JP2012107189A - Carbon fiber-wound tape and production method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円筒状芯材に炭素テープが巻き付けられた炭素繊維巻きテープと、その製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon fiber wound tape in which a carbon tape is wound around a cylindrical core material, and a method for manufacturing the same.
炭素繊維は、軽量で機械的強度が高いため、各種用途に適用する樹脂材料の強化繊維として汎用されている。 Since carbon fiber is lightweight and has high mechanical strength, it is widely used as a reinforcing fiber for resin materials applied to various applications.
特許文献１は、長繊維強化複合材料の製造方法の発明であり、段落番号０００７には繊維の例として、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、芳香族ポリアミド繊等の連続した繊維が示されている。しかしながら、実施例で使用されているのはガラス繊維のみであり、他の繊維、特に機械的強度が大きく異なる炭素繊維であっても同様に製造できるものとは認められない。 Patent Document 1 is an invention of a method for producing a long fiber reinforced composite material, and paragraph No. 0007 shows continuous fibers such as glass fibers, carbon fibers, metal fibers, and aromatic polyamide fibers as examples of fibers. Yes. However, only glass fibers are used in the examples, and it is not recognized that other fibers, particularly carbon fibers having greatly different mechanical strengths, can be produced in the same manner.
特許文献２は、所定の条件式を満たす強化繊維を熱可塑性樹脂で含浸して得られるテープ状成形材料の発明である。段落番号０００７では、強化繊維としてガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミックス繊維、金属繊維等が例示されている。しかし、実施例で使用されているのはガラス繊維のみであり、他の繊維、特に機械的強度が大きく異なる炭素繊維であっても同様に製造できるものとは認められない。なお、請求項１に記載の条件式を満たす炭素繊維を使用した場合、特許文献２の実施例の方法では、事実上、テープ状成形体は製造することができない。 Patent Document 2 is an invention of a tape-shaped molding material obtained by impregnating a reinforcing fiber satisfying a predetermined conditional expression with a thermoplastic resin. In paragraph 0007, glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, ceramic fibers, metal fibers, etc. are exemplified as reinforcing fibers. However, only glass fibers are used in the examples, and it is not recognized that other fibers, particularly carbon fibers having greatly different mechanical strengths, can be produced in the same manner. In addition, when the carbon fiber which satisfy | fills the conditional expression of Claim 1 is used, with the method of the Example of patent document 2, a tape-shaped molded object cannot be manufactured in fact.
特許文献３は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造装置の発明である。前記製造装置は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造時に発生する毛羽を排出することが特徴のものである。 Patent document 3 is invention of the manufacturing apparatus of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin tape. The manufacturing apparatus is characterized by discharging fluff generated during the manufacture of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin tape.
特許文献４は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂テープの製造方法の発明である。得られたテープ厚みは１３０μm以下となり、１３０μmを超えるものは曲げ強度が劣っていることが記載されている（表１参照）。特許文献４の発明は、テープの厚みが大きいと曲げ強度が劣るとの知見に基づき、テープ厚みを小さくすることで、曲げ強度を高めようとしたものである。 Patent document 4 is invention of the manufacturing method of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin tape. It is described that the obtained tape thickness is 130 μm or less, and the tape thickness exceeding 130 μm is inferior in bending strength (see Table 1). The invention of Patent Document 4 attempts to increase the bending strength by reducing the tape thickness based on the knowledge that the bending strength is poor when the tape thickness is large.
炭素繊維テープを保管したり運搬したりする場合には、長いままでは取り扱いが難しいため、芯材に巻き取った巻きテープの状態で保管・運搬できれば容易であり、使用時の作業性も良くなる。さらに作業の種類によっては、小さな径の巻きテープが使い易い場合や、大きな径の巻きテープが使いやすい場合がある。 When storing and transporting carbon fiber tape, it is difficult to handle it for a long time, so it is easy if it can be stored and transported in the state of the wound tape wound around the core material, and the workability during use is also improved. . Furthermore, depending on the type of work, a small-diameter winding tape may be easy to use, or a large-diameter winding tape may be easy to use.
しかし、特許文献４に記載のとおり、従来は、炭素繊維テープの厚みが大きくなると（厚みが１３０μmを超えると）曲げ強度が劣る（即ち、厚みが大きくなると巻き取り保存が困難である）ことが知られていた。この事実からすると、炭素繊維テープを薄くすれば良いことになるが、過度に薄くすることは技術的に困難であり、返って作業性を損なうことも考えられる。 However, as described in Patent Document 4, conventionally, when the thickness of the carbon fiber tape is increased (when the thickness exceeds 130 μm), the bending strength is inferior (that is, winding and storage is difficult when the thickness is increased). It was known. From this fact, it is sufficient to make the carbon fiber tape thin. However, it is technically difficult to make the carbon fiber tape too thin.
