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JP7604802B2 - CF-SMC and method for producing CF-SMC - Google Patents
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Description

本発明は、SMC(シートモールディングコンパウンド)およびSMCの製造方法に関し、とりわけ、補強材として炭素繊維(CF)を用いたSMCであるCF-SMCと、その製造方法に関する。 The present invention relates to SMC (sheet molding compound) and a manufacturing method for SMC, and in particular to CF-SMC, which is an SMC that uses carbon fiber (CF) as a reinforcing material, and a manufacturing method thereof.

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 strand)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、トウサイズの小さな炭素繊維束、すなわち、繊維束を構成する炭素繊維フィラメントの数が少ない炭素繊維束で補強されたものほど、高強度であることが知られている(特許文献1)。
CF-SMCの製造において、原料に用いる連続炭素繊維束にスリットを入れて、フィラメント数の少ないサブ束に分割してからチョップする方法が知られている(特許文献2)。
2. Description of the Related Art In recent years, CFRP (carbon fiber reinforced plastic), which is a composite material made of carbon fiber and resin, has been widely used in components for aircraft, automobiles, ships and various other types of transport equipment, as well as in sporting goods and leisure goods.
Some CFRP products are made from CF-SMC by compression molding.
CF-SMC is a type of carbon fiber prepreg, and has a structure in which a mat made of chopped carbon fiber strands is impregnated with a thermosetting resin composition.
It is known that CFRP has higher strength when reinforced with carbon fiber bundles having a smaller tow size, i.e., carbon fiber bundles having a smaller number of carbon fiber filaments (Patent Document 1).
In the production of CF-SMC, a method is known in which continuous carbon fiber bundles used as raw materials are slit to divide them into sub-bundles with fewer filaments and then chopped (Patent Document 2).

米国特許出願公開US2012/0213997号US Patent Application Publication No. US2012/0213997 国際公開WO2017/006989号International Publication No. WO2017/006989

CF-SMCは、フィラメント数の少ないチョップド炭素繊維束を用いたものほど、硬化物が高い強度を示す一方で、硬化温度における流動性が低下するために、それを用いて製造することができる成形品の形状が限られてくる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、硬化物の強度と硬化時の流動性のバランスが良好なCF-SMCを提供することを主たる目的とする。
本発明の各実施形態により解決され得る課題は、本明細書中に明示的または黙示的に開示されている場合がある。
When CF-SMC is used, the fewer the number of chopped carbon fiber bundles, the higher the strength of the cured product. However, the fluidity at the curing temperature decreases, so the shapes of molded products that can be produced using the SMC are limited.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its main object to provide a CF-SMC that has a good balance between the strength of the cured product and the fluidity during curing.
Problems that can be solved by each embodiment of the present invention may be explicitly or implicitly disclosed in this specification.

