(57)【要約】【課題】簡便且つ低コストで外観性の良好な炭素繊維強化樹脂成形材料の製造技術の提供【解決手段】開繊済みの炭素繊維１１と、樹脂１２とからなる炭素繊維強化樹脂成形材料１０の製造方法において、炭素繊維２１を裁断する裁断工程と、裁断された炭素繊維１１を樹脂１２に落下させる落下工程と、樹脂１２に刺さった炭素繊維１１を、所定の方向へ配向する配向工程と、配向された炭素繊維１１へ樹脂１２を含浸させる含浸工程と、からなることを特徴とする。【効果】樹脂１２に刺さった炭素繊維１１を、所定の方向へ配向する。炭素繊維１１を所定の方向へ配向することにより、炭素繊維１１の折れを防止することができる。炭素繊維１１の折れが発生しなければ、製品の外観を良好に保つことができる。簡便且つ低コストで外観性の良好な炭素繊維強化樹脂成形材料１０を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開繊済みの炭素繊維と、樹脂とからなる炭素繊維強化樹脂成形材料の製造方法において、
前記炭素繊維を裁断する裁断工程と、
裁断された炭素繊維を前記樹脂に落下させる落下工程と、
前記樹脂上に落下した前記炭素繊維を、所定の方向へ配向する配向工程と、
配向された前記炭素繊維へ前記樹脂を含浸させる含浸工程と、からなることを特徴とする炭素繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の炭素繊維強化樹脂成形材料の製造方法で製造されたことを特徴とする炭素繊維強化樹脂成形材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開繊済みの炭素繊維と、樹脂とからなる炭素繊維強化樹脂成形材料の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車体の軽量化を目的として、炭素繊維に樹脂を含浸させた炭素繊維強化樹脂成形材料が車体の外板パネル等に用いられる。
このような炭素繊維強化樹脂成形材料は次図に示されるような装置によって製造される。
【０００３】
図４は従来の炭素繊維強化樹脂成形材料の製造方法を説明する図であり、（ａ）に示される炭素繊維強化樹脂成形材料製造装置１００は、予め開繊処理されたシート状の炭素繊維１０１を供給する炭素繊維供給ローラ１０２と、供給された炭素繊維１０１を所定の長さに裁断して落下させる裁断機１０３と、下部ベルトコンベア１０４と、この下部ベルトコンベア１０４上の下部フィルム１０４Ｆに載せられる下部樹脂１０７と、この下部樹脂１０７の上に落下される炭素繊維１０８と、上部ベルトコンベア１０９上の上部フィルム１０９Ｆにより供給され下部樹脂１０７に重なるように供給される上部樹脂１１１と、含浸を促すために上部樹脂１１１を下部樹脂１０７に向かって加圧する含浸ローラ１１２とからなる。
【０００４】
下部樹脂１０７に裁断済みの炭素繊維１０８が落とされ、その上に上部樹脂１１１が重ねられて、含浸ローラ１１２で圧縮されることにより、炭素繊維に樹脂が含浸された炭素繊維強化樹脂成形材料１２０が製造される。
【０００５】
ところで、（ａ）のｂ部拡大図である（ｂ）に示すように、含浸ローラ１１２の手前では、炭素繊維１０８は自由落下に任せているため、図で左に傾斜した形態の炭素繊維１０８ｃや起立した形態の炭素繊維１０８ｂや図で右に傾斜した形態の炭素繊維１０８ａ、１０８ｄ、１０８ｇが、下部樹脂１０７に分散される。これらは上部樹脂１１１を介して含浸ローラ１１２で強く圧縮されるため、上部・下部ベルトコンベア１０９、１０４間では、くの字状に折れ曲がった形態の炭素繊維１０８ｅ、１０８ｆになることがある。
【０００６】
図５は従来の炭素繊維強化樹脂成形材料を説明する図であり、（ａ）に示されるように、折られた炭素繊維１０８ｈ、１０８ｉ、１０８ｊの一部（１０８ｈ、１０８ｋ）は繊維配向が垂直で他と異なることにより、収縮率が異なる。収縮率が異なることにより、上部樹脂１１１を突き上げ凸部１２２を形成する。
