(57)【要約】【課題】  機械的強度が向上した炭素繊維含有不織布構造を提供する。【解決手段】  炭素繊維含有不織布積層構造４０は、加熱成形により互いに接着された炭素繊維含有不織布２及び熱可塑性樹脂シート３の積層体からなる。炭素繊維含有不織布２は、その片面又は両面における各繊維間の隙間にＰＶＢ（ポリビニルブチラール）樹脂が含浸されている。このＰＶＢ樹脂が炭素繊維含有不織布２及び熱可塑性樹脂シート３の積層体の加熱成形時に溶融して、当該積層体の接着性及び積層構造４０の機械的強度が向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂繊維と多数の炭素繊維とを含むと共に各繊維の隙間にＰＣＢ樹脂が含浸された炭素繊維含有不織布からなり、当該炭素繊維含有不織布が加熱成形されたことを特徴とする炭素繊維含有不織布構造。
【請求項２】
前記炭素繊維含有不織布に対する前記炭素繊維の割合は、質量ベースで２０〜７０％であることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維含有不織布構造。
【請求項３】
前記炭素繊維は、長さが１〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素繊維含有不織布構造。
【請求項４】
前記熱可塑性樹脂繊維は、長さが１〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の炭素繊維含有不織布構造。
【請求項５】
前記熱可塑性樹脂繊維は、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル、ポリアセタール、及びポリカーボネートからなる群から選択された少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の炭素繊維含有不織布構造。
【請求項６】
熱可塑性樹脂繊維と多数の炭素繊維とを含むと共に各繊維の隙間にＰＣＢ樹脂が含浸された炭素繊維含有不織布及び熱可塑性樹脂シートの積層体からなり、当該積層体が加熱成形されたことを特徴とする炭素繊維含有不織布積層構造。
【請求項７】
前記炭素繊維含有不織布に対する前記炭素繊維の割合は、質量ベースで２０〜７０％であることを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維含有不織布構造。
【請求項８】
前記炭素繊維は、長さが１〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載の炭素繊維含有不織布積層構造。
【請求項９】
前記熱可塑性樹脂繊維は、長さが１〜１５ｍｍであることを特徴とする請求項７又は８に記載の炭素繊維含有不織布積層構造。
【請求項１０】
前記熱可塑性樹脂繊維は、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル、ポリアセタール、及びポリカーボネートからなる群から選択された少なくとも１つからなることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の炭素繊維含有不織布積層構造。
【請求項１１】
前記熱可塑性樹脂シートは、熱可塑性樹脂からなるシートであり、この熱可塑性樹脂はポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリメチルメタアクリレート等のポリメタアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、及びポリカーボネイト樹脂からなり、且つアクリロニトリル−ブタジエン―スチレン（ＡＢＳ樹脂）のような共重合物からなってもよいことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の炭素繊維含有不織布積層構造。
【請求項１２】
熱可塑性樹脂繊維と多数の炭素繊維とを含む炭素繊維含有不織布構造の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂繊維と前記多数の炭素繊維とを液体中で抄紙することにより炭素繊維含有不織布を準備する抄紙工程と、ＰＣＢ樹脂を含む溶媒を前記抄紙された炭素繊維含有不織布の少なくとも一方の面に塗布して前記ＰＣＢ樹脂を前記炭素繊維含有不織布の各繊維の隙間に含浸させる含浸工程と、前記ＰＣＢ樹脂が含浸された炭素繊維含有不織布を加熱成形する加熱成形工程とを有することを特徴とする炭素繊維含有不織布構造の製造方法。
【請求項１３】