本発明の好ましい実施形態には以下が含まれるが、限定するものではない。
[1]1~6cmの範囲内の所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束からなるマットがマトリックス樹脂で含浸されてなるCF-SMCであって、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数1K以上4K未満の成分を比率R、フィラメント数4K以上7K未満の成分を比率R、フィラメント数7K以上10K未満の成分を比率Rで含有するとしたとき、比率Rが10~30wt%、比率Rが30~60wt%、比率Rが10~30wt%、比率RおよびRの合計が60wt%以上であり、さらに、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数1K未満の成分およびフィラメント数16K以上の成分をいずれも1wt%以上含有しないCF-SMC。
[2]前記チョップド炭素繊維束がフィラメント数16K以上の成分を含有しない、[1]に記載のCF-SMC。
[3]比率Rが15wt%以上または20wt%以上である、[1]または[2]に記載のCF-SMC。
[4]比率Rが25wt%以下である、[1]~[3]のいずれかに記載のCF-SMC。
[5]繊維含有率が45~65%である、[1]~[4]のいずれかに記載のCF-SMC。
[6]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、該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該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、該炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させる工程とを有し、該キャリアフィルム上に堆積する前の該チョップド炭素繊維束に下記(A)の断片化処理装置を用いた断片化処理を施す、CF-SMCの製造方法:
(A)それぞれがロータリーカッターの回転軸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、第一ピンローラーの最大半径と第二ピンローラーの最大半径の和が第一ピンローラーと第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、第一ピンローラーは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駆動され、第二ピンローラーは第一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駆動される、断片化処理装置。
[7]第一ピンローラーおよび第二ピンローラーの各々において、シリンダーの半径が最大半径の半分以上である、[6]に記載の製造方法。
[8]第一ピンローラーのピン先端における周速と、第二ピンローラーのピン先端における周速が等しい、[6]または[7]に記載の製造方法。
[9]前記連続炭素繊維束は、フィラメント数が12K以上18K未満でスプリットされていない連続炭素繊維束である、[6]~[8]のいずれかに記載の製造方法。
[10]前記連続炭素繊維束は、部分的なスプリットによりフィラメント数12K以上18K未満のサブ束に分割された総フィラメント数24K以上の連続炭素繊維束である、[6]~[8]のいずれかに記載の製造方法。
Preferred embodiments of the present invention include, but are not limited to, the following.
[1] A CF-SMC in which a mat made of chopped carbon fiber bundles having a predetermined fiber length in the range of 1 to 6 cm is impregnated with a matrix resin, the chopped carbon fiber bundles containing a component having a filament number of 1K or more and less than 4K at a ratio R 1 , a component having a filament number of 4K or more and less than 7K at a ratio R 2 , and a component having a filament number of 7K or more and less than 10K at a ratio R 3 , the ratio R 1 is 10 to 30 wt%, the ratio R 2 is 30 to 60 wt%, the ratio R 3 is 10 to 30 wt%, the sum of the ratios R 2 and R 3 is 60 wt% or more, and further, the chopped carbon fiber bundle does not contain 1 wt% or more of any of the components having a filament number of less than 1K and the components having a filament number of 16K or more.
[2] The CF-SMC according to [1], wherein the chopped carbon fiber bundle does not contain any component having a filament count of 16K or more.
[3] The CF-SMC according to [1] or [2], wherein the ratio R 1 is 15 wt % or more or 20 wt % or more.
[4] The CF-SMC according to any one of [1] to [3], wherein the ratio R 1 is 25 wt % or less.
[5] The CF-SMC according to any one of [1] to [4], having a fiber content of 45 to 65%.
[6] A method for producing a CF-SMC, comprising the steps of chopping a continuous carbon fiber bundle with a rotary cutter to form a chopped carbon fiber bundle, depositing the chopped carbon fiber bundle on a carrier film traveling below the rotary cutter to form a carbon fiber mat, and impregnating the carbon fiber mat with a matrix resin, in which the chopped carbon fiber bundle before being deposited on the carrier film is subjected to a fragmentation treatment using a fragmentation treatment device described below in (A):
(A) A fragmentation processing device comprising a first pin roller and a second pin roller, each of which has a rotation axis parallel to the rotation axis of the rotary cutter, wherein the sum of the maximum radius of the first pin roller and the maximum radius of the second pin roller is greater than the distance between the rotation axes of the first pin roller and the second pin roller, and the first pin roller is rotated and driven so that the pins move from top to bottom on the side facing the second pin roller, and the second pin roller is rotated and driven so that the pins move from top to bottom on the side facing the first pin roller.
[7] The manufacturing method described in [6], wherein the radius of the cylinder of each of the first pin roller and the second pin roller is equal to or greater than half of the maximum radius.
[8] The manufacturing method described in [6] or [7], wherein the peripheral speed at the tip of the pin of the first pin roller is equal to the peripheral speed at the tip of the pin of the second pin roller.
[9] The method according to any one of [6] to [8], wherein the continuous carbon fiber bundle is an unsplit continuous carbon fiber bundle having a filament count of 12K or more and less than 18K.
[10] The manufacturing method according to any one of [6] to [8], wherein the continuous carbon fiber bundle is a continuous carbon fiber bundle having a total filament number of 24K or more, the total filament number being divided into sub-bundles having a filament number of 12K or more but less than 18K by partial splitting.

