KR100544921B1

KR100544921B1 - 수지 함침 경화 시트의 제조 장치 및 제조 방법과, 탄소계재료 시트의 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: KR100544921B1
Application number: KR1020027018067A
Authority: KR
Inventors: 니시다도시히꼬; 오오하시히데히꼬; 나까무라마꼬또; 하마다미쯔오; 미하라가즈시게
Original assignee: 미츠비시 레이온 가부시키가이샤
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2006-01-24
Also published as: EP1302293A4; EP1302293B1; US20070163721A1; JP3699447B2; DE60131408T2; KR20030019476A; US7959750B2; CA2415757A1; DE60131408D1; US20020029842A1; TW540177B; EP1302293A1; CA2415757C; US20110226431A1; WO2002006032A1; US20040227265A1

Abstract

본 발명은 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되어 미경화 수지를 포함하는 긴 미경화 섬유 시트를 연속적으로 경화하여 수지 함침 경화 시트를 제조하고, 또한 계속해서 연속적으로 탄소화하여 핸들링성과 수송성이 우수한, 권취 가능한 탄소계 재료 시트를 제조하는 제조 장치와 제조 방법에 관한 것이다.

긴 미경화 섬유 시트(1a)를 구동 롤(2a), 종동 롤(2b) 및 이들 롤에 권취되는 무한 벨트(2c)로 이루어지는 회전 벨트(2)를 적어도 1 세트 구비한 반송 수단에 의해 반송하고, 가열 가압 롤 또는 무한 벨트 사이에서 수지 경화한다. 또한, 상기 수지 함침 경화 시트를 수평 방향으로 연속하여 이송하고 탄소화 처리실에서 탄소화하여 탄소계 재료 시트를 제조한다.

미경화 섬유 시트, 구동 롤, 종동 롤, 회전 벨트, 수지 함침 경화 시트

Description

수지 함침 경화 시트의 제조 장치 및 제조 방법과, 탄소계 재료 시트의 제조 장치 및 제조 방법{APPARATUS AND PROCESS FOR PRODUCING RESIN-IMPREGNATED CURED SHEET AND APPARATUS AND PROCESS FOR PRODUCING CARBONACEOUS MATERIAL SHEET}

본 발명은, 예를 들어 가소성이 있는 프린트 배선판의 기판이나 연료 전지의 전극 기재의 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 긴 수지 함침 경화 시트나 긴 탄소계 재료 시트의 연속적인 제조를 가능하게 하는 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.

섬유 강화 플라스틱으로 이루어지는 프린트 배선판의 기판은, 예를 들어 일본 특허 공개 2000-77803호 공보에도 종래 기술로서 기재되어 있는 바와 같이, 파라아라미드 섬유와 메타아라미드 펄프, 혹은 용융 액정성 방향족 폴리에스테르 섬유와 그 펄프의 초벌 제조 시트에 매트릭스 수지를 함침시킨 유기 섬유 강화 프리프레그를 사용하여 제조되어 있다. 혹은, 아라미드 섬유와 폴리에스테르 등의 열가소성 섬유로 이루어지는 혼합 웨브를 열캘린더로 일체화한 건식 시트에 에폭시 수지를 함침시켜 가요성(굴곡성) 기판으로 하는 방법도 있다. 이들 종래의 방법에 의해 제조된 프린트 배선판의 기판은, 예를 들어 일본 특허 공개 평5-24165호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 긴 프린트 배선판의 기판을 제조 공정의 최종 단계에 서 소요의 치수로 컷트하고, 적층하여 보관된다. 또, 전술한 가요성이라 함은 기판에 국부적인 굴곡성이 부여되어 있는 것을 말한다.

또한, 인산형 연료 전지용의 다공질 전극으로서는 종래부터, 탄소 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 된 짧은 탄소 섬유 시트에 열경화성 수지를 함침시켜, 상기 수지를 경화한 후, 소성하여 상기 수지를 탄소화함으로써 제조되는 다공질 탄소 전극이 주류를 이루고 있다.

이러한 종래의 다공질 탄소 전극 기재는 두께가 크고, 취성이 크므로 구부리자마자 깨져 버리는 경우가 많다. 또한, 지금까지의 전극은 가능한 한 탄소 섬유끼리의 교차 부분에 있어서 결착되므로, 그 결착점의 수가 적고, 섬유축 방향과 비교하면 두께 방향의 도전성이 반드시 높아지지 않는다. 또한, 연료 전지 내의 가스나 물의 유통을 원활화하여 화학 - 전기 에너지 변환 효율을 상승시키기 위해, 다공질 탄소 전극 기재의 빈 구멍율을 높이면, 도전성 자체가 저하된다는 문제도 있다.

그래서, 예를 들어 일본 특허 공개 평1-160867호 공보에 개시되어 있는 다공질 탄소 전극은 탄소화가 가능한 수지로서, 열경화 가능한 자기 경화 타입의 레졸형 페놀 수지와, 비자기 경화 타입의 노볼락형 페놀 수지를 병용하고 있다. 이와 같이 2종류의 수지를 채용함으로써, 수지 경화시에는 레졸형 페놀 수지만이 경화하고, 그 후 탄소화일 때에는 경화하고 있지 않은 노볼락형 페놀 수지가 섬유 사이를 유동하여 섬유끼리의 간극으로 인입하여 탄소화되므로, 도전성 기재의 도전성이 높아진다.

또한, 예를 들어 일본 특허 공개 평7-142068호 공보에 개시되어 있는 다공질 탄소 전극 기재에서는, 탄소 섬유 - 탄소로 이루어지는 다공질 구조의 전극 기재의 매트릭스부에, 섬유 길이가 0.1 ㎜ 이하인 탄소질 밀드 섬유가 전극 기재의 두께 방향에 존재하므로, 두께 방향에 배치된 섬유끼리가 교차 부분 이외에서도 결착된다. 따라서, 이러한 구조를 갖는 전극 기재는 전체적인 도전성, 특히 전극 기재의 두께 방향에서의 도전성이 향상된다.

한편, 일본 특허 공개 평8-2979호 공보에는 인산형 연료 전지용의 홈이 달린 다공질 탄소재가 개시되어 있다. 상기 탄소재는 탄소 섬유화 가능한 섬유 및/또는 탄소 섬유와, 탄화 또는 흑연화 가능한 열경화성 수지를 포함하는 시트를 초벌 제조하고, 상기 시트를 가열 가압 성형한 후에, 요철부가 형성된 금형 내에 간극을 갖게 하여 배치한다. 그 배치 후에, 상기 시트를 재가열하여 팽창 및 완전 경화시켜, 이어서 소성함으로써 얻을 수 있다. 이 전극 기재의 제조법에 따르면, 홈형의 가스 유로가 고정밀도로 형성되고, 동시에 경량이면서도 기계적 강도가 높고, 균질성, 열전도성, 가스 투과성에도 우수한 기재를 얻을 수 있다는 것이다.

