WO2025158686A1 - 炭素繊維を含有する粒体成形材料を供給する方法、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造する方法、および、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造するための装置 - Google Patents

炭素繊維を含有する粒体成形材料を供給する方法、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造する方法、および、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造するための装置

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WO2025158686A1
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carbon fiber
molding material
belt conveyor
granular molding
belt
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亮 宮内
勝司 池田
禎雄 鮫島
一裕 前納
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Pending legal-status Critical Current

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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C31/00—Handling, e.g. feeding of the material to be shaped, storage of plastics material before moulding; Automation, i.e. automated handling lines in plastics processing plants, e.g. using manipulators or robots
    • B29C31/04—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity
    • B29C31/08—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity of preforms to be moulded, e.g. tablets, fibre reinforced preforms, extruded ribbons, tubes or profiles; Manipulating means specially adapted for feeding preforms, e.g. supports conveyors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G15/00—Conveyors having endless load-conveying surfaces, i.e. belts and like continuous members, to which tractive effort is transmitted by means other than endless driving elements of similar configuration
    • B65G15/08—Conveyors having endless load-conveying surfaces, i.e. belts and like continuous members, to which tractive effort is transmitted by means other than endless driving elements of similar configuration the load-carrying surface being formed by a concave or tubular belt, e.g. a belt forming a trough
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G15/00—Conveyors having endless load-conveying surfaces, i.e. belts and like continuous members, to which tractive effort is transmitted by means other than endless driving elements of similar configuration
    • B65G15/30—Belts or like endless load-carriers
    • B65G15/58—Belts or like endless load-carriers with means for holding or retaining the loads in fixed position, e.g. magnetic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G43/00—Control devices, e.g. for safety, warning or fault-correcting

Definitions

  • the present invention primarily relates to a method for supplying a granular molding material containing carbon fiber, a method for producing a resin sheet containing carbon fiber, and an apparatus for producing a resin sheet containing carbon fiber.
  • Patent Documents 1 to 3 Granular molding materials containing carbon fibers have been proposed as molding materials used in the production of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) products by compression molding (Patent Documents 1 to 3).
  • Patent Documents 1 and 2 further disclose that by fusing the particles constituting such a granular molding material together, a resin sheet that can be used as a molding material for CFRP products can be produced.
  • Patent Document 3 describes that a granular molding material is composed of a plurality of inorganic fibers, a plurality of organic fibers, and an organic binder.
  • Figure 1 of Patent Document 2 shows a method for continuously producing a resin sheet made by fusing together particles that make up a granular molding material containing carbon fiber. To obtain a resin sheet with a uniform mass per unit length using this method, it is necessary to continuously supply a fixed amount of granular molding material onto a running film.
  • the primary objective of the present invention is to provide a technique for supplying granular molding material containing carbon fiber that can be preferably used when continuously producing a resin sheet formed by fusing together particles that constitute the granular molding material containing carbon fiber, a method for producing a resin sheet containing carbon fiber using this technique, and an apparatus for producing a resin sheet containing carbon fiber using this technique.
  • This specification may explicitly or implicitly disclose the problems solved by each embodiment of the present invention.
  • One aspect of the present invention provides a method for continuously supplying a granular molding material containing carbon fiber, which includes transporting the granular molding material to the discharge end of a first belt conveyor having a conveyor belt with an uneven conveying surface and an upwardly sloping section.
  • a method for producing a resin sheet containing carbon fiber comprising: a first step of continuously supplying a granular molding material containing carbon fiber to a double belt press; and a second step of using the double belt press to fuse particles contained in the granular molding material to form a sheet, wherein the first step comprises transporting the granular molding material to the discharge end of a first belt conveyor having a conveyor belt with an uneven transport surface and an upwardly sloping portion.
  • an apparatus for manufacturing a resin sheet containing carbon fiber comprising: a double belt press for fusing particles contained in a granular molding material containing carbon fiber to form a sheet; and a first belt conveyor having a conveyor belt with an uneven transport surface and an upwardly inclined portion for supplying the granular molding material to the double belt press.
  • One aspect of the present invention provides a granular molding material supply technique that can be preferably used when continuously producing a resin sheet made by fusing together particles that make up the granular molding material containing carbon fiber.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for producing a resin sheet containing carbon fibers.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a part of a cross section obtained when cutting the conveyor belt perpendicular to the width direction.
  • FIG. 3 is a side view showing a part of the spiked lattice, that is, a schematic view showing a part of the spiked lattice as viewed from the width direction.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a lattice made of rods.
  • Granular molding material containing carbon fiber is a granule that can be used as a molding material for CFRP products, and in particular, is a granule that can be used as a molding material when producing CFRP products by compression molding.
  • granular molding material containing carbon fiber may be simply referred to as “granular molding material.” Furthermore, in the following, when simply referring to “granular molding material,” it will mean “granular molding material containing carbon fiber” unless otherwise specified.
  • Granular molding materials can be broadly divided into thermoplastic and thermosetting types.
  • Thermoplastic granular molding material contains at least a thermoplastic polymer as a component other than carbon fiber.
  • the thermoplastic polymer content is typically 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, and more preferably 30% by mass or more, relative to the total mass of the granular molding material.
  • the thermoplastic polymer content is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, and even more preferably 65% by mass or less.
  • Thermosetting granular molding material contains at least a thermosetting resin and its curing agent as components other than carbon fiber.
  • the thermosetting resin content is typically 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, and more preferably 30% by mass or more, based on the total mass of the granular molding material.
  • the thermosetting resin content is preferably 80% by mass or less, more preferably 70% by mass or less, and even more preferably 65% by mass or less.
  • Chopped Carbon Fiber Tow Prepreg One example of particles that can constitute the particulate molding material is chopped carbon fiber tow prepreg.
  • Chopped carbon fiber tow prepreg is a carbon fiber prepreg obtained by cutting continuous carbon fiber tows impregnated with a resin matrix to have a fiber length in the range of, for example, 5 mm to 100 mm.
  • the resin matrix may be thermosetting or thermoplastic.
  • examples of polymers that the resin matrix may contain include polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyetheretherketone, aromatic polyamide, aliphatic polyamide, aromatic polyesters such as polybutylene terephthalate and polyethylene terephthalate, aromatic polycarbonate, polyetherimide, polyarylene oxide, polyarylene sulfide, thermoplastic polyimide, polyamideimide, polyethylene, ethylene-vinyl alcohol copolymer, and acrylonitrile butadiene styrene, as well as linear polymers of difunctional epoxy compounds.
  • the resin matrix may contain two or more types of polymers.
  • the fiber volume content is preferably 20 to 50%, although the fiber volume content is not limited to this range.
  • those containing carbon fibers as reinforcing fibers are a type of chopped carbon fiber tow prepreg referred to in this specification.
  • the resin matrix of the chopped carbon fiber tow prepreg is thermosetting
  • the resin matrix contains a thermosetting resin and its curing agent.
  • thermosetting resins include unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, cyanate resins, and epoxy resins.
  • the fiber volume fraction is preferably 50 to 75%, although the fiber volume fraction is not limited to this range.
  • Impregnated Carbon Fiber Agglomerates Another example of particles that can constitute the granular molding material is carbon fiber agglomerates impregnated with a thermosetting resin matrix. In this specification, such carbon fiber agglomerates are referred to as "impregnated carbon fiber agglomerates.”
  • the impregnated carbon fiber agglomerates can be formed by mixing the flocculent carbon fiber with the liquid composition at a temperature lower than the curing initiation temperature of the liquid composition, in a ratio of, for example, 25 to 150 parts by mass of the liquid composition to 100 parts by mass of the flocculent carbon fiber.
  • the viscosity of the liquid composition when mixed with the flocculent carbon fiber is preferably 10 Pa ⁇ s or less.
  • Carbon fiber agglomerates are formed when the fiber filaments aggregate due to capillary forces generated by the presence of the liquid composition.
  • the liquid composition remains in the formed carbon fiber agglomerates as a resin matrix.
  • the liquid composition may thicken or solidify after the carbon fiber agglomerates are formed.
  • the liquid composition contains a thermosetting resin and its curing agent.
  • thermosetting resins include unsaturated polyester resins, vinyl ester resins, cyanate resins, and epoxy resins.
  • reactive diluents thickeners, polymerization inhibitors, low-shrinkage agents, flame retardants, antifoaming agents, antioxidants, internal mold release agents, colorants, modifiers (e.g., rubber, elastomer, or thermoplastic resin), and antibacterial agents.
  • all or almost all of the contained fiber filaments may be aggregated so that they are parallel to one another. In other words, all or almost all of the contained fiber filaments may form a single bundle.
  • the "carbon fiber bundle composite” described in the aforementioned Patent Document 1 is a type of impregnated carbon fiber agglomerate as referred to in this specification.
  • Carbon Fiber-Containing Fiber Agglomerates Another example of particles that can constitute the particulate molding material is a fiber agglomerate containing carbon fiber, thermoplastic polymer fiber, and a binder. In this specification, such a fiber agglomerate is referred to as a "carbon fiber-containing fiber agglomerate.”
  • Carbon fiber-containing fiber agglomerates can be obtained by mixing flocculent carbon fiber, thermoplastic polymer fiber, and binder-containing liquid in a ratio of, for example, 25 to 150 parts by mass of binder-containing liquid per 100 parts by mass of the total flocculent carbon fiber and thermoplastic polymer fiber, to form a wet fiber agglomerate, and then drying the wet fiber agglomerate.
  • Fiber agglomerates are formed when fiber filaments aggregate due to capillary forces generated by the presence of a binder-containing liquid.
  • a binder-containing liquid is a liquid in which a binder is dispersed and/or dissolved.
  • the binder-containing liquid is preferably water in which a binder is dispersed and/or dissolved.
  • thermoplastic polymer fibers examples include polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyetherketone, polyetheretherketone, aromatic polyamide, aliphatic polyamide, aromatic polyesters such as polybutylene terephthalate and polyethylene terephthalate, aromatic polycarbonate, polyetherimide, polyarylene oxide, polyarylene sulfide, thermoplastic polyimide, polyamideimide, polyethylene, ethylene-vinyl alcohol copolymer, and acrylonitrile butadiene styrene, as well as linear polymers of difunctional epoxy compounds.
  • thermoplastic polymer fiber can be used alone, or multiple types of thermoplastic polymer fibers can be mixed and used.
  • the filament length of the thermoplastic polymer fiber is, for example, within the range of 5 to 100 mm. It is preferable that the filament length of the thermoplastic polymer fiber does not exceed the length of the longest carbon fiber filament contained in the cotton-like carbon fiber.
  • the binder serves to bind the fiber filaments together so that the carbon fiber-containing fiber agglomerate can maintain its shape.
  • a suitable example of a binder is the sizing agent typically used in PAN-based carbon fiber tows.
  • binder examples include epoxy resins, urethane-modified epoxy resins, polyester resins, phenolic resins, polyamides, polyurethanes, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, carboxymethyl cellulose, sodium alginate, and polyacrylamide.
  • the ratio of carbon fiber to the total amount of carbon fiber and thermoplastic polymer fiber contained in the carbon fiber-containing fiber agglomerate is preferably 20 to 60 mass%.