一実施形態によれば、硬化物の強度と硬化時の流動性のバランスが良好なCF-SMCが提供される。他の一実施形態によれば、硬化物の強度と硬化時の流動性のバランスが良好なCF-SMCの製造に好ましく用い得るCF-SMC製造方法が提供される。 According to one embodiment, a CF-SMC is provided that has a good balance between the strength of the cured product and the fluidity upon curing. According to another embodiment, a CF-SMC manufacturing method is provided that can be preferably used to manufacture a CF-SMC that has a good balance between the strength of the cured product and the fluidity upon curing.

図1は、部分的に5本にスプリットされた連続炭素繊維束を示す模式図であり、図1(a)は厚さ方向から見た平面図、図2(b)は繊維方向に垂直な断面を示す断面図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a continuous carbon fiber bundle partially split into five pieces, in which FIG. 1(a) is a plan view seen from the thickness direction, and FIG. 2(b) is a cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the fiber direction. 図2は、SMC製造装置の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an SMC manufacturing apparatus. 図3は、ロータリーカッターの模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a rotary cutter. 図4は、断片化処理装置の模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a fragmentation processing device. 図5は、断片化処理装置が備えるピンロールの模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a pin roll provided in the fragmentation processing device. 図6は、平面展開したピンロールの周面の一部を示す。FIG. 6 shows a part of the peripheral surface of the pin roll developed in a plane. 図7は、断片化処理装置が備える2つのピンロールの位置関係等を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the positional relationship between two pin rolls provided in the fragmentation processing device. 図8は、実験1~4で行ったCF-SMCのスパイラル流動長測定の結果を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the results of the spiral flow length measurements of CF-SMC carried out in Experiments 1 to 4. 図9は、実験1~4で行ったCF-SMCの硬化物の曲げ強度測定の結果を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the results of measuring the bending strength of the cured CF-SMC products carried out in Experiments 1 to 4. 図10は、実験1~4で行ったCF-SMCの硬化物の曲げ弾性率測定の結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the flexural modulus of the cured CF-SMC products in Experiments 1 to 4.

1.CF-SMC
本発明の一実施形態はCF-SMC、すなわち、所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束からなる炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させた構造を有するシートモールディングコンパウンドに関する。
炭素繊維マットの単位面積あたり重量は、典型的には500~2500g/mであるが、限定するものではない。
チョップド炭素繊維束の繊維長は、通常、1~6cmの範囲内であり、例えば約0.5インチ(約1.3cm)、約1インチ(約2.5cm)、約1.5インチ(約3.8cm)、約2インチ(約5.1cm)などであり得る。
1. CF-SMC
One embodiment of the present invention relates to a CF-SMC, that is, a sheet molding compound having a structure in which a carbon fiber mat made of chopped carbon fiber bundles having a predetermined fiber length is impregnated with a matrix resin.
The weight per unit area of the carbon fiber mat is typically, but not limited to, 500 to 2500 g/ m2 .
The fiber length of the chopped carbon fiber bundles is typically within the range of 1 to 6 cm, and can be, for example, about 0.5 inches (about 1.3 cm), about 1 inch (about 2.5 cm), about 1.5 inches (about 3.8 cm), about 2 inches (about 5.1 cm), and the like.

実施形態に係るCF-SMCは、炭素繊維マットをなすチョップド炭素繊維束のフィラメント数構成に特徴を有する。すなわち、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数1K以上4K未満の成分を比率R、フィラメント数4K以上7K未満の成分を比率R、フィラメント数7K以上10K未満の成分を比率Rで含有するとしたとき、比率Rが10~30wt%、比率Rが30~60wt%、比率Rが10~30wt%であり、さらに、比率RおよびRの合計が60wt%以上である。加えて、該チョップド炭素繊維束は、フィラメント数1K未満の成分とフィラメント数16K以上の成分を、どちらについても1wt%以上含有しない。特に、フィラメント数16K以上の成分については、全く含有しなくてもよい。
ここで、Kとは1000を意味する記号であり、例えば、3000本の炭素繊維フィラメントからなる炭素繊維束のフィラメント数は3Kと表され、12000本の炭素繊維フィラメントからなる炭素繊維束のフィラメント数は12Kと表される。
The CF-SMC according to the embodiment is characterized by the filament number configuration of the chopped carbon fiber bundle forming the carbon fiber mat. That is, when the chopped carbon fiber bundle contains a component having a filament number of 1K or more and less than 4K at a ratio R 1 , a component having a filament number of 4K or more and less than 7K at a ratio R 2 , and a component having a filament number of 7K or more and less than 10K at a ratio R 3 , the ratio R 1 is 10 to 30 wt%, the ratio R 2 is 30 to 60 wt%, the ratio R 3 is 10 to 30 wt%, and the sum of the ratios R 2 and R 3 is 60 wt% or more. In addition, the chopped carbon fiber bundle does not contain 1 wt% or more of either the component having a filament number of less than 1K or the component having a filament number of 16K or more. In particular, the chopped carbon fiber bundle may not contain any component having a filament number of 16K or more.
Here, K is a symbol meaning 1000. For example, the number of filaments in a carbon fiber bundle consisting of 3000 carbon fiber filaments is expressed as 3K, and the number of filaments in a carbon fiber bundle consisting of 12000 carbon fiber filaments is expressed as 12K.