이들 인산형 연료 전지 대신에 고체 고분자형 연료 전지가 있다. 이 고체 고분자형 연료 전지용 다공질 전극은 그 전류 밀도가 인산형 연료 전지용 전극의 4 내지 20배나 높으므로, 수소 및 산소의 공급량이나, 반응에 의해 생성된 물의 제거량이 많아진다. 한편, 고체 고분자형 연료 전지의 작동 온도는 100 ℃ 전후로 낮으므로, 생성된 물이 증발하지 않고 유동하여, 그 물에 의해 가스 공급로가 막혀 가스 공급로가 좁아지기 쉽다.

그로 인해, 고체 고분자형 연료 전지용의 다공질 전극은 인산형 연료 전지용의 다공질 전극과 비교하여 가스의 확산 및 투과성이나, 핸들링에 견디기 위한 강도 및 유연성 또는 전극 제조시나 전극을 조립했을 때의 압축에 견딜 수 있는 강도 등이 요구된다.

일본 특허 공개 평9-157052호 공보에는 고체 고분자형 연료 전지용의 다공질 탄소판이 개시되어 있다. 상기 공보에 개시되어 있는 다공질 탄소판은 고체 고분자형 연료 전지에 적용시키므로, 특히 두께 방향의 기체 투과성을 높이고 있다. 상기 공보에 따르면, 두께 방향의 기체 투과성을 높이므로, 탄소 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 된 탄소 단섬유를 실질적으로 이차원 평면 내에 있어서 랜덤한 방향으로 분산한 시트에, 레졸형 및 노볼락형의 페놀 수지의 혼합 비율이 2:1 내지 1:3인 혼합 수지를 소요량 함침시켜, 그 시트를 가열하여 상기 수지를 탄소화하여 얻고 있다.

또한, 고체 고분자형 연료 전지용의 다공질 전극은 인산형 연료 전지용의 다공질 전극과 비교하여 전류 밀도가 높으므로, 고체 고분자형 연료 전지의 소형화에 대한 요망이 강해지고 있고, 그 실현에는 다공질 전극의 박형화가 필요해진다. 고체 고분자형 연료 전지의 전극 두께는 현시점에서는 자동차용으로 0.2 ㎜, 거치용으로 0.3 ㎜ 정도인 것이 있으며, 상기 일본 특허 공개 평9-157052호 공보에도 두께가 0.2 ㎜ 정도인 다공질 탄소판이 개시되어 있지만, 장래적으로는 한층 더 박형화가 요구되는 것이라 예상된다.

그런데, 상술한 바와 같이 프린트 배선 기판의 제조 공정에서는 최종 공정에 있어서 소요의 치수가 짧은 플레이트로 컷트되고, 그 후 각종 기기에 있어서의 용도에 따른 원하는 치수로 가공되어 사용된다. 또한, 다공질 전극 기재에 있어서도, 상술한 바와 같이 짧은 시트형이며, 이 기재를 일반적으로는 15 ㎝ × 15 ㎝ 정도의 소정의 전극 치수로 절단하여 사용된다.

이와 같이, 프린트 배선 기판 및 다공질 전극 기재를 짧은 시트형으로 제조한 경우, 그들의 취급이나 운송에 불편하며, 또는 전지 조립 현장에 있어서 실치수로 다시 절단해야만 해, 이 절단시에 재료의 낭비가 생긴다. 이들의 문제점을 없애어, 상기 프린트 배선 기판을 이용한 각종 전자 기기 혹은 상기 전극 기재를 이용한 전지의 생산성을 향상시키기 위해, 상기 프린트 배선 기판 및 전극 기재를 긴 물품으로서 롤형으로 권취하는 것이 바람직하다.

그러나, 통상의 프린트 배선 기판은 강성이 높은 경우도 있어, 종래부터 그 제조 공정의 최종 단계에서 짧은 플레이트형으로 컷트하는 것이 전제가 되어 취급하고 있고, 긴 물품으로서의 프린트 배선 기판을 롤형으로 권취하려고는 하지 않는다. 다공질 전극 기재에 있어서도 마찬가지이며, 유연성이 부족하기 때문에 롤형으로 권취하는 것을 하고 있지 않다.

특히 전극 기재의 경우에는, 긴 전극 기재를 연속적으로 제조하는 것에 대해, 상술한 어느 공보에서는 모두 전혀 고려되어 있지 않다. 그리하여, 이들 공보에 개시되어 있는 종래의 다공질 탄소 전극 기재의 제조 방법을 답습하여 연속 길이의 탄소 전극 기재를 제조하고자 하는 경우, 탄소 단섬유를 초벌 제조하여 긴 탄소 섬유 시트를 제조하고, 이 긴 탄소 섬유 시트에 열경화성 수지를 연속적으로 부 여하는 것은 가능하다. 그러나, 종래의 일반적인 다공질 탄소 전극 기재의 제조에 따르면, 수지가 부여된 상기 탄소 섬유 시트를 소요의 짧은 시트로 컷트한 후, 핫프레스 장치에 의해 가열 가압하여 경화시키고 있다.

이러한 회분식 핫프레스 장치를 사용하여, 열경화성 수지가 부여된 긴 탄소 섬유 시트에 연속적인 경화 처리를 행하려고 하면, 회분식 경화 장치의 상류측 및 하류측에, 각각 댄서 롤 등을 설치하여 경화 처리에 필요한 길이마다 반송되는 시트의 반송을 일시적으로 멈추어, 탄소 섬유 시트를 간헐적으로 경화 처리하는, 소위 반회분식으로 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 탄소 섬유 시트는 프레스 처리 후에 매우 취약해지므로, 핫프레스 장치의 단부, 즉 프레스면과 이미 프레스가 종료된 인접면과의 경계 부분에 있어서 상기 시트가 이지러지기 쉽고, 고품질의 제품을 얻기 어렵다.

본 발명은 상술한 문제점을 극복하는 것으로, 그 목적 중 하나는 긴 섬유제 시트에 수지를 함침 및 경화시켜 얻게 된 가소성이 있는 권취 가능한 수지 함침 경화 시트를 연속적으로 제조하는 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있으며, 다른 목적은 긴 섬유제 시트에 탄소화 가능한 수지를 함침 및 탄소화하여 얻게 된 가소성이 있고 권취 가능한 탄소계 재료 시트를 연속적으로 제조하는 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되어, 미경화 수지를 포함하는 긴 미경화 섬유 시트를 반송하는 반송 수단과, 상기 미경화 섬유 시트의 상기 미경화 수지를 경화시켜 수지 함침 경화 시트로 성형하는 수지 경화 수단을 갖고, 상기 반송 수단은 구동 롤과, 종동 롤과, 상기 구동 롤 및 종동 롤에 권취되는 무한 벨트로 이루어지는 적어도 1 세트의 회전 벨트를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치를 주요한 구성으로 하고 있다.

이러한 수지 함침 경화 시트의 제조 장치는 긴 미경화 섬유 시트를 연속적으로 반송하면서, 동시에 경화 처리를 실시할 수 있으므로, 미경화 섬유 시트의 길이 방향에 걸쳐 균일하게 경화할 수 있다. 그로 인해, 국부적으로 강도가 약한 부분이나 결함 등도 발생하는 일 없이, 길이 방향으로 균일한 품질의 수지 함침 경화 시트를 높은 생산성을 갖고 제조할 수 있다.

