(57)【要約】本発明は、連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法に関するもので、より詳細には、広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階と、上記広幅化された炭素繊維の上部及び下部の少なくとも一部に熱可塑性フィルムを配置して積層体を製造する段階と、上記積層体を構成する熱可塑性フィルムと炭素繊維を接合して接合体を製造する段階と、を含む連続炭素繊維強化熱可塑性セミプリプレグまたはプリプレグの製造方法に関する。
2016503090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階と、
前記広幅化された炭素繊維の上部及び下部の少なくとも一部に熱可塑性フィルムを配置して積層体を製造する段階と、
前記積層体を構成する熱可塑性フィルムと炭素繊維を接合して接合体を製造する段階と、を含む、連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項２】
前記接合体を製造する段階はマイクロウエーブを照射して行われる、請求項１に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項３】
前記接合体を製造する段階は、１００〜４５０℃のハロゲンランプ及び赤外線ランプからなるグループより選択される少なくとも一つの熱源によって行われる、請求項１に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項４】
前記広幅化された複数個の炭素繊維は一定の間隔で配置される、請求項１に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項５】
前記広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階において、前記炭素繊維は前記熱可塑性フィルムより溶融温度が低い接合用樹脂でコーティングされる、請求項１に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項６】
前記熱可塑性フィルムは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるグループより選択される、請求項１に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項７】
前記熱可塑性フィルムの厚さは１０〜１００μｍである、請求項１に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項８】
一対のローラによる真空または常圧圧着によって圧着する段階をさらに含む、請求項１に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項９】
前記圧着する段階は１００〜４５０℃の温度で行われる、請求項８に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項１０】
加熱する段階と、
追加の一対のローラによって真空または常圧圧着する段階と、をさらに含む、請求項８に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項１１】
前記加熱する段階は１００〜４５０℃の温度で行われる、請求項１０に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項１２】
追加の圧着する段階は１００〜４５０℃の温度で行われる、請求項１０に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項１３】
前記加熱する段階は、ハロゲンランプ及び赤外線ランプからなるグループより選択される少なくとも一つの熱源によって行われる、請求項１０に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【請求項１４】
前記積層体は、積層された熱可塑性フィルム、及び熱可塑性フィルムの間に配置された炭素繊維を含んで製造される、請求項１に記載の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法に関するもので、より詳細には、溶融された熱可塑性樹脂に炭素繊維を直接的に含浸せず、複数層の熱可塑性樹脂フィルムの間に炭素繊維を展開及び配列した後、接合する工程を通じて連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、連続繊維強化プラスチック（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ）は、機械的強度が相対的に弱いプラスチックの中にガラス繊維（Ｇｌａｓｓ  Ｆｉｂｅｒ）または炭素繊維（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ）などの補強繊維を連続状に内蔵しているが、このような連続繊維強化プラスチックは長さ１ｍｍ以下の短繊維強化プラスチック（Ｓｈｏｒｔ  Ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ）、または長繊維強化プラスチック（Ｌｏｎｇ  Ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ、ＬＦＴ）もしくはＧＭＴ（Ｇｌａｓｓ  Ｍａｔ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ）のような長さ５〜５０ｍｍ水準の長繊維強化プラスチックと比較して機械的強度、剛性及び衝撃性能に非常に優れている。
