特許ウォッチ

公開番号2025069952
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-01
出願番号2024228573,2022066594
出願日2024-12-25,2021-01-14
発明の名称SMCの製造方法
出願人三菱ケミカル株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B29B 11/16 20060101AFI20250423BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】連続炭素繊維束を部分的にスプリットして用いるCF-SMCの製造方法における有用な改良を提供する。
【解決手段】本発明のSMCの製造方法は、(i)連続炭素繊維束をパッケージから引き出す工程と、(ii)前記パッケージから引き出した前記連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、(iii)前記ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に前記チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程とを有し、前記キャリアフィルム上に堆積する前の前記チョップド炭素繊維束の少なくとも一部を回転体に接触させて断片化する断片化処理に用いる断片化処理装置が、それぞれがロータリーカッターの回転軸方向と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、それらピンローラーの最大半径の和が回転軸間距離よりも大きい。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
（i）連続炭素繊維束をパッケージから引き出す工程と、
（ii）前記パッケージから引き出した前記連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、
（iii）前記ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に前記チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程とを有し、
前記キャリアフィルム上に堆積する前の前記チョップド炭素繊維束の少なくとも一部を回転体に接触させて断片化する断片化処理が断片化処理装置を用いて行われ、
前記断片化処理装置はそれぞれがロータリーカッターの回転軸方向と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、
前記第一ピンローラーの最大半径と前記第二ピンローラーの最大半径の和が前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きい、シートモールディングコンパウンドの製造方法。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転方向が逆である、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第一ピンローラーは、前記第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転する、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記第一ピンローラーは、前記第二ピンローラーに面する側でピンが下から上に向かって動くように回転する、請求項２に記載の製造方法。
【請求項５】
前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転方向が同じである、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
前記炭素繊維マットにおける、フィラメント数が０．５Ｋを超える炭素繊維束の含有量が９９重量％以上である、請求項１～５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
断片化処理装置の使用であって、
前記断片化処理装置は互いに平行な一組の回転軸を有し各々が回転駆動される第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、
前記第一ピンローラーの最大半径と前記第二ピンローラーの最大半径の和が前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、かつ、
前記断片化処理装置がチョップド炭素繊維束の断片化処理に用いられることを特徴とする、使用。
【請求項８】
前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転方向が逆である、請求項７に記載の使用。
【請求項９】
前記第一ピンローラーは、前記第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転する、請求項８に記載の使用。
【請求項１０】
前記第一ピンローラーは、前記第二ピンローラーに面する側でピンが下から上に向かって動くように回転する、請求項８に記載の使用。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）の製造方法、とりわけ、炭素繊維（ＣＦ）を用いたＳＭＣであるＣＦ－ＳＭＣの製造方法に関する。