상술한 장치에 의해 제조되는 수지 함침 경화 시트는, 예를 들어 프린트 배선판으로서 롤형으로 권취하여 사용자에게 공급할 수 있고, 취급하기 쉬워 운반에도 편리하다. 또한, 각종 전자 기기에 따른 치수로 컷트하여 사용하는 경우에도 재료의 낭비가 적어 제조 효율도 향상된다.

또한, 본 발명에서는 상기 구성에다가, 또한 상기 수지 함침 경화 시트의 양측 모서리를 트리밍하는 트리밍 커터, 권취 면압을 보유 지지하기 위한 압박 롤 및 권취 축이 상기 수지 함침 경화 시트의 주행로에 따라 차례로 배치된 권취 장치를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

경화 후의 섬유 시트를 권취하기 전에, 그 양측 모서리가 트리밍 커터에 의해 트리밍된 후에, 권취 축에 권취된다. 이 권취시에는, 그 권취 부재의 주위면이 미리 설정된 압박력을 갖고 압박 롤에 의해 압박되므로, 상기 트리밍과 아울러, 정 연하게 또한 일정한 권취 밀도로 연속적으로 권취할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서 상기 반송 수단은 상기 미경화 섬유 시트의 반송로를 사이에 두고 배치된 적어도 2 세트 한 쌍의 회전 벨트를 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이 2 세트의 회전 벨트를 상기 미경화 섬유 시트를 사이에 두고 상하에 배치함으로써, 상기 시트를 소요의 길이에 걸쳐 무한 벨트에 의해 협지할 수 있다. 그로 인해, 얻게 되는 수지 함침 경화 시트의 두께를 보다 정밀하게 제어할 수 있는 동시에, 길이 방향에서의 두께의 균일성도 높일 수 있다.

상기 미경화 수지가 열경화성 수지인 경우에는, 상기 수지 경화 수단으로서 가열 수단을 채용한다. 이 경우에, 가열 방식은 가열 롤 등의 전도 가열일지라도, 혹은 가열 영역을 마련한 대류 가열이나, 원적외선 등의 방사 가열일지라도 좋지만, 열손실 저감의 관점으로부터 가열 롤 등의 전도 가열인 것이 바람직하다.

또, 2개 한 쌍의 상기 가열 가압 롤을 미경화 섬유 시트의 반송 방향에 따라 복수쌍 배치하는 것이 바람직하고, 그 경우 상기 반송 방향으로의 가열 가압 롤쌍 사이의 피치 및 가열 가압 롤의 직경은 가열 가압 롤의 전후에 있어서의 무한 벨트의 온도 변화나, 미경화 섬유 시트 자체가 받는 압력 변동 등을 고려하여, 적절하게 결정할 수 있다.

또한, 상기 가열 가압 롤의 가열 온도(경화시의 온도)나 프레스 압력도, 적절하게 설정할 수 있지만, 예를 들어 탄소계 재료 시트를 제조할 때의 중간 제품인 미경화 섬유 시트를 제조하는 경우에는 경화시의 온도로서는 350 ℃ 이하로 하고, 프레스압은 선압으로 1.5 × 10⁴N/m 이상, 1.0 × 10⁵N/m 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기 수지 경화 수단으로서 상기 미경화 섬유 시트는 유체 압력에 의해 상기 무한 벨트를 거쳐서 롤 사이에 맞물리는 연속 가열 액압 장치를 구비하도록 해도 좋다.

본 연속 가열 액압 장치에 적용되는 가압 유체에는, 원하는 온도로 열화 및 변질 등이 생기지 않는 내열성을 만족하는 것이면 특별히 제한은 없고, 원하는 온도에 따라서 적절하게 결정하면 좋다. 일반적으로는 내열성이 우수한 실리콘계 오일이 적합하게 이용된다.

가압 유체로서 기체를 이용하는 것도 가능하지만, 통상은 전열 효율이 높은 액체가 유리하다.

본 발명에 의한 연속 가열 액압 장치는 상기 가열 가압 롤과는 달리, 본 연속 가열 액압 장치를 통과하는 동안, 연속적으로 면압을 부여할 수 있으므로, 긴 처리 시간을 필요로 하는 경우 등에 적합하게 이용되고, 또한 필요에 따라서 상기 피처리 섬유 시트의 면방향으로 복수 배치해도 좋다.

또한, 상기 가열 가압 롤을 병설하는 것도 가능하다.

이 연속 가열 액압 장치의 적합한 형태에 따르면, 피처리 섬유 시트를 무한 벨트를 통해 연속적으로 또한 동시에 가열 및 가압하기 위해, 고온의 가압 유체가 도입된다. 이 고온의 가압 유체는 순환 이용되지만, 장치 내로 밀봉하여 이용하는 것도 있다.

이 연속 가열 액압 장치의 적합한 예로서는, 미쯔비시 레이욘 엔지니어링(가부시끼가이샤)에서 제조 판매하고 있는「연속 가압 장치」를 들 수 있고, 그 상세한 설명은, 예를 들어 일본 특허 공고 평3-51205호, 일본 특허 공고 평2-62371호, 일본 특허 공고 평2-62370호 등에 개시되어 있다.

또한, 상기 수지 경화 수단은 바람직하게는 적어도 예열부와 가열 가압부를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

상기 예열부에 있어서 열경화성 수지를 미리 연화시켜 두면, 그 후에 계속되는 가열 가압부에 있어서, 수지 함침 경화 시트의 두께를 양호하게 제어할 수 있다. 이 때, 예열부의 온도는 열경화성 수지의 점도가 가장 낮아지는 온도 이상인 것이 바람직하다. 또한, 가열 가압부의 온도는 예열부의 온도보다도 50 ℃ 이상 높은 것이 바람직하다. 이에 의해, 열경화성 수지를 충분히 경화할 수 있다.

또 본 발명에 있어서는, 상기 수지 함침 경화 시트의 제조 장치를 이용하여, 긴 상기 미경화 섬유 시트의 상기 미경화 수지를 경화시켜 긴 수지 함침 경화 시트를 연속적으로 제조하고, 이를 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 방법도 포함하고 있다.

본 방법 발명에 있어서의 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되는 섬유제 시트는, 탄소 단섬유와 유기 고분자계 바인더를 포함하고 있는 것이 바람직하다.

단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되는 섬유제 시트의 상기 단섬유로서는, 폴리아크릴로니트릴계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 폴리비닐알코올 섬유 등의 각종 합 성 섬유, 혹은 탄소 섬유가 있으며, 이들 섬유 외에, 보강용으로서 유리 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹계 섬유를 사용할 수 있다.

이들 단섬유에 유기 고분자계 바인더를 가하여 초벌 제조하고, 얻게 되는 섬유제 시트에 미경화 수지를 함침 및 건조시킴으로써 미경화 섬유 시트를 얻을 수 있다. 상기 미경화 수지로서는, 상온에 있어서 점착성 혹은 유동성을 나타내는 것이 바람직하다.

