JP4990073B2 - Manufacturing method of long sheet of fiber reinforced plastic - Google Patents
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本発明は、連続的な繊維強化プラスチック長尺シートの製造方法に関するものである。本発明の繊維強化プラスチック長尺シートの製造方法によれば、厚み精度が高く、幅を広くしても表面が平滑な繊維強化プラスチック長尺シートを製造することができる。 The present invention relates to a method for producing a continuous fiber-reinforced plastic long sheet. According to the method for producing a long fiber-reinforced plastic sheet of the present invention, it is possible to produce a long fiber-reinforced plastic sheet having a high thickness accuracy and a smooth surface even when the width is widened.
連続的な繊維強化プラスチック長尺シートは、例えば、炭素繊維紙を炭化樹脂で結着させてなる固体高分子型燃料電池用多孔質電極基材の中間材料として用いられる。
従来は、バッチ式の製造方法が主流であったが、連続的に加熱プレスと焼成を行うことにより、生産性が高く低コストで固体高分子型燃料電池用多孔質電極基材のような材料が成型できるようになった。
The continuous fiber-reinforced plastic long sheet is used as an intermediate material for a porous electrode substrate for a polymer electrolyte fuel cell, for example, obtained by binding carbon fiber paper with a carbonized resin.
Conventionally, batch-type production methods have been the mainstream, but by continuously performing hot pressing and firing, materials such as porous electrode base materials for polymer electrolyte fuel cells that have high productivity and low cost Can be molded.
連続的な繊維強化プラスチック長尺シートの製造方法としては、補強繊維と熱硬化性樹脂を含むシートを、一対のベルトで挟んだ状態で、加熱装置およびスリットを有するダイスに連続的に引き込みながら加熱成型する方法が紹介されている。(特許文献1)加熱プレス時間が長いため厚み精度が高い繊維強化プラスチック長尺シートが得られるという特徴がある。 As a continuous fiber-reinforced plastic long sheet manufacturing method, a sheet containing reinforcing fibers and a thermosetting resin is sandwiched between a pair of belts and heated while being continuously drawn into a heating device and a die having a slit. The method of molding is introduced. (Patent document 1) Since the heat press time is long, there exists the characteristic that the fiber reinforced plastic long sheet | seat with high thickness accuracy is obtained.
加熱プレス時間が長い場合、熱硬化性樹脂の硬化に伴い発生するガスが、シート内部に閉じ込められる。そのため、ガスにより硬化途中の繊維強化プラスチックシートが変形し、しわや外観不良を引き起こしやすくなる。特にシート幅が広くなった場合、この問題がより顕著になる。また、ダイスに引き込まれる前にベルトに予熱を与えないため、ダイスの入り口で急激な熱変化があるためベルトが変形しやすくなり、製造しているうちに繊維強化プラスチック長尺シートの厚み精度が悪くなるなどの問題点があった。 When the heating press time is long, the gas generated with the curing of the thermosetting resin is confined inside the sheet. For this reason, the fiber-reinforced plastic sheet being cured is deformed by the gas, and wrinkles and poor appearance are likely to occur. This problem becomes more noticeable especially when the sheet width is widened. In addition, since the belt is not preheated before being drawn into the die, there is a sudden heat change at the entrance of the die, so the belt is easily deformed. There were problems such as getting worse.
本発明は、厚み精度が高く、幅を広くしても表面が平滑な繊維強化プラスチック長尺シートの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing a long fiber-reinforced plastic sheet having a high thickness accuracy and a smooth surface even when the width is widened.
本発明は以下の通りである。
(1)炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシートを、このシートの両表面を一対のベルトで挟んだ状態で、ダイスのスリットに連続的に引き込みながら加熱し、フェノール樹脂組成物を硬化するに繊維強化プラスチック長尺シートの製造方法であって、ダイスは、加熱装置を埋め込んだ一対の金属ブロックとその一対の金属ブロックの間にスリットを設けるスペーサーとからなり、さらにこのスペーサーがガス抜き孔を有している繊維強化プラスチック長尺シートの製造方法。(2)このシートの両表面を一対のベルトで挟んだ状態で、ダイスのスリットに連続的に引き込む前に、予熱装置であらかじめ加熱する、(1)の方法。
The present invention is as follows.