【０００３】
また、連続繊維強化プラスチックは柔軟性に優れるため単方向または両方向に織組されることができ、これを通じて織組された連続繊維強化プラスチック構造物は多様な機械的性能が求められる製品に適用されることができる。
【０００４】
上記のような連続繊維強化プラスチックは、通常的にプルトルージョン（Ｐｕｌｔｒｕｓｉｏｎ）方法や混合放射（Ｃｏｍｍｉｎｇｌｅ）、ホットプレッシング（Ｈｏｔ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）方法などによって製造される。
【０００５】
上記プルトルージョン（Ｐｕｌｔｒｕｓｉｏｎ）方法とは、広く広げられた連続繊維束を液晶もしくは溶融された樹脂槽またはダイを通過させて、連続繊維束にプラスチック樹脂を含浸させる方法で、工程条件を最適化すると含浸度を増加させることができるが、連続繊維のような補強繊維及びプラスチック樹脂の含量を調節することが困難であり、柔軟性が低下して織組が容易ではないという短所がある。
【０００６】
また、従来の加熱方式によると、フィルムが表面から溶けるようになって表面が容易に曲がるという問題があった。
【０００７】
したがって、上記のような問題点を克服することができる連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法が提供される場合、関連分野において有用に用いられることができると期待される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
よって、本発明の一側面は、高粘度の熱可塑性高分子ペレット溶融樹脂の含浸工程を経ずにフィルムと広幅化された炭素繊維束の繰り返し積層、溶融、及び含浸の工程を含むマイクロ含浸（Ｍｉｃｒｏ−ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ）によって高集束率（１２Ｋ、２４Ｋ、４８Ｋなど）の炭素繊維束に対する樹脂の含浸性を改善することにより、連続炭素繊維の含有体積分率を極大化し、ボイド（Ｖｏｉｄ）の発生を減少させ、製造が容易である高強度連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一見地によると、広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階と、上記広幅化された炭素繊維の上部及び下部の少なくとも一部に熱可塑性フィルムを配置して積層体を製造する段階と、上記積層体を構成する熱可塑性フィルムと炭素繊維を接合して接合体を製造する段階と、を含む連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法が提供される。
【００１０】
上記接合体を製造する段階は、マイクロウエーブを照射して行われることが好ましい。
【００１１】
上記接合体を製造する段階は、１５０〜４００℃の温度のハロゲンランプ及び赤外線ランプからなるグループより選択される少なくとも一つの熱源によって行われることが好ましい。
【００１２】
上記広幅化された複数個の炭素繊維は、一定の間隔で配置されることが好ましい。
【００１３】
上記広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階において、上記炭素繊維は、上記熱可塑性フィルムより溶融温度が低い接合用樹脂でコーティングされることが好ましい。
【００１４】
上記熱可塑性フィルムは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるグループより選択されることが好ましい。
【００１５】
上記熱可塑性フィルムの厚さは１０〜１００μｍであることが好ましい。
【００１６】
本発明の製造方法は、一対のローラによる真空または常圧圧着によって圧着する段階をさらに含むことが好ましい。
【００１７】
上記圧着する段階は、１００〜４５０℃の温度で行われることが好ましい。
【００１８】
本発明の製造方法は、加熱する段階と、追加の一対のローラによって真空または常圧圧着する段階と、をさらに含むことが好ましい。
【００１９】
上記加熱する段階は、適用される熱可塑性樹脂またはフィルムによって１００〜４５０℃の温度で行われることが好ましい。
【００２０】
追加の圧着する段階は、１００〜４５０℃の温度で行われることが好ましい。
【００２１】
上記加熱する段階は、ハロゲンランプ及び赤外線ランプからなるグループより選択される少なくとも一つの熱源によって行われることが好ましい。
【００２２】