本発明は、保管や運搬が容易であり、作業性を著しく向上させることができる、円筒状芯材に炭素テープが巻き付けられた炭素繊維巻きテープと、その製造方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a carbon fiber-wrapped tape in which a carbon tape is wound around a cylindrical core material, which can be easily stored and transported and can significantly improve workability, and a method for producing the same. .
本発明は、課題の解決手段として、
炭素繊維とオレフィン系樹脂を含む複合体からなる炭素繊維テープが、円筒状芯材に巻き付けられた炭素繊維巻きテープであって、
式（I）から求められる炭素繊維テープの幅（Ｗ）が５〜１００ｍｍの範囲であり、
前記幅（Ｗ）が５〜１００ｍｍの範囲の炭素繊維テープが巻き付けられた円筒状芯材の最小直径（Ｄ）が、式（II）から求められるものである炭素繊維巻きテープを提供する。
０．２×１０-3×Ｎ≦Ｗ≦２．０×１０-3×Ｎ （I）
（式（I）中、Ｗは炭素繊維テープの幅であり、Ｎは炭素繊維テープを構成する炭素繊維
の本数で、前記幅（Ｗ）を５〜１００ｍｍの範囲にできる本数である。）
４．５×Ｆ×ｔ≦Ｄ （II）
（式（II）中、Ｆは炭素繊維量で、２０〜６０質量％の範囲であり、ｔは炭素繊維テープの厚みで、０．１〜１．０ｍｍの範囲である。）
As a means for solving the problems, the present invention
A carbon fiber tape made of a composite containing carbon fiber and an olefin resin is a carbon fiber wound tape wound around a cylindrical core material,
The width (W) of the carbon fiber tape obtained from the formula (I) is in the range of 5 to 100 mm,
Provided is a carbon fiber wound tape in which the minimum diameter (D) of a cylindrical core member around which a carbon fiber tape having a width (W) of 5 to 100 mm is wound is obtained from the formula (II).
0.2 × 10 −3 × N ≦ W ≦ 2.0 × 10 −3 × N (I)
(In formula (I), W is the width of the carbon fiber tape, N is the number of carbon fibers constituting the carbon fiber tape, and the number that allows the width (W) to be in the range of 5 to 100 mm.)
4.5 × F × t ≦ D (II)
(In Formula (II), F is the amount of carbon fiber and is in the range of 20 to 60% by mass, and t is the thickness of the carbon fiber tape and is in the range of 0.1 to 1.0 mm.)
本発明は、他の課題の解決手段として、
上記の炭素繊維巻きテープの製造方法であって、
１本又は２本以上の炭素繊維を含む集束体をクロスヘッドダイに導入する工程、
クロスヘットダイ内において、加熱及び加圧状態にて、炭素繊維を含む集束体を開繊しながら溶融樹脂と接触させ、テープ状の炭素繊維と熱可塑性樹脂が一体化されたテープ状の複合体を得る工程、
前記テープ状の複合体をクロスヘットダイのスリット出口から押し出し、厚さ方向の両側からローラーで支持し、かつ冷却することにより、炭素繊維テープを得る工程、
得られた炭素繊維テープ円筒状芯材に巻き付ける工程、
を有している炭素繊維巻きテープの製造方法を提供する。
The present invention provides a solution to other problems.
A method for producing the above carbon fiber wound tape,
Introducing a focusing body containing one or more carbon fibers into a crosshead die;
Tape-like composite in which tape-like carbon fiber and thermoplastic resin are integrated by bringing the bundle containing carbon fiber into contact with the molten resin in the cross-head die in a heated and pressurized state. Obtaining a step,
A step of obtaining a carbon fiber tape by extruding the tape-shaped composite from the slit outlet of the cross-head die, supporting it from both sides in the thickness direction, and cooling;
A step of winding around the obtained carbon fiber tape cylindrical core material,
The manufacturing method of the carbon fiber winding tape which has this.
本発明の炭素繊維巻きテープは、芯材の周囲に炭素繊維テープが巻き取られた形態であることから、保管及び運搬が容易であり、必要量だけ取り出して使用できることから、作業性も良い。 Since the carbon fiber tape of the present invention has a form in which the carbon fiber tape is wound around the core material, it can be easily stored and transported, and can be taken out and used in a necessary amount, so that the workability is also good.
＜炭素繊維巻きテープ＞
本発明の炭素繊維巻きテープは、炭素繊維テープが円筒状芯材の周囲に多数回（多数層）巻き付けられた（巻き取られた）ものである。
<Carbon fiber wound tape>
The carbon fiber wound tape of the present invention is obtained by winding (winding) the carbon fiber tape around the cylindrical core material a number of times (multiple layers).