実施形態に係るCF-SMCの硬化物の強度は、比率Rが高くなるにつれ高くなる傾向がある。従って、硬化物の強度向上の観点からは、比率Rは好ましくは15wt%以上、より好ましくは20wt%以上である。
実施形態に係るCF-SMCの硬化時の流動性は、比率Rが高くなるにつれ低下する傾向がある。従って、硬化時の流動性向上の観点からは、比率Rは好ましくは25wt%以下である。
実施形態に係るCF-SMCでは、比率Rと比率Rの合計が60wt%以上であり、チョップド炭素繊維束の重量にして過半をフィラメント数4K以上10K未満の成分が占める。
通常、比率Rは比率Rよりも大きい。
The strength of the cured product of the CF-SMC according to the embodiment tends to increase as the ratio R 1 increases. Therefore, from the viewpoint of improving the strength of the cured product, the ratio R 1 is preferably 15 wt % or more, more preferably 20 wt % or more.
The fluidity of the CF-SMC during hardening according to the embodiment tends to decrease as the ratio R 1 increases. Therefore, from the viewpoint of improving the fluidity during hardening, the ratio R 1 is preferably 25 wt % or less.
In the CF-SMC according to the embodiment, the sum of the ratios R2 and R3 is 60 wt % or more, and the majority of the weight of the chopped carbon fiber bundle is made up of components having a filament count of 4K or more and less than 10K.
Typically, ratio R2 is greater than ratio R3 .

チョップド炭素繊維束がフィラメント数16K以上の成分を1wt%以上含有しないことは、実施形態に係るCF-SMCの硬化物の高強度化に好ましく寄与する。これは、トウサイズが大きくマトリックス樹脂が浸潤し難いチョップド炭素繊維素束が少ない方が、CF-SMC中に樹脂リッチ領域が形成され難いからである。樹脂リッチ領域は局所的にマトリックス樹脂の含有量が高くなった部位であり、CF-SMCの硬化物中では破壊の起点となる脆弱部となる。 The fact that the chopped carbon fiber bundles do not contain 1 wt% or more of components with a filament count of 16K or more contributes favorably to increasing the strength of the cured CF-SMC according to the embodiment. This is because the fewer chopped carbon fiber bundles, which have a large tow size and are less susceptible to infiltration by matrix resin, the less likely resin-rich regions are to form in the CF-SMC. Resin-rich regions are areas where the matrix resin content is locally high, and become weak areas that are the starting points of fracture in the cured CF-SMC.

実施形態に係るCF-SMCにおいて、チョップド炭素繊維束がフィラメント数1K未満の成分を1wt%以上含有しないことは、硬化時の流動性向上にとって好ましいだけでなく、硬化物の強度向上にとっても好ましい。フィラメント数1K未満のチョップド炭素繊維束は真直性が低いからである。更に、かかるチョップド炭素繊維束の含有量が少ないことで、炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させ易くなる。 In the CF-SMC according to the embodiment, the chopped carbon fiber bundles do not contain 1 wt % or more of components with less than 1K filaments, which is not only preferable for improving the fluidity during curing, but also for improving the strength of the cured product. This is because chopped carbon fiber bundles with less than 1K filaments have low straightness. Furthermore, the low content of such chopped carbon fiber bundles makes it easier to impregnate the carbon fiber mat with the matrix resin.

