、絶縁性を有し、引き抜き成形時の加熱温度において耐熱性を有していれば、特に限定されるものではないが、ガラス繊維、アラミド繊維又はポリエステル繊維の不織布又は織布が好ましい。これらは、電気的絶縁層の構成材として優れた性能を有し、長年の使用実績のある信頼性の高い材料だからである。

絶縁層であるシート（不織布、織布等）の厚さは、５〜２００μｍであればよく、５μｍ未満であると十分な絶縁性を得ることができず、２００μｍを超えるとシートへの含浸が悪くなりボイドが残ってしまう。

この絶縁層は、カーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品の全体を覆うように形成しても良いし、一部の面にのみ形成しても良いが、少なくとも電子部品の接触面に形成されていることが必要である。コストの面から電子部品の接触面にのみ絶縁層を形成することが好ましい。

次に、本発明のカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品の製造方法について説明する。

本発明においては、熱硬化性樹脂を含浸させたカーボン繊維の表面に、絶縁性のシート（不織布、織布等）を配置して、そのシートにもこの熱硬化性樹脂を含浸させて、加熱硬化させ、連続的に成形する引き抜き成形法、例えばプルトルージョン成形法を行い、カーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品を得ている。これにより、成形と同時にシートによる絶縁層が成形品の表面に形成される。

図１は本発明のカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品の製造方法の一例を示す引き抜き成形装置１の側断面図である。カーボン繊維ロービング２を、熱硬化性樹脂と硬化剤の混合物が収容された含浸槽３に連続的に通していく。図１においては、カーボン繊維ロービング２を２箇所から送り込んでいるが、その送り込み個数は任意である。シートロール４からシート挿入ガイド５を介してシート６を、熱硬化性樹脂の付着したカーボン繊維ロービング２の表面に送り込み、それを加熱金型７に送り込む。図１においては、シート６を２箇所から送り込んでいるが、その送り込み個数は任意である。

シート６の多孔性によって、シート６に熱硬化性樹脂が含浸する。さらに、熱硬化性樹脂を含浸させたカーボン繊維ロービング２との接触面との反対側にまで、この熱硬化性樹脂がしみ出していき、シート６の表面は熱硬化性樹脂によって被覆される。熱硬化性樹脂の含浸されたカーボン繊維ロービング２及びシート６は、加熱金型７において、熱硬化される。シート６に熱硬化性樹脂が含浸されているので、成形品の表面にシート６による絶縁層が強固に形成される。

加熱金型７において熱硬化されたカーボン繊維ロービング２及びシート６の樹脂硬化物は、引張り機８によって引っ張られ、連続的に一定断面の成形物９を成形することができる。

連続的に引き抜き成形された成形物９は、適当な長さで切断装置１０により軸方向に垂直に切断され、成形物の表面に絶縁層が形成されたカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品を得ることができる。
引抜き成形装置の加熱金型７の表面は滑性があり、成形体表面は熱硬化性樹脂によって被覆されているため、成形体の表面は成形面となって平滑である。そのため、成形体の表面を平滑化する研磨等の後処理は不要である。

以上の工程によって、得られる引き抜き成形品の切断面の断面形状は、任意の形状でよく、例えば、円、三角、四角、コの字型、図２に示したようなコの字を変形した形状等が挙げられ、これは任意の形状にすることができ、加熱金型７の金型の形状を適宜選択することにより定まるものである。

この引き抜き成形品は、例えば、その複数本を平行に並べて、引き抜き成形品のそれぞれの一端又は両端を支持体に接続して固定して、電子部品の収容部分を形成し、電子部品を載せること等が可能な、容器、ラック等とすることができる。電子部品が収容されるとき、この引き抜き成形品と電子部品の接触部分にはシートによる絶縁層が形成されているため、電子部品は引き抜き成形品のカーボン繊維から何ら影響を受ける事がなく、破損等の心配がない。

シートによる絶縁層は、カーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品の全体を覆うように形成しても良いし、一部の面にのみ形成しても良いが、少なくとも電子部品の接触面に形成されていることが必要である。

以上のように、本発明の製造方法は、成形品の表面に絶縁塗装を行う場合と比較して、絶縁層（シート）の形成方法の簡略化と製造時の工数の削減が可能となり、生産性の向上や製造コストの低減を図ることができる。