本発明の炭素繊維巻きテープで使用する炭素繊維テープは、円筒状芯材に巻き取ることができ、かつ少なくとも実施例に記載の耐久試験１、２を実施したときに外観に変化がないもの（クラック等が生じないもの）である。 The carbon fiber tape used in the carbon fiber wound tape of the present invention can be wound around a cylindrical core material and has no change in appearance when at least the durability tests 1 and 2 described in the examples are carried out ( That does not cause cracks).
本発明の炭素繊維巻きテープで使用する炭素繊維テープは、下記式（I）から求められる幅（Ｗ）が５〜１００ｍｍの範囲のものである。
０．２×１０-3×Ｎ≦Ｗ≦２．０×１０-3×Ｎ （I）
（式（I）中、Ｗは炭素繊維テープの幅であり、Ｎは炭素繊維テープを構成する炭素繊維の本数で、前記幅（Ｗ）を５〜１００ｍｍの範囲にできる本数である。）
なお、市販されている炭素繊維の外径は、ほぼ同一径（７μm程度）であるから、式（I）では考慮していない。
The carbon fiber tape used in the carbon fiber wound tape of the present invention has a width (W) determined from the following formula (I) in the range of 5 to 100 mm.
0.2 × 10 −3 × N ≦ W ≦ 2.0 × 10 −3 × N (I)
(In formula (I), W is the width of the carbon fiber tape, N is the number of carbon fibers constituting the carbon fiber tape, and the number that allows the width (W) to be in the range of 5 to 100 mm.)
In addition, since the outer diameter of the commercially available carbon fiber is substantially the same diameter (about 7 μm), it is not considered in the formula (I).
式（I）から求められる炭素繊維テープの幅（Ｗ）は、例えば、炭素繊維２５，０００本を使用することで、炭素繊維テープの幅（Ｗ）を５〜５０ｍｍの範囲にすることができ、炭素繊維５０，０００本を使用することで、炭素繊維テープの幅（Ｗ）を１０〜１００ｍｍの範囲にすることができる。
式（I）から求められる炭素繊維テープの幅（Ｗ）が５ｍｍ以上であると、樹脂（オレフィン系樹脂）の含浸が充分になるので、炭素繊維テープ自体の強度が高められ、製造時の繊維切れが起こり難くなる。
式（I）から求められる炭素繊維テープの幅（Ｗ）が１００ｍｍ以下であると、テープ内の炭素繊維の分布が均一になるので、炭素繊維を含んでいることによる機能が充分に発現されるほか、取り扱いも容易である。
式（I）から求められる炭素繊維テープの幅（Ｗ）は、１０〜８０ｍｍが好ましく、１０〜５０ｍｍがより好ましい。
The width (W) of the carbon fiber tape obtained from the formula (I) can be set in the range of 5 to 50 mm by using, for example, 25,000 carbon fibers. By using 50,000 carbon fibers, the width (W) of the carbon fiber tape can be in the range of 10 to 100 mm.
If the width (W) of the carbon fiber tape calculated from the formula (I) is 5 mm or more, the resin (olefin resin) is sufficiently impregnated, so that the strength of the carbon fiber tape itself is increased, and the fiber during production Cutting is difficult to occur.
When the width (W) of the carbon fiber tape obtained from the formula (I) is 100 mm or less, the distribution of the carbon fibers in the tape becomes uniform, so that the function due to the inclusion of the carbon fibers is sufficiently expressed. Besides, it is easy to handle.
10-80 mm is preferable and, as for the width | variety (W) of the carbon fiber tape calculated | required from Formula (I), 10-50 mm is more preferable.
本発明の炭素繊維巻きテープで使用する円筒状芯材は、幅（直径）方向の断面が円形のものであるが、多角形（三角形以上であるが、望ましくは六角形、八角形等）でもよいし、楕円形でもよい。
円筒状芯材は、紙、木、プラスチック、金属、セラミックス等からなるものを用いることができる。
The cylindrical core material used in the carbon fiber-wrapped tape of the present invention has a circular cross section in the width (diameter) direction, but may be polygonal (more than a triangle, but preferably hexagonal, octagonal, etc.). It may be oval.
The cylindrical core material can be made of paper, wood, plastic, metal, ceramics, or the like.
円筒状芯材の最小直径（最小外径）（Ｄ）は、式（II）から求められるものである。円筒状芯材の最小直径（Ｄ）は、上記幅（Ｗ）の炭素繊維テープを巻き取ることができ、かつ少なくとも実施例に記載の耐久試験１、２を実施したときに外観に変化を生じさせない（クラック等を生じさせない）ような最小値である。 The minimum diameter (minimum outer diameter) (D) of the cylindrical core material is obtained from the formula (II). The minimum diameter (D) of the cylindrical core material can take up the carbon fiber tape having the above-mentioned width (W), and changes the appearance when at least the durability tests 1 and 2 described in the examples are performed. It is the minimum value that does not cause (crack or the like not to occur).
４．５×Ｆ×ｔ≦Ｄ （II）
（式（II）中、Ｆは炭素繊維量で、２０〜６０質量％の範囲であり、ｔは炭素繊維テープの厚みで、０．１〜１．０ｍｍの範囲である。）
なお、円筒状芯材の断面形状が多角形、例えば六角形の場合には、正対する角同士を結んだ長さが前記Ｄとなり、楕円形の場合には長径の長さが前記Ｄとなる。
4.5 × F × t ≦ D (II)
(In Formula (II), F is the amount of carbon fiber and is in the range of 20 to 60% by mass, and t is the thickness of the carbon fiber tape and is in the range of 0.1 to 1.0 mm.)
In addition, when the cross-sectional shape of the cylindrical core is a polygon, for example, a hexagon, the length connecting the opposite corners is D, and in the case of an ellipse, the length of the major axis is D. .
炭素繊維テープは、炭素繊維量（炭素繊維の本数）が少ないほど（即ち、オレフィン系樹脂量が多いほど）、柔軟性が向上して芯材に巻きやすくなる。但し、取り扱い上等の観点から一定の幅を確保しようとすると繊維の均一分散が困難になり、炭素繊維量が少ないため、機械的強度も低下する。
また、炭素繊維量（炭素繊維の本数）が多いほど（即ち、オレフィン系樹脂量が少ないほど）、柔軟性が低下して、芯材に巻き難くなるほか、テープに成形することができない場合もある。
さらに炭素繊維テープは、厚みが大きいと製造は容易であるが、芯材に巻きにくくなり、厚みが小さいと製造が困難になるが、芯材に巻きやすくなる。
As the carbon fiber tape has a smaller amount of carbon fibers (number of carbon fibers) (that is, a larger amount of olefin-based resin), the flexibility of the carbon fiber tape is improved and the carbon fiber tape is easily wound around the core material. However, if a certain width is to be ensured from the viewpoint of handling, etc., it becomes difficult to uniformly disperse the fibers, and since the amount of carbon fibers is small, the mechanical strength also decreases.
In addition, as the amount of carbon fibers (number of carbon fibers) increases (that is, as the amount of olefinic resin decreases), the flexibility decreases, and it becomes difficult to wind the core material. is there.
Furthermore, the carbon fiber tape is easy to manufacture when the thickness is large, but is difficult to wind around the core material, and when the thickness is small, the manufacture becomes difficult, but it is easy to wind around the core material.
式（II）は、炭素繊維テープの炭素繊維濃度（Ｆ）及び厚み（ｔ）の関係から、炭素繊維テープを巻き付けて保持できる円筒状芯材の最小直径（Ｄ）を求めるものである。
具体的には、様々な濃度（Ｆ）及び厚み（ｔ）を有する炭素繊維テープを様々な直径の芯材に巻き付けたとき、炭素繊維テープに外観変化が生じない場合の芯材の最小直径（Ｄ）を実験により測定し、濃度（Ｆ）及び厚み（ｔ）との関連から式（II）を導くことができる。
Formula (II) calculates | requires the minimum diameter (D) of the cylindrical core material which can wind and hold | maintain a carbon fiber tape from the relationship of the carbon fiber concentration (F) and thickness (t) of a carbon fiber tape.
Specifically, when a carbon fiber tape having various concentrations (F) and thicknesses (t) is wound around a core material of various diameters, the minimum diameter of the core material when no change in appearance occurs in the carbon fiber tape ( D) is measured experimentally, and equation (II) can be derived from the relationship with concentration (F) and thickness (t).
式（II）から求められる円筒状芯材の最小直径（Ｄ）以上であると、巻き付けて保持したときに炭素繊維テープにクラック等が生じることがない。なお、円筒状芯材の最小直径（Ｄ）は、運搬時、保管時、作業時等における取り扱い易さの観点からは、式（II）から求められる最小直径（Ｄ）を満たすものの内、２５ｍｍ以上であることが好ましく、３０ｍｍ以上であることがより好ましい。
また、円筒状芯材の上限値は、炭素繊維テープを巻くことができ、かつクラック等を生じさせないとの理由からは制限はなく、製造工程、保管及び運搬、作業現場等の要請に応じて適宜選択することができるものであり、例えば１０００ｍｍ以下にすることができるが、取り扱い上の観点からは８００ｍｍ以下が好ましく、６００ｍｍ以下、５００ｍｍ以下がより好ましい。
When the diameter is equal to or larger than the minimum diameter (D) of the cylindrical core material obtained from the formula (II), the carbon fiber tape is not cracked when wound and held. In addition, the minimum diameter (D) of the cylindrical core material is 25 mm among those satisfying the minimum diameter (D) obtained from the formula (II) from the viewpoint of ease of handling during transportation, storage, work, etc. It is preferable that it is above, and it is more preferable that it is 30 mm or more.