実施形態に係るCF-SMCの繊維含有率、すなわちCF-SMCの重量に占める炭素繊維の重量の比率は、限定するものではないが、45~65wt%であり得る。硬化物の弾性率および強度を考慮すると、該繊維含有率は好ましくは50wt%以上、より好ましくは53wt%以上である。硬化時の流動性を考慮すると、該繊維含有率は好ましくは60wt%以下である。 The fiber content of the CF-SMC according to the embodiment, i.e., the ratio of the weight of carbon fiber to the weight of CF-SMC, is not limited, but may be 45 to 65 wt%. Considering the elastic modulus and strength of the cured product, the fiber content is preferably 50 wt% or more, more preferably 53 wt% or more. Considering the fluidity during curing, the fiber content is preferably 60 wt% or less.

実施形態に係るCF-SMCのマトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂を主要成分とし、硬化剤が配合されるとともに、必要に応じて増粘剤、重合禁止剤、低収縮剤、充填剤、難燃剤などの添加剤が配合された、樹脂組成物である。マトリックス樹脂は、炭素繊維マットを含浸させる段階では十分な流動性を有するペーストであり、含浸後に増粘される。
マトリックス樹脂の主成分として用いられる熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、マレイミド樹脂およびフェノール樹脂である。これらから選ばれる二種以上を混合して使用することもできる。
The matrix resin of the CF-SMC according to the embodiment is a resin composition containing a thermosetting resin as a main component, a curing agent, and additives such as a thickener, a polymerization inhibitor, a shrinkage reducing agent, a filler, a flame retardant, etc., as required. The matrix resin is a paste having sufficient fluidity at the stage of impregnating the carbon fiber mat, and is thickened after impregnation.
The thermosetting resin used as the main component of the matrix resin is, for example, an epoxy resin, a vinyl ester resin, an unsaturated polyester resin, a polyimide resin, a maleimide resin, or a phenol resin. Two or more kinds selected from these may be mixed and used.

好ましい熱硬化性樹脂は、炭素繊維との接着性に優れる点から、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂および不飽和ポリエステル樹脂である。ビニルエステル樹脂と不飽和ポリエステル樹脂は、互いに混合して使用してもよく、また、スチレンや(メタ)アクリレートのようなエチレン系不飽和化合物からなる反応性希釈剤と混合して使用してもよい。
マトリックス樹脂の具体的な配合組成については、従来のCF-SMCで採用されているものを適宜参照することができる。
Preferred thermosetting resins are epoxy resins, vinyl ester resins and unsaturated polyester resins because of their excellent adhesiveness to carbon fibers. The vinyl ester resins and unsaturated polyester resins may be used in combination, or may be used in combination with a reactive diluent made of an ethylenically unsaturated compound such as styrene or (meth)acrylate.
Regarding the specific compounding composition of the matrix resin, those employed in conventional CF-SMCs can be referred to as appropriate.

2.CF-SMCの製造方法
本発明の一実施形態は、CF-SMCの製造方法に関する。
実施形態に係るCF-SMC製造方法は、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、該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該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、該炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させる工程とを有する。
実施形態に係るCF-SMC製造方法では、更に、キャリアフィルム上に堆積する前のチョップド炭素繊維束に下記(A)の断片化処理装置を用いた断片化処理が施される。
(A)それぞれがロータリーカッターの回転軸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、第一ピンローラーの最大半径と第二ピンローラーの最大半径の和が第一ピンローラーと第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、第一ピンローラーは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駆動され、第二ピンローラーは第一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駆動される、断片化処理装置。
この断片化処理装置(A)を用いた断片化処理により、キャリアフィルム上に堆積する炭素繊維マットにおけるチョップド炭素繊維束のフィラメント数構成は、断片化処理をしないときとは異なるものとなる。
2. Method for Producing CF-SMC One embodiment of the present invention relates to a method for producing CF-SMC.
The CF-SMC production method according to the embodiment includes a step of chopping continuous carbon fiber bundles with a rotary cutter to form chopped carbon fiber bundles, a step of depositing the chopped carbon fiber bundles on a carrier film traveling below the rotary cutter to form a carbon fiber mat, and a step of impregnating the carbon fiber mat with a matrix resin.
In the CF-SMC production method according to the embodiment, the chopped carbon fiber bundles before being deposited on the carrier film are further subjected to a fragmentation treatment using the fragmentation treatment device described below in (A).
(A) A fragmentation processing device comprising a first pin roller and a second pin roller, each of which has a rotation axis parallel to the rotation axis of the rotary cutter, wherein the sum of the maximum radius of the first pin roller and the maximum radius of the second pin roller is greater than the distance between the rotation axes of the first pin roller and the second pin roller, and the first pin roller is rotated and driven so that the pins move from top to bottom on the side facing the second pin roller, and the second pin roller is rotated and driven so that the pins move from top to bottom on the side facing the first pin roller.
By the fragmentation treatment using this fragmentation treatment device (A), the filament number composition of the chopped carbon fiber bundles in the carbon fiber mat deposited on the carrier film becomes different from that when the fragmentation treatment is not performed.

