JP2017119429A - ３次元表面テクスチャを有する軟質炭素繊維複合材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、軟質炭素繊維複合材及びその製造方法に関する。
【解決手段】本複合材は、３次元テクスチャを有する表面を有する炭素繊維布帛と、前記炭素繊維布帛に浸透する熱可塑性樹脂とを含む。本方法は、熱可塑性樹脂を準備し、この熱可塑性樹脂を溶融する工程と、表面に３次元テクスチャを有する炭素繊維布帛を準備し、溶融された熱可塑性樹脂を前記炭素繊維布帛の３次元テクスチャに塗布する工程と、前記炭素繊維布帛を焼成して、熱可塑性樹脂を炭素繊維布帛の内部に浸透させる工程と、溶融された熱可塑性樹脂で被覆された炭素繊維布帛を加熱しプレスすることにより、熱可塑性樹脂を炭素繊維布帛の内部に浸透させ、少なくとも１つの表面を３次元テクスチャで被覆する工程と、溶融熱可塑性樹脂で被覆された炭素繊維布帛を冷却して、熱可塑性樹脂を硬化させることにより、３次元テクスチャを有する軟質炭素繊維複合材を得ることができる工程とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、軟質炭素繊維複合材とその製造方法に関し、特に炭素繊維布帛と熱可塑性樹脂との間の優れた接着性を有し、表面に３次元テクスチャを呈する軟質炭素繊維複合材に関する。

従来から、電導性コーティング又は金属フィルムを有する布帛、金属フィルムや電導性フィルムをメッキされた布帛などは、電子製品の電磁妨害（ＥＭＩ）シールドに使用することができている。最近、炭素繊維自体がＥＭＩ遮蔽機能を有することが発見された。しかし炭素繊維複合材でできた従来の炭素繊維製品は、硬く、堅く、軽量の製品である自転車、自動車、飛行機、又は軍用部品などに適している。今日、炭素繊維複合材は、軟質炭素繊維複合材として作成することができ、これは、バッグ、スーツケース、財布、又は他の日用品の製造に使用することができる。炭素繊維複合材は、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）スキミングに対する製品保護を提供する。

従来の軟質炭素繊維複合材は通常、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材（あるいは単に熱可塑性炭素繊維複合材とも呼ばれる）であり、これは以下の様々な方法により得ることができる。

台湾特許第ＴＷ５９０８８８号は、プラスチック複合材製品の製造方法に関し、このプラスチック複合材は、結合媒体層、プラスチック層、及び布帛層を含み、結合媒体層はホットメルト接着剤マトリックス、ホットメルト接着剤マトリックス中に大部分が含浸された繊維、及び２つの分離された表面とを含み、プラスチック層はプラスチック原料から作成され、布帛層は織られた繊維で作成されている。プラスチック層及び布帛層はそれぞれ結合媒体層の２つの分離した表面に結合する。熱と圧力が加えられたときに上記の層が結合すると、ホットメルト接着剤マトリックスは、布帛層とプラスチック層とに流入してこれらの層に結合し、こうしてこれらの層同士がしっかりと結合する。

台湾特許第ＴＷ５７２８２５号は、繊維材料からなる基礎衣服層と、２つのフィルム層と、少なくとも１つの結合層とを含む複合材に関し、ここで、基礎衣服層は、第１の面と第２の面を有し、前記複合材は、フィルム層が熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）エラストマーで作られ、それぞれ基礎衣服層の２つの面に塗布され、基礎衣服層はジアミン処理剤で処理されること、を特徴とする。結合層と基礎衣服層は、熱と圧力を加えることにより強固に結合し、こうして平滑な表面を形成することができる。

台湾特許第ＴＷ４１０１９６号は、布帛のテクスチャを呈する熱可塑性複合材製品を製造する方法であって、ａ）熱可塑性物質が透明であり布帛が布帛テクスチャを有する、布帛強化熱可塑性複合材シートを調製する工程と、ｂ）前記複合材シートを所望の形状に切断する工程と、ｃ）工程ｂ）で切断された複合材シートを予備加熱して軟らかくする工程と、ｄ）工程ｃ）で軟らかくした複合材シートを３０℃〜１５０℃の温度で型内でプレスし成形する工程と、（ｅ）プレスした複合材シートを冷却し硬化させて、布帛のテクスチャを呈する熱可塑性複合材製品を得ることを含む上記方法に関する。