熱可塑性樹脂繊維と多数の炭素繊維とを含む炭素繊維含有不織布の炭素繊維含有不織布積層構造の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂繊維と前記多数の炭素繊維とを液体中で抄紙することにより炭素繊維含有不織布を準備する抄紙工程と、ＰＣＢ樹脂を含む溶媒を前記抄紙された炭素繊維含有不織布の少なくとも一方の面に塗布して前記ＰＣＢ樹脂を前記炭素繊維含有不織布の各繊維の隙間に含浸させる含浸工程と、前記ＰＣＢが含浸された炭素繊維含有不織布の少なくとも一方の面に熱可塑性樹脂シートをシーティングする積層工程と、前記熱可塑性樹脂シートが積層された炭素繊維含有不織布を加熱成形する加熱成形工程とを有することを特徴とする炭素繊維含有不織布積層構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】  本発明は、炭素繊維含有不織布構造及びその積層構造、並びにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の炭素繊維含有射出成形構造は、多数の炭素繊維が混練された熱可塑性樹脂を射出成形機により成形することにより得られる（例えば、特許文献１参照）。この場合、射出成形を容易に行うために、炭素繊維は長さが短くなっている。【０００３】  具体的には、成形金型の中に、多数の炭素繊維が混練された熱可塑性樹脂を射出成形孔を介して射出し、射出成形された炭素繊維含有射出成形構造は、冷却固化後に成形金型から取り出される。【０００４】  しかしながら、上記従来の炭素繊維含有射出成形構造は、多数の炭素繊維のすべてが射出成形孔の対応部位を中心として放射状に配列されるので、機械的強度が低い。【０００５】
【特許文献１】特開平２００３−２３８８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本発明の目的は、機械的強度が高い炭素繊維含有不織布構造及びその積層構造、並びにそれらの製造方法を提供することにある。【０００７】  上記目的を達成するために、請求項１記載の炭素繊維含有不織布構造は、熱可塑性樹脂繊維と多数の炭素繊維とを含むと共に各繊維の隙間にＰＣＢ樹脂が含浸された炭素繊維含有不織布からなり、当該炭素繊維含有不織布が加熱成形されたことを特徴とする炭素繊維含有不織布構造。【０００８】  請求項６記載の炭素繊維含有不織布積層構造は、熱可塑性樹脂繊維と多数の炭素繊維とを含むと共に各繊維の隙間にＰＣＢ樹脂が含浸された炭素繊維含有不織布及び熱可塑性樹脂シートの積層体からなり、当該積層体が加熱成形されたことを特徴とする。【０００９】  上記目的を達成するために、請求項１２に記載の炭素繊維含有不織布構造の製造方法は、熱可塑性樹脂繊維と多数の炭素繊維とを含む炭素繊維含有不織布構造の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂繊維と前記多数の炭素繊維とを液体中で抄紙することにより炭素繊維含有不織布を準備する抄紙工程と、ＰＣＢ樹脂を含む溶媒を前記抄紙された炭素繊維含有不織布の少なくとも一方の面に塗布して前記ＰＣＢ樹脂を前記炭素繊維含有不織布の各繊維の隙間に含浸させる含浸工程と、前記ＰＣＢ樹脂が含浸された炭素繊維含有不織布を加熱成形する加熱成形工程とを有することを特徴とする。【００１０】  上記目的を達成するために、請求項１３に記載の炭素繊維含有不織布積層構造の製造方法は、熱可塑性樹脂繊維と多数の炭素繊維とを含む炭素繊維含有不織布の炭素繊維含有不織布積層構造の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂繊維と前記多数の炭素繊維とを液体中で抄紙することにより炭素繊維含有不織布を準備する抄紙工程と、ＰＣＢ樹脂を含む溶媒を前記抄紙された炭素繊維含有不織布の少なくとも一方の面に塗布して前記ＰＣＢ樹脂を前記炭素繊維含有不織布の各繊維の隙間に含浸させる含浸工程と、前記ＰＣＢが含浸された炭素繊維含有不織布の少なくとも一方の面に熱可塑性樹脂シートをシーティングする積層工程と、前記熱可塑性樹脂シートが積層された炭素繊維含有不織布を加熱成形する加熱成形工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】  請求項１に記載の炭素繊維含有不織布構造は機械的強度が高い。【００１２】  請求項６に記載の炭素繊維含有不織布積層構造は機械的強度が高い。【００１３】  請求項１２に記載の炭素繊維含有不織布構造の製造方法によれば、機械的強度が高い炭素繊維含有不織布構造を製造することができる。【００１４】  請求項１３に記載の炭素繊維含有不織布積層構造の製造方法によれば、機械的強度が高い炭素繊維含有不織布積層構造を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る炭素繊維含有不織布積層構造の外観斜視図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う炭素繊維含有不織布積層構造の断面図である。