2.1.連続炭素繊維束
実施形態に係るCF-SMC製造方法において、原料の連続炭素繊維束に特段の限定はなく、例えば、市販のPAN系炭素繊維束を好ましく用いることができる。
前述の、実施形態に係るCF-SMCを製造する場合であれば、フィラメント数が12K以上18K未満でスプリットされていない連続炭素繊維束か、あるいは、部分的なスプリットによりフィラメント数12K以上18K未満のサブ束に分割された総フィラメント数24K以上の連続炭素繊維束を、好ましく用いることができる。
フィラメント数が16K未満でスプリットされていない連続炭素繊維束を原料に用いることにより、チョップド炭素繊維束がフィラメント数16K以上の成分を含有しないCF-SMCを容易に作製することができる。
2.1 Continuous Carbon Fiber Bundles In the CF-SMC production method according to the embodiment, the continuous carbon fiber bundles as the raw material are not particularly limited, and for example, commercially available PAN-based carbon fiber bundles can be preferably used.
In the case of producing the CF-SMC according to the embodiment described above, a continuous carbon fiber bundle having an unsplit filament count of 12K or more and less than 18K, or a continuous carbon fiber bundle having a total filament count of 24K or more and divided into sub-bundles having an filament count of 12K or more and less than 18K by partial splitting, can be preferably used.
By using an unsplit continuous carbon fiber bundle having a filament count of less than 16K as a raw material, a CF-SMC can be easily produced in which the chopped carbon fiber bundle does not contain components having a filament count of 16K or more.

フィラメント数12K以上18K未満のサブ束に分割された総フィラメント数24K以上の連続炭素繊維束は、スリッターロールを用いて、総フィラメント数24K以上の連続炭素繊維束を、どのサブ束もフィラメント数が12K以上18K未満となるようにスプリットすることによって得ることができる。各スリット刃に欠落部を設けたスリッターロールを用いれば、スリットの形成が間欠的となり、サブ束同士が完全に切り離されていない状態、すなわち、部分的にスプリットされた状態にある連続炭素繊維束が得られる。 A continuous carbon fiber bundle with a total number of 24K or more filaments divided into sub-bundles with a number of filaments of 12K or more but less than 18K can be obtained by splitting a continuous carbon fiber bundle with a total number of filaments of 24K or more using a slitter roll so that each sub-bundle has a number of filaments of 12K or more but less than 18K. If a slitter roll with missing parts on each slit blade is used, the slits are formed intermittently, and a continuous carbon fiber bundle in which the sub-bundles are not completely separated from each other, i.e., in which the sub-bundles are partially split, can be obtained.