  • the ratio of carbon fiber to the total amount of carbon fiber and thermoplastic polymer fiber is not limited to this range.
  • all or almost all of the contained fiber filaments may be aggregated so that they are parallel to one another. In other words, all or almost all of the contained fiber filaments may form a single bundle.
  • those containing carbon fiber as the inorganic fiber and thermoplastic polymer fiber as the organic fiber are a type of carbon fiber-containing fiber agglomerate as referred to in this specification.
  • the purest flocculent carbon fiber consists of only multiple carbon fiber filaments that are not bonded together.
  • the flocculent carbon fiber used to manufacture impregnated carbon fiber agglomerates and carbon fiber-containing fiber agglomerates may contain impurities as long as they do not cause any problems. Examples of impurities include fine carbon fiber bundles in which multiple carbon fiber filaments are bonded together, and fiber filaments other than carbon fiber filaments, such as glass fiber filaments.
  • the flocculent carbon fibers preferably contain carbon fiber filaments having a length of 5 mm or more, more preferably contain carbon fiber filaments having a length of 10 mm or more, and even more preferably contain carbon fiber filaments having a length of 20 mm or more.
  • the cotton-like carbon fiber preferably contains carbon fiber filaments having a length of 100 mm or less, more preferably contains carbon fiber filaments having a length of 60 mm or less, even more preferably contains carbon fiber filaments having a length of 40 mm or less, and even more preferably contains carbon fiber filaments having a length of 30 mm or less.
  • all of the carbon fiber filaments contained in the cotton-like carbon fiber may have a length of 100 mm or less, further 60 mm or less, further 40 mm or less, or even 30 mm or less.
  • the particulate molding material may contain recycled carbon fiber recovered from CFRP or carbon fiber prepreg.
  • the method for removing the resin matrix from CFRP or carbon fiber prepreg to obtain recycled carbon fibers there are no limitations on the method for removing the resin matrix from CFRP or carbon fiber prepreg to obtain recycled carbon fibers, and any method can be used, including thermal decomposition, a method using a supercritical fluid, a method using superheated steam, a chemical decomposition method, an electrolytic oxidation method, and a method using active oxygen.
  • recycled carbon fiber which includes carbon fiber filaments held together by residual carbon, may be mechanically disentangled to form a flocculent.
  • Recycled carbon fiber obtained from CFRP molded from SMC (sheet molding compound) or SMC scraps often contains only carbon fibers with filament lengths of 60 mm or less, and can be used to manufacture impregnated carbon fiber agglomerates and carbon fiber-containing fiber agglomerates without further cutting.
  • Recycled carbon fibers obtained from CFRP products manufactured using UD prepregs, fabric prepregs, or tow prepregs, or recycled carbon fibers obtained from CFRP products manufactured by the RTM method, VaRTM method, filament winding method, or pultrusion method, can be cut, as needed, to form carbon fiber filaments of a length suitable for manufacturing impregnated carbon fiber agglomerates and carbon fiber-containing fiber agglomerates.
  • the carbon fibers contained within the CFRP product are cut when the product is crushed.
  • the dimensions of the crushed pieces produced by crushing are 60 mm or less in any direction, almost all of the carbon fibers contained in the crushed pieces are cut to filament lengths of 60 mm or less.
  • the granular molding material may include particles that are elongated in shape, such as strips, needles, spindles, or wires.
  • the chopped carbon fiber tow prepreg is often in the form of a strip.
  • the impregnated carbon fiber agglomerates and carbon fiber-containing fiber agglomerates exhibit needle, spindle, or wire-like shapes when all or almost all of the contained fiber filaments are aggregated so as to be parallel to one another. Such aggregations are likely to occur when the carbon fiber contains fiber filaments having a length of 5 mm or more. Elongated particles tend to curve along their length as their length increases, and this tendency is exacerbated when the particle length is 20 mm or greater, and especially when the particle length is 30 mm or greater.
  • Granular molding materials containing elongated particles are prone to bridging, making it difficult to continuously supply a fixed amount using a hopper feeder. This tendency becomes more pronounced as the length of the particles increases. If the granular molding material contains elongated particles that are curved along their longitudinal direction, it is difficult to feed the material at a fixed rate using a screw conveyor or a vibrating conveyor, because the curved particles tend to become entangled when the granular molding material is compressed in the feeder.
  • supplying granular molding material using a method according to an embodiment of the present invention is particularly advantageous when the granular molding material contains elongated particles.
  • Supplying granular molding material using a method according to an embodiment of the present invention is even more advantageous when at least some of the particles are curved along the longitudinal direction.
  • supplying granular molding material using a method according to an embodiment of the present invention can be even more advantageous when the granular molding material contains elongated particles with lengths of 20 mm or more.
  • a granular molding material does not necessarily have to be composed of particles of the same type.
  • an example granular molding material may contain chopped carbon fiber tow prepreg and impregnated carbon fiber agglomerates.
  • One embodiment of the present invention relates to a method for supplying a granular molding material containing carbon fiber. This method will be described in detail below using as an example the case where it is applied to the production of a resin sheet containing carbon fiber.
  • the "method of supplying a granular molding material containing carbon fiber” may be simply referred to as the "supply method.”
  • supply method When simply referring to the “supply method” below, it will mean the “method of supplying a granular molding material containing carbon fiber” unless otherwise specified.
  • carbon fiber-containing resin sheet may be simply referred to as “resin sheet.”
  • resin sheet When simply referring to “resin sheet” below, it will mean “carbon fiber-containing resin sheet” unless otherwise specified.
  • FIG. 1 An example of a manufacturing apparatus that can be preferably used when manufacturing a resin sheet using the supply method according to the embodiment is shown in FIG.
  • the resin sheet manufacturing apparatus 1 includes a first belt conveyor 10, a scraping roller 20, a rod 30, a second belt conveyor 40, and a double belt press 50.
  • the first belt conveyor 10 is an example of a belt conveyor having an upwardly inclined portion, and is an inclined belt conveyor having only an upwardly inclined portion.
  • the first belt conveyor 10 may have a horizontal portion on either or both the upstream and downstream sides of the upwardly inclined portion.
  • the conveying surface 11a of the conveyor belt 11 of the first belt conveyor 10, i.e., the surface on which the granular molding material 2 is placed, is an uneven surface. This is to prevent the granular molding material 2 to be conveyed from sliding off the conveying surface 11a of the conveyor belt 11 on the upward slope of the first belt conveyor 10.
  • the conveying surface 11a of the conveyor belt 11 may be an uneven surface having recesses with bottom surfaces and protrusions protruding from the bottom surfaces, as shown in the cross-sectional view of Fig. 2.
  • the proportion of the area of the uneven surface that is occupied by the protrusions when viewed from above is preferably 50% or less, more preferably 10% or less.
  • the convex portion of the uneven surface may have a wall perpendicular to the bottom surface of the concave portion, and the wall may be parallel to the width direction of the conveyor belt.
  • the convex portions of the uneven surface may be columnar. The columnar convex portions may be perpendicular to the bottom surface of the concave portion or may be inclined toward the running direction of the first conveyor belt.
  • the conveyor belt 11 may be a spiked lattice.
  • Figure 3 is a side view showing an example of a spiked lattice.
  • the slat width is preferably 5 to 30 mm, and the spike length is preferably 5 to 20 mm.
  • the surface with the spikes is the conveying surface.
  • the scraping roller 20 is an example of a scraping means for scraping off a portion of the granular molding material 2 being transported by the first belt conveyor 10, and is optionally provided midway along the upward slope of the first belt conveyor 10 or at the top end.
  • the scraping roller 20 has a rotation axis parallel to the T direction of the first belt conveyor 10 and a cylinder with the rotation axis as its central axis, and multiple blades parallel to the rotation axis are arranged on the outer surface of the cylinder.
  • the T direction of the belt conveyor means a horizontal direction that is perpendicular to the conveying direction of the belt conveyor.
  • the T direction of the belt conveyor usually coincides with the width direction of the conveyor belt of the belt conveyor.
  • the longitudinal direction of the slats coincides with the T direction of the belt conveyor.
  • the rod 30 is an example of a dispersion means for dispersing the granular molding material 2 dropping from the discharge end 10E of the first belt conveyor 10, and is optionally disposed below the discharge end 10E.
  • the rod 30 is a rod supported so that its longitudinal direction is horizontal or oblique, and its cross-sectional shape is not limited to a circle, but may be a polygon such as a triangle, a rectangle, or a hexagon.
  • a drive mechanism causes the rod 30 to move in a reciprocating or circular motion.
  • the direction of the reciprocation includes a component inclined with respect to the longitudinal direction of the rod 30 and a horizontal component.
  • the rod 30 is reciprocated horizontally along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rod 30.
  • the longitudinal direction of the rod 30 is kept constant, and the path of the circular movement is not parallel to a vertical plane parallel to the longitudinal direction of the rod 30.
  • the path of the circular movement is horizontal.
  • a grid is formed from multiple rods 30.
  • multiple rods 30 are arranged at equal intervals in the same plane.
  • the first lattice L1 and the second lattice L2 are arranged so that they overlap one another.
  • the first lattice L1 which is made up of a plurality of rods 31, is arranged so that the rods 31 are horizontal and perpendicular to the T direction of the first belt conveyor 10.
  • Either the first lattice L1 or the second lattice L2 may be on top or bottom.
  • examples of dispersion means for dispersing the granular molding material 2 dropping from the discharge end 10E of the first belt conveyor 10 include grids and punched metal.
  • the grid may be expanded metal.
  • the grid and punched metal are also caused to move in a reciprocating or circular motion by a drive mechanism. In the case of reciprocating motion, the direction of movement is preferably horizontal. In the case of circular motion, the trajectory is preferably horizontal.
  • the second belt conveyor 40 is a horizontal belt conveyor with no inclined portions in the conveying path.
  • the second belt conveyor 40 is optionally positioned downstream of the first belt conveyor 10.
  • the T direction of the second belt conveyor 40 is the same as the T direction of the first belt conveyor 10.
  • the conveying path of the second belt conveyor 40 be horizontal. Even if the second belt conveyor 40 has a slope, it is acceptable as long as the slope is not so steep that the granular molding material 2 being conveyed on the conveyor belt 41 moves due to gravity.
  • the granular molding material 2 dropping from the discharge end 10E of the first belt conveyor 10 falls onto the second belt conveyor 40 and is conveyed towards its discharge end 40E.
  • the belt running speed v2 of the second belt conveyor 40 is preferably equal to or less than the belt running speed v1 of the first belt conveyor 10, and more preferably lower than the belt running speed v1 of the first belt conveyor 10.
  • the discharge end 40E of the second belt conveyor 40 is positioned above the path of the first carrier film 3, which runs along its longitudinal direction.
  • the granular molding material 2 falls from the discharge end 40E of the second belt conveyor 40 onto the first carrier film 3, forming a deposit layer 5 on the first carrier film 3.
  • the width direction of the first carrier film 3 is parallel to the T direction of the second belt conveyor 40. In the area where the granular molding material 2 falls, the upper surface of the first carrier film 3 is held horizontally.
