JPH06262624A - 炭素長繊維強化合成樹脂ストランドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 合成樹脂浴容器中に炭素長繊維を引揃えて導
入し、該炭素長繊維に該合成樹脂を含浸させつつ該合成
樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸炭素長繊維を引取
ることにより、炭素長繊維強化合成樹脂ストランドを製
造する方法において、該炭素長繊維を開繊走行させつつ
その表面にＮｉなどの金属めっきを施し、しかる後前記
合成樹脂浴容器中に導入して樹脂含浸を行う。 【効果】 繊維強化樹脂の製造ラインで、強化繊維とし
て用いられる炭素長繊維の表面に金属めっきを施し、そ
れにより、高強度、良導電性で且つ電波シールド性や磁
気シールド性などの特性を備えた繊維強化樹脂成形品を
得ることのできる炭素長繊維強化合成樹脂ストランド
を、生産性よく製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素長繊維強化合成樹
脂ストランドの製造方法に関し、特に繊維強化樹脂の強
化繊維として用いられる炭素長繊維の表面に金属めっき
を施し、それにより、電波シールド性や磁気シールド性
などの特性を備えた繊維強化樹脂成形品を得ることので
きる炭素長繊維強化合成樹脂ストランドを、生産性よく
製造する方法に関するものである。

【０００２】本発明の方法によって製造されるストラン
ド状材料は、これをそのまま利用することも可能である
が、使用目的に合わせて任意長さに切断して利用するこ
ともできる。後者の一例としては射出成形、射出圧縮成
形、圧縮成形等の原料として使用されるペレット状材料
を挙げることができ、この場合は数ｍｍから十数ｍｍの
長さに切断して使用するのが一般的である。本明細書で
は前者を炭素長繊維強化合成樹脂ストランド（以下単に
炭素長繊維ストランドと言うこともある）、また後者を
炭素長繊維強化合成樹脂ペレット（以下単に炭素長繊維
ペレットと言うこともある）として区分する。

【０００３】

【従来の技術】繊維強化樹脂材料を例えば射出成形して
希望形状の成形品を製造したい場合は、合成樹脂中に強
化繊維を含有させてなるペレット状原料が使用される。
この様なペレット状原料中に含まれる強化繊維は一般に
短繊維であるが、近年長繊維を一方向に揃えた状態で合
成樹脂を含浸させたもの、即ち長繊維ペレットが開発さ
れ、高強度射出成形品等を製造する為の原材料として評
価されている。

【０００４】これらを製造する方法としては、強化用繊
維（以下ロービングと言うことがある）を束ねて導入し
開繊状態で走行させる含浸ヘッドの側面に、スクリュー
型もしくはプランジャー型押出装置の樹脂液吐出口を臨
設し、上記含浸ヘッド内に圧入されて形成される溶融合
成樹脂浴中に前記ロービング束を通すことによって含浸
を行なわせる。そして樹脂含浸ロービングは含浸ヘッド
の出口ノズルから引取られ、樹脂材料を硬化させつつこ
れを巻取って前記長繊維ストランドとするが、これは前
述の如く任意長さに切断され、前記長繊維ペレットとす
ることもできる。

【０００５】一方、ＯＡ機器やＡＶ機器などを初めとす
る様々の機器のケーシング材や構造材の成形材料とし
て、上記の様な長繊維強化樹脂が汎用されており、これ
らの中でも強化繊維として炭素長繊維を用いたものは、
機械的特性や導電特性においても優れた特性を与えるこ
とが知られている。しかしながら、炭素長繊維強化樹脂
を用いた射出成形や圧縮成形では、ＯＡ機器やＡＶ機器
などにしばしば要求される電波シールド性や磁気シール
ド性を与えることができない。