In addition, the upper limit of the cylindrical core material is not limited for the reason that the carbon fiber tape can be wound and does not cause cracks, etc., depending on the requirements of the manufacturing process, storage and transportation, work site, etc. For example, it can be set to 1000 mm or less, but is preferably 800 mm or less, more preferably 600 mm or less and 500 mm or less from the viewpoint of handling.
炭素繊維巻きテープとなる炭素繊維テープは、炭素繊維とオレフィン系樹脂を含む複合体からなるものである。
炭素繊維は周知のものであり、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等のものを用いることができる。
The carbon fiber tape used as the carbon fiber wound tape is made of a composite containing carbon fibers and an olefin resin.
Carbon fibers are well known, and PAN, pitch, rayon, lignin and the like can be used.
オレフィン系樹脂は、ポリプロピレン、高密度、低密度及線状低密度ポリエチレン、ポリ−１−ブテン、ポリイソブチレン、エチレンとプロピレンの共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（原料としてのジエン成分が１０質量％以下）、ポリメチルペンテン、エチレン又はプロピレン（５０モル％以上）と他の共重合モノマー（酢酸ビニル、メタクリル酸アルキルエステル、アクリル酸アルキルエステル、芳香族ビニル等）とのランダム、ブロック、グラフト共重合体等を用いることができる。これらのオレフィン系樹脂は、１種でもよいし、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
また、オレフィン系樹脂は、炭素繊維との密着性を高めるため、オレフィン系樹脂中に酸変性ポリオレフィンを含有させることができる。酸変性ポリオレフィンの含有量は、オレフィン系樹脂と酸変性ポリオレフィンとの合計量中２０質量％以下の量が好ましい。酸変性ポリオレフィンは、例えば、特開２００５−１２５５８１号公報の〔００１０〕〜〔００１４〕に記載のものと同じものを用いることができる。
Olefin resins include polypropylene, high density, low density and linear low density polyethylene, poly-1-butene, polyisobutylene, ethylene / propylene copolymer, ethylene-propylene-diene terpolymer (as raw materials) Diene component is 10% by mass or less), random with polymethylpentene, ethylene or propylene (50 mol% or more) and other copolymerization monomers (vinyl acetate, alkyl methacrylate, alkyl acrylate, aromatic vinyl, etc.) Blocks, graft copolymers and the like can be used. These olefinic resins may be used alone or in combination of two or more.
Moreover, since an olefin resin improves the adhesiveness with carbon fiber, acid-modified polyolefin can be contained in an olefin resin. The content of the acid-modified polyolefin is preferably 20% by mass or less in the total amount of the olefin resin and the acid-modified polyolefin. As the acid-modified polyolefin, for example, the same ones as described in [0010] to [0014] of JP-A-2005-125581 can be used.
本発明の炭素繊維巻きテープは、円筒状芯材に巻き取られた形態のものであり、作業時には、適当長さを繰り出し、所望長さに切断して、炭素繊維テープとして使用することができる。 The carbon fiber wound tape of the present invention is wound around a cylindrical core material, and can be used as a carbon fiber tape by drawing out an appropriate length and cutting it to a desired length during operation. .
本発明の炭素繊維巻きテープから取り出した炭素繊維テープは、各種樹脂成形体の補強材として使用することができる。 The carbon fiber tape taken out from the carbon fiber wound tape of the present invention can be used as a reinforcing material for various resin moldings.
本発明の炭素繊維巻きテープから取り出した炭素繊維テープは、平織り、綾織り、朱子織り等の方法を適用して、シート状の織物にすることもでき、前記のシート状の織物を筒状等に加工することもできる。
また本発明の炭素繊維巻きテープから取り出した炭素繊維テープを筒状に編み上げることもできる。
The carbon fiber tape taken out from the carbon fiber wound tape of the present invention can be made into a sheet-like woven fabric by applying a method such as plain weaving, twill weaving, satin weaving, etc. Can also be processed.
Moreover, the carbon fiber tape taken out from the carbon fiber wound tape of the present invention can be knitted into a cylindrical shape.
本発明の炭素繊維巻きテープから取り出した炭素繊維テープ、それらから得られたシートや筒状体等は、オレフィン系樹脂を含んでいるため、加熱することにより、所望形状に変形させることができる。 Since the carbon fiber tape taken out from the carbon fiber-wrapped tape of the present invention, the sheet and the cylindrical body obtained therefrom, etc. contain an olefin resin, it can be deformed to a desired shape by heating.