（ｂ）に示すように凸部１２２が炭素繊維強化樹脂成形材料１２０の表面に表れると、炭素繊維強化樹脂成形材料１２０の外観を害する。そこで、外観を良好にする対策が必要となる。
【０００７】
従来、外観を良好にする技術として炭素繊維強化シート状成形材料が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３４８４４０公報（第１頁）
【０００８】
特許文献１の第１頁［請求項１］には、「炭素繊維からなる短繊維が熱硬化性樹脂中に分散したシート状成形材料において、炭素繊維からなる不織布が表面近傍に配備されていることを特徴とする炭素繊維強化シート状成形材料。」と記載されている。
【０００９】
即ち、図５（ｂ）に示されるような炭素繊維強化樹脂成形材料１２０の表面を不織布で覆うことにより、外観を良好にしようとするものである。
たしかに、外観は良好になるが、反面、不織布の調達費用及び炭素繊維強化樹脂成形材料１２０の表面を不織布で覆う手間がかかり、製造コストが嵩む。
【００１０】
そこで、簡便且つ低コストで外観性の良好な炭素繊維強化樹脂成形材料の製造技術が望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、簡便且つ低コストで外観性の良好な炭素繊維強化樹脂成形材料の製造技術の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、開繊済みの炭素繊維と、樹脂とからなる炭素繊維強化樹脂成形材料の製造方法において、
前記炭素繊維を裁断する裁断工程と、
裁断された炭素繊維を前記樹脂に落下させる落下工程と、
前記樹脂に刺さった前記炭素繊維を、所定の方向へ配向する配向工程と、
配向された前記炭素繊維へ前記樹脂を含浸させる含浸工程と、からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の炭素繊維強化樹脂成形材料の製造方法で製造されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、樹脂に刺さった炭素繊維を、所定の方向へ配向する。炭素繊維を所定の方向へ配向することにより、炭素繊維の折れを防止することができる。
炭素繊維の配向は、炭素繊維強化樹脂成形材料製造装置にガイド部材を設ける等の手段により容易に行うことができる。
【００１５】
加えて、炭素繊維の折れが防止されるため、炭素繊維強化樹脂成形材料を不織布等で覆う必要がなくなった。この結果、低コストで外観性の良好な炭素繊維強化樹脂成形材料を製造することができる。
【００１６】
請求項２に係る発明では、表面が滑らかで外観が良好な炭素繊維強化樹脂成形材料が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る炭素繊維強化樹脂成形材料を説明する図であり、炭素繊維強化樹脂成形材料１０は、開繊された炭素繊維１１と、この炭素繊維１１を含浸するための不飽和ポリエステル等の樹脂１２とから構成される。
このような炭素繊維強化樹脂成形材料１０を製造するための装置を、次図で説明する。
【００１８】
図２は本発明に係る炭素繊維強化樹脂成形材料の製造装置を説明する図であり、炭素繊維強化樹脂成形材料製造装置２０は、予め開繊処置されたシート状の炭素繊維２１を供給する炭素繊維供給ローラ２２と、供給された炭素繊維２１を所定の長さに裁断して落下させる裁断機２３と、下部ベルトコンベア２４と、この下部ベルトコンベア２４上の下部フィルム２４Ｆに載せられる下部樹脂２７と、この下部樹脂２７の上に下される炭素繊維１１と、炭素繊維１１を所定の方向に配向するためのガイド部材２９と、上部ベルトコンベア３１上の上部フィルム３１Ｆにより供給され下部樹脂２７に重なるように供給される上部樹脂３３と、含浸を促すために上部樹脂３３を下部樹脂２７に向かって加圧する含浸ローラ３４とからなる。