【０００６】そこで、炭素長繊維と共に金属繊維を併用
したり、或は含浸樹脂中に金属等の磁性粉末や金属フレ
ーク等を混入させることによって磁気シールド性を与え
る方法も提案されているが、これらの方法では、成形品
の機械的特性が低下したり、あるいは金属粉末の分散が
不均一になって安定した電波シールド性や磁気シールド
特性が発揮されないといった問題があり、益々高性能化
するＯＡ機器やＡＶ機器などの構成材料としては適性を
欠く。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、炭素
長繊維強化合成樹脂の優れた強化効果や導電性改善効果
を確保しつつ、電波シールド性や磁気シールド性におい
ても優れた特性を備えた成形品を得ることのできる炭素
長繊維ストランドを、生産性よく製造することのできる
方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る製造法の構成は、合成樹脂浴容器
中に炭素長繊維を引揃えて導入し、該炭素長繊維に該合
成樹脂を含浸させつつ該合成樹脂浴容器の出口ノズルか
ら樹脂含浸炭素長繊維を引取ることにより、炭素長繊維
強化合成樹脂ストランドを製造する方法において、該炭
素長繊維を開繊走行させつつ金属めっきを施し、しかる
後前記合成樹脂浴容器中に導入して樹脂含浸を行なうと
ころに要旨を有するものである。

【０００９】金属めっき材としては種々のものが使用で
きるが、その中でも電波シールド性や磁気シールド効果
等において優れた成形品を得る上で特に好ましいのはＮ
ｉであり、また該Ｎｉめっきを施した後にその表面を酸
化処理してから前記合成樹脂浴容器中に導入して樹脂含
浸を行なったものは、めっき層表面に形成される酸化皮
膜によって合成樹脂との密着性が高められると共に、優
れた磁気シールド性を有する成形品を与える。またこの
製法を実施するに当たっては、合成樹脂浴容器から引出
される炭素長繊維に撚りを掛けた状態で引取る方法を採
用すれば、合成樹脂の含浸された炭素長繊維ストランド
の引出しを円滑に行うことができるので好ましい。

【００１０】

【作用】上記の様に本発明では、合成樹脂浴容器中に炭
素長繊維を引揃えて導入し、該炭素長繊維に該合成樹脂
を含浸させつつ該合成樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂
含浸炭素長繊維を引取ることによって炭素長繊維強化合
成樹脂ストランドを製造するに際し、樹脂含浸前の炭素
長繊維表面に、当該製造ライン内で金属めっきを行うも
のであり、それにより優れた生産性の下で、機械的特
性、導電特性および電波シールド性や磁気シールド性の
全てにおいて優れた特性を備えた成形品を与える炭素長
繊維ストランドを得ることができる。

【００１１】以下、実施例を示す図面を参照しながら本
発明の構成および作用効果を詳細に説明する。図１は、
本発明の実施例を示す概略説明図であり、図中１ａ，１
ｂ，・・・ は炭素長繊維ロービング、１はロービング束、
２は金属めっき槽、３はめっき液、４は乾燥装置、５は
合成樹脂含浸装置、５ａは合成樹脂供給装置、６は後処
理装置、７は引取りローラ、８は巻取り装置を夫々示し
ている。

【００１２】図示する如く本発明では、炭素長繊維供給
部から供給される炭素長繊維ロービング１ａ，１ｂ，・・
・ を引揃えて連続的にめっき槽２に送り、炭素長繊維ロ
ービング束１を開繊状態でめっき液３内を浸漬走行させ
ることによって、各炭素長繊維ロービング１ａ，１ｂ，
・・・ の表面に金属めっきを施す。この金属めっき工程で
は、Ｎｉ等の金属を含む電解液を使用し、炭素長繊維ロ
ービング１ａ，１ｂ，・・・ に対して任意の位置で通電す
ることにより、炭素長繊維ロービング１ａ，１ｂ，・・・
の表面に金属を析出させる。

【００１３】めっき金属の種類は特に限定されず、Ｎ
ｉ，Ｆｅ，Ｃｒ等様々の金属が挙げられ、それらに応じ
てそれら金属を含む可溶性の金属化合物（塩化物、硫酸
塩、酢酸塩、水酸化物、炭酸塩など）がめっき液として
使用されが、めっき効率やめっき処理による電波シール
ド性や磁気シールド性向上効果の点で最も好ましいのは
Ｎｉめっきであり、従ってめっき液として最も好ましい
のは、Ｎｉの塩化物や硫酸塩、酢酸塩等のＮｉ塩水溶液
である。