上記の特許は、熱可塑性樹脂複合材を調製するための様々な方法を提供する。これらの方法は、繊維又は織布を主層として提供し、熱可塑性フィルムを樹脂材料として提供し、又は接着性樹脂を提供すること；繊維又は織布を熱と圧力によって樹脂材料に含浸させること；そして、樹脂含浸繊維又は織布を冷却することを、主として含み、こうして、高強度で平滑な表面を有するプラスチック複合材を得ることができる。しかしながら、熱可塑性樹脂を熱で溶融すると、熱硬化性エポキシ樹脂又はビニルエステル樹脂の場合のように加熱により粘度が１００．０Ｐａ・ｓ（１Ｐａ・ｓ＝１ｋｇ・ｍ^−１・ｓ^−１）未満の水準に達するができず、そのため熱可塑性樹脂は繊維の間隔に完全に流入できず、繊維表面を湿らせることができないことがある。このため、外観が滑らかな複合材を得ることができたとしても、内部の繊維と樹脂との界面での結合力が弱くなる。更に前述の特許は、熱及び圧力を加える方法、又はその方法を実施するために使用される装置を記載していない。一般に、熱及び圧力を加えるためには、鋼板、型、又はホットプレスベッドを使用することができる。ＴＷ５７２８２５には、得られた複合材が、縫製や各種の後処理に適用できることが示されている。しかしながら、実際には、内部の繊維と樹脂との界面に生じた弱い結合強度のために、縫製や曲げによって複合材に亀裂が生じるであろう。

内部の繊維と樹脂との界面における弱い結合強度に関係する問題を克服するために、いくつかの特許が解決策を提供している。

台湾特許公開第ＴＷ２０１０３７１２３号は、プラスチック複合材及びその製造方法を提供し、ここで、上記方法は、工程１）少なくとも２つの繊維層を提供すること；工程２）各繊維層の特性に応じて結合剤を選択し、繊維層を結合剤に含浸させること；工程３）繊維層を配置すること；工程４）繊維層を加熱しプレスして、少なくとも１つの繊維層の結合剤を溶融させること、繊維層を隣接する層と結合させて板を形成すること；工程５）前記板を冷却すること；工程６）板を切断して少なくとも１つのプリフォーム材料を形成すること；工程７）前記プリフォーム材料を熱で軟化させること；ならびに、工程８）前記プリフォーム材料を型押しして最終製品を得ること、を含み、ここで、前記結合剤は熱硬化性又は熱可塑性樹脂であることができる。

この特許の主要な技術は、繊維層を結合剤に含浸させる工程である。しかしながら、この特許は、この方法で使用される技術及び装置については詳細に説明していない。更に、熱可塑性繊維複合材に用いられる熱可塑性樹脂を熱で溶融するが、粘度が熱硬化性エポキシ樹脂やビニルエステル樹脂ほど低下しない場合には、熱可塑性樹脂は繊維間に十分に流れ込まず、繊維表面を湿らせることができない。すなわち、繊維層に樹脂を完全に含浸させることができない。従って、含浸技術は、高品質の熱可塑性繊維複合材を得るための本質的な技術である。実際には、ＴＷ２０１４４２８５２、ＴＷ２０１４４２８５３、及びＴＷ２００６１８７３０に開示されているような特定の技術が。大量生産に使用される。例えば、特定の溶剤を、特定の熱可塑性樹脂を溶解させて粘度を下げるのに用いることができる。しかしながら、そのような溶解方法は環境に優しくないため、欧州、米国、又は他の先進国では使用が禁止又は制限されている。ＵＳ５，２３６，９７２に記載されているような大量生産のための別の方法は、熱可塑性樹脂を粉砕して極微細粉末とし、これを溶液中に懸濁させる含浸法である。ＴＷ２０１４１６５１３及びＵＳ５，６１８，３６７では、熱可塑性樹脂を微粒子又は粉末に粉砕した後、これらの微粒子又は粉末を布帛表面上に均一に噴霧コーティング又は噴霧し、次に熱及び圧力を加えて布帛を熱可塑性樹脂に含浸させる。しかしながら、粉砕された粒子の粒子サイズは、溶液中に懸濁および分散されるか、又は噴霧されるように、ナノスケールに近くなければならない。従って、粉砕プロセスは、大抵の広く使用されている複合材のコストを上回ってコストを上昇させる可能性がある。

更に、上記の特許又は刊行物は、滑らかな表面を有する複合材について言及することがあるが、３次元表面テクスチャを有する得られた炭素繊維熱可塑性複合材について言及していない。従って、これらの特許又は刊行物は、炭素繊維熱可塑性複合材上に３次元表面テクスチャを維持するための技術を提供していない。

