JP2015030272A - Carbon fiber-containing nonwoven fabric structure and laminate structure of the same and method for producing them - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a carbon fiber-containing nonwoven fabric structure, a laminated structure thereof, and a method for producing them.
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。 A conventional carbon fiber-containing injection-molded structure is obtained by molding a thermoplastic resin in which a large number of carbon fibers are kneaded with an injection molding machine (for example, see Patent Document 1). In this case, in order to perform injection molding easily, the carbon fiber has a short length.
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。 Specifically, a thermoplastic resin in which a large number of carbon fibers are kneaded is injected into the molding die through injection molding holes, and the injection molded carbon fiber-containing injection molded structure is molded after cooling and solidification. Removed from the mold.
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。 However, the conventional carbon fiber-containing injection-molded structure has a low mechanical strength because all of the many carbon fibers are arranged radially around the corresponding portion of the injection-molded hole.
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。 An object of the present invention is to provide a carbon fiber-containing nonwoven fabric structure having a high mechanical strength, a laminated structure thereof, and a production method thereof.
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。 In order to achieve the above object, the carbon fiber-containing nonwoven fabric structure according to claim 1 comprises a carbon fiber-containing nonwoven fabric including thermoplastic resin fibers and a large number of carbon fibers, and a gap between the fibers is impregnated with PCB resin. A carbon fiber-containing nonwoven fabric structure, wherein the carbon fiber-containing nonwoven fabric is heat-molded.
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。 The carbon fiber-containing nonwoven fabric laminate structure according to claim 6 is a laminate of a carbon fiber-containing nonwoven fabric and a thermoplastic resin sheet that includes a thermoplastic resin fiber and a large number of carbon fibers, and a gap between each fiber is impregnated with a PCB resin. Thus, the laminate is heat-molded.
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。 In order to achieve the above object, a method for producing a carbon fiber-containing nonwoven fabric structure according to claim 12 is a method for producing a carbon fiber-containing nonwoven fabric structure comprising a thermoplastic resin fiber and a number of carbon fibers, A paper making process for preparing a carbon fiber-containing non-woven fabric by paper-making a plastic resin fiber and a large number of carbon fibers in a liquid, and applying a solvent containing PCB resin to at least one surface of the paper-made carbon fiber-containing non-woven fabric And an impregnation step of impregnating the PCB resin into the gaps between the fibers of the carbon fiber-containing nonwoven fabric, and a thermoforming step of thermoforming the carbon fiber-containing nonwoven fabric impregnated with the PCB resin.
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。 In order to achieve the above object, a method for producing a carbon fiber-containing nonwoven fabric laminate structure according to claim 13 is a method for producing a carbon fiber-containing nonwoven fabric laminate structure of a carbon fiber-containing nonwoven fabric comprising thermoplastic resin fibers and a large number of carbon fibers. A papermaking process for preparing a carbon fiber-containing nonwoven fabric by papermaking the thermoplastic resin fiber and the multiple carbon fibers in a liquid, and the carbon fiber-containing nonwoven fabric obtained by papermaking a solvent containing a PCB resin. An impregnation step in which the PCB resin is impregnated into at least one surface of the carbon fiber-containing nonwoven fabric, and a thermoplastic resin sheet is applied to at least one surface of the carbon fiber-containing nonwoven fabric impregnated with the PCB. A lamination step of sheeting and a thermoforming step of thermoforming the carbon fiber-containing nonwoven fabric on which the thermoplastic resin sheet is laminated. To.
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。 The carbon fiber-containing nonwoven fabric structure according to claim 1 has high mechanical strength.
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。 The carbon fiber-containing nonwoven fabric laminated structure according to claim 6 has high mechanical strength.
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。 According to the method for producing a carbon fiber-containing nonwoven fabric structure according to claim 12, a carbon fiber-containing nonwoven fabric structure having high mechanical strength can be produced.
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。 According to the method for producing a carbon fiber-containing nonwoven fabric laminate structure according to claim 13, a carbon fiber-containing nonwoven fabric laminate structure having high mechanical strength can be produced.
以下、本発明を図面を参照しながら詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。 FIG. 1 is an external perspective view of a carbon fiber-containing nonwoven fabric laminated structure according to an embodiment of the present invention.
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。 In FIG. 1, a carbon fiber-containing non-woven fabric laminated structure 40 (hereinafter sometimes simply referred to as “laminated
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。 The cross section of the
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。 The laminated
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。 The thermoplastic resin sheet is a sheet made of a thermoplastic resin. This thermoplastic resin is a polyolefin resin such as polyethylene and polypropylene, a polyester resin such as polyethylene terephthalate, a polyamide resin such as nylon, and a polymethacrylate such as polymethyl methacrylate. It may be made of a resin, polystyrene resin, and polycarbonate resin, and may be made of a copolymer such as acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS resin).
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。 As shown in FIG. 4, the carbon fiber-containing
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。 Specifically, each fiber of the
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。 Each fiber of the
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。 The blend ratio of the
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。 The carbon fiber-containing
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。 The laminated
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。 The carbon fiber-containing nonwoven fabric laminated structure of FIGS. 1 to 3 may omit the
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。 The laminated
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。 FIG. 6 is a diagram used to explain the apparatus for producing the carbon fiber-containing nonwoven fabric laminated structure of FIG.
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。 In FIG. 6, Step II to Step III are performed by the
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)。 6, first, the carbon fiber-containing
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)。 Preparation of the carbon fiber-containing
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。 Specifically, the
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 Specific examples of the solvent include alcohol solvents such as methanol, ethanol and isopropanol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, cellosolve solvents such as methyl cellosolve, amide solvents such as dimethylformamide, and ethers such as dioxane. Solvents, chlorinated hydrocarbon solvents such as methylene chloride, aromatic solvents such as xylene, dimethyl sulfoxide, or acetic acid, preferably alcohol solvents such as methanol, ethanol, isopropanol, or acetone, methyl ethyl ketone, etc. Made of ketone solvents
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。 Lamination of the
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。 Furthermore, in the process II of FIG. 6, the said laminated body is mounted on the female metal mold | die 10 (fixed metal mold | die) of a press machine by making the carbon fiber containing
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。 Next, in step III, the male die 11 (movable die) of the press machine is moved toward the female die 10 so as to push the laminated body placed in step II into the
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。 Finally, in step IV, the male mold 12 is separated from the
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。 According to the method for producing a carbon fiber-containing nonwoven fabric laminate structure in FIG. 6, a carbon fiber-containing nonwoven fabric laminate structure with improved mechanical strength can be produced.
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。 In the manufacturing method of FIG. 6, you may abbreviate | omit the
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。 The manufacturing method of the carbon fiber-containing nonwoven fabric laminated structure in FIG. 6 has an inverted basin structure in which the
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。 In the embodiment of the present invention, the
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2 Carbon fiber-containing
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CN109777087A (en) * | 2019-01-08 | 2019-05-21 | 武汉纺织大学 | A kind of high-content carbon fiber reinforced nylon composite material and preparation method |
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CN109777087B (en) * | 2019-01-08 | 2022-01-07 | 武汉纺织大学 | High-content carbon fiber reinforced nylon composite material and preparation method thereof |
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