(1) A sheet containing carbon fiber and a phenolic resin composition is heated while being continuously drawn into a slit of a die in a state where both surfaces of the sheet are sandwiched between a pair of belts, thereby curing the phenolic resin composition. A method for producing a long sheet of fiber reinforced plastic, wherein the die comprises a pair of metal blocks embedded with a heating device and a spacer provided with a slit between the pair of metal blocks. The manufacturing method of the fiber reinforced plastic long sheet | seat which has this. (2) The method of (1), in which both surfaces of the sheet are sandwiched between a pair of belts and are preheated by a preheating device before being continuously drawn into the slit of the die.
本発明によれば、厚み精度が高く、幅を広くしても表面が平滑な繊維強化プラスチック長尺シートの製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the fiber reinforced plastic long sheet | seat with a smooth surface is provided even if it is high in thickness accuracy and wide.
以下、本発明の実施形態の一例について、図面により説明する。
図2は、本発明の繊維強化プラスチック長尺シートの製造工程の一形態を説明するための装置の概略図であり、図1 は、一実施形態に係る繊維強化プラスチック長尺シート1 の製造工程の一形態を説明するための概略縦断面図であり、図2の部分拡大図である。
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for explaining one embodiment of a process for producing a fiber-reinforced plastic long sheet of the present invention. FIG. 1 is a process for producing a fiber-reinforced plastic
繊維強化プラスチック長尺シート1 の製造方法は、図1 において、炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシート2 を、該シート2 の両表面を一対のベルト3 で挟んだ状態で、加熱装置およびスリット6を有するダイス4 に連続的に引き込みながら加熱し、フェノール樹脂を硬化するものである。
炭素繊維は、高い導電性と機械的強度を有する。固体高分子型燃料電池のガス拡散体の材料として多孔質炭素長尺シートを得るのに、炭素短繊維がより好ましい。炭素短繊維の繊維長は、好ましくは3〜20mmであり、更に好ましくは5〜15mmである。炭素短繊維の繊維長を上記範囲とすることにより、炭素短繊維を分散させ抄紙して炭素繊維シートを得る際に、炭素短繊維の分散性を向上させ、目付のばらつきを抑制することができる。
フェノール樹脂組成物は、不活性雰囲気下で加熱した際の炭化収率が高い。
The method for producing the long fiber-reinforced
Carbon fiber has high electrical conductivity and mechanical strength. In order to obtain a porous carbon long sheet as a material for a gas diffuser of a polymer electrolyte fuel cell, carbon short fibers are more preferable. The fiber length of the short carbon fiber is preferably 3 to 20 mm, and more preferably 5 to 15 mm. By setting the fiber length of the short carbon fiber within the above range, when the carbon short fiber is dispersed to make a paper to obtain a carbon fiber sheet, the dispersibility of the short carbon fiber can be improved and the variation in basis weight can be suppressed. .
The phenol resin composition has a high carbonization yield when heated in an inert atmosphere.
炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシート2は、例えば、炭素短繊維を抄造した炭素繊維紙や炭素繊維フェルトに、フェノール樹脂組成物を含浸することにより得られる。
The
フェノール樹脂組成物の量は、炭素繊維100 質量部に対して10 〜 400 質量部が好ましく、より好ましくは30 〜 300 質量部であり、特に好ましくは50 〜 200質量部である。この範囲内であるとフェノール樹脂組成物による炭素繊維の結着力が十分であり、繊維強化プラスチック長尺シート1 の厚みのばらつきが小さいので好ましい。また、搾り出された樹脂が装置から流出することを防ぐことができる。
The amount of the phenol resin composition is preferably 10 to 400 parts by mass, more preferably 30 to 300 parts by mass, and particularly preferably 50 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon fiber. Within this range, the carbon fiber binding force of the phenol resin composition is sufficient, and the variation in the thickness of the fiber-reinforced plastic
本発明において、ダイスは、加熱装置を埋め込んだ一対の金属ブロックとその一対の金属ブロックの間にスリット6を設けるスペーサー12とからなっている。スペーサー12を設けることにより厚み精度の高い繊維強化プラスチック長尺シートが得られる。
図3 と図4 に示すように、ダイス4 のスリット6は、一対の金属ブロック11 で挟まれたスペーサー12 により設けられることが好ましい。スペーサー12 によりダイス4 のクリアランスを調整することができるため、繊維強化プラスチック長尺シート1 の求める厚み毎にダイス4 を用意する必要がない。また、ダイス4 の組立や分解ができるため、一対のエンドレスベルト7 を用いることが可能となる。
In the present invention, the die includes a pair of metal blocks in which a heating device is embedded and a
As shown in FIGS. 3 and 4, the
炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシート2は、フェノール樹脂組成物の硬化によってダイス4 に固着しないために、一対のベルト3 の幅は該シート2 の幅よりも大きいことが好ましい。すなわち、該シート2 の全面が、常に一対のベルト3 に覆われた状態でダイス4 に連続的に引き込まれることが好ましい。
Since the
第1の態様について説明する。
スペーサー12は、ガス抜き孔を有している。スペーサー12にガス抜き孔がない場合、加圧プレスの系内に大量の圧縮ガスが蓄えられることになる。特に加圧する幅・長さが長くなった場合、系内の圧力によりシートが変形し、外観不良を引き起こしてしまう。
また、外観不良を引き起こさないように変形されにくい丈夫なベルトを使用すると引き抜きに大きな負荷がかかってしまう。スペーサー12にガス抜き孔があると発生ガスが系外に放出できるため、シート幅が広い場合や長時間プレスする場合にも適応できる。
ガス抜き孔の形状は、特に限定されないが、例えば、図4または図5のようにシートの横から装置の外側まで貫通する穴が開いているものが好ましい。
The first aspect will be described.
The
In addition, if a strong belt that is difficult to be deformed so as not to cause an appearance defect is used, a large load is applied to the extraction. If the
The shape of the gas vent hole is not particularly limited. For example, a shape in which a hole penetrating from the side of the sheet to the outside of the apparatus is opened as shown in FIG. 4 or FIG.
さらには、排気ファン等をガス抜き孔の外部に設置し、発生ガスの排出能力を高めると、より外観不良が生じにくくなるため好ましい。 Furthermore, it is preferable to install an exhaust fan or the like outside the gas vent hole to increase the discharge capability of the generated gas, since the appearance defect is less likely to occur.
第2の態様について説明する。
炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシート2の両表面を一対のベルトで挟んだ状態で、加熱装置およびスリット6を有するダイスに連続的に引き込む前に、予熱装置であらかじめ加熱する。予熱装置で加熱せず直接、炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシート2をダイスに引きこんだ場合、ダイスに入る前後の温度差によりベルトが膨張したり、反ったりする。
ベルトが変形した状態で炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシート2をダイスに引き込むと、幅方向でシートにかかる圧力と熱のかかり方に差が生じ圧力ムラを引きおこしてしまう。
予熱装置で加熱することでベルトの変形が緩やかになるため、シートの幅方向の厚みムラを防ぐことができる。
The second aspect will be described.
In a state where both surfaces of the
When the
By heating with the preheating device, the deformation of the belt becomes gradual, so that thickness unevenness in the width direction of the sheet can be prevented.
予熱装置は特に限定されないが、熱風発生装置や加熱ロールなどが挙げられる。ベルトにロールを接触させることなく加熱ができるという観点から、熱風発生装置が好ましい。
ベルトのダイスに入る前後の温度差は、100℃以下が好ましく、より好ましくは70℃である。また予熱装置内でのベルトの昇温は、1mあたり100℃以下が好ましく、より好ましくは、1mあたり70℃以下である。ベルトのダイスに入る前後の温度差、予熱装置内でのベルトの昇温いずれも緩やかであるほどベルトのひずみが小さくなる。
ダイスで成型する場合、ベルトの外側(エッジ)に近いほど外気の影響を受けやすくプレス時の温度が下がる傾向が高い。熱風の風量を多くしたり、外側の予熱温度を温度をあらかじめ高くしたりするなど幅方向で予熱温度を変えることでより厚み精度を高くすることが可能である。
The preheating device is not particularly limited, and examples thereof include a hot air generator and a heating roll. From the viewpoint that heating can be performed without bringing a roll into contact with the belt, a hot air generator is preferable.