상기 수지 함침 경화 시트를 탄소화함으로써, 탄소계 재료 시트를 얻을 수 있다. 이 탄소화 처리 장치로서는, 일반적으로 탄소 섬유용의 소성로를 이용할 수 있고, 이 소성로에는 피처리 부재를 수평 방향으로 이송하는 횡형 소성로와, 피처리 부재를 수직 방향으로 이송하는 종형 소성로가 있다. 상기 수지 함침 경화 시트를 탄소화하는 경우에, 종형 소성로를 이용하는 것도 가능하며, 상기 종형 소성로는 가이드 롤을 설치할 필요성이 없는 등의 유리한 점도 있지만, 분위기 가스의 밀봉성이나, 이상시의 핸들링성 등을 고려하면, 횡형 소성로를 채용하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에서는 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되어, 미경화 수지를 포함하는 긴 미경화 섬유 시트를 경화시켜 제조되는 수지 함침 경화 시트를 탄소화하여 탄소계 재료 시트를 제조하기 위한 장치를 제공한다. 본 장치는, 상기 수지 함침 경화 시트를 수평 방향으로 연속하여 이송하여 탄소화하는 탄소화 처리실과, 상기 탄소화 처리실 내에 배치된 가이드 롤을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 장치를 주요한 구성으로 하고 있다.

상기 가이드 롤로서는 흑연제의 둥근 막대 또는 둥근 파이프를 채용하는 것이 바람직하고, 이 롤 양단부를 흑연제의 롤 지지대로 지지만 하는 간단한 구조일지라도, 흑연 자체의 자기 윤활성을 위해 용이하게 회전 가능하다. 또, 가이드 롤을 복수 배치하는 경우에, 롤 피치는 수지 함침 경화지의 중량 및 탄소화 처리시의 장력에 따라서 적절하게 결정할 수 있다.

상기 탄소화 처리실 내에 가이드 롤을 설치하지 않은 경우에는, 수지 함침 경화 시트가 그 자중에 의해 탄소화 처리실 내의 바닥면에 마찰하여, 균열이나 결함의 유발 인자가 되어, 탄소화 처리 후에 얻게 된 탄소계 재료 시트의 품질이 저하된다.

이렇게 얻게 되는 긴 탄소계 재료 시트는, 예를 들어 다공질 탄소 전극 기재로서 필요한 소정의 길이로 절단할 수도 있지만, 상술한 바와 같이 경화 및 탄소화를 연속적으로 행함으로써, 얻게 되는 탄소계 재료 시트는 길이 방향으로 균일하고 충분한 유연성을 구비하고 있다. 그로 인해, 롤형으로 권취할 수 있다.

그래서, 본 발명은 상기 탄소계 재료 시트의 양측 모서리를 트리밍하는 트리밍 커터와, 권취 면압을 보유 지지하기 위한 압박 롤과, 권취 축이 상기 탄소계 재료 시트의 주행로에 따른 순으로 배치되어 이루어지는 권취 장치를 더 구비하고 있는 것이 바람직하다. 상기 권취 장치로서는 권취 보빈의 절환 작업이 용이한 2축 터릿 권취 장치를 채용하는 것이 생산 효율이 향상되므로 바람직하다.

또한, 본 발명은 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되어, 미경화 수지를 포함하는 긴 미경화 섬유 시트를 반송하는 반송 수단과, 상기 미경화 섬유 시트의 상기 미경화 수지를 경화시켜 수지 함침 경화 시트에 성형하는 수지 경화 수단을 갖고, 상기 반송 수단은 구동 롤과, 종동 롤과, 상기 구동 롤 및 종동 롤에 권취되는 무한 벨트로 이루어지는 적어도 1 세트의 회전 벨트를 구비하여 이루어지는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치를 이용하여, 긴 상기 미경화 섬유 시트의 상기 미경화 수지를 경화시켜 긴 수지 함침 경화 시트를 연속적으로 제조하는 것과, 상기 탄소화 장치를 이용하여 긴 상기 수지 함침 경화 시트를 탄소화시켜 긴 탄소계 재료 시트를 연속적으로 제조하고, 계속해서 상기 탄소계 재료 시트를 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 방법도 주요한 구성으로 하고 있다.

상기 탄소계 재료 시트를 외경이 75 ㎜ 이상인 롤에 권취할 수 있도록, 상기 시트에 충분한 유연성을 갖게 하기 위해서는, 상기 시트는 두께가 0.05 내지 0.5 ㎜, 부피 밀도가 0.35 내지 0.8 g/㎠, 굽힘 강도가 45 ㎫ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 단섬유로서 평균 직경이 5 ㎛ 미만, 섬유 길이가 3 내지 10 ㎜의 극세 단섬유를 총섬유량의 50 중량 % 이상 포함하고 있는 것이 바람직하다.

단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되는 섬유제 시트의 상기 단섬유로서는, 탄소 섬유 외에 폴리아크릴로니트릴계, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르계의 유기 고분자 섬유라도 좋고, 또는 그 보강용으로서 유리 섬유, 아라미드 섬유, 세라믹계 섬유를 사용할 수 있다.

상기 미경화 수지로서는, 상온에 있어서 점착성 혹은 유동성을 나타내는 것이 바람직하고, 특히 탄소계 재료 시트를 제조하는 경우에 있어서는 상기 미경화 수지로서, 탄소화 후, 도전성 물질로서 잔존하는 페놀 수지, 플랜 수지 등이 바람직하게 사용되고, 상기 수지의 농도는 5 중량 % 이상, 70 중량 % 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 발명에 따르면 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되는 섬유제 시트가 탄소 단섬유와 유기 고분자계 바인더를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 탄소 단섬유를 초벌 제조하였을 때의 섬유제 시트의 강도를 확보할 수 있다.

상기 탄소 단섬유의 평균치 직경이 5 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. 이에 의해, 탄소계 재료 시트의 평활성이나 그 밖의 전기 저항의 저감화를 달성할 수 있다. 또한 초벌 제조시의 분산성의 관점으로부터, 섬유 길이 3 ㎜ 이상, 10 ㎜ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 유기 고분자계 바인더의 탄화수율은 40 중량 % 이하인 것이 바람직하다. 이에 의해, 탄소계 재료 시트의 기체 투과성을 확보할 수 있다. 유기 고분자계 바인더로서는, 예를 들어 폴리비닐알코올의 펄프형 물품 또는 단섬유가 적합하다. 이 유기 고분자계 바인더의 상기 섬유제 시트에 대한 함유율은 5 중량 % 이상, 40 중량 % 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 미경화 수지를 함침한 섬유 시트를 예열하고 나서, 가열 가압함으로써, 수지 함침 경화 시트를 제조하는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 예열에 의해 열경화성 수지를 연화시켜, 그 후에 계속되는 가열 가압에 의해, 수지 함침 경화 시트의 두께를 양호하게 제어할 수 있다.

또한, 상기 가열 가압할 때의 온도가 예열 온도보다 50 ℃ 이상 높은 것이 바람직하다. 이에 의해, 열경화성 수지를 충분히 경화할 수 있다.

여기서, 상기 예열 온도는 열경화성 수지의 점도가 가장 낮아지는 온도 이상인 것이 더욱 바람직하다.

도1은 본 발명에 있어서의 적합한 수지 함침 경화 시트의 제조 장치의 개략도이다.

도2는 본 발명에 있어서의 다른 적합한 수지 함침 경화 시트의 제조 장치의 개략도이다.

도3은 본 발명에 있어서의 다른 적합한 수지 함침 경화 시트의 제조 장치에 있어서의 가열 가압 장치의 개략 단면도이다.