上記積層体は、２層以上に積層された熱可塑性フィルム、及び熱可塑性フィルムの間に配置された炭素繊維を含んで製造されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の方法によると、熱可塑性樹脂フィルムが既に含有されたり、または既に含浸された連続炭素繊維補強プリプレグ（連続炭素繊維含有テープ）を単方向（Ｕｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）または二軸（Ｂｉ−ａｘｉａｌ）（０°、９０°）に配列した後、別途の樹脂含浸過程が求められず、本発明によって得られた熱可塑性プリプレグを一方向に配列または織組して熱間プレッシングすることにより、高強度を有しながら軽量化された多様な形態の連続炭素繊維強化熱可塑性型の炭素繊維補強板材を得ることができる。本発明による場合、織組が容易でありながらも多様な種類の熱可塑性フィルムが適用されることができ、均一性に優れた連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグ（連続炭素繊維含有テープ）を得ることができる。また、製造時において熱硬化性樹脂に比べて相対的に粘度が高い熱可塑性樹脂の含浸率を極大化することにより、成形体の内部の空隙（Ｖｏｉｄ）を最小化し、炭素繊維の体積分率を極大化することで、高強度の熱可塑性炭素繊維複合素材（ＣＦＲＴＰ、Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍｏ−Ｐｌａｓｔｉｃｓ）部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の製造工程の流れを簡略に示したものである。
【図２】本発明の広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階で用いられることができる炭素繊維束（ｔｏｗ）の広幅開繊装備（日本のＨａｒｍｏｎｉ−ｉｎｄｕｓｔｒｙ社）を例示的に示したものである。
【図３】広幅化された炭素繊維束と熱可塑性フィルムが本発明の積層体を形成することを例示的に示したものである。
【図４】本発明によって製造された炭素繊維強化熱可塑性フィルムの斜視図を図式的に示したものである。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明によって製造された炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの断面を異なる倍率でそれぞれ示したものである。
【図６】本発明の熱可塑性プリプレグ（連続炭素繊維含有テープ）を用いて一方向型のＣＦＲＴＰ板材を製造する例示的な過程を示したものである。
【図７】本発明の熱可塑性プリプレグ（連続炭素繊維含有テープ）を用いて織組型のＣＦＲＴＰ板材を製造する例示的な過程を示したものである。
【図８】（ａ）は屈曲性能実験装置を示したもので、（ｂ）は屈曲性能実験のための試片を示したものである。
【図９】本発明の熱可塑性プリプレグを用いて製造した一方向型のＣＦＲＴＰ板材の屈曲性能を評価した結果を示したものである。
【図１０】本発明の例示的な板材の断面を異なる倍率で示したＳＥＭの分析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、添付の図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。
【００２６】
本発明によると、溶融された熱可塑性樹脂に炭素繊維を直接的に含浸させず、熱可塑性フィルムの一面上に、または複数の熱可塑性フィルムの間に炭素繊維を配列した後、接合する工程を含んで連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグを製造する方法が提供される。
【００２７】
より詳細には、本発明の方法は、広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階、上記広幅化された炭素繊維の上部及び下部の少なくとも一部に熱可塑性フィルムを配置して積層体を製造する段階、及び上記積層体を構成する熱可塑性フィルムと連続炭素繊維を接合して接合体を製造する段階を含む。
【００２８】
このような段階により、本発明によると、連続炭素繊維が熱可塑性フィルムに接合または融着された状態のプリプレグが得られる。これは、本明細書において「接合体」または「セミ（ｓｅｍｉ）プリプレグ」とも言及されることがある。また、上記「セミ（ｓｅｍｉ）プリプレグ」は後続的に加圧または加熱工程などを経て、炭素繊維が熱可塑性フィルムの内部に挿入された形態の最終的なプリプレグを得ることができる。
【００２９】
上記本発明のプリプレグとは、テープ（ｔａｐｅ）及びシート（ｓｈｅｅｔ）などの形態をすべて含むことを意味する。
【００３０】
図１は本発明の製造方法の流れ図を概略的に示したもので、これを参考して本発明について説明すると、本発明において、上記複数個の炭素繊維を提供する段階は、具体的に炭素繊維を巻き出す段階及び炭素繊維束を開繊（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）する段階を含むことができる。
【００３１】
より詳細には、複数個の連続炭素繊維束（ｔｏｗ）が炭素繊維巻出ローラに巻き取られた状態から解れながら提供され、このように巻き出される炭素繊維束が均一に広がるように多数のスプレッディングローラ（ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  ｒｏｌｌｅｒ）を用いて幅方向に所望する間隔をおいて広げて広幅化することができる。
【００３２】