本願は、２０２０年１月２１日に国際出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０２０／００１８５１、および２０２０年３月１８日に日本に出願された特願２０２０－０４７２０５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
続きを表示（約 6,100 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、炭素繊維と樹脂とからなる複合材料であるＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）が、航空機、自動車、船舶その他各種の輸送機器の部品、スポーツ用品、レジャー用品などに幅広く使用されている。
ある種のＣＦＲＰ製品は、ＣＦ－ＳＭＣから圧縮成形法により成形される。
ＣＦ－ＳＭＣは炭素繊維プリプレグの一種であり、チョップド炭素繊維束（「chopped carbon fiber bundle」であり、「chopped carbon fiber tow」、「chopped carbon fiber strand」などともいう。）からなるマットを熱硬化性樹脂組成物で含浸させた構造を有する。
ＣＦＲＰは、フィラメント数の少ない炭素繊維束で補強されたものほど高強度である一方、炭素繊維束はフィラメント数の少ないもの（トウサイズの小さいもの）ほど製造コストが高い（特許文献１）。
連続炭素繊維束のチョッピングから炭素繊維マットの樹脂含浸まで連続で行うＳＭＣの製造方法に、更に、クリールから巻き出される連続炭素繊維束をチョッピング前に部分的にスプリットする工程を加えることが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０１２／０２１３９９７号明細書
国際公開第２０１７／２２１６５５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レギュラートウまたはラージトウに分類されるフィラメント数が多い連続炭素繊維束を、部分的にスプリットして用いる技術を用いることで、高強度のＣＦＲＰ成形品を与え得るＳＭＣを低コストで製造することができると考えられる。
連続炭素繊維束を部分的にスプリットする工程では様々な調整が必要であることから、ＳＭＣの製造では、この工程とその後の工程とを分けた方が、総合的な製造効率は高くなる可能性がある。
本発明は、かかる発想に基づいて本発明者等が行った検討の過程でなされたものであり、連続炭素繊維束を部分的にスプリットして用いるＣＦ－ＳＭＣの製造方法を含むＣＦ－ＳＭＣ製造技術における有用な改良を提供することを主たる目的とする。
本明細書中には、本発明の各実施形態により解決され得る課題が明示的または黙示的に開示されている場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、シートモールディングコンパウンドの製造方法に関する。
本発明の好ましい実施形態に係るシートモールディングコンパウンドの製造方法には以下が含まれるが、限定するものではない。
［ａ１］（i）予めｎ本のサブ束に部分的スプリットされたフィラメント数ＮＫの連続炭素繊維束をパッケージから引き出す工程と、（ii）前記パッケージから引き出した前記連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、（iii）前記ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に前記チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程とを有し、前記キャリアフィルム上に堆積する前の前記チョップド炭素繊維束の少なくとも一部を回転体に接触させて断片化する断片化処理が行われる、シートモールディングコンパウンドの製造方法。
［ａ２］前記パッケージでは、前記サブ束間に隙間があかないように前記連続炭素繊維束が巻かれている、［ａ１］に記載の製造方法。
［ａ３］前記パッケージでは、隣り合う前記サブ束の間に重なり合いが生じるように、前記連続炭素繊維束が巻かれている、［ａ１］または［ａ２］に記載の製造方法。
［ａ４］前記パッケージに巻かれた前記連続炭素繊維束では、総幅が前記サブ束の幅の総和よりも小さい、［ａ１］～［ａ３］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ５］前記連続炭素繊維束のフィラメント数ＮＫが１２Ｋ以上である、［ａ１］～［ａ４］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ６］前記回転体が、前記ロータリーカッターの回転軸方向と平行な回転軸を有するピンローラーである、［ａ１］～［ａ５］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ７］前記断片化処理では、それぞれが前記ロータリーカッターの回転軸方向と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、前記第一ピンローラーの最大半径と前記第二ピンローラーの最大半径の和が前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きい断片化処理装置が用いられる、［ａ１］～［ａ６］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ８］前記炭素繊維マットにおける、フィラメント数が０．