도4는 본 발명에 있어서의 적합한 탄소계 재료 시트의 제조 장치의 개략도이다.

도5는 본 발명에 있어서의 탄소계 재료 시트의 권취 장치의 개략도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대해, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 적합한 제1 실시 형태인 수지 함침 경화 시트의 제조 장치(10)를 개략적으로 도시하고 있다. 또, 본 실시 형태에서는 수지 함침 경화 시트로서, 탄소계 재료 시트를 제조할 때의 중간 제품인, 탄소화 가능한 열경화성 수지가 함침 및 경화된 수지 함침 경화 시트를 제조하는 경우에 대해 설명한다. 단, 본 발명의 수지 함침 경화 시트의 제조 장치는 탄소계 재료 시트의 중간 제품인 상기 수지 함침 경화 시트의 제조에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 프린트 배선 기판 등을 제조하는 경우에도 사용할 수 있다.

상기 수지 함침 경화 시트의 제조 장치(10)는, 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 된 긴 섬유제 시트에 미경화 열경화성 수지를 부여한 미경화 섬유 시트(1a)를 연속적으로 가열함으로써 상기 열경화성 수지를 경화시켜, 긴 수지 함침 경화 시트(1b)를 연속적으로 제조하는 장치이다.

상기 수지 함침 경화 시트의 제조 장치(10)는 긴 시트형 물품[미경화 섬유 시트(1a), 수지 함침 경화 시트(1b)](1)을 연속적으로 반송하는 반송 수단을 구비하고 있다. 상기 반송 수단은 반송 방향의 상류측에 구동 롤(2a)을 배치하는 동시에, 상기 반송 방향의 하류측에 종동 롤(2b)을 배치하고, 이들 구동 롤(2a) 및 종동 롤(2b)에 무한 벨트(2c)를 권취하여 구성되는 1 세트의 회전 벨트(2)를 구비하고 있다. 상기 무한 벨트(2c)의 상면이 상기 시트형 물품(1a, 1b)의 반송면으로 되어 있다. 또, 본 실시 형태에서는 구동 롤(2a)을 반송 방향 상류측에, 종동 롤(2b)을 반송 방향 하류측에 배치하고 있지만, 이 구동 롤(2a)과 종동 롤(2b)을 서로 반대 측에 배치할 수도 있다.

상기 수지 함침 경화 시트의 제조 장치(10)는 또한, 상기 미경화 섬유 시트(1a)의 열경화성 수지를 경화시켜 수지 함침 경화 시트(1b)에 성형하는 수지 경화 수단(3)을 구비하고 있다. 상기 수지 경화 수단(3)으로서는, 도1에 도시한 바와 같이 상기 시트형 물품을 상기 무한 벨트(2c)와 동시에 맞물리는, 상기 시트형 물품(1) 및 상기 무한 벨트(2c)를 사이에 두고 상하에 배치된 2개의 가열 가압 롤(3a)을 한 쌍으로 하여, 시트형 물품(1)의 반송 방향으로 3쌍이 배치되어 있다. 상기 가열 가압 롤(3a)은 그 양단부 또는 다점에서 지지되어 있다. 또, 상기 가열 가압 롤(3a)의 열원으로서는 전기나 열 매체 등을 적절하게 채용할 수 있다.

상기 가열 가압 롤(3a)의 직경 및 3쌍의 가열 가압 롤(3a) 쌍의 피치는, 가열 가압 롤(3a)의 전후에 있어서의 무한 벨트(2c)의 온도 변화 및 시트형 물품(1) 자체가 받는 압력 변동 등을 고려하여 적절하게 결정된다. 또한, 가열 가압 롤의 온도 및 프레스 압력은 열경화성 수지 재료에 따라서 적절하게 설정된다. 예를 들어, 탄소계 재료 시트를 제조할 때의 도중 제품인 수지 함침 경화 시트(1b)를 제조하는 경우에는, 탄소화 가능한 수지를 경화시킬 때의 온도 영역으로서는 350 ℃ 이하이며, 프레스 선압력은 미만 선압은 1.5 × 10⁴N/m 이상, 1.0 × 10⁵N/m 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

도2는 본 발명에 의한 적합한 상기 제1 실시 형태의 변형예에 의한 수지 함침 경화 시트의 제조 장치(11)를 개략적으로 도시하고 있다. 또, 상술한 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

상기 수지 함침 경화 시트의 제조 장치(11)는, 구동 롤(2a) 및 종동 롤(2b)에 무한 벨트(2c)를 권취하여 구성되는 회전 벨트(2)가 반송되는 상기 시트형 물품(1a, 1b)을 사이에 두고 상하에 1 세트씩 배치되어 있다. 즉, 상기 시트형 물품(1a, 1b)은 상하 회전 벨트(2)의 각 무한 벨트(2c)에 의해 협지되어 반송된다.

본 장치(11)에 있어서는, 2개의 가열 가압 롤(3a)은 상하의 무한 벨트(2c)에 의해 협지된 상기 시트형 물품(1)이 상기 무한 벨트(2c)의 외측으로부터 맞물리도록 배치되어 있다.

이와 같이 2 세트의 회전 벨트(2)를 시트형 물품(1)을 사이에 두고 상하에 배치함으로써, 상기 시트형 물품(1)은 가열 가압 롤(3a)의 설치 부위뿐만 아니라, 소요의 길이에 걸쳐 무한 벨트(2c)에 의해 협지되므로, 얻을 수 있는 수지 함침 경화 시트(1b)의 두께를 보다 정밀하게 제어할 수 있는 동시에, 길이 방향에서의 두께의 균일성이 높아진다.

도3은 미경화 섬유 시트에 함침하고 있는 열경화성 수지를 연속적으로 가열 가압하기 위한 수지 경화 수단의 다른 적합한 실시 형태를 도시하고 있다. 이 수지 경화 수단의 상세는, 이미 서술한 대로 예를 들어 일본 특허 공고 평2-62371호 공보 등에 개시되고, 미쯔비시 엔지니어링(가부시끼가이샤)으로부터도 제조 판매되고 있는 「연속 가압 장치」를 적용할 수 있다. 상기 수지 경화 수단인 연속 가열 가압 장치(30)는 상기 미경화 섬유 시트(1a)와 상기 무한 벨트(2c)가 고온 고압의 유체에 의해 맞물리는 동시에 가열 가압되도록 하는 것이다.

도시된 연속 가열 가압 장치(30)는 전후 좌우에 측벽부(31a)를 갖고, 그 개구면이 상하 한 쌍의 각 무한 벨트(2c)의 이면에 대향하여 배치된 금속제 상자 부재(31)를 구비하고 있다. 상기 금속제 상자 부재(31)의 바닥부(31b)에는, 상기 금속제 상자 부재(31)와 무한 벨트(2c)의 이면 사이의 가압 공간에 고온 고압의 가열 유체를 외부로부터 도입하는 도입구(31c)가 형성되는 동시에, 상기 가열 유체를 외부로 배출하는 배출구(31d)가 형성되어 있다.