【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う炭素繊維含有不織布積層構造の断面図である。
【図４】図１における炭素繊維含有不織布の斜視図である。
【図５】図１の炭素繊維含有不織布積層構造の製造方法を説明するのに用いられる図である。
【図６】図５における工程１を説明するのに用いられる図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】  以下、本発明を図面を参照しながら詳述する。
【００１７】  図１は、本発明の実施の形態に係る炭素繊維含有不織布積層構造の外観斜視図である。
【００１８】  図１において、炭素繊維含有不織布積層構造４０（以下、単に「積層構造４０」という場合もある）は、逆盆構造のケーシングであり、逆盆構造の底部に１つの突出部４１と１つの開口部４２を有する。
【００１９】  突出部４１の断面は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図として図２に示されると共に、開口部４２の断面は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図として図３に示される。
【００２０】  積層構造４０は、加熱成形により互いに接着された炭素繊維含有不織布２及び熱可塑性樹脂シート３の積層体からなる。
【００２１】  熱可塑性樹脂シートは熱可塑性樹脂からなるシートであり、この熱可塑性樹脂は、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリメチルメタアクリレート等のポリメタアクリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、及びポリカーボネイト樹脂からなり、且つアクリロニトリル−ブタジエン―スチレン（ＡＢＳ樹脂）のような共重合物からなってもよい。
【００２２】  炭素繊維含有不織布２は、図４に示すように、互いに混綿された熱可塑性樹脂繊維５１及び多数の炭素繊維５２とからなる。
【００２３】  具体的には、熱可塑性樹脂繊維５１の各繊維は、太さが１〜５０μｍ、長さが１〜５０ｍｍ、好ましくは２〜１５ｍｍである。長さが長いと、不織布作成時に炭素繊維とポリエステル又はポリアミド繊維の均一な混綿が困難となり、短いと炭素繊維含有不織布構造の機械的強度が向上しない。各炭素繊維５２は、太さが１〜１００μｍ、長さが１〜５０ｍｍである。長さが長いと、不織布作成時に炭素繊維とポリエステル又はポリアミド繊維の混綿が困難となり、短いと炭素繊維含有不織布構造の機械的強度が向上しない。
【００２４】  熱可塑性樹脂繊維５１の各繊維は、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリル、ポリアセタール、及びポリカーボネートからなる群から選択された少なくとも１つからなり、好ましくはポリエステル、ポリアミド、又はポリプロピレンからなるのがよい。
【００２５】  炭素繊維含有不織布２に対する炭素繊維５２の混綿割合は、質量ベースで２０〜７０％、好ましくは３５〜６５％である。混綿割合が少ないと、炭素繊維含有不織布構造の機械的強度が十分でなく、多いと炭素繊維含有不織布構造の成形時に炭素繊維含有不織布構造に反りが生じる。
【００２６】  炭素繊維含有不織布２は、後述する図６の製造方法の工程１で説明するように、その片面又は両面における各繊維間の隙間にＰＶＢ（ポリビニルブチラール）樹脂が含浸されている（図５）。このＰＶＢ樹脂が炭素繊維含有不織布２及び熱可塑性樹脂シート３の積層体の加熱成形時に溶融して、当該積層体の接着性及び積層構造４０の機械的強度が向上する。
【００２７】  図１の積層構造４０は、機械的強度が向上した炭素繊維含有不織布構造をなす。
【００２８】  図１〜図３の炭素繊維含有不織布積層構造は、熱可塑性樹脂シート３を省いてもよく、上記炭素繊維不織布２のみで炭素繊維含有不織布構造を構成しても、加熱成形により炭素繊維含有不織布積層構造と同様の効果を得ることができる。
【００２９】  図１の積層構造４０は、炭素樹脂含有不織層４を表とする逆盆形構造としているが、基盤樹脂層５を表とする逆盆形構造としてもよい。