例えば、上記炭素繊維を展開する段階は、トウ（ｔｏｗ）形態の炭素繊維束が繊維分離装置に形成されたそれぞれの孔（ｈｏｌｅ）を通過するように行われることにより、それぞれの炭素繊維が互いにもつれることなく一つの方向に配列されるようにすることができる。
【００３３】
図２は本発明の広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階で用いられることができる炭素繊維開繊装備（日本のＨａｒｍｏｎｉ−ｉｎｄｕｓｔｒｙ社）を例示的に示したものである。
【００３４】
図２の（ａ）及び（ｂ）は上述の例示的な開繊装備をそれぞれ右側及び左側から示したもので、図２の（ｃ）は連続炭素繊維束（ｔｏｗ）を開繊したときの写真である。炭素繊維束１２Ｋ（繊維直径５〜７μｍ、１２，０００筋の集束糸）を適用する際には５ｍｍ〜５０ｍｍの水準まで開繊することが好ましく、炭素繊維束２４Ｋ（繊維直径５〜７μｍ、２４，０００筋の集束糸）の場合は５ｍｍ〜７０ｍｍの水準まで、炭素繊維束４８Ｋ（繊維直径５〜７μｍ、４８，０００筋の集束糸）の場合は５ｍｍ〜１００ｍｍの水準まで開繊することが好ましい。
【００３５】
上記広幅化された複数個の炭素繊維は一定の間隔で配置されることができるが、これに制限されず、必要に応じて、不規則的な間隔で調節して配置されることもできる。また、上記広幅化された複数個の炭素繊維束は、単方向（Ｕｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）に配列することができるだけでなく、必要な場合、多様な織組パターン（Ｐｌａｉｎ、Ｔｗｉｌｌ、Ｓａｔｉｎなど）で織組物の製造を行うことができる。
【００３６】
このように提供された広幅化された複数個の炭素繊維の上部及び下部の少なくとも一部に熱可塑性フィルムを配置して積層体を製造した後、上記積層体を構成する熱可塑性フィルムと炭素繊維を接合してセミプリプレグである接合体を製造する段階を行う。図３は広幅化された炭素繊維束と熱可塑性フィルムが本発明の積層体を形成することを例示的に示したものである。
【００３７】
このとき、上記積層体は、基本的に一つの熱可塑性フィルム及び一つの炭素繊維層を含むことができる。また、炭素繊維層の上部及び下部に熱可塑性フィルムを含んだり、熱可塑性フィルムの上部及び下部に炭素繊維層を含むことができ、必要に応じて、上述の組み合わせの層が連続して積層されることもできる。
【００３８】
一方、上記それぞれの熱可塑性フィルムの厚さは１０〜１００μｍであることが好ましく、１５〜３０μｍであることがより好ましい。上記厚さが１０μｍ未満である場合は製造工程を行うのに問題がないが、価格上昇の問題があり、１００μｍを超過する場合は均一な含浸が低下する可能性があるという問題がある。
【００３９】
上記接合体を製造する段階は、多様な熱可塑性接合層及び樹脂フィルムの溶融点を考慮して、マイクロウエーブを照射して行われたり、またはハロゲンランプ及び赤外線ランプからなるグループより選択される少なくとも一つの熱源によって行われることができる。
【００４０】
上記マイクロウエーブの照射はマイクロウエーブ装置によって行われることができる。上記マイクロウエーブの照射によって上記炭素繊維が熱可塑性フィルムより先にマイクロウエーブの熱を吸収して熱を発生させ、このように発生された熱が熱可塑性フィルムを溶かして熱可塑性フィルムが上記炭素繊維の接点で先に融着して安定的に積層されることができる。
【００４１】
一方、ハロゲンランプまたは赤外線ランプを用いて接合体を製造する場合、加えられる熱により、上記積層体を構成する熱可塑性フィルムと炭素繊維の界面が安定的に融着するのに適する。
【００４２】
択一的に、上記広幅化された複数個の炭素繊維を提供する段階において、上記炭素繊維は、上記熱可塑性フィルムより溶融温度が低い接合用樹脂でコーティングされることが好ましい。即ち、上記炭素繊維は、含浸されるマトリックス（Ｍａｔｒｉｘ）樹脂の種類によって異なるが、マトリックス（Ｍａｔｒｉｘ）樹脂より溶融温度が低温である熱可塑性樹脂からなるグループより選択される接合用樹脂でコーティングされることが好ましい。
【００４３】
この場合、上記広幅化された炭素繊維の上部及び下部の少なくとも一部に熱可塑性フィルムを配置して積層体を製造する段階が行われると、上記別途の熱源を用いることなく、コーティング層によって熱可塑性フィルムとコーティングされた炭素繊維が接合されて接合体が形成されることができる。
【００４４】
ここで、選択される接合用樹脂は、含浸用フィルム樹脂と同一系列であるが、低温で溶融されるため、含浸用フィルム樹脂が溶融される前に接合用樹脂だけが溶融されて含浸用フィルム層と接合されることができる通常の熱可塑性樹脂を通称する。
【００４５】
上記熱可塑性フィルムは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるグループより選択されることが好ましいが、これに制限されない。
【００４６】
一方、上記接合用樹脂は、Ｃｏ−ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）系、Ｃｏ−ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系などの多様な低温用熱可塑性樹脂より選択されることが好ましい。
【００４７】