  • the running speed v3 of the first carrier film 3 is preferably equal to or less than the belt running speed v2 of the second belt conveyor 40, and more preferably lower than the belt running speed v2 of the second belt conveyor 40.
  • the running speed v3 of the first carrier film 3 is preferably equal to or less than the belt running speed v1 of the first belt conveyor 10, and more preferably lower than the belt running speed v1 of the first belt conveyor 10.
  • the second carrier film 4 is overlaid on the first carrier film 3, and the deposition layer 5 is sandwiched between the first carrier film 3 and the second carrier film 4.
  • the double belt press 50 is equipped with a lower conveyor belt 52 and an upper conveyor belt 54, as well as rolls for clamping and compressing the deposited layer 5 sandwiched between two carrier films 3 and 4 along with the lower conveyor belt 52 and the upper conveyor belt 54.
  • At least some of the rolls included in the double belt press 50 may be heating rolls. Also, at least some of the rolls included in the double belt press 50 may be cooling rolls.
  • the resin sheet manufacturing apparatus may be provided with a far-infrared heater for heating the deposition layer 5 before it is compressed by the double belt press 50 .
  • the granular molding material 2 is supplied to the bottom of the first belt conveyor 10.
  • the means for supplying the granular molding material 2 to the bottom of the first belt conveyor 10 can include any conveying device, including a belt conveyor, a screw conveyor, and a vibrating conveyor.
  • the granular molding material 2 supplied to the bottom of the first belt conveyor 10 is transported by the first belt conveyor 10 towards the discharge end 10E, which is the end of its upward slope. If the inclination of the upward slope is sufficiently steep, the amount of granular molding material 2 that reaches the discharge end 10E of the first belt conveyor 10 per unit time is limited. This is because the amount of granular molding material 2 that passes through the upward slope while remaining on the conveying surface 11a of the conveyor belt 11 is limited. The amount of granular molding material 2 that can remain on the conveying surface 11a of the conveyor belt 11 in the upward slope is determined by the balance between the frictional forces acting between the particles contained in the granular molding material 2 and gravity.
  • the amount of granular molding material 2 discharged from the discharge end 10E of the first belt conveyor 10 per unit time is constant. In other words, it is possible to supply a fixed amount of granular molding material 2 to the downstream side of the first belt conveyor 10.
  • the variation in the amount of granular molding material 2 reaching the discharge end 10E of the first belt conveyor 10 per unit time can be further reduced. This is because when the height of the granular molding material 2 on the first conveyor belt 11 exceeds the distance between the scraping roller 20 and the first conveyor belt 11, part of the granular molding material 2 is scraped off by the scraping roller 20.
  • the granular molding material 2 can be dropped evenly onto the second belt conveyor 20.
  • the variation in the amount of granular molding material 2 transported by the second belt conveyor 40 per unit time can be smaller than the variation in the amount of granular molding material 2 discharged from the first belt conveyor 10 per unit time.
  • the granular molding material 2 falls from the discharge end 40E of the second belt conveyor 40 onto the first carrier film 3 traveling underneath, forming a deposition layer 5 on the first carrier film 3.
  • the variation in the amount of granular molding material 2 carried by the first carrier film 3 per unit time can be smaller than the variation in the amount of granular molding material 2 discharged from the second belt conveyor 40 per unit time.
  • the amount of granular molding material 2 carried by the first carrier film 3 per unit time can be rephrased as the mass of the deposited layer 5 per unit length along the running direction of the first carrier film 3.
  • the sediment layer 5 is sandwiched between the first carrier film 3 and the second carrier film 4, and then compressed by the double belt press 50. This causes the particles contained in the granular molding material 2 that form the sediment layer 5 to fuse together, forming a resin sheet.
  • the sediment layer 5 is heated to a temperature at which this fusion becomes possible.
  • the heating means may be a heating roll provided in the double belt press 50, or a far-infrared heater provided in the resin sheet manufacturing device.
  • the particles that make up the granular molding material 2 are impregnated carbon fiber agglomerates and the thermosetting resin matrix contained in the particles is a liquid with a viscosity of, for example, less than 1000 Pa ⁇ s at 25°C, heating is not necessarily required to fuse the particles together.
  • the formed resin sheet is wound onto a bobbin while sandwiched between the first carrier film 3 and the second carrier film 4.
  • winding onto a bobbin is not essential.
  • the formed resin sheet may be folded and stored in a container.
  • the formed resin sheet may be cut into sizes that are easy to transport and stored in a container.
  • the second belt conveyor 40 may be omitted, and the granular molding material 2 may be dropped onto the first carrier film 3 from the discharge end 10E of the first belt conveyor 10 to form the deposition layer 5.
  • the use of the first carrier film 3 and the second carrier film 4 may be omitted. That is, the deposited layer 5 may be formed directly on the lower conveyor belt 52 of the double belt press 50, and the deposited layer 5 may be directly sandwiched between the lower conveyor belt 52 and the upper conveyor belt 54.
  • the M direction here refers to a direction parallel to the direction of movement of the resin sheet material when it passes through the double belt press (the running direction of the conveyor belt of the double belt press).
  • the thickness of the resin sheet may be, for example, within a range of 1 mm to 5 mm, although the thickness of the resin sheet is not limited to this range.
  • the width of the resin sheet (the dimension in the direction perpendicular to the M direction) may be, for example, within a range of 0.3 m to 3 m. However, the width of the resin sheet is not limited to this range.
  • the resin sheet is used as a molding material (intermediate material) when manufacturing a CFRP product by, for example, compression molding.
  • CFRP products molded using resin sheets have a wide range of uses, including parts for aircraft, automobiles, ships, and other types of transportation equipment, as well as sporting goods and leisure goods.
  • a method for continuously supplying a granular molding material containing carbon fiber comprising conveying the granular molding material to a discharge end of a first belt conveyor having a conveyor belt with an uneven conveying surface and an upwardly sloping portion.
  • the conveying surface is an uneven surface having a concave portion having a bottom surface and a convex portion protruding from the bottom surface, and when the uneven surface is viewed in a plane, the convex portion occupies 50% or less, preferably 10% or less, of the area of the uneven surface.
  • the scraping means includes a scraping roller, the scraping roller having a rotation axis parallel to the T direction of the first belt conveyor, a cylindrical portion having the rotation axis as its central axis, and a plurality of blades arranged on the outer circumferential surface of the cylindrical portion, each blade being parallel to the rotation axis.
  • the scraping means includes a scraping roller, the scraping roller having a rotation axis parallel to the T direction of the first belt conveyor, a cylindrical portion having the rotation axis as its central axis, and a plurality of blades arranged on the outer circumferential surface of the cylindrical portion, each blade being parallel to the rotation axis.
  • the method according to any one of items 1 to 6 further comprising dropping the granular molding material from the discharge end of the first belt conveyor.
  • a dispersing means that is moved reciprocally or circularly to disperse the granular molding material is disposed below the discharge end of the first belt conveyor.
  • the chopped carbon fiber tow prepreg is in the form of a strip.
  • [Item 18] The method according to Item 16 or 17, wherein the chopped carbon fiber tow prepreg is curved along the longitudinal direction.
  • [Item 19] The method according to any one of Items 16 to 18, wherein the length of the chopped carbon fiber tow prepreg is 20 mm or more.
  • [Item 20] The method according to any one of Items 1 to 11, wherein the granular molding material comprises an impregnated carbon fiber agglomerate, and the impregnated carbon fiber agglomerate is a carbon fiber agglomerate impregnated with a thermosetting resin matrix. 21.
  • the impregnated carbon fiber agglomerates have an elongated shape, which may be a needle, spindle, or wire.
  • [Item 22] The method according to Item 21, wherein the carbon fiber agglomerates are curved along the longitudinal direction.
  • [Item 23] The method according to Item 21 or 22, wherein the length of the carbon fiber agglomerates is 20 mm or more.
  • [Item 24] The method according to any one of Items 1 to 11, wherein the particulate molding material comprises a carbon fiber-containing agglomerate, and the carbon fiber-containing agglomerate is a fiber agglomerate containing carbon fiber, thermoplastic polymer fiber, and a binder.
  • the carbon fiber-containing fiber agglomerates have an elongated shape, which may be a needle, a spindle, or a wire.
  • a method for producing a resin sheet containing carbon fiber comprising: a first step of continuously supplying a granular molding material containing carbon fiber to a double belt press; and a second step of using the double belt press to fuse particles contained in the granular molding material to form a sheet, wherein the first step comprises conveying the granular molding material to a discharge end of a first belt conveyor having a conveyor belt with an uneven conveying surface and an upwardly sloping portion.
  • [Item 34] The method according to any one of Items 28 to 33, comprising dropping the granular molding material from the discharge end of the first belt conveyor.
  • a dispersing means that is moved in a reciprocating or circular motion to disperse the granular molding material is disposed below the discharge end of the first belt conveyor.
  • the dispersion means includes a rod, and the rod is reciprocated horizontally along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rod.
  • the granular molding material is dropped from the discharge end of the first belt conveyor onto a second belt conveyor that is in the same T direction as the first belt conveyor and is preferably a horizontal belt conveyor.
  • the belt running speed of the second belt conveyor is lower than the belt running speed of the first belt conveyor.
  • the granular molding material comprises particles having an elongated shape.
  • the elongated particles have the shape of a strip, needle, spindle, or wire.
  • [Item 41] The method according to Item 39 or 40, wherein the elongated particles are curved along the longitudinal direction.
  • [Item 42] The method according to any one of Items 39 to 41, wherein the length of the elongated particles is 20 mm or more.
  • [Item 43] The method according to any one of Items 28 to 38, wherein the granular molding material comprises chopped carbon fiber tow prepreg.
  • [Item 44] The method according to Item 43, wherein the chopped carbon fiber tow prepreg is in the form of a strip.
  • [Item 45] The method according to Item 43 or 44, wherein the chopped carbon fiber tow prepreg is curved along the longitudinal direction.
  • the particulate molding material comprises a carbon fiber-containing agglomerate, and the carbon fiber-containing agglomerate is a fiber agglomerate containing carbon fiber, thermoplastic polymer fiber, and a binder.
  • the carbon fiber-containing fiber agglomerates have an elongated shape, which may be a needle, spindle, or wire.
  • the carbon fiber-containing fiber agglomerate is curved along the longitudinal direction.
  • the length of the carbon fiber-containing fiber agglomerates is 20 mm or more.
  • An apparatus for manufacturing a resin sheet containing carbon fiber comprising: a double belt press for fusing particles contained in a granular molding material containing carbon fiber to form a sheet; and a first belt conveyor having a conveyor belt with an uneven transport surface and an upwardly inclined portion for supplying the granular molding material to the double belt press.
  • the conveying surface is an uneven surface having a concave portion having a bottom surface and a convex portion protruding from the bottom surface, and when the uneven surface is viewed in a plane, the convex portion occupies 50% or less of the area of the uneven surface, preferably 10% or less.
  • the apparatus of claim 55 wherein the conveyor belt is a spiked lattice.