【００３０】  図６は、図１の炭素繊維含有不織布積層構造の製造装置を説明するのに用いられる図である。
【００３１】  図６では、プレス機を構成するメス金型１０及びオス金型１１により工程ＩＩから工程ＩＩＩが実施されると共に、最後に、工程ＩＶにより適宜な方法で炭素繊維含有不織布積層構造がメス金型１０から取り出される。
【００３２】  図６において、まず、上述した図４の炭素繊維含有不織布２を準備すると共に、この炭素繊維含有不織布２に熱可塑性樹脂シート３を積層して積層体を準備する（工程１）。
【００３３】  炭素繊維含有不織布２の準備は、熱可塑性樹脂繊維５１と多数の炭素繊維２とを液体中で抄紙し、この抄紙された炭素繊維含有不織布４の両面にＰＣＢ樹脂５３を含む溶媒を塗布することにより行う。ＰＣＢ樹脂５３を含む溶媒の塗布は、炭素繊維含有不織布２の片面のみであってもよい。炭素繊維含有不織布２の少なくとも一方の面に塗布されたＰＣＢ樹脂５３を含む溶媒が蒸発して炭素繊維含有不織布２の各繊維の隙間にＰＣＢ樹脂５３が残る（図５）。
【００３４】  上記ＰＣＢ樹脂５３は、具体的には、アルデヒドによりアセタール化したポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂からなり、好ましくはブチルアルデヒドによりアセタール化したポリビニルブチラール樹脂からなる。
【００３５】  上記溶媒は、具体的には、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、メチルセロソルブ等のセロソルブ系溶剤、ジメチルフォルムアミド等のアミド系溶剤、ジオキサン等のエーテル系溶剤、メチレンクロライド等の塩素化炭化水素系溶剤、キシレン等の芳香族系溶剤、ジメチルスルホオキシド、又は酢酸からなり、好ましくは、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶剤、又はアセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤からなる
【００３６】  炭素繊維含有不織布２への熱可塑性樹脂シート３の積層は、炭素繊維含有不織布２のＰＣＢ塗布面上に熱可塑性樹脂の原料を周知の押出し成形機（Ｔダイ）によってシーティングすることにより行う（図５）。熱可塑性樹脂シート３の厚さは０．０３〜２．０ｍｍである。
【００３７】  さらに、図６の工程ＩＩにおいて、上記積層体を炭素繊維含有不織布２を表にしてプレス機のメス金型１０（固定金型）の上に載置する。この積層体は、予め所定の形状に切断されていてもよい。
【００３８】  次いで、工程ＩＩＩにおいて、工程ＩＩで載置された上記積層体をメス金型１０の中に押し込むようにプレス機のオス金型１１（可動金型）をメス金型１０に向かって移動する。同時に、プレス機のメス金型１０及びオス金型１１に内臓された各加熱装置６１，６２により上記積層体を加熱する。これにより、上記積層体をメス金型１０及びオス金型１１により規定される形状に加熱成形する。
【００３９】  最後に、工程ＩＶにおいて、オス金型１２がメス金型１０から離間されて、加熱成形された積層構造４０が取り出される。このとき、積層構造４０の周囲をレーザカッタや切断用金型（切断ユニット）で切断してバリ取りを行ってもよい。
【００４０】  図６の炭素繊維含有不織布積層構造の製造方法によれば、機械的強度が向上した炭素繊維含有不織布積層構造を製造することができる。
【００４１】  図６の製造方法では、上記積層体のうち熱可塑性樹脂シート３を省いてもよい。
【００４２】  図６の炭素繊維含有不織布積層構造の製造方法は、積層構造４０を熱可塑性樹脂シート３を表とする逆盆形構造としているが、この積層構造４０を、炭層繊維含有不織布２を表とする逆盆形構造としてもよい。
【００４３】  本発明の実施の形態においては、積層構造４０は、単に一般的な構造体として記載されているが、本発明の実施の形態の適用技術分野としては、容器やステーショナリを含む雑貨品、携帯電話やノートパソコンを含む電子機器や家電製品等のハウジング、建築物や自動車の内外装品のハウジング、航空機、鉄道車両、船舶の内装ハウジングが挙げられる。
【符号の説明】
【００４４】２  炭素繊維含有不織布
３  熱可塑性樹脂シート
１０  メス金型
１１  オス金型
４０  炭素繊維含有不織布積層構造
４１  突出部
４２  開口部
５１  熱可塑性樹脂繊維
５２  炭素繊維
５３  ＰＣＢ樹脂
６１，６２  加熱装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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