更に、ＣＮ１０３２５２９５７は、３次元の表面テクスチャを有する炭素繊維ハウジング、及びその製造方法を開示し、この方法は、熱可塑性樹脂を含浸させた炭素繊維基材を層状構造体上に積層し、炭素繊維層状構造体の外面を熱可塑性フィルムで被覆して複合材を形成し、３次元テクスチャを有するホットプレス型内で前記複合材を加熱及びプレスし、そして前記複合材を冷却して、３次元表面テクスチャを有する炭素繊維ハウジングを得ることを含む。この刊行物の方法には、いくつかの工程が必要である。前記炭素繊維基材は、熱可塑性樹脂に含浸されるだけでなく、熱可塑性フィルムの層で被覆されことも必要である。前記複合材をホットプレスするために金型を使用しなければならない。従って、この方法は複雑であり、時間がかかる。

上記目的を達成するために、本発明は軟質炭素繊維複合材を提供し、この複合材は、
３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を有する炭素繊維布帛と、
炭素繊維布帛の内部に浸透し、３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を被覆する熱可塑性樹脂とを、含み、
ここで、３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を被覆する熱可塑性樹脂の部分は、対応する３次元テクスチャを有する。

本発明はまた、軟質炭素繊維複合材の製造方法を提供し、この方法は、
熱可塑性樹脂を準備し、前記熱可塑性樹脂を加熱して溶融する工程と；
３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を有する炭素繊維布帛を準備し、そして前記炭素繊維布帛の３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面の上に前記溶融した熱可塑性樹脂を塗布する工程と；
前記溶融した熱可塑性樹脂で被覆された炭素繊維布帛を焼成することにより、熱可塑性樹脂を炭素繊維布帛の内部に浸透させる工程と；
前記溶融した熱可塑性樹脂で被覆された炭素繊維布帛を加熱しプレスすることにより、熱可塑性樹脂を炭素繊維布帛の内部に浸透させ、そして３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面を覆う工程であって、炭素繊維布帛をプレスする前記工程は、少なくとも１つのソフトプレス装置を使用して、炭素繊維布帛の３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面をプレスすることにより行われる、上記工程と、
前記溶融した熱可塑性樹脂で被覆された炭素繊維布帛を冷却して前記熱可塑性樹脂を硬化させて、前記軟質炭素繊維複合材を得る工程と、を含む。

本発明の１つの態様において、前記ソフトプレス装置はソフトローラーである。

本発明の１つの態様において、前記炭素繊維布帛をプレスする工程は、ソフトプレス装置をハードプレス装置と組み合わせて使用することにより行われる。本発明の別の態様において、前記炭素繊維布帛をプレスする工程は、ソフトプレス装置を別のソフトプレス装置と組合せて使用することにより行われる。

本発明の軟質炭素繊維複合材の製造方法は、熱可塑性樹脂が炭素繊維布帛の内部に完全且つ均一に分配されることを可能にし、こうして炭素繊維布帛と熱可塑性樹脂との間の結合強度が上昇する。更に、熱可塑性樹脂で被覆された炭素繊維布帛を加熱及びプレスされた後に、３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を被覆する熱可塑性樹脂の部分は、対応する３次元テクスチャを呈する。従って、本発明の方法は、単純なプロセスを提供し、こうしてコストを節約する。得られる軟質炭素繊維複合材は、表面上に３次元テクスチャを呈し、従って良好な外観を有し、様々な視覚効果があり、そして幅広い用途で使用することができる。

図１は、本発明の軟質炭素繊維複合材の断面側面図である。

図２は、軟質炭素繊維複合材の製造方法のフローチャートである。

図３は、軟質炭素繊維複合材の製造装置を示す透視図である。

図４（Ａ）は、本発明の例１の軟質炭素繊維複合材を示す金属顕微鏡による顕微鏡写真である（倍率：１００倍）。 図４（Ｂ）は、本発明の例１の軟質炭素繊維複合材の長手方向の断面側面図を示す金属顕微鏡による顕微鏡写真である（倍率：５００倍）。 図４（Ｃ）は、本発明の例１の軟質炭素繊維複合材の横方向の断面側面図を示す金属顕微鏡による顕微鏡写真である（増幅率：５００倍）。

図５（Ａ）と図５（Ｃ）は、本発明の実施例１の軟質炭素繊維複合材の写真であり、図５（Ｂ）と図５（Ｄ）は、比較例１の従来の軟質炭素繊維複合材の写真であり、図５（Ｃ）と図５（Ｄ）はそれぞれ図５（Ａ）と図５（Ｂ）の４倍増幅写真である。