The temperature difference before and after entering the belt die is preferably 100 ° C. or less, more preferably 70 ° C. The temperature of the belt in the preheating device is preferably 100 ° C. or less per meter, more preferably 70 ° C. or less per meter. As the temperature difference before and after entering the belt die and the temperature rise of the belt in the preheating device are both gentler, the distortion of the belt becomes smaller.
When molding with a die, the closer to the outside (edge) of the belt, the more likely it is affected by outside air, and the higher the temperature during pressing is. The thickness accuracy can be increased by changing the preheating temperature in the width direction, for example, by increasing the amount of hot air or by increasing the temperature of the outer preheating temperature in advance.
以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。
実施例・比較例の実施形態を表1に示した。
繊維強化プラスチック長尺シートの長手方向の厚みの標準偏差は、長尺シートの長手方向に5cm 間隔で100点以上の厚みデータを測定して算出する。また、幅方向の厚みの標準偏差は、長尺シートの幅方向に1cm 間隔で30点以上の厚みデータを測定して算出する。厚みデータは、マイクロメーターを用いて繊維強化プラスチック長尺シートの厚み方向に0.15MPa の面圧を付与して測定する。マイクロメーターの測定子の断面は、直径5mm の円形である。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Embodiments of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1.
The standard deviation of the thickness in the longitudinal direction of the long fiber-reinforced plastic sheet is calculated by measuring thickness data of 100 points or more at 5 cm intervals in the longitudinal direction of the long sheet. The standard deviation of the thickness in the width direction is calculated by measuring thickness data of 30 or more points at 1 cm intervals in the width direction of the long sheet. The thickness data is measured by applying a surface pressure of 0.15 MPa in the thickness direction of the long fiber-reinforced plastic sheet using a micrometer. The cross section of the micrometer probe is a circle having a diameter of 5 mm.
〔実施例1〕
平均繊維径が7μmのポリアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維の繊維束を切断し、平均繊維長が6mmの短繊維を得た。次にこの短繊維束100質量部に対し、十分に分散したところにバインダーであるポリビニルアルコール(PVA)の短繊維を20質量部となるように均一に分散させ、水を抄造媒体として連続的に抄造し、乾燥して、炭素繊維の目付が約32g/m2 の長尺の炭素繊維紙を得てロール状に巻き取った。
この炭素繊維紙にフェノール樹脂の25質量%メタノール溶液を連続的にコートし、90 ℃ の温度で3分間乾燥することにより炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシート2を得てロール状に巻き取った。
[Example 1]
A fiber bundle of polyacrylonitrile (PAN) -based carbon fibers having an average fiber diameter of 7 μm was cut to obtain short fibers having an average fiber length of 6 mm. Next, with respect to 100 parts by mass of the short fiber bundle, the short fibers of polyvinyl alcohol (PVA) as a binder are uniformly dispersed so as to be 20 parts by mass when sufficiently dispersed, and water is continuously used as a papermaking medium. Papermaking and drying were performed to obtain a long carbon fiber paper having a carbon fiber basis weight of about 32 g / m 2 and wound into a roll.