【００１４】めっき処理を終えたロービング束１は、次
いで乾燥装置４へ導入して乾燥される。この乾燥装置４
では、ロービング束２の表面に付着した電解液の乾燥除
去が行なわれるが、この乾燥を酸化性雰囲気で行なえ
ば、めっき金属の表面が酸化され、該酸化被膜の形成に
よって合成樹脂との親和性が高められて含浸樹脂と炭素
長繊維ロービングとの密着性が高められるため、複合材
としての性能は一段と高められるので好ましい。

【００１５】乾燥した後は、引き続いて合成樹脂含浸装
置５へ導かれ、この部分で合成樹脂供給装置５ａから供
給される合成樹脂が、開繊状態で該含浸装置５内を走行
する炭素長繊維ロービング束２に溶融状態で含浸され
る。次いで後処理装置６で後処理（合成樹脂として熱可
塑性樹脂を用いた場合は冷却固化、熱硬化性樹脂を用い
た場合は予備硬化のための加熱処理）した後、引取りロ
ーラ７を経て炭素長繊維ストランドとして順次巻取り装
置８に巻取る。

【００１６】この様に本発明では、炭素長繊維ロービン
グの引揃えから合成樹脂の含浸、巻取りに至る一連の工
程の途中で金属めっきを行なうものであり、既存の長繊
維ストランド製造設備に金属めっき設備を付加するだけ
で、生産性等には殆んど悪影響を及ぼすことなく、本発
明の金属めっき炭素長繊維ストランドを得ることができ
る。

【００１７】しかも、こうして得られるストランドは、
前述の如く強化繊維として用いられる炭素長繊維の表面
に金属めっきが施されたものであり、それにより、炭素
長繊維が本来有している強化効果や導電特性に加えて、
金属めっきによって電波シールド性や磁気シールド性も
与えられることになり、例えばＯＡ機器やＡＶ機器の如
く電波シールド性や磁気シールド性能が要求される各種
機器のケーシング用材料等としても有効に使用すること
が可能となる。

【００１８】本発明で使用される炭素長繊維の径や収束
本数には一切制限がなく、目的とする成形品の要求特性
によって任意に調整すればよいが、成形用の複合材料と
して最も一般的なのは、繊維径で６〜２０μｍ程度の炭
素長繊維3000〜96000本程度よりなるロービングを複数
本引揃えて使用する方法である。また金属めっき被覆の
付着量も特に限定されないが、めっき付着量が不足する
場合は満足な電波シールド性や磁気シールド効果が得ら
れなくなり、一方めっき付着量が多くなり過ぎると、炭
素長繊維を強化材とする複合成形材料としての特性、特
に弾性や軽量性等が損なわれる恐れがあるので、金属め
っき付着量は炭素長繊維ロービング100重量部に対して
１０〜１００重量部、より好ましくは２０〜５０重量部
の範囲にするのがよい。

【００１９】また、含浸用の合成樹脂の種類にも格別の
制限はなく、たとえばエポキシ，不飽和ポリエステル，
ビニルエステル，フェノール，ポリイミド等の熱硬化性
樹脂，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリスチレン，
ＡＢＳ，ポリアミド，ポリカーボネート，ポリエチレン
テレフタレート，ポリブチレンテレフタレート，ポリア
セタール，ポリアクリレート，ポリフェニレンオキサイ
ド，ポリフェニレンサルファイド，ポリエーテルスルホ
ン，ポリエーテルケトン，ポリエーテルイミド等の熱可
塑性樹脂等の各種合成樹脂が使用できるが、それらの中
でも最も一般的なのはエポキシ系樹脂、ポリエステル系
樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボ
ネート系樹脂等であり、その含浸量も制限的でないが、
一般的なのは炭素長繊維ロービングの１００重量部に対
して５０〜１００００重量部、より一般的には１００〜
２０００重量部の範囲である。