従来の軟質炭素繊維複合材の断面側面図である。

本発明の内容の理解を容易にするために、以下に用語が定義される。

この文脈において用語「約」は、当業者により測定された値が、測定がどのように実施されるかによってある程度決定される誤差の許容可能な変動を含むことを示すために、使用される。

特に断りがなければ、「ａ」、「ｔｈｅ」などはその単数形及び複数形の両方を含む。更に、その明確性のために、図面中の要素又は領域のサイズは、その実際のサイズ比に応じて記載されるよりも、誇張されていることがある。

また、本明細書に記載されたいずれかの数値範囲は、その中に包含される全ての部分範囲及び数を含むことを意図すると理解されなければならない。例えば、「１６０〜１９０℃」の範囲は、記載された最小値の１６０℃と記載された最大値の１９０℃との間の（及びこれらを含む）全ての部分範囲を含み、すなわち最小値が１６０℃以上であり、最大値が１９０℃以下を有し、例えば１６８℃〜１８７℃、１６３℃〜１８２℃、１７０℃〜１８８℃の範囲、及び１５３℃、１６９℃、１７２℃、又は１８６℃などの数である。

図１は、本発明の軟質炭素繊維複合材を示し、これは、
３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を有する炭素繊維布帛（Ｂ）であって、横の炭素繊維（Ｂ１）と縦の炭素繊維（Ｂ２）により織られている上記炭素繊維布帛（Ｂ）と、
前記炭素繊維布帛（Ｂ）の内部に浸透し、３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面を被覆する鵜熱可塑性樹脂（Ａ）であって、３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面を被覆する熱可塑性樹脂（Ａ）の部分が、対応する３次元テクスチャを有する、上記熱可塑性樹脂（Ａ）とを、含む。

図２と図３は、軟質炭素繊維複合材の製造方法を示し、この方法は、
熱可塑性樹脂（Ａ）を準備し、そして熱可塑性樹脂（Ａ）をホットメルト装置（１０）を用いて熱可塑性樹脂（Ａ）の融点付近の温度まで加熱して、熱可塑性樹脂（Ａ）を溶融する工程と、
３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を有する炭素繊維布帛（Ｂ）を準備し、炭素繊維布帛（Ｂ）をホットメルト被覆領域（２０）に搬送し、そして前記溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）を前記炭素繊維布帛（Ｂ）の３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面上に、ローラー（２２）をスクレーパー（２３）と組み合わせて使用して塗布する工程と、
前記溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された前記炭素繊維布帛（Ｂ）を焼成領域（３０）に搬送し、そして前記溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された前記炭素繊維布帛（Ｂ）を焼成することにより、前記熱可塑性樹脂（Ａ）を前記炭素繊維布帛（Ｂ）の内部に浸透させる工程と、
炭素繊維布帛（Ｂ）をコーティングし焼成して、前記溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）を前記炭素繊維布帛（Ｂ）中に浸透させ湿潤させた後に、前記溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された前記炭素繊維布帛（Ｂ）を、少なくとも１つのゴム被覆ローラー（４１）（ソフトプレス装置／ソフトローラーとして働く）と少なくとも１つの他のローラー（４２）（これらは、好ましくは上部と下部に配置される）とを含む組み合わせローラーセットを備えた加熱及びプレス領域（４０）に搬送し、そして前記溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された前記炭素繊維布帛（Ｂ）を加熱しプレスすることにより、前記熱可塑性樹脂（Ａ）は炭前記素繊維布帛（Ｂ）中に完全に分配され、対応する３次元テクスチャを表面に呈する工程と、
前記溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された前記炭素繊維布帛（Ｂ）を冷却領域（５０）中で冷却して、前記熱可塑性樹脂（Ａ）を硬化させ、それによって硬化された熱可塑性樹脂（Ａ）は前記炭素繊維布帛（Ｂ）に強固に結合し、こうして３次元テクスチャを有する軟質炭素繊維複合材（Ｃ）が得られる工程と、を含む。

本発明の方法は、３次元テクスチャを有する軟質炭素繊維複合材（Ｃ）が得られた後の、随意選択的な後処理を、更に含んでいる。図２に示すように、軟質炭素繊維複合材（Ｃ）を所望の形状に切断し、電気伝導性布帛の裏地に縫製技術を用いて接合して、３次元テクスチャと耐スキミング機能を備えた軟質炭素繊維製品（例えば、キャリーバッグ、スーツケース、財布など）を形成することができる。