  • the scraping means includes a scraping roller, and the scraping roller has a rotation axis parallel to the T direction of the first belt conveyor, a cylindrical portion with the rotation axis as its central axis, and a plurality of blades arranged on the outer circumferential surface of the cylindrical portion, each blade being parallel to the rotation axis.
  • a dispersing means capable of reciprocating or circular motion is disposed below the discharge end of the first belt conveyor for dispersing the granular molding material dropping from the discharge end of the first belt conveyor.
  • the dispersion means includes a rod, and the rod is reciprocated horizontally along a direction perpendicular to its longitudinal direction.

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Abstract

炭素繊維を含有する粒体成形材料を連続的に供給する方法であって、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアでその排出端まで前記粒体成形材料を搬送することを含む、方法。炭素繊維を含有する樹脂シートを製造する方法であって、炭素繊維を含有する粒体成形材料をダブルベルトプレスに連続的に供給する第一ステップと、前記ダブルベルトプレスによって前記粒体成形材料に含まれる粒子同士を融着させてシートを形成する第二ステップとを含み、前記第一ステップは、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアでその排出端まで前記粒体成形材料を搬送することを含む、方法。

Description

炭素繊維を含有する粒体成形材料を供給する方法、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造する方法、および、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造するための装置
 本発明は、主として、炭素繊維を含有する粒体成形材料を供給する方法、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造する方法、および、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造するための装置に関する。
 圧縮成形による炭素繊維強化ポリマー(CFRP)製品の製造に用いる成形材料として、炭素繊維を含有する粒体成形材料が提案されている(特許文献1~3)。
 特許文献1および特許文献2には、更に、かかる粒体成形材料を構成する粒子を互いに融着させることで、CFRP製品用の成形材料として用い得る樹脂シートを製造できることが開示されている。特許文献3には、複数の無機繊維と複数の有機繊維と有機バインダーとから粒体成形材料を構成することが記載されている。
国際公開第2007/020910号 国際公開第2023/167102号 特開2023-144177号公報
 特許文献2の図1には、炭素繊維を含有する粒体成形材料を構成する粒子を互いに融着させてなる樹脂シートを連続的に製造する方法が示されている。この方法によって、単位長さ当たり質量の均一な樹脂シートを得るためには、走行するフィルム上に粒体成形材料を連続的に定量供給することが求められる。
 本発明は、炭素繊維を含有する粒体成形材料を構成する粒子を互いに融着させてなる樹脂シートを連続的に製造するときに好ましく使用し得る、炭素繊維を含有する粒体成形材料の供給技法と、この技法を用いた炭素繊維を含有する樹脂シートの製造方法、および、この技法を用いて炭素繊維を含有する樹脂シートを製造するための装置を提供することを主たる課題とする。本明細書には、本発明の各実施形態により解決される課題が明示的または黙示的に開示されることがある。
 本発明の一態様によれば、炭素繊維を含有する粒体成形材料を連続的に供給する方法であって、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアでその排出端まで前記粒体成形材料を搬送することを含む、方法が提供される。
 本発明の他の一態様によれば、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造する方法であって、炭素繊維を含有する粒体成形材料をダブルベルトプレスに連続的に供給する第一ステップと、前記ダブルベルトプレスによって前記粒体成形材料に含まれる粒子同士を融着させてシートを形成する第二ステップとを含み、前記第一ステップは、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアでその排出端まで前記粒体成形材料を搬送することを含む、方法が提供される。
 本発明の更に他の一態様によれば、炭素繊維を含有する樹脂シートを製造するための装置であって、炭素繊維を含有する粒体成形材料に含まれる粒子同士を融着させてシートを形成するためのダブルベルトプレスと、前記ダブルベルトプレスに前記粒体成形材料を供給するための、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアと、を含む装置が提供される。
 本発明の一態様によれば、炭素繊維を含有する粒体成形材料を構成する粒子を互いに融着させてなる樹脂シートを連続的に製造するときに好ましく使用し得る、粒体成形材料の供給技法が提供される。
図1は、炭素繊維を含有する樹脂シートの製造装置の一例を示す模式図である。 図2は、コンベアベルトを幅方向に垂直に切断したときに得られる断面の一部を示す模式図である。 図3は、スパイク付きラチスの一部を示す側面図、すなわち、スパイク付きラチスの一部を幅方向から見たところを示す模式図である。 図4は、ロッドからなる格子を示す模式図である。
1.炭素繊維を含有する粒体成形材料
 炭素繊維を含有する粒体成形材料とは、CFRP製品用の成形材料として使用し得る粒体であり、特に、圧縮成形によりCFRP製品を製造するときに成形材料として使用し得る粒体である。
 以下においては、便宜のために、「炭素繊維を含有する粒体成形材料」のことを単に「粒体成形材料」と呼ぶことがある。また、以下において単に「粒体成形材料」というときは、特に断らない限り、「炭素繊維を含有する粒体成形材料」を意味するものとする。
1.1.粒体成形材料の例
 粒体成形材料には、大きく分けて、熱可塑性のものと熱硬化性のものがある。
 熱可塑性の粒体成形材料は、炭素繊維以外の成分として、熱可塑性ポリマーを少なくとも含有する。熱可塑性ポリマーの含有量は、粒体成形材料の総質量に対して通常10質量%以上であり、20質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましい。また熱可塑性ポリマーの含有量は80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、65質量%以下が更に好ましい。
 熱硬化性の粒体成形材料は、炭素繊維以外の成分として、熱硬化性樹脂とその硬化剤を少なくとも含有する。熱硬化性樹脂の含有量は、粒体成形材料の総質量に対して通常10質量%以上であり、20質量%以上が好ましく、30質量%以上がより好ましい。また熱硬化性樹脂の含有量は80質量%以下が好ましく、70質量%以下がより好ましく、65質量%以下が更に好ましい。
(1)チョップド炭素繊維トウプリプレグ
 粒体成形材料を構成し得る粒子の一例は、チョップド炭素繊維トウプリプレグである。
 チョップド炭素繊維トウプリプレグは、樹脂マトリックスで含浸させた連続炭素繊維トウを、繊維長が例えば5mm~100mmの範囲内となるように切断して得られる炭素繊維プリプレグである。樹脂マトリックスは熱硬化性であってもよいし、熱可塑性であってもよい。
 チョップド炭素繊維トウプリプレグの樹脂マトリックスが熱可塑性である場合、該樹脂マトリックスが含有し得るポリマーの例には、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、脂肪族ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、ポリアリーレンスルフィド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレン、エチレン-ビニルアルコール共重合体およびアクリロニトリルブタジエンスチレンが含まれる他、二官能エポキシ化合物の線状重合体も含まれる。樹脂マトリックスは2種以上のポリマーを含有してもよい。
 熱可塑性の樹脂マトリックスを含むチョップド炭素繊維トウプリプレグにおいて、繊維体積含有率は好ましくは20~50%である。ただし、繊維体積含有率はこの範囲内に限定されるものではない。
 前述の特許文献1に記載された「チョップドストランド・プリプレグ」のうち、強化繊維として炭素繊維を含有するものは、本明細書にいうチョップド炭素繊維トウプリプレグの一種である。
 チョップド炭素繊維トウプリプレグの樹脂マトリックスが熱硬化性である場合、該樹脂マトリックスは熱硬化性樹脂とその硬化剤を含有する。熱硬化性樹脂の例には、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、シアネート樹脂およびエポキシ樹脂が含まれる。
 熱硬化性の樹脂マトリックスを含むチョップド炭素繊維トウプリプレグにおいて、繊維体積含有率は好ましくは50~75%である。ただし、繊維体積含有率はこの範囲内に限定されるものではない。
(2)含浸炭素繊維集塊
 粒体成形材料を構成し得る粒子の他の一例は、熱硬化性の樹脂マトリックスで含浸された炭素繊維集塊である。本明細書では、かかる炭素繊維集塊を「含浸炭素繊維集塊」と呼ぶ。
 含浸炭素繊維集塊は、綿状炭素繊維と液状組成物とを、液状組成物の硬化開始温度より低い温度にて、綿状炭素繊維100質量部に対し液状組成物が例えば25~150質量部という比率で混ぜ合わせることにより形成され得る。液状組成物の粘度は、綿状炭素繊維との混合時において好ましくは10Pa・s以下である。
 炭素繊維集塊が形成されるのは、液状組成物の存在により生じる毛細管力によって繊維フィラメント同士が凝集することによる。液状組成物は、樹脂マトリックスとして、形成された炭素繊維集塊の中に残留する。炭素繊維集塊が形成された後に液状組成物の増粘または凝固が生じてもよい。
 液状組成物は、熱硬化性樹脂とその硬化剤を含有する。熱硬化性樹脂の例には、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、シアネート樹脂およびエポキシ樹脂が含まれる。
 液状組成物が含有し得る任意成分の例には、反応性希釈剤、増粘剤、重合禁止剤、低収縮剤、難燃剤、消泡剤、酸化防止剤、内部離型剤、着色剤、改質剤(例えば、ゴム、エラストマーまたは熱可塑性樹脂)および抗菌剤が含まれる。