＜炭素繊維巻きテープの製造方法＞
図１、図２により、炭素繊維巻きテープの製造方法を説明する。
最初の工程にて、送りロール１５、１６で支持しながら、１本又は２本以上の炭素繊維を含む集束体１０をクロスヘッドダイ２０に導入する。
集束体１０は、繊維径が５〜２４μｍ、繊維本数が１０００〜２００，０００本の範囲の炭素繊維束が好ましく、より好ましくは３０００〜１５０，０００本の範囲の炭素繊維束である。
この炭素繊維束は、市販の炭素繊維束（例えば、３０Ｋ＝30,000本）をそのまま使用してもよいし、複数の市販の炭素繊維束を組み合わせて使用（例えば、１０Ｋ＝10,000本の繊維束を３束組み合わせて30,000本にして使用）してもよい。
またこの集束体１０は、炭素繊維束をそのまま使用しもよいし、炭素繊維束の表面を集束剤にて表面処理して仮留め状態（束がばらけることがなく、かつ後の開繊作業が損なわれない程度に一体化された状態）にしたものでもよい。
<Method for producing carbon fiber wound tape>
A method for producing a carbon fiber-wrapped tape will be described with reference to FIGS.
In the first step, the bundling
The
As this carbon fiber bundle, a commercially available carbon fiber bundle (for example, 30K = 30,000) may be used as it is, or a plurality of commercially available carbon fiber bundles are used in combination (for example, 10K = 10,000 fiber bundles). 3 bundles may be used in combination with 30,000).
Further, the bundling
次に、クロスヘットダイ２０内において、加熱及び加圧状態にて、炭素繊維を含む集束体１０を開繊しながら溶融樹脂（溶融状態のオレフィン系樹脂）と接触させる。
Next, in the cross-head die 20, the bundling
集束体１０の開繊は、集束体１０に対して厚み方向に圧力を加えることができる方法であればよく、本発明では、上型２１と下型２２とを組み合わせたクロスヘットダイ２０を用いる。
The converging
クロスヘッドダイ２０は、長さ方向に連続して形成された波形状の凹凸２１ａを有する上型２１と、上型２１の波形状の凹凸２１ａと嵌合できるように形成された波形状の凹凸２２ａを有する下型２２が組み合わされている。
The cross-head die 20 includes an
上型２１（又は下型２２でもよい）に溶融樹脂の導入ライン（導入孔）２５が設けられており、上型２１と下型２２との間の集束体１０の通過間隙に溶融樹脂を供給できるようになっている。
The upper mold 21 (or the lower mold 22) is provided with a molten resin introduction line (introduction hole) 25, and the molten resin is supplied to the passing gap of the focusing
上型２１と下型２２には、それぞれ加熱手段が取り付けられ、それらの通過間隙を通る集束体１０を加熱する。このときの加熱温度は、導入ライン（導入孔）２５から供給した樹脂（オレフィン系樹脂）の融点以上の温度である。
A heating means is attached to each of the
集束体１０は、上型２１と下型２２との間の通過間隙を通るとき、凹凸２１ａ、２２ａの間隙をジグザグに通過する過程で開繊され、炭素繊維間に溶融したオレフィン系樹脂が含浸される。
When the converging
その後、集束体１０とオレフィン系樹脂が一体化された複合体が、クロスヘッドダイ２０のスリット出口２６からテープ状（炭素繊維テープ１１）に押し出される。このとき、スリット出口２６の大きさを調整することで、炭素繊維テープ１１の厚みと幅が調整される。
Then, the composite body in which the focusing
その後、適宜配置された冷却ロール３１、３２、３３で冷却されながら引き取られ、円柱状の芯材に巻き取られ、炭素繊維巻きテープが得られる。
図１では、冷却ロール３１、３２、３３が、それぞれ炭素繊維テープ１１を介して当接しない位置に配置されており、炭素繊維テープ１１のいずれか一面が先に冷却され、続いて他面が冷却される。
図２では、冷却ロール３１、３２が、それぞれ炭素繊維テープ１１を介して当接する位置に配置されており、炭素繊維テープ１１の両面が同時に冷却される。
Then, it is taken up while being cooled by cooling
In FIG. 1, the cooling rolls 31, 32, and 33 are arranged at positions where they do not come into contact with each other via the
In FIG. 2, the cooling rolls 31 and 32 are each arrange | positioned in the position which contact | abuts via the
製造例（炭素繊維テープの製造）
図１に示すフローにより、表１に示す炭素繊維濃度と厚みを有する炭素繊維テープを製造した。
Production example (Manufacture of carbon fiber tape)
A carbon fiber tape having the carbon fiber concentration and thickness shown in Table 1 was manufactured by the flow shown in FIG.
＜炭素繊維集束体１０＞
トレカ糸，Ｔ７００Ｓ（東レ株式会社製）
＜オレフィン系樹脂＞
ポリプロピレン（ＰＭＢ６０Ａ（サンアロマー株式会社製））９０質量％とマレイン酸変性ポリプロピレン（マレイン酸変性量1.0質量％，OREVAC CA100：アトフィナ社製）１０質量％の混合物
＜製造条件＞
集束体１０の送り速度：５ｍ／分
クロスヘッドダイ２０の加熱温度：２９０℃
スリット出口：幅（テープの厚み）０．１〜０．６ｍｍ×長さ（テープの幅）１０〜５０ｍｍ
冷却ロール３１の表面温度：８０℃
冷却ロール３２の表面温度：８０℃
冷却ロール３３の表面温度：６０℃
<
Trading card yarn, T700S (manufactured by Toray Industries, Inc.)