本発明の１つの態様において、炭素繊維布帛（Ｂ）は、約０．０３〜約１ｍｍ、好ましくは約０．０６〜約０．８ｍｍ、より好ましくは約０．０８〜約０．５ｍｍ、そして最も好ましくは約０．１〜約０．４ｍｍの厚さを有する。上記範囲の厚みを有する炭素繊維布帛（Ｂ）は、含浸効果が向上し、樹脂と繊維との間の結合強度が向上している。炭素繊維布帛（Ｂ）は、約３０ｇ／ｍ^２〜約６００ｇ／ｍ^２、好ましくは約５０ｇ／ｍ^２〜約５００ｇ／ｍ^２、より好ましくは約７０ｇ／ｍ^２〜約４００ｇ／ｍ^２、最も好ましくは約９０ｇ／ｍ^２〜約３００ｇ／ｍ^２の範囲の質量を有する。炭素繊維布帛の繊維含量は、約２０〜約６０％、好ましくは約２５〜約５５％、より好ましくは約３０〜約５０％である。

本発明の１つの態様において、熱可塑性樹脂（Ａ）は、可撓性又は軟質の熱可塑性樹脂であり、特にショアＡ硬度が約５０〜約７０、好ましくは約５５〜約６５の可撓性又は軟質の熱可塑性樹脂である。例えば、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、変性ポリエステル（ＰＥ）、又は他の軟質熱可塑性樹脂を使用することができる。

本発明において、結果として得られる軟質炭素繊維複合材（Ｃ）の厚みは、約０．１〜約１ｍｍ、好ましくは約０．２ｍｍ〜約０．８ｍｍ、そしてより好ましくは約０．３ｍｍ〜約０．６ｍｍである。

本発明の１つの態様において、ホットメルト装置（１０）では、熱可塑性樹脂（Ａ）粒子の充填率は必要なコーティング量に依存するため、溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）を特定の溶融時間と溶融温度で維持することができる。この樹脂は、長い溶融時間又は過度の高温により分解する可能性がある。ショアＡ硬度が６５の改質された軟質熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）が使用される場合、溶融温度は好ましくは約１６０℃〜約１９０℃である。エチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）又はポリエステル（ＰＥ）を使用する場合、溶融温度は約１５５℃〜約１８５℃である。

本発明の１つの態様において、ホットメルトコーティング領域（２０）は、樹脂タンク（２１）と、少なくとも１つのスクレーパー（２３）と、コーティング量を制御するための少なくとも１つのコーティングローラー（２２）とを備える。コーティング量は、スクレーパー（２３）とコーティングローラー（２２）との間の距離（すなわち、スクレーパー（２３）とコーティングローラー（２２）との間隔）に応じて制御することができる。スクレーパー（２３）を用いて塗布する場合、熱可塑性樹脂（Ａ）は炭素繊維布帛（Ｂ）の表面上に均一にコーティングすることができる。

本発明の１つの態様において、焼成領域（３０）は、上記溶融温度より約５℃〜約３０℃高い温度、好ましくは上記溶融温度より約５℃〜２５℃高い、より好ましくは上記溶融温度より約５℃〜約２０℃高い、最も好ましくは上記溶融温度より約１０℃〜約２０℃高い温度を有する。熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された炭素繊維布帛（Ｂ）は、焼成領域（３０）に約２０秒〜約９０秒間、好ましくは約２５秒〜約７５秒間、より好ましくは約３０秒〜約６０秒間、そして最も好ましくは約３５秒〜約５０秒間、留まるように制御されなければならない。高温での焼成は、熱可塑性樹脂（Ａ）の流量を増やし、従って熱可塑性樹脂（Ａ）の炭素繊維布帛（Ｂ）への浸透を増加させ、そして炭素繊維布帛（Ｂ）を湿潤させる。

本発明の１つの態様において、焼成領域（３０）は、赤外線、電気加熱、電磁加熱等により熱を加える。

本発明の１つの態様において、加熱及びプレス領域（４０）中の組み合わせローラーセットは、熱可塑性樹脂（Ａ）の溶融温度と同様の作動温度を有する。温度差は、約５℃〜約３０℃、好ましくは約１０℃〜約２５℃、より好ましくは約１０℃〜約２０℃である。加熱及びプレス領域（４０）の圧力は、約５〜約３０ｋｇｆ／ｃｍ^２、好ましくは約５〜約２５ｋｇｆ／ｃｍ^２、より好ましくは約１０〜約２０ｋｇｆ／ｃｍ^２である。このような条件下では、熱可塑性樹脂（Ａ）は溶融して加圧下で流れ、従って熱可塑性樹脂（Ａ）と炭素繊維布帛（Ｂ）は互いに強く結合し、そして熱可塑性樹脂（Ａ）と炭素繊維布帛（Ｂ）との界面に、向上した結合強度が生じる。

