补强用碳纤维片材的制作方法

本发明涉及一种通过热塑性粘接剂将沿一个方向排列的碳纤维长丝束一体化而成的补强用碳纤维片材。

背景技术

碳纤维作为碳纤维强化树脂等强化纤维而为公众熟知。使用了碳纤维的碳纤维强化树脂发挥高强度、轻量等特色，被广泛用于高尔夫球杆的杆身、钓竿等各种体育用品、航空器、汽车、压力容器等，今后的应用也倍受期待。作为现有技术，提出了将碳纤维等强化纤维束沿一个方向拉齐，通过含有低熔点聚合物的无纺布等粘接于片状支撑体的补强用强化纤维片材(专利文献1～2)。此外，专利文献3中提出了在碳纤维和热固性树脂的单面上层叠热塑性树脂层，进行真空成型。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-000959号公报

专利文献2：日本特开2000-198158号公报

专利文献3：日本特开2009-184239号公报

技术实现要素：

本发明所要解决的问题

但是，现有技术的补强用片材由于将碳纤维束原样沿一个方向排列，因此存在补强用片材较厚而导致难以操作、或使被补强的物体的原本厚度进一步加厚等问题。

本发明为了解决上述以往的问题，提供一种厚度薄、操作性也良好、为热塑性、能够通过加热进行粘接因而容易与补强对象物质粘接的补强用碳纤维片材。

用于解决课题的手段

本发明的补强用碳纤维片材的特征在于，碳纤维长丝束沿一个方向并列状排列，在横切上述碳纤维长丝束的方向的至少一部分上存在热塑性粘接剂而被一体化，从而构成片材。

发明效果

本发明的补强用碳纤维片材中，碳纤维长丝束沿一个方向排列，在横切碳纤维长丝束的方向的至少一部分上存在热塑性粘接剂，作为整体构成片材，由此成为厚度薄，操作性也良好，容易与补强对象物质粘接的补强用碳纤维片材。即，碳纤维长丝束沿一个方向并列状排列，各碳纤维长丝通过热塑性粘接剂一体化而形成片材，由此具有柔性，作为片材操作性良好。另外，由于一体化的物质是热塑性粘接剂，因此容易与铁、铝、木材、橡胶、树脂等补强对象物质粘接。

附图说明

图1中，图1a是本发明一个实施方式的补强用片材的表面的示意性俯视图，图1b是图1a的i-i线的示意性截面放大图。

图2中，图2a～图2d是本发明另一实施方式的补强用片材的表面的示意性俯视图。

图3是表示本发明一个实施方式的补强用片材的应用例的示意性截面图。

图4是表示本发明一个实施方式的补强用片材的制造方法的示意性工序图。

具体实施方式

本发明的补强用片材中，碳纤维长丝束沿一个方向并列状排列，在横切上述碳纤维长丝束的方向的至少一部分上存在热塑性粘接剂，作为整体构成片材。这里，“碳纤维长丝束”是指多根碳纤维长丝。例如为6k(6000根)、12k(12000根)、24k(24000根)、48k(48000根)、50k(50000根)等或其以上的根数。优选为12k～50k，纤度为800g/1000m～4000g/1000m。所述碳纤维长丝束的各长丝沿一个方向并列状排列。

通过在横切所述碳纤维长丝束的方向的至少一部分上存在热塑性粘接剂，所述碳纤维长丝束在横向上被一体化，作为整体构成片材。由此，操作性良好，与补强对象物质粘接时的作业性也良好。另外，由于存在热塑性粘接剂，因此具有柔软性，即使补强对象物质有一些凹凸、曲面，也能够追随。

所述补强用片材的厚度优选为0.02～0.5mm，更优选为0.02～0.3mm。另外，上述并列状的碳纤维长丝束的厚度优选为0.02～0.2mm。为上述厚度时，能够轻量化且树脂易于含浸。此外，所述补强用片材的每单位面积的质量优选为30～150g/m²。为上述的质量时，可以制成轻的补强用片材。另外，为了增大厚度或增大质量，将2片以上层叠。

关于上述碳纤维长丝束与热塑性粘接剂的比例，在将补强用碳纤维片材记为100质量％时，优选碳纤维长丝束为95～20质量％，热塑性粘接剂为5～80质量％，进一步优选碳纤维长丝束为95～50质量％，热塑性粘接剂为5～50质量％。在上述范围内时，作为补强用，强度等特性在实用上是充分的。