또한, 상기 금속제 상자 부재(31)의 전측벽부(31a)의 개구측 단면부에는 연속하여 밀봉부(32)를 갖고 있다. 이 밀봉부(32)는, 상기 측벽부(31a)의 개구측 단부면에 따라 연속하여 형성된 미끄럼 이동 부재 끼워 맞춤 홈(32a)과, 상기 미끄럼 이동 부재 끼워 맞춤 홈(32a)에 미끄럼 이동 가능하게 끼움 부착된 미끄럼 이동 부재(33)를 구비하고 있다. 상기 금속제 상자 부재(31)의 측벽부(31a)에는, 미끄럼 이동 부재 끼워 맞춤 홈(32a)의 바닥면과 미끄럼 이동 부재(33)의 끼움 부착 단부면 사이의 공간부를 저압으로 하는 댐퍼용 유체의 흡인 통로(32a-1)가 형성되어 있다. 댐퍼용 유체의 흡인 대신에, 상기 공간부에 스프링류를 개재 장착할 수도 있다. 물론, 이 경우에는 상기 흡인 통로(32a-1)나 도시하지 않은 흡인원, 그로 인한 배관 등도 배제할 수 있다.

또한 상기 미끄럼 이동 부재(33)에는, 그 무한 벨트(2c)에 대향하는 단부면 및 상기 미끄럼 이동 부재 끼워 맞춤 홈(32a)과의 끼움 부착면 사이를 연통하고, 무한 벨트(2c)에 대향하는 단부면에서 슬릿형으로 개구하는 밀봉용 유체 통로(33a)가 형성되어 있다. 이 밀봉용 유체 통로(33a)의 도입측 단부와 대향하는 상기 미끄럼 이동 부재 끼워 맞춤 홈(32a)의 대응부에는 외부로부터 밀봉용 유체를 도입하는 밀봉용 유체 도입로(32a-2)가 형성되어 있다. 상기 금속제 상자 부재(31)는 도시하지 않은 장치의 프레임 등에 고정 설치 지지된다.

본 장치에 적용되는 고온의 가압 유체에는, 원하는 온도로 열화나 변질 등이 생기지 않는 내열성을 구비하고 있는 것이라면 특별히 제한은 받지 않으며, 수지의 경화 온도에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 일반적으로는 내열성이 우수한 실리콘계 오일이 사용된다. 가압 유체로서 기체를 이용하는 것도 가능하지만, 통상은 전열 효율이 높은 액체 쪽이 유리하다.

고온의 가압 유체가 금속제 상자 부재(31)의 도입구(31c)로부터 상기 상자 부재(31)의 내부 공간으로 도입되고, 배출구(31d)로부터 외부로 배출된다. 도시예에 있어서는, 고온의 가압 유체는 외부에 설치된 도시하지 않은 역류 펌프에 의해 토출되는 고압 유체가 마찬가지로 도시하지 않은 가열 장치에 의해 소요의 온도까지 가열되고, 금속제 상자 부재(31)의 내부로 도입된 후, 배출구(31d)를 거쳐서 외부로 배출되어, 상기 유체 펌프로 복귀하고 있다. 본 발명에 있어서는, 이와 같이 가열 가압 유체를 순환시키지 않고, 상기 금속제 상자 부재(31)의 내부에 밀봉할 수도 있다. 이 경우에는, 금속제 상자 부재(31)에 가열 온도의 제어 기구를 갖는 가열 장치를 부설할 필요가 있다.

상기 고온의 가압 유체를 금속제 상자 부재(31)의 내부 공간으로 도입하는 동시에, 상기 밀봉용 유체 도입로(32a-2)로부터 미끄럼 이동 부재(33)의 밀봉용 유체통로(33a)를 거쳐서 밀봉용 유체가 도입되고, 상기 미끄럼 이동 부재(33)의 무한 벨트(2c)와 대향하는 단부면으로부터 고압으로 분출시킨다. 이 밀봉용 유체의 분출에 의해, 금속제 상자 부재(31)의 내부 공간으로 도입된 고온 가압 유체는 금속제 상자 부재(31)의 외부로 누출되는 것을 막을 수 있게 된다.

이렇게 하여, 금속제 상자 부재(31)의 내부 공간으로 가열 가압 유체를 도입함으로써, 무한 벨트(2c)를 거쳐서 반송되는 미경화 섬유 시트(1a)는, 마찬가지로 무한 벨트(2c)를 거쳐서 가열 가압 유체에 의해 연속적으로 또한 동시에 균일하게 가열 가압되고, 열경화성 수지가 경화되어 두께가 균등한 수지 함침 경화 시트(1b)가 연속하여 제조된다. 이 경화 처리시에, 금속제 상자 부재(31)에 형성된 미끄럼 이동 부재 끼워 맞춤 홈(32a)에 슬라이딩 끼움된 상기 미끄럼 이동 부재(33)는, 미끄럼 이동 부재 끼워 맞춤 홈(32a) 및 미끄럼 이동 부재(33) 사이의 댐퍼 기능과 상기 밀봉용 유체의 분출이 아울러, 항상 무한 벨트(2c) 사이에 약간의 간극을 가지기 때문에, 미끄럼 이동 부재(33)가 무한 벨트(2c) 이면에 미끄럼 접촉하는 일 없이 무한 벨트(2c)의 손상이 방지된다.

특히, 본 실시 형태에 의한 연속 가열 가압 장치(30)는 도1에 도시한 실시 형태에 있어서의 가열 가압 롤(3a)과는 달리, 시트형 물품(1)이 상기 장치(30)를 통과하는 동안, 유체압에 의해 가압만 되고, 또한 연속적으로 면압을 부여할 수 있으므로, 무한 벨트(2c)의 표면에 기계적인 미끄럼 접촉 작용이 작용하지 않고, 게다가 처리 시간이 긴 경우 등에는 적합하다. 또한 요구되면, 상기 시트형 물품의 반송 방향으로 혹은 폭방향으로 복수쌍 배치할 수도 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어도, 상기 가열 가압 롤(3a)을 병용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 관한 수지 함침 경화 시트의 제조 장치(10)는 긴 시트형 물품(1)을 연속적으로 반송하면서, 동시에 가열 가압할 수 있으므로, 시트형 물품(1)의 길이 방향에 걸쳐 균일하게 가열 가압할 수 있다. 그 결과, 국부 적으로 강도가 약한 부분이나 결함 등도 발생하는 일 없이, 길이 방향으로 균일한 품질의 수지 함침 경화 시트(1b)를, 높은 생산성을 갖고 제조할 수 있다.

도4는 본 발명의 제2 실시 형태인 탄소계 재료 시트의 제조 장치(20)를 개략적으로 도시하고 있다.

상기 탄소계 재료 시트의 제조 장치(20)는, 긴 상기 수지 함침 경화 시트(1b)의 상기 수지를 탄소화하여 탄소계 재료 시트(1c)를 연속적으로 제조하는 장치이다.

상기 탄소계 재료 시트의 제조 장치(20)는, 시트형 물품[수지 함침 경화 시트(1b), 탄소계 재료 시트(1c)]을 수평 방향으로 반송하여 탄소화하는 횡형 소성로를 채용하고 있다. 상기 횡형 소성로에 있어서의 탄소화 처리실(4)의 바닥벽(4a)에는 복수의 가이드 롤 지지대(5a)가 일정한 간격으로 설치되고, 상기 가이드 롤 지지대(5a)에는 가이드 롤(5b)이 그 양단부, 혹은 복수점에서 지지되어 있다. 상기 시트형 물품(1b, 1c)은 복수의 상기 가이드 롤(5b)의 상면을 수평 방향으로 반송된다. 또, 도면 중 부호 4b는 탄소화 처리실의 천정판을 나타낸다.