<Olefin resin>
Mixture of 90% by mass of polypropylene (PMB60A (manufactured by Sun Allomer Co., Ltd.)) and 10% by mass of maleic acid-modified polypropylene (modified amount of maleic acid 1.0% by mass, OREVAC CA100: manufactured by Atofina) <Production conditions>
Feed speed of focusing body 10: 5 m / min Heating temperature of crosshead die 20: 290 ° C.
Slit exit: width (tape thickness) 0.1-0.6 mm x length (tape width) 10-50 mm
Surface temperature of cooling roll 31: 80 ° C.
Surface temperature of cooling roll 32: 80 ° C.
Surface temperature of cooling roll 33: 60 ° C
得られた炭素繊維テープの炭素繊維濃度（Ｆ）と厚み（ｔ）を用い、式（II）：４．５×Ｆ×ｔ≦Ｄ、から円筒状芯材の最小直径（Ｄ）を求めたものを表１に示す。
実施例及び比較例
上記製造例により、表２、３に示す炭素繊維テープを製造した。表２、表３に示す炭素繊維テープについて、下記の耐久試験１を実施した。
Examples and Comparative Examples Carbon fiber tapes shown in Tables 2 and 3 were produced according to the above production examples. The following durability test 1 was performed on the carbon fiber tapes shown in Tables 2 and 3.
耐久試験１
炭素繊維巻きテープは、図１に示す装置を使用し、表２、３に示す直径の芯材に対して機械的に３〜５層となるように巻き取って製造した。巻き終わり端部は粘着テープで固定した。得られた炭素繊維巻きテープは、肉眼観察では各層が密な状態で巻き取られていた。得られた炭素繊維巻きテープについて、次に示す耐久試験１をした。
炭素繊維巻きテープを、室温（２０〜２５℃）で、湿度（５０％）の雰囲気で２４時間（１日間）以上保持した。
その後、炭素繊維巻きテープから炭素繊維テープを全て繰り出し、その表面を肉眼で観察して、クラック等の変化があるかどうかを観察した。結果を表２、３に示す。
The carbon fiber-wrapped tape was manufactured by using the apparatus shown in FIG. 1 and mechanically winding the core material having the diameters shown in Tables 2 and 3 into 3 to 5 layers. The winding end was fixed with an adhesive tape. The obtained carbon fiber-wrapped tape was wound up with each layer in a dense state by visual observation. The obtained carbon fiber wound tape was subjected to the durability test 1 shown below.
The carbon fiber wound tape was kept at room temperature (20-25 ° C.) in an atmosphere of humidity (50%) for 24 hours (one day) or more.
Thereafter, all the carbon fiber tape was fed out from the carbon fiber wound tape, and the surface was observed with the naked eye to observe whether there was a change such as a crack. The results are shown in Tables 2 and 3.
比較例Ａは、炭素繊維濃度が本発明の範囲外の例（１０質量％）であり、繊維分散が不均一になった結果、繊維間隔が開きすぎて外観不良を起こすとともに、炭素繊維を配合したことによる充分な機械的性質が得られず、製品不良となった。
比較例Ｂは、幅（Ｗ）が本発明の範囲外（１ｍｍ）であり、製造時において繊維切れが発生してテープの製造ができかなった。
比較例Ｃは、炭素繊維濃度が本発明の範囲外（９０質量％）であり、テープに成形することができなかった。
実施例１〜６と比較例１〜６がそれぞれ対の例である。実施例１〜６では、芯材として表１に示した最小直径（Ｄ）を満たすものを使用したことにより、クラックの発生がなかったが、比較例１〜６は、最小直径（Ｄ）よりも小さな直径の芯材を使用したため、クラックの発生があった。
Comparative Example A is an example in which the carbon fiber concentration is outside the scope of the present invention (10% by mass), and as a result of non-uniform fiber dispersion, the fiber spacing is too wide, resulting in poor appearance and blending carbon fibers. As a result, sufficient mechanical properties could not be obtained, resulting in product failure.
In Comparative Example B, the width (W) was outside the range of the present invention (1 mm), and fiber breakage occurred at the time of production, making it impossible to produce a tape.
In Comparative Example C, the carbon fiber concentration was outside the range of the present invention (90% by mass) and could not be formed into a tape.
Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 are examples of pairs. In Examples 1 to 6, there was no occurrence of cracks due to the use of the core material satisfying the minimum diameter (D) shown in Table 1, but Comparative Examples 1 to 6 were from the minimum diameter (D). Since a core material with a small diameter was used, cracks were generated.