上述热塑性粘接剂优选为溶剂系粘接剂、热熔系粘接剂或它们的组合。鉴于作业环境，优选热熔系粘接剂，但即使是溶剂系粘接剂，也能够降低粘度，容易含浸在碳纤维长丝束的纤维间，因此优选。在溶剂系粘接剂的情况下，作为一例，优选热塑性成分为15～25质量％、甲苯为30～40质量％、正己烷为30～40质量％、松香酯等粘附赋予剂为5～15质量％、固体石蜡为2质量％以下。粘度优选为10～2000mpa·s(25℃)。

上述热塑性粘接剂可列举苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚系弹性体、氯丁二烯系弹性体、腈系弹性体、乙烯-丙烯系弹性体、氯磺化聚乙烯系弹性体、环氧氯丙烷系弹性体、丙烯酸系弹性体等橡胶系粘接剂、离聚物系粘接剂、乙烯-乙酸乙烯酯树脂、乙烯-丙烯酸乙酯共聚树脂、乙烯-丙烯酸甲酯共聚树脂等乙烯系共聚物粘接剂、或在聚烯烃上使马来酸、邻苯二甲酸等不饱和羧酸或其衍生物发生接枝反应或/和加成反应而成的物质等那样的酸改性聚烯烃系粘接剂等。其中，优选苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚系弹性体或马来酸改性聚丙烯系粘接剂。

对于上述碳纤维长丝束，从片材形成的角度出发，优选如下所述地存在热塑性粘接剂。

(1)整面配置

(2)在相对于碳纤维长丝束的长度方向为横向上线状配置

(3)在相对于碳纤维长丝束的长度方向为倾斜方向上线状或条纹状配置

(4)以沿碳纤维长丝束的长度方向蜿蜒的线状配置

(5)在碳纤维长丝束上以网状配置

(6)在碳纤维长丝束上以点状配置

(7)上述(1)～(6)的任意组合

无论哪种情况，热塑性粘接剂只要能将碳纤维长丝束沿横向接合即可。

关于本发明的补强用片材的制造方法，首先，将碳纤维长丝束(丝束)扩宽，按照各长丝沿一个方向成并列状的方式排列。作为一例，按照碳纤维的开纤方法(日本特开2010-270420号公报)，将碳纤维长丝束扩宽。在使用多对夹持辊的情况下，逐渐打开碳纤维长丝束。或者也可以与辊并用而向碳纤维长丝束吹送空气。

接着，对所述沿一个方向并列状排列的碳纤维长丝束的一个表面赋予粘接剂。关于粘接剂的赋予，在溶剂系粘接剂的情况下，有浸渍法、喷雾法、刮刀法等，在热熔系粘接剂的情况下，有在碳纤维长丝束的长度方向的至少一部分上、优选在整个面赋予粉末、膜或线状的粘接剂，利用加热辊进行熔融的方法等。

接着，使用附图进行说明。在以下的附图中，同一符号表示同一物。图1a是本发明一个实施方式的补强用片材的表面的示意性俯视图，图1b是图1a的i-i线的示意性截面放大图。该补强用片材1中，碳纤维长丝束的各长丝2沿一个方向并列状排列，热塑性粘接剂层4配置在整面而被一体化。如图1b所示，补强用片材优选取产生补强效果所需的最低限度的量的碳纤维，作为一例，各碳纤维长丝2为在厚度方向上为2列的片材。由于在各碳纤维长丝2的表面上存在环氧系树脂等的上浆剂层3，因此上浆剂层3与其表面的热塑性粘接剂层4强力地粘接。该补强用片材1可以使用1片，也可以层叠多片使用。在层叠多片使用时，可以使碳纤维长丝束的方向性不同地使用。

图2a是本发明另一实施方式的补强用片材5的表面的示意性俯视图，是相对于碳纤维长丝2束的长度方向将热塑性粘接剂层4a～4c沿横向线状配置的例子。图2b是又一实施方式的补强用片材6的表面的示意性俯视图，是相对于碳纤维长丝2束的长度方向将热塑性粘接剂层4a～4d沿倾斜方向条纹状配置的例子。图2c是又一实施方式的补强用片材7的表面的示意性俯视图，是沿碳纤维长丝2束的长度方向将热塑性粘接剂层4a～4d以蜿蜒的线状配置的例子。图2d是又一实施方式的补强用片材8的表面的示意性俯视图，是相对于碳纤维长丝2束的长度方向将热塑性粘接剂层4a～4c沿横向部分地以线状配置的例子。此外，也可以在碳纤维长丝束上以网状或点状配置，或者配置成上述的组合。