５Ｋを超える炭素繊維束の含有量が９９重量％以上である、［ａ１］～［ａ７］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ９］前記断片化処理により、前記炭素繊維マットの単位重量に含まれる、フィラメント数が｛（Ｎ／ｎ）＋０．５｝Ｋより大きいチョップド炭素繊維束の個数が減少する、［ａ１］～［ａ８］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ１０］前記パッケージがスクエアエンド型パッケージである、［ａ１］～［ａ９］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ１１］前記パッケージにおけるワインド比が整数ではない、［ａ１０］に記載の製造方法。
［ａ１２］前記パッケージにおけるワインド比の小数点以下の端数が１／２、１／３、１／４および１／５のいずれの倍数でもない、［ａ１０］または［ａ１１］に記載の製造方法。
［ａ１３］前記パッケージにおける巻き始めの綾角が５～３０°であり、巻き終わりの綾角が２～１７°である、［ａ１０］～［ａ１２］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ１４］前記炭素繊維マットを熱硬化性樹脂組成物で含浸させるために、前記炭素繊維マットを前記熱硬化性樹脂組成物と共に加圧する、［ａ１］～［ａ１３］のいずれかに記載の製造方法。
［ａ１５］前記熱硬化性樹脂組成物の少なくとも一部が、前記（iii）の工程の前に前記キャリアフィルムの上面に塗布される、［ａ１４］に記載の製造方法。
【０００６】
本発明の他の一態様は、炭素繊維パッケージに関する。
本発明の好ましい実施形態に係る炭素繊維パッケージには以下が含まれるが、限定するものではない。
［ｂ１］連続炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなる繊維パッケージであって、前記連続炭素繊維束は部分的にサブ束にスプリットされており、前記連続炭素繊維束の幅が前記サブ束の幅の総和よりも小さいことを特徴とする炭素繊維パッケージ。
［ｂ２］連続炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなる繊維パッケージであって、前記連続炭素繊維束は部分的にサブ束にスプリットされているとともに、前記サブ束同士の重なり合いが生じるように前記ボビンに巻かれていることを特徴とする炭素繊維パッケージ。
［ｂ３］前記連続炭素繊維束の幅が、前記サブ束の幅の総和の９０％以下である、［ｂ１］または［ｂ２］に記載の炭素繊維パッケージ。
［ｂ４］前記連続炭素繊維束が部分的に３以上の前記サブ束にスプリットされている、［ｂ１］～［ｂ３］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ。
［ｂ５］前記サブ束のフィラメント数が５Ｋ以下である、［ｂ１］～［ｂ４］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ。
［ｂ６］前記連続炭素繊維束の総フィラメント数が１２Ｋ以上である、［ｂ１］～［ｂ５］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ。
［ｂ７］スクエアエンド型パッケージである、［ｂ１］～［ｂ６］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ。
［ｂ８］ワインド比が整数ではない、［ｂ７］に記載の炭素繊維パッケージ。
［ｂ９］ワインド比の小数点以下の端数が１／２、１／３、１／４および１／５のいずれの倍数でもない、［ｂ８］に記載の炭素繊維パッケージ。
［ｂ１０］巻き始めの綾角が５～３０°であり、巻き終わりの綾角が２～１７°である、［ｂ７］～［ｂ９］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ。
【０００７】
下記［ｂ１１］および［ｂ１２］もまた、本発明の実施形態に包含される。
［ｂ１１］［ｂ１］～［ｂ１０］のいずれかに記載された炭素繊維パッケージを用いるシートモールディングコンパウンド製造方法。
［ｂ１２］シートモールディングコンパウンドの製造における、［ｂ１］～［ｂ１０］のいずれかに記載された炭素繊維パッケージの使用。
【０００８】
本発明の更に他の一態様は、炭素繊維パッケージの製造方法に関する。
本発明の好ましい実施形態に係る炭素繊維パッケージ製造方法には以下が含まれるが、限定するものではない。
［ｃ１］連続炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなる繊維パッケージを製造する方法であって、連続炭素繊維束を部分的にサブ束にスプリットするスプリット工程と、部分的に前記サブ束にスプリットされた前記連続炭素繊維束を前記ボビンに巻き取るワインド工程とを含み、前記ワインド工程では前記連続炭素繊維束の幅が前記サブ束の幅の総和より小さくなるように前記連続炭素繊維束を前記ボビンに巻き取ることを特徴とする炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ２］連続炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなる繊維パッケージを製造する方法であって、連続炭素繊維束を部分的に前記サブ束にスプリットするスプリット工程と、部分的に前記サブ束にスプリットされた前記連続炭素繊維束を前記ボビンに巻き取るワインド工程とを含み、ワインド工程では前記サブ束同士の重なり合いが生じるように前記連続炭素繊維束を前記ボビンに巻き取ることを特徴とする炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ３］前記ワインド工程では、連続炭素繊維束の幅が、前記サブ束の幅の総和の９０％以下となるように前記連続炭素繊維束を前記ボビンに巻き取る、［ｃ１］または［ｃ２］に記載の炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ４］前記スプリット工程において、前記連続炭素繊維束を部分的に３以上のサブ束にスプリットする、［ｃ１］～［ｃ３］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ５］前記サブ束のフィラメント数が５Ｋ以下である、［ｃ１］～［ｃ４］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ６］前記連続炭素繊維束の総フィラメント数が１２Ｋ以上である、［ｃ１］～［ｃ５］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ７］前記繊維パッケージがスクエアエンド型パッケージである、［ｃ１］～［ｃ６］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ８］前記ワインド工程においてワインド比を整数としない、［ｃ７］に記載の炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ９］前記ワインド工程においてワインド比の小数点以下の端数を１／２、１／３、１／４および１／５のいずれの倍数にもしない、［ｃ８］に記載の炭素繊維パッケージ製造方法。
［ｃ１０］前記ワインド工程において、巻き始めの綾角が５～３０°であり、巻き終わりの綾角が２～１７°である、［ｃ７］～［ｃ９］のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ製造方法。
【０００９】
本発明の実施形態には、更に、下記のシートモールディングコンパウンド製造方法が含まれる。
［ｄ１］（i）連続炭素繊維束をパッケージから引き出す工程と、（ii）前記パッケージから引き出した前記連続炭素繊維束をロータリーカッターでチョップしてチョップド炭素繊維束にする工程と、（iii）前記ロータリーカッターの下方を走行するキャリアフィルム上に前記チョップド炭素繊維束を堆積させて炭素繊維マットを形成する工程とを有し、前記キャリアフィルム上に堆積する前の前記チョップド炭素繊維束の少なくとも一部を回転体に接触させて断片化する断片化処理が断片化処理装置を用いて行われ、前記断片化処理装置はそれぞれがロータリーカッターの回転軸方向と平行な回転軸を有する第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、前記第一ピンローラーの最大半径と前記第二ピンローラーの最大半径の和が前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きい、シートモールディングコンパウンドの製造方法。
［ｄ２］前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転方向が逆である、［ｄ１］に記載の製造方法。
［ｄ３］前記第一ピンローラーは、前記第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転する、［ｄ２］に記載の製造方法。
［ｄ４］前記第一ピンローラーは、前記第二ピンローラーに面する側でピンが下から上に向かって動くように回転する、［ｄ２］に記載の製造方法。
［ｄ５］前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転方向が同じである、［ｄ１］に記載の製造方法。
［ｄ６］前記炭素繊維マットにおける、フィラメント数が０．５Ｋを超える炭素繊維束の含有量が９９重量％以上である、［ｄ１］～［ｄ５］のいずれかに記載の製造方法。
【００１０】
下記［ｄ７］～［ｄ１１］もまた、本発明の実施形態に包含される。
［ｄ７］断片化処理装置の使用であって、前記断片化処理装置は互いに平行な一組の回転軸を有し各々が回転駆動される第一ピンローラーと第二ピンローラーを備え、前記第一ピンローラーの最大半径と前記第二ピンローラーの最大半径の和が前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、かつ、前記断片化処理装置がチョップド炭素繊維束の断片化処理に用いられることを特徴とする、使用。
［ｄ８］前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転方向が逆である、［ｄ７］に記載の使用。
［ｄ９］前記第一ピンローラーは、前記第二ピンローラーに面する側でピンが上から下に向かって動くように回転する、［ｄ８］に記載の使用。
［ｄ１０］前記第一ピンローラーは、前記第二ピンローラーに面する側でピンが下から上に向かって動くように回転する、［ｄ８］に記載の使用。
［ｄ１１］前記第一ピンローラーと前記第二ピンローラーの回転方向が同じである、［ｄ７］に記載の使用。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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