耐久試験２
表２、表３に示す実施例１〜６の各テープは、テープの一端を固定した状態で、他端をつかんで１８０°回転させて変形させた後、他端を解放すると直ちに元の形状に回復した。これを１０回以上繰り返してもテープの外観には変化が見られなかった。
Endurance test 2
Each of the tapes of Examples 1 to 6 shown in Tables 2 and 3 is the original shape as soon as one end of the tape is fixed and the other end is grasped and rotated by 180 ° and then deformed, and then the other end is released. Recovered. Even when this was repeated 10 times or more, no change was observed in the appearance of the tape.
１０ 炭素繊維のテープ状集束体
１１ 炭素繊維テープ
２０ クロスヘッドダイ
２１ 上型
２２ 下型
２５ 溶融樹脂の供給ライン（供給孔）
２６ スリット出口
３１、３２、３３ 冷却ロール
DESCRIPTION OF
26
Claims (5)
式（I）から求められる炭素繊維テープの幅（Ｗ）が５〜１００ｍｍの範囲であり、
前記幅（Ｗ）が５〜１００ｍｍの範囲の炭素繊維テープが巻き付けられた円筒状芯材の最小直径（Ｄ）が、式（II）から求められるものである炭素繊維巻きテープ。
０．２×１０-3×Ｎ≦Ｗ≦２．０×１０-3×Ｎ （I）
（式（I）中、Ｗは炭素繊維テープの幅であり、Ｎは炭素繊維テープを構成する炭素繊維の本数で、前記幅（Ｗ）を５〜１００ｍｍの範囲にできる本数である。）
４．５×Ｆ×ｔ≦Ｄ （II）
（式（II）中、Ｆは炭素繊維量で、２０〜６０質量％の範囲であり、ｔは炭素繊維テープの厚みで、０．１〜１．０ｍｍの範囲である。） A carbon fiber tape made of a composite containing carbon fiber and an olefin resin is a carbon fiber wound tape wound around a cylindrical core material,
The width (W) of the carbon fiber tape obtained from the formula (I) is in the range of 5 to 100 mm,
A carbon fiber wound tape in which the minimum diameter (D) of a cylindrical core member around which a carbon fiber tape having a width (W) in the range of 5 to 100 mm is wound is obtained from the formula (II).
0.2 × 10 −3 × N ≦ W ≦ 2.0 × 10 −3 × N (I)
(In formula (I), W is the width of the carbon fiber tape, N is the number of carbon fibers constituting the carbon fiber tape, and the number that allows the width (W) to be in the range of 5 to 100 mm.)
4.5 × F × t ≦ D (II)
(In Formula (II), F is the amount of carbon fiber and is in the range of 20 to 60% by mass, and t is the thickness of the carbon fiber tape and is in the range of 0.1 to 1.0 mm.)
１本又は２本以上の炭素繊維を含む集束体をクロスヘッドダイに導入する工程、
クロスヘットダイ内において、加熱及び加圧状態にて、炭素繊維を含む集束体を開繊しながら溶融樹脂と接触させ、テープ状の炭素繊維と熱可塑性樹脂が一体化されたテープ状の複合体を得る工程、
前記テープ状の複合体をクロスヘットダイのスリット出口から押し出し、厚さ方向の両側からローラーで支持し、かつ冷却することにより、炭素繊維テープを得る工程、
得られた炭素繊維テープ円筒状芯材に巻き付ける工程、
を有している炭素繊維巻きテープの製造方法。 It is a manufacturing method of the carbon fiber winding tape according to any one of claims 1 to 3,
Introducing a focusing body containing one or more carbon fibers into a crosshead die;
Tape-like composite in which tape-like carbon fiber and thermoplastic resin are integrated by bringing the bundle containing carbon fiber into contact with the molten resin in the cross-head die in a heated and pressurized state. Obtaining a step,
A step of obtaining a carbon fiber tape by extruding the tape-shaped composite from the slit outlet of the cross-head die, supporting it from both sides in the thickness direction, and cooling;
A step of winding around the obtained carbon fiber tape cylindrical core material,
The manufacturing method of the carbon fiber winding tape which has this.
前記炭素繊維を含む集束体の開繊が、前記集束体が上型と下型の間をジグザグに通過することでなされるものである、請求項４記載の炭素繊維巻きテープの製造方法。 The crosshead die has an upper mold having wave-shaped irregularities formed continuously in the length direction, and a lower mold having wave-shaped irregularities formed so as to be fitted to the wave-shaped irregularities of the upper mold. The molds are combined, and one of the molds is provided with a molten resin introduction hole,
The method for producing a carbon fiber wound tape according to claim 4, wherein the opening of the converging body including the carbon fibers is performed by zigzaging the converging body between the upper mold and the lower mold.
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