n本のサブ束に分割された連続炭素繊維束を得るには、(n-1)個のスリット刃を有するスリッターローラーを用いればよい。連続炭素繊維束の幅方向に並んだ(n-1)本のスリットが形成されることにより、連続炭素繊維束はn本のサブ束に分割される。
一例として、それぞれ欠落部を有する4個のスリット刃を備えたスリッターローラーを用いて、5本のサブ束に部分的に分割した連続炭素繊維束を、図1(a)および(b)に示す。
便宜のために、連続炭素繊維束の繊維方向(長手方向)をx方向、幅方向をy方向、厚さ方向をz方向とすると、図1(a)は連続炭素繊維束10をz方向から見た平面図であり、図1(b)は連続炭素繊維束10のx方向に垂直な断面(yz平面で切断したときの断面)を示している。
To obtain a continuous carbon fiber bundle divided into n sub-bundles, a slitter roller having (n-1) slit blades may be used. By forming (n-1) slits aligned in the width direction of the continuous carbon fiber bundle, the continuous carbon fiber bundle is divided into n sub-bundles.
As an example, a continuous carbon fiber bundle that has been partially split into five sub-bundles using a slitter roller equipped with four slitting blades, each having a notch, is shown in Figures 1(a) and (b).
For convenience, assuming that the fiber direction (longitudinal direction) of the continuous carbon fiber bundle is the x direction, the width direction is the y direction, and the thickness direction is the z direction, FIG. 1(a) is a plan view of the continuous carbon fiber bundle 10 as viewed from the z direction, and FIG. 1(b) shows a cross section of the continuous carbon fiber bundle 10 perpendicular to the x direction (a cross section when cut on the yz plane).

図1(a)に示すように、連続炭素繊維束10には、第一スリット列AS1、第二スリット列AS2、第三スリット列AS3および第四スリット列AS4の、4つのスリット列が形成されている。
第一スリット列AS1は、x方向に並んだ複数の第一スリットS1からなる。
第二スリット列AS2は、x方向に並んだ複数の第二スリットS2からなる。
第三スリット列AS3は、x方向に並んだ複数の第三スリットS3からなる。
第四スリット列AS4は、x方向に並んだ複数の第四スリットS4からなる。
これら4つのスリット列は、異なるスリット刃で形成されることから、y方向の位置が異なっている。
As shown in FIG. 1(a), four slit rows are formed in the continuous carbon fiber bundle 10: a first slit row A S1 , a second slit row A S2 , a third slit row A S3 and a fourth slit row A S4 .
The first slit row A S1 is made up of a plurality of first slits S1 aligned in the x direction.
The second slit row A S2 is made up of a plurality of second slits S2 aligned in the x direction.
The third slit row A S3 is made up of a plurality of third slits S3 aligned in the x direction.
The fourth slit row A S4 is made up of a plurality of fourth slits S4 aligned in the x direction.
These four slit rows are formed by different slit blades, and therefore are located at different positions in the y direction.

スリット長Lとスリット間ギャップ長Lは、いずれのスリット列内でも一定であり、また、異なるスリット列間においても共通している。
スリット長Lとスリット間ギャップ長Lの和に対するスリット長Lの比L/(L+L)は通常90%以上、好ましくは95%以上であり、例えば99%であってもよい。従って、連続炭素繊維束10は、図1(b)に示すように、殆どの部分で5本のサブ束11にスプリットされている。
第一スリット列AS1、第二スリット列AS2、第三スリット列AS3および第四スリット列AS4のy方向の位置は、5本のサブ束11の幅が概ね同じとなるように設定されている。例えば、連続炭素繊維束10のフィラメント数が75Kのとき、各サブ束11のフィラメント数は15K±0.5Kである。
The slit length L S and the inter-slit gap length L G are constant within any slit row and are also common between different slit rows.
The ratio L S /(L S +L G ) of the slit length L S to the sum of the slit length L S and the inter-slit gap length L G is usually 90% or more, preferably 95% or more, and may be, for example, 99%. Therefore, the continuous carbon fiber bundle 10 is split into five sub-bundles 11 in most parts, as shown in FIG. 1( b ).
The positions in the y direction of the first slit row A , the second slit row A , the third slit row A , and the fourth slit row A are set so that the widths of the five sub-bundles 11 are approximately the same. For example, when the continuous carbon fiber bundle 10 has 75K filaments, the number of filaments in each sub-bundle 11 is 15K±0.5K.