本発明において、上記のように炭素繊維と熱可塑性フィルムの界面が融着または接合された形態を「セミプリプレグ」または「接合体」と称する。このような接合体を形成することにより、加圧ホットローラ（ｈｏｔ  ｒｏｌｌｅｒ）を通過するなどの後続工程においてフィルムと炭素繊維束の積層配列を維持させることができる。
【００４８】
後続的に、一対のローラによる真空または常圧圧着によって圧着する段階がさらに行われることができ、このような段階によって熱可塑性フィルムが溶融されて、炭素繊維の内部に樹脂が挿入された形態のプリプレグを製造することができる。
【００４９】
このとき、上記圧着段階は、熱可塑性フィルムが溶融されて炭素繊維が容易に挿入されることができるように、熱可塑性樹脂の種類によって１００〜４５０℃の温度で行われることが好ましく、より好ましい場合は１５０〜３００℃の範囲である。上記圧着段階が１００℃未満で行われる場合は、炭素繊維が挿入されるのに熱可塑性フィルムが十分に溶融されないという問題があり、上記圧着段階が４５０℃を超過して行われる場合は、熱可塑性樹脂またはフィルムが劣化したり、燃えたりするという問題が発生しかねない。よって、適用される熱可塑性樹脂によって最適の温度を適用する必要がある。
【００５０】
また、本発明において、上記一対のローラによる真空または常圧圧着する段階に続いて、加熱する段階、及び追加の一対のローラによって真空または常圧圧着する段階がさらに行われることができる。この場合、挿入がより完全に行われることができる。
【００５１】
このとき、上記加熱する段階は熱可塑性樹脂及びフィルムの種類によって１００〜４５０℃の温度で行われることが好ましく、上記追加の圧着段階は１００〜４５０℃の温度で行われることが好ましい。但し、上記加熱する段階は、上記範囲内でその前後に行われる圧着段階より高い温度に設定することが好ましい。
【００５２】
即ち、加熱する段階と追加の圧着段階は温度範囲が重複するが、実際に設定する温度は上記範囲内で加熱する段階が追加の圧着段階より高い温度になるようにする。上記のような追加の段階が行われる場合、熱可塑性フィルムと広幅化された炭素繊維の積層体内に残存する気泡を圧着方式によってより容易且つ完全に除去することができる。一方、真空雰囲気の場合、このような気泡を除去することがさらに容易で、気泡の残存をより最小化することができる。
【００５３】
上記加熱する段階はハロゲンランプ及び赤外線ランプからなるグループより選択される少なくとも一つの熱源によって行われることができるが、これに制限されない。
【００５４】
上記のような過程を経るうちに炭素繊維の温度が高くなるが、この温度を下げるために、本発明は、常温において自然冷却する段階をさらに含むことができる。このような冷却段階は、空気の注入によって行われることができるが、これに制限されない。
【００５５】
上記のような自然冷却を行う場合、上記冷却を行いながらワインディングロール（ｗｉｎｄｉｎｇ  ｒｏｌｌ）に、製造されたフィルムまたはテープを巻く段階が行われることができる。
【００５６】
一方、本発明の方法によって製造される連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグを構成する積層体は、複数層の熱可塑性フィルム、及び各熱可塑性フィルムの間に配置された炭素繊維層を含んで製造されたり、複数層の炭素繊維層、及び各炭素繊維層の間に配置された熱可塑性フィルムを含んで製造されることができる。上記積層体は、２層以上に積層された熱可塑性フィルム、及び熱可塑性フィルムの間に配置された炭素繊維を含んで製造されることが好ましい。
【００５７】
図４は例示的に３層の熱可塑性フィルムの間に２層の炭素繊維層が形成されて圧着された連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグを図式的に示したものである。
【００５８】
本発明の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法は、図１に示されているように、本発明によって製造された連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグをテンションローラによって支持しながら、巻取ローラに巻き取る段階をさらに含むことができる。
【００５９】
本発明の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法によると、多様な厚さ及び幅の連続炭素繊維強化熱可塑性セミプリプレグまたは最終のプリプレグが製造されることができ、このように製造されたテープ及び／またはこのテープで製造されたシートは高速成形用ＣＦＲＰの中間財としても活用されることができる。図５の（ａ）及び（ｂ）は本発明によって製造された炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの断面を異なる倍率でそれぞれ示したものである。
【００６０】
通常的に、高粘度の熱可塑性樹脂またはフィルム溶融樹脂は粘度が高すぎるため、一般的な方法で直径約〜７μｍの炭素繊維束（ｔｏｗ、２４Ｋ、４８Ｋ）の約２４，０００、４８，０００筋への含浸が円滑に行われない。したがって、今まで連続繊維で高含浸率の高強度熱可塑性ＣＦＲＰを製造することが技術的に困難であった。
【００６１】