 含浸炭素繊維集塊においては、含有される繊維フィラメントの全部または殆ど全部が互いに平行となるように凝集していてもよい。言い換えれば、含有される繊維フィラメントの全部または殆ど全部がひとつの束を形成していてもよい。
 前述の特許文献1に記載された「炭素繊維束コンポジット」は、本明細書にいう含浸炭素繊維集塊の一種である。
(3)炭素繊維含有繊維集塊
 粒体成形材料を構成し得る粒子の更に他の一例は、炭素繊維と熱可塑性ポリマー繊維とバインダーとを含有する繊維集塊である。本明細書では、かかる繊維集塊を「炭素繊維含有繊維集塊」と呼ぶ。
 炭素繊維含有繊維集塊は、綿状炭素繊維と、熱可塑性ポリマー繊維と、バインダー含有液とを、綿状炭素繊維と熱可塑性ポリマー繊維の合計量100質量部に対しバインダー含有液が例えば25~150質量部という比率で混ぜ合わせることで湿った繊維集塊を形成し、その後、その湿った繊維集塊を乾燥させることにより得ることができる。
 繊維集塊が形成されるのは、バインダー含有液の存在により生じる毛細管力によって繊維フィラメント同士が凝集することによる。バインダー含有液とは、バインダーを分散および/または溶解させた液体である。バインダー含有液は、好ましくはバインダーを分散および/または溶解させた水である。
 熱可塑性ポリマー繊維に含有されるポリマーの例には、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、脂肪族ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート等の芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、ポリアリーレンスルフィド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレン、エチレン-ビニルアルコール共重合体およびアクリロニトリルブタジエンスチレンが含まれる他、二官能エポキシ化合物の線状重合体も含まれる。
 熱可塑性ポリマー繊維は1種を単独で使用することもできるし、複数種の熱可塑性ポリマー繊維を混合して使用することもできる。
 熱可塑性ポリマー繊維のフィラメント長は、例えば5~100mmの範囲内である。熱可塑性ポリマー繊維のフィラメント長は、綿状炭素繊維に含まれる最長の炭素繊維フィラメントの長さを超えないことが好ましい。
 バインダーは、炭素繊維含有繊維集塊がその形状を保持できるよう、繊維フィラメント同士を結着させる役割を有する。一般的なPAN系炭素繊維トウに適用されるサイジング剤は、バインダーの好適例である。
 バインダーが含有し得る材料の例には、エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリウレタン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウムおよびポリアクリルアミドが含まれる。
 炭素繊維含有繊維集塊に含まれる、炭素繊維と熱可塑性ポリマー繊維の合計量に対する炭素繊維の比率は、好ましくは20~60質量%である。ただし、炭素繊維と熱可塑性ポリマー繊維の合計量に対する炭素繊維の比率は、この範囲内に限定されるものではない。
 炭素繊維含有繊維集塊においては、含有される繊維フィラメントの全部または殆ど全部が互いに平行となるように凝集していてもよい。言い換えれば、含有される繊維フィラメントの全部または殆ど全部がひとつの束を形成していてもよい。
 前述の特許文献3に記載された「複数の無機繊維と複数の有機繊維と有機バインダーとからなる、自己組織化繊維束」のうち、無機繊維として炭素繊維、有機繊維として熱可塑性ポリマー繊維を含有するものは、本明細書にいう炭素繊維含有繊維集塊の一種である。
1.2.綿状炭素繊維
 含浸炭素繊維集塊および炭素繊維含有繊維集塊の製造に使用し得る綿状炭素繊維の好適例について説明すると次の通りである。
 最も純粋な綿状炭素繊維は、互いに結着されていない複数の炭素繊維フィラメントのみからなる。ただし、含浸炭素繊維集塊や炭素繊維含有繊維集塊の製造に使用される綿状炭素繊維には、支障のない範囲で不純物が混入していてもよい。不純物の例には、複数の炭素繊維フィラメントが互いに結着した微細炭素繊維束や、炭素繊維フィラメント以外の繊維フィラメント、例えばガラス繊維フィラメントが挙げられる。
 綿状炭素繊維は長さ5mm以上の炭素繊維フィラメントを含むことが好ましく、長さ10mm以上の炭素繊維フィラメントを含むことがより好ましく、長さ20mm以上の炭素繊維フィラメントを含むことが更に好ましい。
 綿状炭素繊維は長さ100mm以下の炭素繊維フィラメントを含むことが好ましく、長さ60mm以下の炭素繊維フィラメントを含むことがより好ましく、長さ40mm以下の炭素繊維フィラメントを含むことが更に好ましく、長さ30mm以下の炭素繊維フィラメントを含むことがより更に好ましい。一例では、綿状炭素繊維に含まれる炭素繊維フィラメントの全部が100mm以下、更には60mm以下、更には40mm以下、更には30mm以下の長さを有してもよい。
1.3.再生炭素繊維
 粒体成形材料は、CFRPや炭素繊維プリプレグから回収された再生炭素繊維を含んでもよい。
 再生炭素繊維を得るためにCFRPや炭素繊維プリプレグから樹脂マトリックスを除去する方法に限定はなく、熱分解法、超臨界流体を用いる方法、過熱水蒸気を用いる方法、化学分解法、電解酸化法、および、活性酸素を用いる方法を含む、任意の方法を使用できる。
 炭素繊維フィラメント同士の結着がない綿状の再生炭素繊維を得るには、樹脂マトリックスの大部分を除去した後に、酸化性雰囲気下での加熱により残留炭素を除去するやり方が有効である。
 一例では、残留炭素により互いに結着された炭素繊維フィラメントを含む再生炭素繊維を、機械的に解すことにより綿状にしてもよい。
 SMC(シートモールディングコンパウンド)から成形したCFRPやSMCの端材から得られる再生炭素繊維は、フィラメント長60mm以下の炭素繊維のみを含むことが多く、更に切断することなく含浸炭素繊維集塊および炭素繊維含有繊維集塊の製造に用いることができる。
 UDプリプレグ、ファブリックプリプレグあるいはトウプリプレグを用いて製造されたCFRP製品から得られる再生炭素繊維や、RTM法、VaRTM法、フィラメントワインディング法あるいはプルトルージョン法で製造されたCFRP製品から得られる再生炭素繊維は、必要に応じて、含浸炭素繊維集塊および炭素繊維含有繊維集塊の製造に適した長さの炭素繊維フィラメントが形成されるように切断すればよい。
 CFRP製品を、一軸型、二軸型あるいは四軸型の任意の破砕機を用いて破砕し、その後でポリマーマトリックスを除去する方法では、CFRP製品の破砕時に、その中に含まれる炭素繊維が切断される。破砕により生じる破砕片の寸法がどの方向についても60mm以下であるとき、その破砕片に含まれる炭素繊維は略全てがフィラメント長60mm以下に切断されている。破砕片のうち、寸法がどの方向についても5mm未満であるものを篩別により除去してから、ポリマーマトリックスを除去するようにすれば、フィラメント長5mm未満の炭素繊維の含有量が低減された再生炭素繊維を得ることができる。
1.4.粒子の形状
 粒体成形材料には、例えばストリップ、ニードル、スピンドルまたはワイヤーのような、長く伸びた形状の粒子が含まれていてもよい。
 前述のチョップド炭素繊維トウプリプレグの形状は、ストリップであることが多い。
 前述の含浸炭素繊維集塊および炭素繊維含有繊維集塊は、含有される繊維フィラメントの全部または殆ど全部が互いに平行となるように凝集しているとき、ニードル、スピンドルまたはワイヤーのような形状を呈する。かかる態様の凝集が生じ易いのは、炭素繊維が長さ5mm以上の繊維フィラメントを含有するときである。
 長く伸びた形状の粒子には、その長さが増加するにつれて、その長手方向に沿って湾曲する傾向がある。この傾向が強くなるのは粒子の長さが20mm以上のときであり、特に30mm以上のときである。
 粒体成形材料は、長く伸びた形状の粒子を含有するとブリッジ現象を起こし易くなるため、ホッパーフィーダーを用いて連続的に定量供給することが難しくなる。この傾向は、かかる粒子の長さが増加するにつれて顕著となる。
 粒体成形材料が、長く伸びた形状を有しかつ長手方向に沿って湾曲した粒子を含有すると、スクリューコンベアや振動コンベアを用いて定量供給することも難しくなる。理由は、フィーダー内で粒体成形材料が圧縮されたときに、長手方向に沿って湾曲した粒子同士が絡み合い易いからである。
 以上に述べたことから、本発明の実施形態に係る方法を用いて粒体成形材料を供給することは、該粒体成形材料が長く伸びた形状の粒子を含有する場合に特に有利である。本発明の実施形態に係る方法を用いて粒体成形材料を供給することは、かかる粒子の少なくとも一部が長手方向に沿って湾曲している場合において一層有利である。つまり、本発明の実施形態に係る方法を用いて粒体成形材料を供給することは、特に、長く伸びた形状を有し、その長さが20mm以上である粒子が該粒体成形材料に含有される場合において、より一層有利であり得る。
1.5.その他
 粒体成形材料は、同じタイプの粒子のみから構成されることを要さない。従って、一例に係る粒子状成形材料は、チョップド炭素繊維トウプリプレグと含浸炭素繊維集塊を含有していてもよい。
2.炭素繊維を含有する粒体成形材料を供給する方法
 本発明の一実施形態は、炭素繊維を含有する粒体成形材料を供給する方法に関する。以下では、炭素繊維を含有する樹脂シートの製造に適用する場合を例にして、この方法を詳細に説明する。
 以下においては「炭素繊維を含有する粒体成形材料を供給する方法」のことを単に「供給方法」と呼ぶことがある。以下において単に「供給方法」というときは、特に断らない限り「炭素繊維を含有する粒体成形材料を供給する方法」を意味するものとする。
 以下においては、「炭素繊維を含有する樹脂シート」のことを単に「樹脂シート」と呼ぶことがある。以下において単に「樹脂シート」というときは、特に断らない限り「炭素繊維を含有する樹脂シート」を意味するものとする。
2.1.樹脂シートの製造装置
 実施形態に係る供給方法を用いて樹脂シートを製造するときに好ましく使用し得る製造装置の一例を図1に示す。
 図1を参照すると、樹脂シート製造装置1は、第一のベルトコンベア10、掻き落としローラー20、ロッド30、第二のベルトコンベア40、および、ダブルベルトプレス50を備える。
 第一のベルトコンベア10は、上り勾配部が設けられたベルトコンベアの一例であり、上り勾配部のみを有する傾斜ベルトコンベアである。変形例において、第一のベルトコンベア10は、上り勾配部の上流側と下流側のいずれか一方または両方に、水平部を有していてもよい。
 第一のベルトコンベア10が有するコンベアベルト11の搬送面11a、すなわち、その上に粒体成形材料2を載せる面は、凹凸面である。これは、第一のベルトコンベア10の上り勾配部で、搬送すべき粒体成形材料2がコンベアベルト11の搬送面11a上を滑り落ちないようにするためである。
 コンベアベルト11の搬送面11aは、例えば図2に断面図を示すように、底面を有する凹部と底面から突き出た凸部とを有する凹凸面であってもよい。その場合、凹凸面を平面視したときに凸部が占める割合は、面積にして、好ましくは50%以下であり、より好ましくは10%以下である。
 一例において、かかる凹凸面における凸部は、凹部の底面に対し垂直な壁であり得る。かかる壁は、コンベアベルトの幅方向に平行であってもよい。
 他の一例において、かかる凹凸面における凸部は柱状であってもよい。柱状の凸部は、凹部の底面に対して垂直であってもよいし、あるいは、第一のコンベアベルトの走行方向に向かって傾いていてもよい。