本発明の１つの態様において、加熱及びプレス領域（４０）における少なくとも１つのゴム被覆ローラー（４１）は、ゴムで被覆されたスチールローラーを備え、そしてゴムは６０〜７５のショアＡ硬度を有する。このようにして、熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された炭素繊維布帛（Ｂ）の表面は、過度の高圧を受けて平坦化されない。結果として得られた軟質炭素繊維複合材（Ｃ）は、炭素繊維布帛（Ｂ）の元々の３次元テクスチャを呈することを確認することができる。

本発明の１つの態様において、炭素繊維布帛（Ｂ）が片面のみに３次元テクスチャを有する場合には、加熱及びプレス領域（４０）中の組み合わせローラーセットは、３次元テクスチャを有する表面上にプレスするために使用される少なくとも１つのゴム被覆ローラー（４１）と、スチールローラーである少なくとも１つの他のローラー（４２）とを有する。

本発明の１つの態様において、炭素繊維布帛（Ｂ）が両面に３次元テクスチャを有する場合には、加熱及びプレス領域（４０）中の組み合わせローラーセットは、少なくとも１つのゴム被覆ローラー（４１）と、これもまたゴム被覆されたローラーである少なくとも１つの他のローラー（４２）とを有し、これらは、３次元テクスチャを有する両面上にプレスするために使用される。

本発明の別の態様において、炭素繊維布帛（Ｂ）が両面に３次元テクスチャを有する場合、加熱及びプレス領域（４０）中の組み合わせローラーセットは、少なくとも１つのゴム被覆ローラー（４１）と、スチールローラーである少なくとも１つの他のローラー（４２）とを有する。一般に、圧力が２０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下である場合、２つのゴム被覆ローラーを含む組合せローラーセットの使用は、良好な浸透及び含浸効果を提供し、そして軟質炭素繊維複合材の表面上に優れた３次元テクスチャをもたらす。もしも炭素繊維布帛（Ｂ）の厚さが０．４ｍｍよりも大きい場合、適用される圧力は、向上した浸透及び含浸効果を与えるために、２０ｋｇｆ／ｃｍ^２より高くなければならない。この状況では、２つのゴム被覆ローラーを含む組合わせローラーセットが使用される場合には、過度に高い圧力は、炭素繊維布帛（Ｂ）を歪ませ、そしてオフグレーン（off-grain）のような望ましくない欠陥を生じることがある。このため、１つのゴム被覆ローラーと１つのスチールローラーとを含む組み合わせローラーセットを使用して、結果として得られる軟質炭素繊維複合材の品質を確保することができる。１つのゴム被覆ローラーと１つのスチールローラーを含む組み合わせローラーセットが使用される場合には、スチールローラーに接触する炭素繊維布帛（Ｂ）の表面は、わずかに平坦化された３次元テクスチャを有するであろう。２つのゴム被覆ローラーを含む組み合わせローラーセットが使用される場合には、炭素繊維布帛（Ｂ）の両面上の３次元テクスチャが明らかであろう。

本発明の１つの態様において、冷却領域（５０）内の温度は、約０℃〜約２０℃、好ましくは約５℃〜約１５℃、そしてより好ましくは約５℃〜約１０℃に維持しなければならない。エアブラスト冷却システムを使用することが好ましい。溶融された熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された炭素繊維布帛（Ｂ）は、冷却するために、冷却領域（５０）中に少なくとも２０秒間、好ましくは約２０秒〜約６０秒間、より好ましくは約２０秒〜約５０秒間、そして最も好ましくは約２０秒〜約４０秒間留まる。冷却領域（５０）の長さは冷却効果に依存するはずである。冷却時間は、冷却領域（５０）中の処理速度及び使用される熱可塑性樹脂（Ａ）の種類（異なる種類の樹脂は異なるガラス転移温度を有する）に応じて変わる。一般に、溶融熱可塑性樹脂（Ａ）で被覆された炭素繊維布帛（Ｂ）は、５℃〜１０℃で冷却するために冷却領域（５０）内に２０秒〜４０秒間留まる。冷却効果が不十分であると、熱可塑性樹脂（Ａ）の表面が粘着性である可能性がある。