【００１９】
ガイド部材２９は図示するように、含浸ローラ３４の近傍で且つ含浸ローラ３４よりも裁断機２３よりの部位に設けられる。
【００２０】
下部樹脂２７に裁断済みの炭素繊維１１が落とされ、その上に上部樹脂３３が重ねられて、含浸ローラ３４で圧縮されることにより、炭素繊維に樹脂が含浸された炭素繊維強化樹脂成形材料１０が製造される。
【００２１】
樹脂は、上部樹脂３３及び下部樹脂２７から構成されるが、含浸ローラ３４により、加圧及び含浸されることにより上部及び下部樹脂３３、２７は一体的に形成される。
従って、炭素繊維強化樹脂成形材料１０が成形されると、上部樹脂３３及び下部樹脂２７の区別はつかなくなる。
【００２２】
ガイド部材２９にはワイヤーを用いることができる。ワイヤーは、安価且つ丈夫であり、炭素繊維強化樹脂成形材料製造装置２０に容易に取り付けることができる。
なお、ガイド部材２９には、糸状、紐状及び棒状のものの他治具であっても用いることができる。即ち、炭素繊維を所定の方向に配向することができるものであればこれらのものに限られない。
次図においてガイド部材の作用について説明する。
【００２３】
図３は本発明に係るガイド部材の作用を説明する図であり、（ａ）に示されるように、下部樹脂２７及び炭素繊維１１は一体的に（１）矢印で示される方向に移動される。
【００２４】
ガイド部材２９の下面部３７よりも上方に突出している炭素繊維１１は、（ｂ）に示されるように、下部樹脂２７が図面右方向に移動しようとする力により、固定されたガイド部材２９に摺接するように下面部３７の位置まで倒される。
即ち、炭素繊維１１が所定の方向に配向されたということができる。
【００２５】
ガイド部材２９により倒された炭素繊維１１は、（ｃ）に示されるように、含浸ローラ３４が配置される位置まで移動される。炭素繊維１１はガイド部材２９により下面部３７よりも低い位置に倒される。下面部３７は想像線で示される含浸ローラの下端部３８よりも低い位置に配置される。含浸ローラ３４の加圧力により炭素繊維１１が折られる心配はなくなる。
【００２６】
含浸ローラ３４により、炭素繊維１１、下部樹脂２７及び上部樹脂３３は含浸され、（ｄ）に示されるように加圧ローラ３９で更に加圧される。
以上により、図１に示す炭素繊維強化樹脂成形材料１０が得られる。
【００２７】
次に、発明の確からしさを実験で確認する。炭素繊維の開繊及び非開繊を変更し、また、所定の方向へ配向する工程の有無を変更し、実験を行った。
【００２８】
（実験例）
本発明に係る実験例を以下に述べる。なお、本発明は実験例に限定されるものではない。
【００２９】
○実験の概要：
実施例では、（１）開繊工程及び（２）含浸工程で含浸体を得る。この含浸体に、（３）熱キュアリング工程により硬化処理を施し、得られた硬化物について（４）表面粗さ測定工程を実施する。
比較例は、（１）開繊工程、（２）含浸工程、（３）熱キュアリング工程及び（４）表面粗さ測定工程を実施するが、（２）含浸工程の内容が実施例とは異なる。
【００３０】
○開繊工程：
・炭素繊維：東邦テナックス製ＨＴＡ−１２Ｋ−Ｅ３０
・開繊処理：供給エア圧０．５ＭＰａ、送風口径５０ｍｍ、繊維進行速度毎分１ｍ条件で空圧により炭素繊維を開繊した。
【００３１】
○含浸工程：
・含浸樹脂材料：
高反応性ポリエステル：１００重量部
炭酸カルシウム：１８０重量部
酢ビ系エラストマー：６重量部
硬化剤：１重量部
増粘剤：１重量部
【００３２】
・実施例の含浸機：月島機械製のＳＭＣ製造設備、ただし図２の形態。すなわち、配向用ガイド部材あり。
・比較例の含浸機：月島機械製のＳＭＣ製造設備、ただし図４の形態。すなわち、配向用ガイド部材なし。
【００３３】
○熱キュアリング工程：