【００２０】ところで、上記方法で炭素長繊維ストラン
ドの連続含浸引取りを行なった場合、該ストランドが開
繊・含浸用ローラなどを通過する過程または含浸ヘッド
の出口ノズルから引取られていくときの摩擦やしごき等
によってロービング束からケバ立ちが生じ、このケバが
出口ノズルの直前に引寄せられて絡み合い、これが短時
間の内に次々と成長して前記団塊が形成されていくこと
がある。

【００２１】そこでこれの解決手段についても検討した
結果、含浸装置５における含浸ヘッド９の下流側に撚り
付与機構（例えば回転機構）を設け、樹脂含浸ストラン
ドに撚りを掛けた状態でこれを引取る様にすれば、該出
口ノズルの直前で絡み始めているケバを撚りの中に取込
む様にしてこれを出口ノズル外に引出す作用が発揮さ
れ、その結果、出口ノズル直前での前記団塊の形成が防
止され、長時間に亘る連続操業を行なった場合でも、樹
脂含浸ストランドの引取りトラブルを生じることなく、
優れた生産性が得られることが分かった。

【００２２】しかも、この様な撚りを付与することによ
って、繊維間隙の気泡を追い出し、且つ含浸樹脂に対し
て強制移動力が作用し、樹脂含浸性が高まるという効果
も発揮される。

【００２３】もっとも上記の様にして生産された長繊維
ストランドでは、ロービング束が撚状態（螺旋状態）で
含有されている為、引張弾性率は期待されるほど大きく
なく、例えばこれをスタンパブルシート用の一方向強化
材として使用するには問題がある。またフィラメントワ
インディング法へ適用するときには帯状の長繊維ストラ
ンドとすることが望まれるが、前記した様な撚状態で入
っている長繊維はこれを平たく押しつぶしても平滑な面
を形成せず表面に凹凸が残るから、例えばパイプ状にワ
インディングして得られる製品は全長に亘って均整なも
のとならず、製品内の強度不均一や製品間の品質ばらつ
き等を生じる。

【００２４】従ってこの様な撚りを与える方法を採用す
る場合は、いったん生産されたストランドを再加熱して
可塑性を復帰させ、その状態で前記撚り方向と反対方向
の撚りを掛けて長繊維を伸長状態に戻すことが望まれ
る。そして、この様な伸長状態で再硬化させたものでは
引張弾性率が向上し、また平たく押しつぶして再硬化さ
せたものは平滑な帯状ストランドとなるので、前記した
様な問題も解消できる。しかも、この様に撚り戻しを行
なって得られた長繊維ストランドは、炭素長繊維が伸直
性を保持した状態で存在するため引張弾性率が高く、一
方向強化材として優れた物性を発揮する。またフィラメ
ントワインディング法に適用する場合は平滑な帯状長繊
維ストランドとすることができ、均一で且つ良好な物性
を示すフィラメントワインディング製品を製造すること
ができる。

【００２５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明の構成および作
用効果をより具体的に説明するが、本発明はもとより下
記実施例によって制限を受けるものではなく、前後記の
趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも
勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲
に含まれる。

【００２６】図１に示した様な装置を使用し、下記の条
件でＮｉめっき炭素長繊維ストランドの製造を行い、得
られたストランドを６ｍｍの長さに切断して炭素長繊維
ペレットを製造した。次いでこのペレットを用いて下記
の条件で射出成形を行ない、得られた射出成形品の物性
を調べ、表１に示す結果を得た。