 好ましい一例において、コンベアベルト11は、スパイク付きラチス(spiked lattice)であってもよい。図3は、スパイク付きラチスの一例を示す側面図である。スパイク付きラチスにおいて、スラット幅は好ましくは5~30mm、スパイク長は好ましくは5~20mmである。スパイク付きラチスであるコンベアベルトにおいては、スパイクが付された面が搬送面である。
 掻き落としローラー20は、第一のベルトコンベア10で搬送される粒体成形材料2の一部を掻き落とすための掻き落とし手段の一例であり、オプションで第一のベルトコンベア10の上り勾配部の途中または上端に設けられる。掻き落としローラー20は、第一のベルトコンベア10のT方向に平行な回転軸と、該回転軸を中心軸とする円筒を有し、該円筒の外周面には、それぞれが回転軸に平行な複数の羽根が配置されている。
 ここで、ベルトコンベアのT方向とは、当該ベルトコンベアの搬送方向と直交し、かつ、水平な方向を意味する。ベルトコンベアのT方向は、通常、当該ベルトコンベアが有するコンベアベルトの幅方向と一致する。
 コンベアベルトがスパイク付きラチスである場合には、スラットの長手方向とベルトコンベアのT方向が一致する。
 ロッド30は、第一のベルトコンベア10の排出端10Eから落下する粒体成形材料2を分散させるための分散手段の一例であり、排出端10Eの下方にオプションで配置される。
 ロッド30は、長手方向が水平または斜めとなるように支持されたロッドであり、その断面形状は円に限定されず、三角形、四角形または六角形のような多角形であってもよい。
 駆動機構(図示せず)によって、ロッド30は往復運動または円運動させられる。
 ロッド30を往復運動させる場合、往復運動の方向が、ロッド30の長手方向に対し傾斜した成分と、水平成分とを含むようにする。好適例では、ロッド30は自身の長手方向と直交する方向に沿って水平に往復運動させられる。
 ロッド30を円運動させる場合、ロッド30の長手方向の向きは不変とし、かつ、円運動の軌道が、ロッド30の長手方向に平行な垂直面と平行にならないようにする。好適例では、円運動の軌道は水平とされる。
 通常は、複数のロッド30で格子が形成される。言い換えれば、複数のロッド30が同一平面内に等間隔で配置される。
 好適例では、図4に示すように、第一の格子L1と第二の格子L2が上下に重なるように配置される。複数のロッド31からなる第一の格子L1は、ロッド31が水平かつ第一のベルトコンベア10のT方向と垂直となるように配置される。複数のロッド32からなる第二の格子L2は、ロッド32が水平かつ第一のベルトコンベア10のT方向と平行となるように配置される。第一の格子L1と第二の格子L2は、いずれが上でいずれが下であってもよい。
 第一のベルトコンベア10の排出端10Eから落下する粒体成形材料2を分散させるための分散手段の、ロッド以外の例として、グリッドおよびパンチングメタルが挙げられる。グリッドはエキスパンドメタルであってもよい。グリッドおよびパンチングメタルも、駆動機構によって往復運動または円運動させられる。往復運動の場合、運動方向は水平であることが好ましい。円運動の場合、軌道が水平であることが好ましい。
 第二のベルトコンベア40は、搬送路に勾配が付いた部分の無い水平ベルトコンベアである。第二のベルトコンベア40は、第一のベルトコンベア10の下流側にオプションで配置される。第二のベルトコンベア40のT方向は、第一のベルトコンベア10のT方向と同じである。
 第二のベルトコンベア40の搬送路が水平であることは、好ましいことではあるが、必須ではない。第二のベルトコンベア40に勾配が付いていたとしても、そのコンベアベルト41上で搬送される粒体成形材料2が重力によって動く程の急な勾配でなければ、差し支えない。
 第一のベルトコンベア10の排出端10Eから落下する粒体成形材料2は、第二のベルトコンベア40上に落下し、その排出端40Eに向かって運搬される。
 第二のベルトコンベア40のベルト走行速度v2は、好ましくは第一のベルトコンベア10のベルト走行速度v1と同等以下であり、より好ましくは第一のベルトコンベア10のベルト走行速度v1よりも低い。
 第二のベルトコンベア40の排出端40Eは、自身の長手方向に沿って走行する第一のキャリアフィルム3の走行路の上方に配置されている。粒体成形材料2は、第二のベルトコンベア40の排出端40Eから第一のキャリアフィルム3上に落下し、第一のキャリアフィルム3上で堆積層5を形成する。
 第一のキャリアフィルム3の幅方向は第二のベルトコンベア40のT方向と平行である。粒体成形材料2が落下する領域において、第一のキャリアフィルム3の上面は水平に保持される。
 第一のキャリアフィルム3の走行速度v3は、好ましくは第二のベルトコンベア40のベルト走行速度v2と同等以下であり、より好ましくは第二のベルトコンベア40のベルト走行速度v2よりも低い。
 第二のベルトコンベア40を設けない場合は、第一のベルトコンベア10の排出端10Eから第一のキャリアフィルム3上に粒体成形材料2を落下させて堆積層5を形成する。かかる場合には、第一のキャリアフィルム3の走行速度v3は、好ましくは第一のベルトコンベア10のベルト走行速度v1と同等以下であり、より好ましくは第一のベルトコンベア10のベルト走行速度v1よりも低い。
 第一のキャリアフィルム3の上に堆積層5が形成された後、第一のキャリアフィルム3に第二のキャリアフィルム4が重ねられ、堆積層5は第一のキャリアフィルム3と第二のキャリアフィルム4とで挟まれた状態となる。
 ダブルベルトプレス50は、下側コンベアベルト52と上側コンベアベルト54を備えると共に、2枚のキャリアフィルム3,4で挟まれた堆積層5を、下側コンベアベルト52および上側コンベアベルト54ごと挟んで圧縮するためのロールを備えている。
 ダブルベルトプレス50が備えるロールの少なくとも一部は、加熱ロールであってもよい。また、ダブルベルトプレス50が備えるロールの少なくとも一部は、冷却ロールであってもよい。
 樹脂シート製造装置には、堆積層5をダブルベルトプレス50で圧縮する前に加熱するための遠赤外線ヒーターが設置されてもよい。
2.2.樹脂シートの製造方法
 次に、実施形態に係る供給方法を用いた樹脂シートの製造方法を、図1に示す樹脂シート製造装置1を用いる場合を例にして説明する。
 この方法では、まず、粒体成形材料2が第一のベルトコンベア10の下部に供給される。粒体成形材料2を第一のベルトコンベア10の下部に供給するための手段は、ベルトコンベア、スクリューコンベアおよび振動コンベアを含む任意の搬送装置を含み得る。
 第一のベルトコンベア10の下部に供給された粒体成形材料2は、第一のベルトコンベア10によってその上り勾配部の終端である排出端10Eに向けて搬送される。上り勾配部の傾斜が十分に急であることによって、単位時間に第一のベルトコンベア10の排出端10Eに到達する粒体成形材料2の量が制限される。これは、コンベアベルト11の搬送面11a上に留まったまま上り勾配部を通過する粒体成形材料2の量が限られるからである。上り勾配部においてコンベアベルト11の搬送面11a上に留まり得る粒体成形材料2の量は、粒体成形材料2に含まれる粒子の間に働く摩擦力と、重力とのバランスによって決まる。
 第一のベルトコンベア10の排出端10Eに到達し得る粒体成形材料2の量に上限があることによって、単位時間に第一のベルトコンベア10の排出端10Eから排出される粒体成形材料2の量が一定となる。つまり、第一のベルトコンベア10の下流側に対し粒体成形材料2を定量供給することが可能となる。
 オプションで配置される掻き落としローラー20を回転させることにより、単位時間に第一のベルトコンベア10の排出端10Eに到達する粒体成形材料2の量のバラツキが更に低減され得る。これは、第一のコンベアベルト11上における粒体成形材料2の高さが、掻き落としローラー20と第一のコンベアベルト11との間隔を超えると、粒体成形材料2の一部が掻き落としローラー20によって掻き落とされることによる。
 オプションで配置されるロッド30を、自身の長手方向と直交する方向に沿って水平に往復運動させることにより、粒体成形材料2を第二のベルトコンベア20上に均一に落下させることができる。
 第二のベルトコンベア40のベルト走行速度v2が第一のベルトコンベア10のベルト走行速度v1よりも低いとき、単位時間に第二ベルトコンベア40により運搬される粒体成形材料2の量のバラツキは、単位時間に第一のベルトコンベア10から排出される粒体成形材料2の量のバラツキよりも小さくなり得る。
 粒体成形材料2は、第二のベルトコンベア40の排出端40Eから、その下方を走行する第一のキャリアフィルム3上に落下し、第一のキャリアフィルム3上で堆積層5を形成する。
 第一のキャリアフィルム3の走行速度v3が第二のベルトコンベア40のベルト走行速度v2よりも低いとき、単位時間に第一のキャリアフィルム3により運ばれる粒体成形材料2の量のバラツキは、単位時間に第二のベルトコンベア40から排出される粒体成形材料2の量のバラツキよりも小さくなり得る。ここで、単位時間に第一のキャリアフィルム3により運ばれる粒体成形材料2の量は、第一のキャリアフィルム3の走行方向に沿った単位長あたりの堆積層5の質量と言い換えることができる。
 堆積層5は、第一のキャリアフィルム3と第二のキャリアフィルム4の間に挟まれた後、ダブルベルトプレス50で圧縮される。それによって、堆積層5を形成する粒体成形材料2に含まれる粒子同士が互いに融着し、樹脂シートが形成される。堆積層5は、該融着が可能となる温度となるまで加熱される。加熱手段は、ダブルベルトプレス50が備える加熱ロールであってもよいし、樹脂シート製造装置に設けられた遠赤外線ヒーターであってもよい。
 粒体成形材料2を構成する粒子が含浸炭素繊維集塊であり、かつ、該粒子に含まれる熱硬化性の樹脂マトリックスが25℃において粘度が例えば1000Pa・s未満の液体である場合には、粒子同士を融着させるために加熱を必ずしも要さない。
 形成された樹脂シートは第一のキャリアフィルム3と第二のキャリアフィルム4に挟まれたままボビンに巻き取られる。ただし、ボビンに巻き取ることは必須ではない。一例では、形成された樹脂シートを折り畳んで容器に収容してもよい。他の一例では、形成された樹脂シートを運搬し易い大きさに切断して容器に収容してもよい。
 ある変形実施形態においては、第二のベルトコンベア40を省略し、第一のベルトコンベア10の排出端10Eから第一のキャリアフィルム3上に粒体成形材料2を落下させて堆積層5を形成してもよい。
 他の変形実施形態においては、第一のキャリアフィルム3および第二のキャリアフィルム4の使用を省略してもよい。すなわち、ダブルベルトプレス50の下側コンベアベルト52上に堆積層5を直接形成し、下側コンベアベルト52と上側コンベアベルト54で堆積層5を直接挟んでもよい。
2.3.樹脂シート
 上記2.2.で説明した方法を用いることにより、単位長さ当たり重量のM方向に沿った変動が抑えられた樹脂シートが得られる。ここでいうM方向とは、樹脂シートの材料がダブルベルトプレスを通過したときの移動方向(ダブルベルトプレスのコンベアベルトの走行方向)に平行な方向である。
 樹脂シートの厚さは、例えば1mmから5mmの範囲内であり得る。ただし、樹脂シートの厚さは、この範囲内に限定されるものではない。
 樹脂シートの幅(M方向と直交する方向の寸法)は、例えば0.3mから3mの範囲内であり得る。ただし、樹脂シートの幅は、この範囲内に限定されるものではない。
 樹脂シートは、例えば圧縮成形法によりCFRP製品を製造するときに、成形材料(中間材料)として使用される。
 樹脂シートを用いて成形されるCFRP製品の用途は、航空機、自動車、船舶その他各種の輸送機器に用いられる部品、スポーツ用品、レジャー用品などを含め、多岐にわたる。
3.実施形態のまとめ
 本発明の実施形態には以下の各項目に記すものが含まれる。
[項目1]炭素繊維を含有する粒体成形材料を連続的に供給する方法であって、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアでその排出端まで前記粒体成形材料を搬送することを含む、方法。