・成形機：川崎油工製２００トンプレス
・熱キュアリング：キャビティ寸法が３００ｍｍ×３００ｍｍの金型に、１６０ｍｍ×１６０ｍｍに裁断した炭素繊維強化樹脂成形材料（含浸体）を投入する。そして、金型中央部に載せた炭素繊維強化樹脂成形材料（含浸体）に、金型温度１４０°Ｃ、型締め時間４分、型締め圧力１０ＭＰａの条件で硬化処理を行う。
【００３４】
○表面粗さ測定工程：
・粗さ測定器：ミツトヨ製ＳＶ３００ＣＮＣ
・測定範囲：５０ｍｍ
・測定項目：最大高さ粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１で規定される、最大高さ粗さ）
【００３５】
以上の実験の結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表面粗さＲｚの評価の欄の基準をＲａ≦５μｍを合格とし、Ｒａ＞５μｍを不合格とした場合、炭素繊維を所定の方向に配向した実施例では４．５μｍで合格であった。一方、炭素繊維を所定の方向に配向しなかった比較例では９．３μｍで不合格であった。
【００３８】
この原因としては、炭素繊維が下部樹脂から突出していることが考えられる。そこで、炭素繊維の立ち数を計測した。炭素繊維の立ち数を参考の欄に示す。なお、炭素繊維の立ち数Ｌは、含浸ローラ（図２及び図４の含浸ローラ３４、１１２）で含浸される直前に立っていた単位面積あたり（１ｍ２）の炭素繊維の数と定義した。即ち、炭素繊維の立ち数ＬをＬ（本／ｍ２）で表す。
【００３９】
実施例では、ガイド部材により炭素繊維が所定の方向に配向されるため、炭素繊維立ちは０（本／ｍ２）であり、炭素繊維の折れが発生しない。炭素繊維の折れが発生しないため、炭素繊維のばね作用による凹凸が硬化物の表面に生じず、表面粗さＲｚが小さくなったものと考えられる。
【００４０】
一方、比較例では炭素繊維立ちＬが２３（本／ｍ２）であった。これらの炭素繊維は、含浸工程で含浸ローラに折られる。含浸ローラで折られた炭素繊維のうち一部の炭素繊維のばね作用により、硬化物の表面には凹凸ができるものと考えられる。
【００４１】
即ち、本発明に係る実施例では炭素繊維を所定の方向へ配向することにより、炭素繊維の折れを防止することができる。炭素繊維の配向は、炭素繊維強化樹脂成形材料製造装置にガイド部材を設ける等の手段により容易に行うことができる。折れを防止することにより、簡便且つ低コストで表面が滑らかで外観が良好な炭素繊維強化樹脂成形材料を提供することができるということができる。
【００４２】
尚、本発明の炭素繊維強化樹脂成形材料は車両の外板パネルの他、二輪車、船艇及び飛行機等にも用いることができ、用途は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の炭素繊維強化樹脂成形材料は、車両の外板パネルに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る炭素繊維強化樹脂成形材料を説明する図である。
【図２】本発明に係る炭素繊維強化樹脂成形材料の製造装置を説明する図である。
【図３】本発明に係るガイド部材の作用を説明する図である。
【図４】従来の炭素繊維強化樹脂成形材料の製造方法を説明する図である。
【図５】従来の炭素繊維強化樹脂成形材料を説明する図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…炭素繊維強化樹脂成形材料、１１…炭素繊維、１２…樹脂、２０…炭素繊維強化樹脂成形材料製造装置、２１…シート状の炭素繊維、２３…裁断機、２９…ガイド部材、３４…含浸ローラ。
【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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