【００２７】（炭素長繊維ストランド製造条件） 炭素繊維ロービング：直径７μｍのロービング１２Ｋ
（１２０００本）２本 金属めっき：Ｎｉめっき （めっき液組成：ＮｉＳＯ₄ ・７Ｈ₂ Ｏ １５０ｋｇ
／ｍ³ 、 ＮＨ₄ Ｃｌ １５ｋｇ／ｍ³ 、 Ｈ₃ ＢＯ₄ １５ｋｇ／ｍ³ 、 めっき条件 ：電流密度 ５０ｋｇ／
ｍ³ 、 電極 Ｎｉ、 めっき付着量：０．２〜０．３ｇ／ｍ（炭素繊維１００
重量部に対してＮｉ３０〜４０重量部に相当する） 含浸樹脂：ポリカーボネート樹脂（帝人化成社製商品名
「パンライトＬ１２５０」） 含浸量…４００重量部（対炭素長繊維１００重量部） 含浸条件：樹脂温度 ３００〜３１０℃ 引取速度 ５ｍ／ｍｉｎ ノズル径 ２．２ｍｍφ

【００２８】（射出成形条件） 成形機 住友重機社製「ＳＧ２２０」 シリンダー温度 ２８０〜３３０℃ 金型温度 １２０℃ スクリュー回転数 ５０ｒｐｍ スクリュー径 ４５ｍｍφ 射出速度 １００ｍｍ／ｓｅｃ 冷却時間 ３０ｓｅｃ

【００２９】（成形品形状） 幅１５０ｍｍ×奥行き１５０ｍｍ×深さ２０ｍｍの弁当
箱型肉厚１．２ｍｍ （性能試験法） 曲げ試験（曲げ強度、曲げ弾性率） ：試験片 幅１０ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ１．２ｍ
ｍ クロスヘッド速度 ４ｍｍ／ｍｉｎ 支持部の丸み ２．５ｍｍＲ 押さえ部の丸み ５．０ｍｍＲ 支持部間のスパン ４０ｍｍ 導電性：ＳＲＩＳ２３０１ 電圧・電流法 電波シールド性：ＫＥＣ（財団法人 関西電子工業振興
センター）法 磁波シールド性：ＫＥＣ（財団法人 関西電子工業振興
センター）法

【００３０】

【表１】

【００３１】表１からも明らかである様に、本発明によ
れば機械的特性および電波シールド性や磁気シールド性
などに優れた炭素長繊維強化樹脂ストランドを生産性良
く製造し得ることが分かる。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、繊
維強化樹脂の製造ラインで、強化繊維として用いられる
炭素長繊維の表面に金属めっきを施し、それにより、高
強度、良導電性で且つ電波シールド性や磁気シールド性
などの特性を備えた繊維強化樹脂成形品を得ることので
きる炭素長繊維強化合成樹脂ストランドを、生産性よく
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製法を例示する概略説明図であ
る。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，… 炭素長繊維ロービング １ ロービング束 ２ 金属めっき槽 ３ 金属めっき液 ４ 乾燥装置 ５ 合成樹脂含浸装置 ５ａ 合成樹脂供給装置 ６ 後処理装置 ７ 引取りローラ ８ 巻取り装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂浴容器中に炭素長繊維を引揃え
   て導入し、該炭素長繊維に該合成樹脂を含浸させつつ該
   合成樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸炭素長繊維を
   引取ることにより、炭素長繊維強化合成樹脂ストランド
   を製造する方法において、該炭素長繊維を開繊走行させ
   つつその表面に金属めっきを施し、しかる後前記合成樹
   脂浴容器中に導入して樹脂含浸を行うことを特徴とする
   炭素長繊維強化合成樹脂ストランドの製造方法。
2. 【請求項２】 金属めっきがＮｉめっきである請求項１
   に記載の炭素長繊維強化合成樹脂ストランドの製造方
   法。
3. 【請求項３】 金属めっきを施した後、めっき層の表面
   を酸化処理してから前記合成樹脂浴容器中に導入して樹
   脂含浸を行う請求項１または２に記載の炭素長繊維強化
   合成樹脂ストランドの製造方法。
4. 【請求項４】 合成樹脂浴容器から引出される樹脂含浸
   炭素長繊維を、撚りをかけた状態で引取っていく請求項
   １〜３のいずれかに記載の炭素長繊維強化合成樹脂スト
   ランドの製造方法。