The carbon fiber paper is continuously coated with a 25% by weight methanol solution of a phenol resin and dried at a temperature of 90 ° C. for 3 minutes to obtain a
炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含むシート2を、長さ100m 、幅35cm にトリミングして、一対のベルト2 としての両表面をPTFE によりフッ素コーティングした一対のステンレスベルトで挟んだ状態で、230 ℃ の温度に加熱したスリット6を有するダイス4 に0.6m /分の速度で連続的に引き込みながら加熱し、フェノール樹脂を硬化することにより、長さ100m 、幅35cm の繊維強化プラスチック長尺シート1 を得た。なお、スリット6を有するダイス4 として、ステンレス製の金属ブロック11 で、PTFE製のスペーサー12 を挟んだものを用い、一対のベルト3 として両表面をPTFEによりフッ素コーティングした一対のステンレス製エンドレスベルト7 を用いた。
A
使用したエンドレスベルト7の厚みは200μm 、幅は40cm 、長さは10mであり、該ステンレスベルトにコーティングしたフッ素樹脂の層は20μm である。また、ダイス4 に設けたスリット6の幅は44cm 、ダイス4 の幅は50cm であり、長さは18cm である。
The
エンドレスベルト7には、ダイス4 と接する面(エンドレスベルト7 の内側面)の両端に全周に渡って動力伝達部8 としてアタッチメント付きローラーチェーンを取り付けた。また、駆動部9として直径30cm のスプロケットから、ローラーチェーンを介して動力を伝達した。 金属ブロック11は、大きさがそれぞれ縦18cm、横50cm、高さ5cmであり、スリット6側の面の長辺をR 加工し、スリット6側の表面を鏡面加工したものであり、上記エンドレスベルト7に取り付けたローラーチェーンが通過するための溝を設けたものを用いた。PTFE製のスペーサー12 は、縦18cm 、横3cm、厚み620 μmであった。なお、スペーサー12は、図5のようにガス抜き孔を2箇所有していた。ガス抜き孔の大きさは、縦5cm、横3cm、高さ(厚み方向に)400μmで貫通していた。
得られた繊維強化プラスチック長尺シート1の評価結果を表2に示す。長手方向だけでなく、幅方向にも厚み精度が高くしかも外観不良がない状態であった。
A roller chain with an attachment was attached to the
The evaluation results of the obtained fiber reinforced plastic
〔実施例2〕
ダイスの手前に図2−2に示すように予熱装置5を設置し、予熱装置5で加熱してから、ダイスに引き込んだ。予熱装置5は、ベルトに対して熱風を当てるものである。予熱装置5の大きさは、長さ1.2m、幅50cmで予熱装置入り口の温度が30℃であるのに対し、出口の温度は150℃であった。なお、ダイスで加熱成型するときの温度は、210℃であった以外は実施例1と同様の方法で繊維強化プラスチック長尺シート1を得た。評価結果を表2に示す。長手方向・幅方向の厚み精度が実施例1よりも高くしかも外観も申し分ないものであった。
[Example 2]
As shown in FIG. 2-2, the preheating
〔比較例1〕
スペーサーがガス抜き孔を有しないもの(図4および図5記載のスペーサー10)を使用した以外は、実施例1と同様の方法で繊維強化プラスチック長尺シート1を得た。評価結果を表2に示す。長手方向の厚み精度は良いが、幅方向のムラは大きいものとなった。また、ガスの発泡によってできたへこみが、100mのシートのうち10カ所存在した。
[Comparative Example 1]
A long fiber-reinforced
〔比較例2〕
一対のベルト3 として、中興化成工業株式会社製フッ素コーティング・ガラスクロスチューコーフロー(登録商標) ベルトBGF−500−6 ( 厚み125μm ) を用い、ダイス4 に設けたスリット6のクリアランスを390μm としたこと以外は、比較例1 と同様にして繊維強化プラスチック長尺シート1を得た。得られた繊維強化プラスチック長尺シート1評価結果を表2 に示す。
長手方向の厚み精度は良いが、幅方向のムラは大きいものとなった。ガスの発泡によってできたへこみが、100mのシートのうち15カ所存在した。なお、ベルトにも大きな弛みが生じた。
[Comparative Example 2]
As a pair of
Although the thickness accuracy in the longitudinal direction is good, the unevenness in the width direction is large. There were 15 indentations created by gas foaming out of a 100 m sheet. The belt also had a large slack.
1 : 繊維強化プラスチック長尺シート
2 :(炭素繊維とフェノール樹脂組成物とを含む) シート
3 : 一対のベルト
4 : ダイス
5 :予熱装置
6:スリット
7 :一対のエンドレスベルト
8 :張力伝達部
9 :駆動部
10 :従来技術のスペーサー
11 :金属ブロック
12 :本発明のスペーサーの一例
13:本発明のスペーサーの一例
1: Fiber reinforced plastic long sheet 2: (including carbon fiber and phenolic resin composition) Sheet 3: A pair of belts 4: Dies 5: Preheating device 6: Slit 7: A pair of endless belts 8: Tension transmission part 9 : Drive unit 10: Conventional spacer 11: Metal block 12: Example of spacer of the present invention 13: Example of spacer of the present invention
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