[項目2]前記搬送面が底面を有する凹部と前記底面に対し突き出した凸部とを有する凹凸面であり、前記凹凸面を平面視したときに前記凹凸面において前記凸部が占める割合が面積にして50%以下であり、好ましくは10%以下である、項目1に記載の方法。
[項目3]前記コンベアベルトがスパイク付きラチスである、項目1に記載の方法。
[項目4]前記上り勾配部の傾斜が急であることによって、単位時間に前記第一のベルトコンベアの前記排出端に到達する前記粒体成形材料の量が制限される、項目1~3のいずれかに記載の方法。
[項目5]前記上り勾配部の途中または上端において、掻き落とし手段を用いて、前記第一のベルトコンベアで搬送される前記粒体成形材料の一部をかき落とすことを更に含む、項目1~4のいずれかに記載の方法。
[項目6]前記掻き落とし手段が掻き落としローラーを含み、前記掻き落としローラーは前記第一のベルトコンベアのT方向に平行な回転軸と、前記回転軸を中心軸とする円筒部と、前記円筒部の外周面に配置されそれぞれが前記回転軸に平行な複数の羽根とを有する、項目5に記載の方法。
[項目7]前記粒体成形材料を前記第一のベルトコンベアの前記排出端から落下させることを含む、項目1~6のいずれかに記載の方法。
[項目8]前記粒体成形材料を分散させるための、往復運動または円運動させられる分散手段が前記第一のベルトコンベアの前記排出端の下方に配置される、項目1~7のいずれかに記載の方法。
[項目9]前記分散手段がロッドを含み、前記ロッドは自身の長手方向と直交する方向に沿って水平に往復運動させられる、項目8に記載の方法。
[項目10]前記粒体成形材料を、前記第一のベルトコンベアの前記排出端から、前記第一のベルトコンベアとT方向が同じであり好ましくは水平ベルトコンベアである第二のベルトコンベア上に落下させることを含む、項目1~9のいずれかに記載の方法。
[項目11]前記第二のベルトコンベアのベルト走行速度が前記第一のベルトコンベアのベルト走行速度よりも低い、項目10に記載の方法。
[項目12]前記粒体成形材料が、長く伸びた形状の粒子を含む、項目1~11のいずれかに記載の方法。
[項目13]前記長く伸びた形状の粒子が、ストリップ、ニードル、スピンドルまたはワイヤーの形状を有する、項目12に記載の方法。
[項目14]前記長く伸びた形状の粒子が、長手方向に沿って湾曲している、項目12または13に記載の方法。
[項目15]前記長く伸びた形状の粒子の長さが20mm以上である、項目12~14のいずれかに記載の方法。
[項目16]前記粒体成形材料がチョップド炭素繊維トウプリプレグを含む、項目1~11のいずれかに記載の方法。
[項目17]前記チョップド炭素繊維トウプリプレグの形状がストリップである、項目16に記載の方法。
[項目18]前記チョップド炭素繊維トウプリプレグが長手方向に沿って湾曲している、項目16または17に記載の方法。
[項目19]前記チョップド炭素繊維トウプリプレグの長さが20mm以上である、項目16~18のいずれかに記載の方法。
[項目20]前記粒体成形材料が含浸炭素繊維集塊を含み、前記含浸炭素繊維集塊は熱硬化性の樹脂マトリックスで含浸された炭素繊維集塊である、項目1~11のいずれかに記載の方法。
[項目21]前記含浸炭素繊維集塊が長く伸びた形状を有し、その形状はニードル、スピンドルまたはワイヤーであってもよい、項目20に記載の方法。
[項目22]前記炭素繊維集塊が長手方向に沿って湾曲している、項目21に記載の方法。
[項目23]前記炭素繊維集塊の長さが20mm以上である、項目21または22に記載の方法。
[項目24]前記粒体成形材料が炭素繊維含有繊維集塊を含み、前記炭素繊維含有集塊は炭素繊維と熱可塑性ポリマー繊維とバインダーとを含有する繊維集塊である、項目1~11のいずれかに記載の方法。
[項目25]前記炭素繊維含有繊維集塊が長く伸びた形状を有し、その形状はニードル、スピンドルまたはワイヤーであってもよい、項目24に記載の方法。
[項目26]前記炭素繊維含有繊維集塊が長手方向に沿って湾曲している、項目25に記載の方法。
[項目27]前記炭素繊維含有繊維集塊の長さが20mm以上である、項目25または26に記載の方法。
[項目28]炭素繊維を含有する樹脂シートを製造する方法であって、炭素繊維を含有する粒体成形材料をダブルベルトプレスに連続的に供給する第一ステップと、前記ダブルベルトプレスによって前記粒体成形材料に含まれる粒子同士を融着させてシートを形成する第二ステップとを含み、前記第一ステップは、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアでその排出端まで前記粒体成形材料を搬送することを含む、方法。
[項目29]前記搬送面が底面を有する凹部と前記底面に対し突き出した凸部とを有する凹凸面であり、前記凹凸面を平面視したときに前記凹凸面において前記凸部が占める割合が面積にして50%以下であり、好ましくは10%以下である、項目28に記載の方法。
[項目30]前記コンベアベルトがスパイク付きラチスである、項目28に記載の方法。
[項目31]前記上り勾配部の傾斜が急であることによって、単位時間に前記第一のベルトコンベアの前記排出端に到達する前記粒体成形材料の量が制限される、項目28~30のいずれかに記載の方法。
[項目32]前記上り勾配部の途中または上端において、掻き落とし手段を用いて、前記第一のベルトコンベアで搬送される前記粒体成形材料の一部をかき落とすことを更に含む、項目28~31のいずれかに記載の方法。
[項目33]前記掻き落とし手段が掻き落としローラーを含み、前記掻き落としローラーは前記第一のベルトコンベアのT方向に平行な回転軸と、前記回転軸を中心軸とする円筒部と、前記円筒部の外周面に配置されそれぞれが前記回転軸に平行な複数の羽根とを有する、項目32に記載の方法。
[項目34]前記粒体成形材料を前記第一のベルトコンベアの前記排出端から落下させることを含む、項目28~33のいずれかに記載の方法。
[項目35]前記粒体成形材料を分散させるための、往復運動または円運動させられる分散手段が前記第一のベルトコンベアの前記排出端の下方に配置される、項目28~34のいずれかに記載の方法。
[項目36]前記分散手段がロッドを含み、前記ロッドは自身の長手方向と直交する方向に沿って水平に往復運動させられる、項目35に記載の方法。
[項目37]前記粒体成形材料を、前記第一のベルトコンベアの前記排出端から、前記第一のベルトコンベアとT方向が同じであり好ましくは水平ベルトコンベアである第二のベルトコンベア上に落下させることを含む、項目28~36のいずれかに記載の方法。
[項目38]前記第二のベルトコンベアのベルト走行速度が前記第一のベルトコンベアのベルト走行速度よりも低い、項目37に記載の方法。
[項目39]前記粒体成形材料が、長く伸びた形状の粒子を含む、項目28~38のいずれかに記載の方法。
[項目40]前記長く伸びた形状の粒子が、ストリップ、ニードル、スピンドルまたはワイヤーの形状を有する、項目39に記載の方法。
[項目41]前記長く伸びた形状の粒子が、長手方向に沿って湾曲している、項目39または40に記載の方法。
[項目42]前記長く伸びた形状の粒子の長さが20mm以上である、項目39~41のいずれかに記載の方法。
[項目43]前記粒体成形材料がチョップド炭素繊維トウプリプレグを含む、項目28~38のいずれかに記載の方法。
[項目44]前記チョップド炭素繊維トウプリプレグの形状がストリップである、項目43に記載の方法。
[項目45]前記チョップド炭素繊維トウプリプレグが長手方向に沿って湾曲している、項目43または44に記載の方法。
[項目46]前記チョップド炭素繊維トウプリプレグの長さが20mm以上である、項目43~45のいずれかに記載の方法。
[項目47]前記粒体成形材料が含浸炭素繊維集塊を含み、前記含浸炭素繊維集塊は熱硬化性の樹脂マトリックスで含浸された炭素繊維集塊である、項目28~38のいずれかに記載の方法。
[項目48]前記含浸炭素繊維集塊が長く伸びた形状を有し、その形状はニードル、スピンドルまたはワイヤーであってもよい、項目47に記載の方法。
[項目49]前記炭素繊維集塊が長手方向に沿って湾曲している、項目48に記載の方法。
[項目50]前記炭素繊維集塊の長さが20mm以上である、項目48または49に記載の方法。
[項目51]前記粒体成形材料が炭素繊維含有繊維集塊を含み、前記炭素繊維含有集塊は炭素繊維と熱可塑性ポリマー繊維とバインダーとを含有する繊維集塊である、項目28~38のいずれかに記載の方法。
[項目52]前記炭素繊維含有繊維集塊が長く伸びた形状を有し、その形状はニードル、スピンドルまたはワイヤーであってもよい、項目51に記載の方法。
[項目53]前記炭素繊維含有繊維集塊が長手方向に沿って湾曲している、項目52に記載の方法。
[項目54]前記炭素繊維含有繊維集塊の長さが20mm以上である、項目52または53に記載の方法。
[項目55]炭素繊維を含有する樹脂シートを製造するための装置であって、炭素繊維を含有する粒体成形材料に含まれる粒子同士を融着させてシートを形成するためのダブルベルトプレスと、前記ダブルベルトプレスに前記粒体成形材料を供給するための、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアと、を含む装置。
[項目56]前記搬送面が底面を有する凹部と前記底面に対し突き出した凸部とを有する凹凸面であり、前記凹凸面を平面視したときに前記凹凸面において前記凸部が占める割合が面積にして50%以下であり、好ましくは10%以下である、項目55に記載の装置。
[項目57]前記コンベアベルトがスパイク付きラチスである、項目55に記載の装置。
[項目58]前記上り勾配部の傾斜が急であることによって、単位時間に前記第一のベルトコンベアの前記排出端に到達する前記粒体成形材料の量が制限される、項目55~57のいずれかに記載の装置。
[項目59]前記上り勾配部の途中または上端において、前記第一のベルトコンベアで搬送される前記粒体成形材料の一部をかき落とすための、掻き落とし手段を更に含む、項目55~58のいずれかに記載の装置。
[項目60]前記掻き落とし手段が掻き落としローラーを含み、前記掻き落としローラーは前記第一のベルトコンベアのT方向に平行な回転軸と、前記回転軸を中心軸とする円筒部と、前記円筒部の外周面に配置されそれぞれが前記回転軸に平行な複数の羽根とを有する、項目59に記載の装置。
[項目61]前記第一のベルトコンベアの前記排出端から落下する前記粒体成形材料を分散させるための、往復運動または円運動させられる分散手段が前記第一のベルトコンベアの前記排出端の下方に配置された、項目55~60のいずれかに記載の装置。
[項目62]前記分散手段がロッドを含み、前記ロッドは自身の長手方向と直交する方向に沿って水平に往復運動させられる、項目61に記載の装置。
 以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の効果が奏される範囲内で様々に変更することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。
 本出願は、2024年1月26日付で出願された日本特許出願2024-010347に基づいており、その全体が引用により援用される。
 1 樹脂シート製造装置
 2 炭素繊維を含有する粒体成形材料
 10 第一のベルトコンベア
 11 コンベアベルト
 11a 搬送面
 20 掻き落としローラー
 30 ロッド
 40 第二のベルトコンベア
 50 ダブルベルトプレス

Claims (62)

  1.  炭素繊維を含有する粒体成形材料を連続的に供給する方法であって、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアでその排出端まで前記粒体成形材料を搬送することを含む、方法。