次に、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（大日本インキ工業株式会社製、商品名：エピクロン８５０Ｓ） １００質量部、脂環式酸無水物（大日本インキ工業株式会社製、商品名：Ｂ−５７０） ８０質量部、イミダゾール系硬化促進剤（四国化成株式会社製、商品名：２Ｅ４ＭＺ） ２．５質量部、カルナバワックス ２．０質量部を混合した液状エポキシ樹脂を含浸用の容器に用意した。
カーボン繊維（東邦テナックス株式会社製、商品名：ベスファイトＨＴＡ−２４Ｋ）をこの液状エポキシ樹脂に含浸させ、このエポキシ樹脂を含浸させたカーボン繊維の片面上に、ポリエステルの不織布（旭化成株式会社製、商品名：エルタス、厚さ１０μｍ）を供給し、１７０℃の加熱金型（長さ ８０ｃｍ）に送り込み加熱硬化を行い、３０ｃｍ／分の速度で引き抜いて、角パイプを得て切断装置で切断した。
上記のようにして、片面上に厚さ１０μｍの絶縁層（ポリエステルの不織布）が形成され、カーボン繊維を７５質量％含有する、角パイプ形状（１６×３５×２ｍｍ）のカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品を製造した。
（比較例）
実施例と同じ液状エポキシ樹脂を用意し、カーボン繊維（東邦テナックス株式会社製、商品名：ベスファイトＨＴＡ−２４Ｋ）をこの液状エポキシ樹脂に含浸させ、１７０℃の金型（長さ ８０ｃｍ）の中を３０ｃｍ／分の速度で引き抜いて角パイプを得て切断装置で切断した。

得られた角パイプ（１６×３５×２ｍｍ）の片面上に、表面処理用の絶縁樹脂として、２液混合常温乾燥型エポキシ樹脂（京セラケミカル株式会社製、商品名：ＴＥＢ９５０２と京セラケミカル株式会社、商品名：ＴＥＢ９５０３との１：１混合物）をスプレー装置により塗布、硬化させて厚さ３００μｍの絶縁層を形成し、カーボン繊維を７５質量％含有するカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品を製造した。

このようにして得られた実施例及び比較例のカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品について、製品重量、比重、絶縁抵抗を調べた。その結果を表１に示す。

［比重］：重さ４ｇの試験片を用い、ＪＩＳ Ｋ ６９１１の規定に準じて測定した。
［絶縁抵抗］：ＪＩＳ Ｋ ６９１１に規定に準じて測定した。

表１に示されるように、表面にポリエステルの不織布が形成された成形品（実施例）と絶縁塗装がなされた成形品（比較例）は、いずれの物性においても同様の値を示した。実施例の成形品の表面の絶縁抵抗を測定したところ、比較例と同様に１×１０^１１Ω以上の電気絶縁性を示した。

また、これらの引き抜き成形品に５０ｋｇの荷重をかけたところ、損傷、変形等は起こらず、電子部品の運搬等に十分な強度を有していることがわかった。

一方、ステンレスで同様の形状の成形品を得たが、実施例で製造した引き抜き成形品と同一の重さで製品を作ろうとすると、板厚が０．４ｍｍ程度と薄くなりすぎてしまい、５０ｋｇの荷重には耐えられず変形してしまうことを確認した。

以上の結果から、本発明のカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品は、軽量であると同時に十分な強度を有しており、収容物への電気的な影響を与えることがないため、電子部品の搬送、保存等に適したものである。
また、本発明に係るカーボン繊維強化樹脂引抜き成形品の製造方法は、成形と同時に表面に絶縁層が形成されるものであり、本発明に係る成形品は絶縁塗装された成形品と同様な電気絶縁性等の特性を示す。そのため、本発明に係るカーボン繊維強化樹脂引抜き成形品の製造方法は、絶縁層の形成方法の簡略化と製造時の工数を削減することが可能であり、生産性の向上や製造コストの低減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る引き抜き成形品の製造装置の側断面図である。 本発明の実施形態に係る引き抜き成形品の断面形状の一例を示した図である。

符号の説明

１…引き抜き成形装置、２…カーボン繊維ロービング、３…含浸槽、４…シートロール、５…シート挿入ガイド、６…シート、７…加熱金型、８…引張り機、９…成形物、１０…切断装置

Claims (3)

1. 熱硬化性樹脂と強化繊維であるカーボン繊維とを有するカーボン繊維強化樹脂を引き抜いて成形される電子部品の収納搬送に用いられる容器において、
   前記カーボン繊維を６０〜８０質量％（６０％質量を除く）含有し、
   さらに前記熱硬化性樹脂の含浸された絶縁性のシートが、引き抜き成形により前記容器の表面に一体に設けられていることを特徴とする電子部品の収納搬送に用いられる容器。
2. 前記絶縁性のシートは、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維から選ばれる少なくとも１種からなる不織布又は織布からなることを特徴とする請求項１に記載の電子部品の収納搬送に用いられる容器。
3. 集束されたカーボン繊維に熱硬化性樹脂を含浸させ、前記熱硬化性樹脂を加熱硬化させつつ所定の外形に引き抜き成形する引き抜き成形法において、
   前記熱硬化性樹脂を含浸させた前記カーボン繊維の表面に、絶縁性のシートを配置し、しかる後前記熱硬化性樹脂を加熱硬化させつつ所定の外形に一体に引き抜いて請求項１又は請求項２に記載の電子部品の収納搬送に用いられる容器を成形することを特徴とするカーボン繊維強化樹脂引き抜き成形品の製造方法。

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