상기 가이드 롤(5b)은 흑연으로 된 둥근 막대 또는 둥근 파이프의 양단부를 흑연으로 된 상기 지지대(5a)에 의해 지지만 하는 간단한 구조이며, 상기 가이드 롤(5b)은 흑연 자체의 자기 윤활성을 위해 용이하게 회전 가능하다.

또, 복수의 상기 가이드 롤(5b)의 피치는 시트형 물품(1b, 1c)의 중량 및 탄소화 처리시의 상기 시트형 물품(1b, 1c)의 장력에 따라서, 상기 시트형 물품(1b, 1c)이 탄소화 처리실(4)의 바닥벽(4a)에 접촉하고, 마찰되는 일 없도록 적절하게 결정된다. 또한, 탄소계 재료 시트(1c)를 제조하는 경우에는 상기 탄소화 처리실(4) 내의 온도를 1000 ℃ 이상으로 설정한다.

탄소화 처리실(4) 내에 상기 가이드 롤(5b)을 설치함으로써, 수지 함침 경화 시트(1b) 및 탄소계 재료 시트(1c)는 상기 처리실(4)의 전체 길이에 걸쳐 소정의 높이를 안정되게 주행하는 것이 가능해진다. 그 결과, 상기 수지 함침 경화 시트(1b) 및 탄소계 재료 시트(1c)가 자중에 의해 탄소화 처리실(4)의 바닥면(4a)에 접촉하여, 균열이나 결함의 유발 인자가 생기는 일 없이, 고품질의 탄소계 재료 시트(1c)를 제조하는 것이 가능해진다.

도5는 본 발명의 적합한 권취 장치(13)의 일예를 개략적으로 도시하고 있다.

상기 권취 장치(13)의 권취부에는 권취 중인 권취 보빈(6a)과, 스탠바이 보빈(6b)을 구비한 2축 터릿 와인더(6)가 설치되어 있다.

상기 권취 장치(13)는 또한, 상기 터릿 와인더(6)의 상류측에 긴 탄소계 재료 시트(1c)의 폭 방향의 양단부를 트리밍하기 위한 트리밍 커터(7)를 구비하고 있다. 또한, 상기 권취 보빈(6a)의 근방에는 상기 권취 보빈(6a)에 대한 탄소계 재료 시트(1c)의 권취 면압을 일정하게 보유 지지하기 위한 압박 롤(8)을 구비하고 있다. 이 압박 롤(8)은 권취면에 접촉시켜 배치해도 좋고, 혹은 권취면에 대해 비접촉으로 배치할 수도 있다.

탄소화 처리를 끝내고 얻게 된 긴 탄소계 재료 시트(1c)는, 상기 트리밍 커터(7)에 의해 폭 방향의 양단부가 절단되어 권취 단부면이 일치하게 되고, 그리고 상기 압박 롤(8)에 의해 권취 면압을 일정하게 보유 지지된 상태에서, 권취 보빈(6a)에 권취된다.

이하, 본 발명에 대해 실시예 및 비교예를 들어 구체적으로 설명한다.

또, 이하의 실시예 및 비교예에 있어서, 섬유제 시트 및 열경화성 수지에는 이하의 동일한 것을 채용하였다.

(섬유제 시트)

탄소 단섬유의 초벌 제조 시트형 물품 : 폭 350 ㎜, 두께 0.5 ㎜

탄소 단섬유의 평균 직경 : 4 ㎛

탄소 단섬유의 평균 섬유 길이 : 3 ㎜

바인더 : PVA 단섬유, 탄소 섬유비 15 중량 % 함유

(열경화성 수지)

페놀 수지[다이니뽄 잉크 가가꾸(가부시끼가이샤)샤제 페놀라이트 J-325)의 20 질량 % 메탄올 용액에, 상기 섬유제 시트를 침지하고, 탄소 섬유 100 중량부에 대해 120 중량부 부착시켰다.

<제1 실시예>

도2에 도시한 바와 같이, 회전 벨트(2)를 시트형 물품의 반송로를 사이에 두고 상하에 2 세트 설치하고, 또한 2개 한 쌍의 가열 가압 롤(3a)을 6쌍, 반송 방향으로 일정한 간격으로 설치한 수지 함침 경화 시트의 제조 장치를 사용하였다. 상기 가열 가압 롤(3a)은 모든 직경이 160 ㎜이며, 가열 가압 롤(3a)쌍의 피치는 시트형 물품의 반송 방향으로 220 ㎜로 하였다. 상기 가열 가압 롤(3a)은 온도가 300 ℃에서 5 × 10⁴ N/m의 닙압력 조건으로 하여, 1번째의 가열 가압 롤쌍으로부터 6번째의 가열 가압 롤쌍까지의 체재 시간을 2분으로 하고, 처리 속도 0.66 m/분으로 연속적으로 경화 처리하였다.

계속해서, 도4에 도시한 바와 같은 탄소화 처리실(4) 내부에 수지 함침 경화 시트의 가이드 롤(5b)을 갖는 횡형 소성로를 채용한 탄소계 재료 시트의 제조 장치를 이용하여, 연속적으로 탄소화 처리하였다. 상기 가이드 롤(5b)은 직경이 12 ㎜이며, 가이드 롤의 피치는 시트형 물품의 반송 방향으로 30 ㎜로 하였다. 상기 처리실(4) 내의 최고 온도를 2000 ℃, 상기 처리실(4)의 체재 시간을 10분으로 하고, 연속적으로 탄소화 처리한 후, 얻게 된 탄소계 재료 시트를 도5에 도시한 권취 장치에 의해 롤형으로 권취하였다.

얻게 된 탄소계 재료 시트는, 균열이나 결함 등의 문제는 없고 핸들링성에도 우수한 굽힘 강도가 높은 고품질인 것이었다. 또한, 긴 탄소계 재료 시트를 연속적으로 제조할 수 있어 생산 효율도 높다.

<제2 실시예>

예열부와, 가열 가압 롤과, 2 세트의 무한 벨트를 구비한 수지 함침 경화 시트의 제조 장치를 사용하였다. 상기 예열부는 200 ℃의 열풍을 취입하여 벨트 온도를 135 ℃가 되도록 하였다. 또한 계속되는 1번째의 가열 가압 롤에 의해, 300 ℃, 선압 6.6 × 10⁴N/m로 프레스하고, 연속적으로 경화 처리하였다.

계속해서, 제1 실시예와 같이 탄소화 처리하고, 롤형으로 권취하였다.

이렇게 얻게 된 탄소계 재료 시트는 균열이나 결함 등의 문제 없이 핸들링성에도 우수하고, 굽힘 강도가 82 ㎫로, 양호한 품질이었다. 또한, 긴 탄소계 재료 시트를 연속적으로 제조할 수 있으므로, 생산 효율도 높은 것이 실증되었다.