例１
ショアＡ硬度が６５の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、および厚さ０．２８ｍｍで、２４８ｇ／ｍ^２の綾織り炭素繊維布帛が準備された。熱可塑性ポリウレタンをホットメルト装置で１８０℃に加熱し、溶融させ、次いでスクレーパーと組み合わせたローラーを用いて、綾織り炭素繊維布帛の表面上にコーティングした。綾織り炭素繊維布帛を２０５℃で４０秒間赤外線で焼成し、それにより熱可塑性ポリウレタンを綾織り炭素繊維布帛の繊維間に浸透させた。綾織り炭素繊維布帛を、ショアＡ硬度が６５のゴム被覆ローラーとスチールローラー（これらは、１６０℃の作動温度を有し、１６ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力を与える）とを含む組み合わせローラーセットを通過させると、熱可塑性ポリウレタンは完全に含浸され、そして綾織り炭素繊維布帛中に均一に分布され、こうして綾織り炭素繊維は３次元テクスチャを呈した。最後に、熱可塑性ポリウレタンで被覆された綾織り炭素繊維を７℃で２ｍ／分の生産ライン速度で冷却し、３０秒間維持し、こうして熱可塑性ポリウレタンを硬化させて綾織り炭素繊維布帛に結合させた。厚さ０．５６ｍｍの３次元テクスチャを有する軟質炭素繊維複合材が得られた。

例２〜７
例２〜７の製造方法は、例１と同様であり、材料及び方法の条件、及び結果をテーブル１に示す。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、本発明の例１の軟質炭素繊維複合材を示す金属顕微鏡による顕微鏡写真を示す。図４（Ａ）は、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）が、綾織り炭素繊維布帛の横の炭素繊維（Ｂ１）と縦の炭素繊維（Ｂ２）を完全に被覆し、強固に結合していることを示している。明らかな空隙は示されていない。

用語「空隙」は、硬化された複合材中の空隙孔を指し、これは、熱及び圧力が加えられる含浸工程中の、不充分な樹脂含浸性又は不充分な樹脂流動性のために、樹脂が繊維を被覆することができないことにより、繊維間隔内に残った空気から形成される気泡から発生する。不十分な製造及び繊維と樹脂との間の不十分な結合による複合材中の多量の空隙は、不十分な後処理（例えば縫製）効果をもたらす可能性がある。例えば、繊維が樹脂から引き抜かれるか、又は複合材が表面に亀裂を生じさせる可能性がある。

比較例１
ＴＷ４１０１９６に開示された方法により製造された複合製品は、比較例として機能する。

結果
図５（Ａ）と図５（Ｃ）は、本発明の例１の軟質炭素繊維複合材の写真であり、そして図５（Ｂ）と図５（Ｄ）は、比較例１の従来の軟質炭素繊維複合材の写真である。図５（Ａ）と図５（Ｃ）によれば、本発明の軟質炭素繊維複合材の表面は、明らかな３次元テクスチャを呈する。図５（Ｂ）と図５（Ｄ）によれば、従来の軟質炭素繊維複合材の表面上のテクスチャは明らかではない。本発明の軟質炭素繊維複合材と比較して、従来の軟質炭素繊維複合材は、平らな表面を示す。

図１と図６は、それぞれ、本発明の軟質炭素繊維複合材の断面側面図、及び従来の軟質炭素繊維複合材の断面側面図を示す。図６によれば、従来の軟質炭素繊維複合材では、適用樹脂（Ａ’）は、炭素繊維布帛の横の炭素繊維（Ｂ１’）と縦の炭素繊維（Ｂ２’）の３次元テクスチャを反映した、対応する３次元テクスチャを生成することができないことを理解することができる。従って、従来の軟質炭素繊維複合材の表面は平坦である。図１は、適用樹脂（Ａ）が、炭素繊維布帛の横の炭素繊維（Ｂ１）と縦の炭素繊維（Ｂ２）の３次元テクスチャを反映した、対応する３次元テクスチャを生成することを示す。従って、本発明の方法は、表面上に３次元テクスチャを有する軟質炭素繊維複合材を提供する。

例８
後処理を行うことができる。例１〜７で得られた軟質炭素繊維複合材を、縫製技術を用いて電気伝導性布帛の裏地に結合させて製品（例えば、キャリーバッグ、スーツケース、財布等）を作成した。テーブル２には、一般的な牛皮、従来の銀メッキされたガラス繊維、本出願人が所有するＴＷ１３２５９０７に従って提供された電気伝導性布帛（表面が銅メッキされたポリエステル布）、例１から得られた軟質炭素繊維複合材、及び上記電気伝導性布帛（裏地として）と例１から得られた軟質炭素繊維複合材を含む縫製製品、のＥＭＩ遮蔽機能が列挙されている。テーブル２によれば、本発明の軟質炭素繊維複合材は、単独で既に優れたＥＭＩ遮蔽機能を有する。本発明の軟質炭素繊維複合材が電気伝導性布帛に結合されると、この軟質炭素繊維複合材は電気伝導性布帛のＥＭＩ遮蔽機能を高め、そしてスキミングに対する保護を提供する。