  2.  前記搬送面が底面を有する凹部と前記底面に対し突き出した凸部とを有する凹凸面であり、前記凹凸面を平面視したときに前記凹凸面において前記凸部が占める割合が面積にして50%以下であり、好ましくは10%以下である、請求項1に記載の方法。
  3.  前記コンベアベルトがスパイク付きラチスである、請求項1に記載の方法。
  4.  前記上り勾配部の傾斜が急であることによって、単位時間に前記第一のベルトコンベアの前記排出端に到達する前記粒体成形材料の量が制限される、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
  5.  前記上り勾配部の途中または上端において、掻き落とし手段を用いて、前記第一のベルトコンベアで搬送される前記粒体成形材料の一部をかき落とすことを更に含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
  6.  前記掻き落とし手段が掻き落としローラーを含み、前記掻き落としローラーは前記第一のベルトコンベアのT方向に平行な回転軸と、前記回転軸を中心軸とする円筒部と、前記円筒部の外周面に配置されそれぞれが前記回転軸に平行な複数の羽根とを有する、請求項5に記載の方法。
  7.  前記粒体成形材料を前記第一のベルトコンベアの前記排出端から落下させることを含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
  8.  前記粒体成形材料を分散させるための、往復運動または円運動させられる分散手段が前記第一のベルトコンベアの前記排出端の下方に配置される、請求項1~7のいずれか1項に記載の方法。
  9.  前記分散手段がロッドを含み、前記ロッドは自身の長手方向と直交する方向に沿って水平に往復運動させられる、請求項8に記載の方法。
  10.  前記粒体成形材料を、前記第一のベルトコンベアの前記排出端から、前記第一のベルトコンベアとT方向が同じであり好ましくは水平ベルトコンベアである第二のベルトコンベア上に落下させることを含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の方法。
  11.  前記第二のベルトコンベアのベルト走行速度が前記第一のベルトコンベアのベルト走行速度よりも低い、請求項10に記載の方法。
  12.  前記粒体成形材料が、長く伸びた形状の粒子を含む、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
  13.  前記長く伸びた形状の粒子が、ストリップ、ニードル、スピンドルまたはワイヤーの形状を有する、請求項12に記載の方法。
  14.  前記長く伸びた形状の粒子が、長手方向に沿って湾曲している、請求項12または13に記載の方法。
  15.  前記長く伸びた形状の粒子の長さが20mm以上である、請求項12~14のいずれか1項に記載の方法。
  16.  前記粒体成形材料がチョップド炭素繊維トウプリプレグを含む、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
  17.  前記チョップド炭素繊維トウプリプレグの形状がストリップである、請求項16に記載の方法。
  18.  前記チョップド炭素繊維トウプリプレグが長手方向に沿って湾曲している、請求項16または17に記載の方法。
  19.  前記チョップド炭素繊維トウプリプレグの長さが20mm以上である、請求項16~18のいずれか1項に記載の方法。
  20.  前記粒体成形材料が含浸炭素繊維集塊を含み、前記含浸炭素繊維集塊は熱硬化性の樹脂マトリックスで含浸された炭素繊維集塊である、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
  21.  前記含浸炭素繊維集塊が長く伸びた形状を有し、その形状はニードル、スピンドルまたはワイヤーであってもよい、請求項20に記載の方法。
  22.  前記炭素繊維集塊が長手方向に沿って湾曲している、請求項21に記載の方法。
  23.  前記炭素繊維集塊の長さが20mm以上である、請求項21または22に記載の方法。
  24.  前記粒体成形材料が炭素繊維含有繊維集塊を含み、前記炭素繊維含有集塊は炭素繊維と熱可塑性ポリマー繊維とバインダーとを含有する繊維集塊である、請求項1~11のいずれか1項に記載の方法。
  25.  前記炭素繊維含有繊維集塊が長く伸びた形状を有し、その形状はニードル、スピンドルまたはワイヤーであってもよい、請求項24に記載の方法。
  26.  前記炭素繊維含有繊維集塊が長手方向に沿って湾曲している、請求項25に記載の方法。
  27.  前記炭素繊維含有繊維集塊の長さが20mm以上である、請求項25または26に記載の方法。
  28.  炭素繊維を含有する樹脂シートを製造する方法であって、炭素繊維を含有する粒体成形材料をダブルベルトプレスに連続的に供給する第一ステップと、前記ダブルベルトプレスによって前記粒体成形材料に含まれる粒子同士を融着させてシートを形成する第二ステップとを含み、前記第一ステップは、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアでその排出端まで前記粒体成形材料を搬送することを含む、方法。
  29.  前記搬送面が底面を有する凹部と前記底面に対し突き出した凸部とを有する凹凸面であり、前記凹凸面を平面視したときに前記凹凸面において前記凸部が占める割合が面積にして50%以下であり、好ましくは10%以下である、請求項28に記載の方法。
  30.  前記コンベアベルトがスパイク付きラチスである、請求項28に記載の方法。
  31.  前記上り勾配部の傾斜が急であることによって、単位時間に前記第一のベルトコンベアの前記排出端に到達する前記粒体成形材料の量が制限される、請求項28~30のいずれか1項に記載の方法。
  32.  前記上り勾配部の途中または上端において、掻き落とし手段を用いて、前記第一のベルトコンベアで搬送される前記粒体成形材料の一部をかき落とすことを更に含む、請求項28~31のいずれか1項に記載の方法。
  33.  前記掻き落とし手段が掻き落としローラーを含み、前記掻き落としローラーは前記第一のベルトコンベアのT方向に平行な回転軸と、前記回転軸を中心軸とする円筒部と、前記円筒部の外周面に配置されそれぞれが前記回転軸に平行な複数の羽根とを有する、請求項32に記載の方法。
  34.  前記粒体成形材料を前記第一のベルトコンベアの前記排出端から落下させることを含む、請求項28~33のいずれか1項に記載の方法。
  35.  前記粒体成形材料を分散させるための、往復運動または円運動させられる分散手段が前記第一のベルトコンベアの前記排出端の下方に配置される、請求項28~34のいずれか1項に記載の方法。
  36.  前記分散手段がロッドを含み、前記ロッドは自身の長手方向と直交する方向に沿って水平に往復運動させられる、請求項35に記載の方法。
  37.  前記粒体成形材料を、前記第一のベルトコンベアの前記排出端から、前記第一のベルトコンベアとT方向が同じであり好ましくは水平ベルトコンベアである第二のベルトコンベア上に落下させることを含む、請求項28~36のいずれか1項に記載の方法。
  38.  前記第二のベルトコンベアのベルト走行速度が前記第一のベルトコンベアのベルト走行速度よりも低い、請求項37に記載の方法。
  39.  前記粒体成形材料が、長く伸びた形状の粒子を含む、請求項28~38のいずれか1項に記載の方法。
  40.  前記長く伸びた形状の粒子が、ストリップ、ニードル、スピンドルまたはワイヤーの形状を有する、請求項39に記載の方法。
  41.  前記長く伸びた形状の粒子が、長手方向に沿って湾曲している、請求項39または40に記載の方法。
  42.  前記長く伸びた形状の粒子の長さが20mm以上である、請求項39~41のいずれか1項に記載の方法。
  43.  前記粒体成形材料がチョップド炭素繊維トウプリプレグを含む、請求項28~38のいずれか1項に記載の方法。
  44.  前記チョップド炭素繊維トウプリプレグの形状がストリップである、請求項43に記載の方法。
  45.  前記チョップド炭素繊維トウプリプレグが長手方向に沿って湾曲している、請求項43または44に記載の方法。
  46.  前記チョップド炭素繊維トウプリプレグの長さが20mm以上である、請求項43~45のいずれか1項に記載の方法。
  47.  前記粒体成形材料が含浸炭素繊維集塊を含み、前記含浸炭素繊維集塊は熱硬化性の樹脂マトリックスで含浸された炭素繊維集塊である、請求項28~38のいずれか1項に記載の方法。
  48.  前記含浸炭素繊維集塊が長く伸びた形状を有し、その形状はニードル、スピンドルまたはワイヤーであってもよい、請求項47に記載の方法。
  49.  前記炭素繊維集塊が長手方向に沿って湾曲している、請求項48に記載の方法。
  50.  前記炭素繊維集塊の長さが20mm以上である、請求項48または49に記載の方法。
  51.  前記粒体成形材料が炭素繊維含有繊維集塊を含み、前記炭素繊維含有集塊は炭素繊維と熱可塑性ポリマー繊維とバインダーとを含有する繊維集塊である、請求項28~38のいずれか1項に記載の方法。
  52.  前記炭素繊維含有繊維集塊が長く伸びた形状を有し、その形状はニードル、スピンドルまたはワイヤーであってもよい、請求項51に記載の方法。
  53.  前記炭素繊維含有繊維集塊が長手方向に沿って湾曲している、請求項52に記載の方法。
  54.  前記炭素繊維含有繊維集塊の長さが20mm以上である、請求項52または53に記載の方法。
  55.  炭素繊維を含有する樹脂シートを製造するための装置であって、炭素繊維を含有する粒体成形材料に含まれる粒子同士を融着させてシートを形成するためのダブルベルトプレスと、前記ダブルベルトプレスに前記粒体成形材料を供給するための、搬送面が凹凸面であるコンベアベルトを有し上り勾配部が設けられた第一のベルトコンベアと、を含む装置。
  56.  前記搬送面が底面を有する凹部と前記底面に対し突き出した凸部とを有する凹凸面であり、前記凹凸面を平面視したときに前記凹凸面において前記凸部が占める割合が面積にして50%以下であり、好ましくは10%以下である、請求項55に記載の装置。
  57.  前記コンベアベルトがスパイク付きラチスである、請求項55に記載の装置。
  58.  前記上り勾配部の傾斜が急であることによって、単位時間に前記第一のベルトコンベアの前記排出端に到達する前記粒体成形材料の量が制限される、請求項55~57のいずれか1項に記載の装置。
  59.  前記上り勾配部の途中または上端において、前記第一のベルトコンベアで搬送される前記粒体成形材料の一部をかき落とすための、掻き落とし手段を更に含む、請求項55~58のいずれか1項に記載の装置。
  60.  前記掻き落とし手段が掻き落としローラーを含み、前記掻き落としローラーは前記第一のベルトコンベアのT方向に平行な回転軸と、前記回転軸を中心軸とする円筒部と、前記円筒部の外周面に配置されそれぞれが前記回転軸に平行な複数の羽根とを有する、請求項59に記載の装置。
  61.  前記第一のベルトコンベアの前記排出端から落下する前記粒体成形材料を分散させるための、往復運動または円運動させられる分散手段が前記第一のベルトコンベアの前記排出端の下方に配置された、請求項55~60のいずれか1項に記載の装置。
  62.  前記分散手段がロッドを含み、前記ロッドは自身の長手方向と直交する方向に沿って水平に往復運動させられる、請求項61に記載の装置。

     
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