<제3 실시예>

제1 실시예의 수지 함침 경화 시트의 제조 장치에 있어서, 그 수지 경화 수단으로서 가열 가압 롤 대신에 도3에 도시한 가열 가압 장치를 사용하고, 닙압을 5 × 10⁴ N/m로 상기 장치 중의 체재 시간 2분으로 프레스한 이외는, 제1 실시예와 동일 조건으로 연속적으로 경화 처리하였다.

이렇게 얻게 된 탄소계 재료 시트는 표면이 평활하고 균일한 두께를 갖고, 균열이나 결함 등이 없고, 핸들링성에도 우수하고, 굽힘 강도가 85 ㎫로, 양호한 품질이었다. 또한, 긴 탄소계 재료 시트를 연속적으로 제조할 수 있으므로, 생산 효율도 매우 높다.

<제1 비교예>

수지 함침 경화 시트의 제조 장치로서 핫프레스를 채용하고, 반회분식으로서 긴 미경화 섬유 시트에 경화 처리를 실시한 이외는, 제1 실시예와 같은 조건으로 긴 탄소계 재료 시트를 제조하였다.

핫프레스에서의 처리 온도, 압력, 처리 시간에 대해 각종 조건을 변경하여 제조하였지만, 어떠한 조건이라도 탄소화 처리하여 최종적으로 제조된 탄소계 재료 시트는 프레스 경계선 부근에서 매우 취약해져 품질이 저하되고, 또한 유연성도 결여되어 핸들링성이 열화하는 것이었다.

<제2 비교예>

가이드 롤(5b)을 설치하고 있지 않은 횡형 소성로를 이용하여 탄소화를 행한 이외는, 제1 실시예와 같은 조건으로 긴 탄소계 재료 시트를 제조하였다.

이렇게 얻게 된 탄소계 재료 시트는 그 표면에, 소성로의 바닥벽과의 마찰에 의해 발생했다고 생각되는 보풀이 인정되고, 또한 탄소계 재료 시트의 반송 방향과 직교하는 폭 방향의 단부에 결함이 생기고 있고, 품질 및 제품 수율이 낮은 것이었다.

이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 수지 함침 경화 시트의 제조 장치를 채용함으로써, 연속적으로 반송되는 긴 미경화 섬유 시트에, 가열 및 가압을 동시에 연속적으로 행할 수 있으므로, 종래의 회분식 경화 방법과 비교하여 생산성 및 탄소계 재료 시트의 핸들링성이 현저하게 향상된다. 또한, 본 발명의 탄소계 재료 시트의 제조 장치를 사용함으로써, 탄소계 재료 시트에 균열이나 결함을 발생시키는 일 없이 품질이 우수한 탄소계 재료 시트를 제조하는 것이 가능해진다. 이와 같이 긴 탄소계 재료 시트를 연속적으로 제조할 수 있으므로, 생산성의 향상을 도모할 수 있고, 고품질로 긴 탄소계 재료 시트의 롤형에서의 공급이 가능해진다.

Claims

단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되어, 미경화 수지를 포함하는 긴 미경화 섬유 시트를 반송하는 반송 수단과, 상기 미경화 섬유 시트의 상기 미경화 수지를 경화시켜 수지 함침 경화 시트에 성형하는 수지 경화 수단을 갖고,

상기 반송 수단은 구동 롤과, 종동 롤과, 상기 구동 롤 및 종동 롤에 권취되는 무한 벨트로 이루어지는 적어도 1 세트의 회전 벨트를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치.
제1항에 있어서, 상기 수지 함침 경화 시트의 양측 모서리를 트리밍하는 트리밍 커터, 권취 면압을 보유 지지하기 위한 압박 롤 및 권취 축이 상기 수지 함침 경화 시트의 주행로에 따라 차례로 배치되어 이루어지는 권취 장치를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반송 수단은 상기 미경화 섬유 시트의 반송로를 사이에 두고 상하에 배치된 적어도 2 세트 한 쌍의 회전 벨트를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지 경화 수단은 2개 한 쌍의 가열 가압 롤을 구비하는데, 상기 미경화 섬유 시트는 무한 벨트를 거쳐서 상기 롤 사이에 맞물리게 되는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지 경화 수단은 가열 액압 장치를 구비하는데, 상기 미경화 섬유 시트는 무한 벨트를 거쳐서 상기 가열 액압 장치 사이에 맞물리게 되는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지 경화 수단은 적어도 예열부와 가열 가압부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치.
제1항 또는 제2항에 기재된 수지 함침 경화 시트의 제조 장치를 이용하여, 긴 상기 미경화 섬유 시트의 상기 미경화 수지를 경화시켜 긴 수지 함침 경화 시트를 연속적으로 제조하고, 이를 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 방법.
제7항에 있어서, 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되는 섬유제 시트가, 탄소 단섬유와 유기 고분자계 바인더를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수지 함침 경화 시트의 제조 방법.
단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되어, 미경화 수지를 포함하는 긴 미경화 섬유 시트를 경화시켜 제조되는 수지 함침 경화 시트를 탄소화하여 탄소계 재료 시트를 제조하기 위한 장치로서,

상기 수지 함침 경화 시트를 수평 방향으로 연속하여 이송하면서 탄소화하는 탄소화 처리실과, 상기 탄소화 처리실 내에 배치된 가이드 롤을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 장치.
제9항에 있어서, 상기 탄소계 재료 시트의 양측 모서리를 트리밍하는 트리밍 커터와, 권취 면압을 보유 지지하기 위한 압박 롤과, 권취 축이 상기 탄소계 재료 시트의 주행로에 따라서 차례로 배치되어 이루어지는 권취 장치를 더 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 장치.
단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되어, 미경화 수지를 포함하는 긴 미경화 섬유 시트를 반송하는 반송 수단과, 상기 미경화 섬유 시트의 상기 미경화 수지를 경화시켜 수지 함침 경화 시트에 성형하는 수지 경화 수단을 갖고, 상기 반송 수단은 구동 롤과, 종동 롤과, 상기 구동 롤 및 종동 롤에 권취되는 무한 벨트로 이루어지는 적어도 1 세트의 회전 벨트를 구비하여 이루어지는 수지 함침 경화 시트의 제조 장치를 이용하여, 긴 상기 미경화 섬유 시트의 상기 미경화 수지를 경화시켜 긴 수지 함침 경화 시트를 연속적으로 제조하는 것과, 제10항에 기재된 탄소화 장치를 이용하여 긴 상기 수지 함침 경화 시트를 탄소화시켜 긴 탄소계 재료 시트를 연속적으로 제조하고, 계속해서 상기 탄소계 재료 시트를 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 방법.
제11항에 있어서, 단섬유를 초벌 제조하여 얻게 되는 섬유제 시트가, 탄소 단섬유와 유기 고분자계 바인더를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 탄소 단섬유의 평균 직경을 5 ㎛ 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 유기 고분자계 바인더의 탄화수율을 4O 중량 % 이하로 하는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 미경화 수지를 함침한 섬유 시트를 예열하고 나서, 가열 가압함으로써, 수지 함침 경화 시트를 제조하는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 가열 가압할 때의 온도를 예열 온도보다 50 ℃ 이상 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 탄소계 재료 시트의 제조 방법.