本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、本発明の構成に対して様々な変更及び変形が可能であることは、当業者には明らかであろう。上記を考慮して、本発明は、以下の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内で、本発明の修正及び変形を包含することが意図されている。

Claims (16)

1. 軟質炭素繊維複合材の製造方法であって、
   熱可塑性樹脂を準備し、前記熱可塑性樹脂を加熱して溶融する工程と；
   ３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を有する炭素繊維布帛を準備し、前記炭素繊維布帛の３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面上に溶融された前記熱可塑性樹脂を塗布する工程と；
   前記溶融された熱可塑性樹脂で被覆された前記炭素繊維布帛を焼成し、それによって前記熱可塑性樹脂を前記炭素繊維布帛の内部に浸透させる工程と；
   前記溶融された熱可塑性樹脂で被覆された前記炭素繊維布帛を加熱しプレスすることにより、前記熱可塑性樹脂を前記炭素繊維布帛の内部に浸透させ、３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面を被覆する工程であって、前記炭素繊維布帛をプレスする前記工程は、少なくとも１つのソフトプレス装置を使用して、前記炭素繊維布帛の３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面をプレスすることにより行われる、工程と、
   前記溶融された熱可塑性樹脂で被覆された前記炭素繊維布帛を冷却して前記熱可塑性樹脂を硬化させて、前記軟質炭素繊維複合材を得る工程と、を含む方法。
2. 前記炭素繊維布帛をプレスする工程が、前記ソフトプレス装置をハードプレス装置と組み合わせて使用することにより行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記炭素繊維布帛をプレスする工程が、前記ソフトプレス装置を別のソフトプレス装置と組み合わせて使用することにより行われる、請求項１に記載の方法。
4. 前記プレス装置がローラーである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ソフトプレス装置が、約６０〜約７５のショアＡ硬度を有するゴム被覆ローラーである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記焼成工程が、赤外線、電気加熱、又は電磁加熱により行われる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記焼成工程が、赤外線を用いて、前記熱可塑性樹脂を溶融するための温度よりも約５℃〜約３０℃高い温度に達するように行われ、且つ前記溶融された熱可塑性樹脂で被覆された前記炭素繊維布帛は、赤外線を用いて約２０秒間〜約９０秒間焼成される、請求項６に記載の方法。
8. 前記炭素繊維布帛の厚さが約０．０３ｍｍ〜約１ｍｍであり、質量が約３０ｇ／ｍ²〜約６００ｇ／ｍ²の範囲内であり、前記炭素繊維布帛の繊維含量が約２０％〜約６０％である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記熱可塑性樹脂が、約５０〜約７０のショアＡ硬度を有し、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、及び変性ポリエステル（ＰＥ）からなる群から選択される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記軟質炭素繊維複合材が約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの厚さを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
11. 前記溶融された熱可塑性樹脂で被覆された前記炭素繊維布帛を加熱しプレスする工程が、約１６０℃〜約１９０℃の温度で、約５ｋｇｆ／ｃｍ²〜約３０ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で行われる、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
12. 前記溶融された熱可塑性樹脂で被覆された前記炭素繊維布帛が、約０℃〜約２０℃の温度で約２０秒間〜約６０秒間冷却される、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
13. 軟質炭素繊維複合材であって、
    ３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を有する炭素繊維布帛と、
    前記炭素繊維布帛の内部に浸透し、３次元テクスチャを有する少なくとも１つの表面を被覆する熱可塑性樹脂とを、含み、
    ここで、３次元テクスチャを有する前記少なくとも１つの表面を被覆する前記熱可塑性樹脂の部分が、対応する３次元テクスチャを有する、軟質炭素繊維複合材。
14. 前記炭素繊維布帛が、約０．０３ｍｍ〜約１ｍｍの厚さと、約３０ｇ／ｍ²〜約６００ｇ／ｍ²の範囲の質量とを有し、前記炭素繊維布帛の繊維含量が約２０％〜約６０％である、請求項１３に記載の軟質炭素繊維複合材。
15. 前記熱可塑性樹脂が、約５０〜約７０のショアＡ硬度を有し、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、及び変性ポリエステル（ＰＥ）からなる群から選択される、請求項１４に記載の軟質炭素繊維複合材。
16. 前記軟質炭素繊維複合材が、約０．１ｍｍ〜約１ｍｍの厚さを有する、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の軟質炭素繊維複合材。