图3是表示本发明一个实施方式的补强用片材的应用例的示意截面图。在图1b所示的补强用片材1的两表面配置金属、塑料、木材等其他材料，进行加热，得到一体的复合材料。8a、8b是上述其他材料层。

图4是表示本发明一个实施方式的补强用片材的制造方法的示意性工序图。从多根卷丝体11引出碳纤维长丝束12，使其通过夹持辊19a、19b及19c、19d，打开上述碳纤维长丝束12，使各长丝沿一个方向并列状排列。向这样扩宽后的碳纤维长丝束13的表面从喷嘴14供给溶剂系的热塑性橡胶系粘接剂15。利用板17和刮刀16，将上述粘接剂以均匀厚度赋予给碳纤维长丝束13，使其含浸在纤维间。在溶剂系粘接剂的情况下，作为一例，使用热塑性橡胶系成分为15～25质量％、甲苯为30～40质量％、正己烷为30～40质量％、松香酯等粘附赋予剂为5～15质量％、固体石蜡为2质量％以下。使赋予了上述粘接剂15的碳纤维长丝束13从热风干燥机18通过，除去溶剂，然后使其通过夹持辊19e、19f，形成补强用片材20，卷绕在卷绕体21上。需要说明的是，在使用非溶剂系而是粉末状的热熔粘接剂的情况下，不是喷嘴供给，而是向碳纤维长丝束13的表面抖落粉末状粘接剂，然后通过加热器干燥等进行熔融粘接。在使用膜状热熔粘接剂的情况下，在使其通过夹持辊19a、19b及19c、19d后层叠薄膜，使其从热辊间通过，使薄膜熔融粘接。

实施例

以下，使用实施例对本发明进行具体说明。需要说明的是，本发明并不限于下述的实施例。

(实施例1)

作为强化用纤维，使用三菱rayon公司制碳纤维长丝束(15k)、总纤度为1000g/1000m，将该碳纤维长丝束通过图4所示的方法制造补强用片材。热塑性粘接剂使用东亚合成公司制、商品名“aronmeltppet150sg30”(苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物为15～25质量％、甲苯为30～40质量％、正己烷为30～40质量％、松香酯等粘附赋予剂为5～15质量％、固体石蜡为2质量％以下、粘度为220mpa·s(25℃))。以干燥质量计，以5g/m²的比例对开纤后的碳纤维长丝束赋予该粘接剂。使线速度为10m/min。所得到的补强用片材如图1a-b所示。该补强用片材的宽度为100mm，厚度为0.03mm，每单位面积的质量为55g/m²。关于各成分的比例，在将补强用碳纤维片材记为100质量％时，碳纤维长丝束为91质量％，热塑性粘接剂为9质量％。

(实施例2))

使用与实施例1相同的纤维作为强化用纤维。使用该强化用纤维和膜状热熔粘接剂，制成补强用碳纤维片材。具体而言，将开纤后的碳纤维长丝束切断成30cm见方，在其上载置由马来酸改性聚丙烯树脂构成的膜状粘接剂(厚度为50μm、单位面积重量为45g/m²)。载置后，利用热压机在140℃的温度、3mpa的加压压力下使强化用纤维和膜状热熔粘接剂一体化，得到补强用碳纤维片材。其中，关于此时的各成分的比例，在将补强用碳纤维片材记为100质量％时，碳纤维长丝束为53质量％，热塑性粘接剂为47质量％。

得到的补强用片材的厚度薄，柔软且操作性也良好，容易与铁、铝、木材、橡胶、树脂等补强对象物质粘接。

产业上的可利用性

本发明的补强用片材能够广泛用于各种板(板状部件)的补强材料、车身补强材料、高尔夫球杆的杆身、钓竿等各种体育用品、航空器、汽车、压力容器等。

符号说明

1、5～8、20补强用片材

2碳纤维长丝

3上浆剂层

4、4a-4d热塑性粘接剂层

8a、8b其它材料层

11卷丝体

12碳纤维长丝束

13扩宽后的碳纤维长丝束

14喷嘴

15热塑性接着剤

16刮刀

17板

18热风干燥机

19a～19b、19c～19d、19e～19f夹持辊

21卷绕体