しかし、本発明によると、広幅化された数十μｍ厚さの炭素繊維束層の間に１０〜１００μｍ厚さの熱可塑性樹脂フィルムを挿入した後、接合して接合体を製造することによりセミプリプレグ及びプリプレグを得ることができる。即ち、最終の成形体を製造するための高温加圧工程において、高粘度の溶融樹脂の流れ（ｆｌｏｗ）を最小化しながら炭素繊維束への樹脂の含浸率を極大化することにより、樹脂が完全に含浸された高強度のＣＦＲＰ成形体を製造するのに必要な中間財であるテープ及びシートの形態を含むセミプリプレグ及びプリプレグを得ることができる。
【００６２】
一方、本発明の連続炭素繊維強化熱可塑性プリプレグの製造方法において、上記炭素繊維は、通常的な補強繊維であるガラス繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維などの有機繊維、無機繊維、金属繊維などを代替して広く適用されることができる。
【００６３】
本発明によって得られたプリプレグは、図６に示された例示的な工程を通じて一方向型のＣＦＲＴＰ板材を製造することができ、より詳細には、炭素繊維束を開繊して熱可塑性フィルムを接合したセミプリプレグまたはプリプレグを製造した後、これを配列且つ成形して一方向型のＣＦＲＴＰ板材を製造することができる。
【００６４】
また、必要な場合、配列パターンは、二軸（Ｂｉ−ａｘｉａｌ）（０°、９０°）、または多軸（０°、４５°、９０°、−４５°、０°）など、多様に配列して、求める物性を有するＣＦＲＴＰ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｔｈｅｒｍｏ−Ｐｌａｓｔｉｃ）板材を製造することができる。
【００６５】
また、本発明によって得られたプリプレグは、図７に示された例示的な工程を通じて織組型のＣＦＲＴＰ板材も製造することができる。より詳細には、炭素繊維束を開繊して熱可塑性フィルムを接合したセミプリプレグを製造した後、これを織組成形して織組型のＣＦＲＴＰ板材を製造することができる。また、必要な場合、多様な織組パターン（Ｐｌａｉｎ、Ｔｗｉｌｌ、Ｓａｔｉｎなど）で織組物を製造することができる。
【００６６】
このように、本発明のプリプレグを用いて得られたＣＦＲＴＰ板材は優れた屈曲性能を有する。
【００６７】
以下、具体的な実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。下記実施例は本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲はこれに限定されない。
【００６８】
＜実施例＞
１．ＣＦＲＴＰ板材の製造
広幅化／コーティングＣＦ（２４Ｋ）と熱可塑性樹脂フィルムを積層、溶融、含浸して連続炭素繊維テープ（ＣＦ  ｔａｐｅ）を製造し、これを積層して１００ｍｍ×１８０ｍｍサイズの鋼鉄（Ｓｔｅｅｌ）材質の金型に挿入した後、２７０℃の温度において熱を加えて樹脂を溶かし、連続炭素繊維テープ（ＣＦ  ｔａｐｅ）間の接合力が生じたら、〜１０ＭＰａの圧力を加え、その後、冷却させる熱間圧縮成形方式でＵＤ（Ｕｎｉ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ、一方向）型のＣＦＲＴＰ板材の試片を製作した。
【００６９】
２．屈曲性能の評価
上記１．によって製造されたＣＦＲＴＰ板材から図８（ｂ）に示されているように、１２．７ｍｍ（ｗ）及び１２７ｍｍ（ｄ）サイズの試片を製作して図８（ａ）に示されているような屈曲性能測定装置（Ｉｎｓｔｒｏｎ  ＵＴＭ  ５５６９Ａ）を用いてＡＳＴＭ  Ｄ７９０の標準化された測定方法で屈曲性能を測定した。
【００７０】
その結果を図９のグラフに示した。図９から確認できるように、炭素繊維束及びフィルム層数の組み合わせによる多様な炭素繊維体積分率を有する板材を製造して炭素繊維体積分率及び屈曲強度を評価し、炭素繊維体積分率と屈曲強度は線形的な比例関係を示すことが分かる。
【００７１】
同一の炭素繊維体積分率で比較する場合、本発明によるＣＦＲＴＰ板材が先進企業（Ｔｉｃｏｎａ社）の炭素繊維（ＣＦ）４８Ｖｏｌ％含有ＰＡ６コンポジット（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）製品（製品名：Ｃｅｌｓｔｒａｎ  ＣＦＴ−ＴＰ  ＰＡ６  ＣＦ６０−０１）と比較するとき、屈曲強度が１００ＭＰａ以上上回ることが確認できた。
【００７２】
したがって、同一の炭素繊維（ＣＦ）４８Ｖｏｌ％含有ＰＡ６コンポジット（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）製品と比較するとき、高価な炭素繊維の含有量は減少しながらも優れた物性のＣＦＲＴＰを製造することができる。
【００７３】
３．微細構造の分析
図１０は本発明の例示的な板材の断面を異なる倍率で示したＳＥＭの分析結果である。
【００７４】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。
【図１】
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【図４】
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【図９】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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