スリット長Lは、後の工程で連続炭素繊維束10から切り出されるチョップド炭素繊維束の繊維長の少なくとも2倍以上であり、好ましくは5倍以上、より好ましくは10倍以上、更に好ましくは30倍以上である。
スリット長Lは、例えば、3m以下、2m以下または1m以下であり得る。
スリット間ギャップ長Lは、後の工程で連続炭素繊維束10から切り出されるチョップド炭素繊維束の繊維長より短いことが好ましく、10mm未満であってもよいし、更には5mm未満であってもよい。
The slit length L S is at least twice the fiber length of the chopped carbon fiber bundles cut out from the continuous carbon fiber bundle 10 in a later step, preferably 5 times or more, more preferably 10 times or more, and even more preferably 30 times or more.
The slit length L S can be, for example, 3 m or less, 2 m or less, or 1 m or less.
The slit gap length L G is preferably shorter than the fiber length of chopped carbon fiber bundles cut out from the continuous carbon fiber bundle 10 in a later process, and may be less than 10 mm, or may further be less than 5 mm.

図1(a)に示す例では、第一スリット列AS1と第二スリット列AS2とで、スリット間ギャップGの位置がx方向にずれている。第二スリット列AS2と第三スリット列AS3の間、および、第三スリット列AS3と第四スリット列AS4の間でも同様である。
このように隣り合うスリット列の間でスリット間ギャップGの位置をx方向にずらす構成は必須ではない。一例では、全てのスリット列の間でスリット間ギャップGの位置を揃えてもよいし、他の一例では、一部のスリット列の間でスリット間ギャップGの位置を揃え、他の一部のスリット列の間でスリット間ギャップGの位置をx方向にずらしてもよい。
1A, the positions of the inter-slit gaps G S are shifted in the x-direction between the first slit row A S1 and the second slit row A S2 , as well as between the second slit row A S2 and the third slit row A S3 , and between the third slit row A S3 and the fourth slit row A S4 .
It is not essential to shift the positions of the inter-slit gaps G S in the x direction between adjacent slit rows in this manner. In one example, the positions of the inter-slit gaps G S may be aligned between all slit rows, or in another example, the positions of the inter-slit gaps G S may be aligned between some of the slit rows and shifted in the x direction between some of the other slit rows .

スリット長L、スリット間ギャップ長L、スリット長Lとスリット間ギャップ長Lの和に対するスリット長Lの比L/(L+L)、および、スリット間ギャップGの位置について以上に述べたことは、連続炭素繊維束10を部分的に5本のサブ束にスプリットする場合に限らず、4本以下または6本以上のサブ束に部分的スプリットする場合にも当て嵌まる。 The above description of the slit length L , the slit gap length L , the ratio L /( L + L ) of the slit length L to the sum of the slit length L and the slit gap length L , and the position of the slit gap G applies not only to the case where the continuous carbon fiber bundle 10 is partially split into five sub-bundles, but also to the case where the continuous carbon fiber bundle 10 is partially split into four or less or six or more sub-bundles.

2.2.SMC製造装置
実施形態に係るCF-SMC製造方法で好ましく用い得るSMC製造装置の概念図を、図2に示す。
図2を参照すると、SMC製造装置100は、第一樹脂塗工セクション110、第二樹脂塗工セクション120、チョップセクション130、堆積セクション140および含浸セクション150を有する。チョップセクション130と堆積セクション140の間には、断片化処理装置160が配置されている。
2.2. SMC Manufacturing Apparatus A conceptual diagram of an SMC manufacturing apparatus that can be preferably used in the CF-SMC manufacturing method according to the embodiment is shown in FIG.
2, the SMC manufacturing apparatus 100 has a first resin coating section 110, a second resin coating section 120, a chop section 130, a deposition section 140, and an impregnation section 150. Between the chop section 130 and the deposition section 140, a fragmentation processing device 160 is disposed.

第一樹脂塗工セクション110には、ロールから引き出される第一キャリアフィルム41上にマトリックス樹脂50からなる第一樹脂層51を形成するために、ドクターブレードを備えた塗工機111が配置される。
第二樹脂塗工セクション120には、ロールから引き出される第二キャリアフィルム42上に、マトリックス樹脂50からなる第二樹脂層52を形成するために、ドクターブレードを備えた塗工機112が配置される。
In the first resin coating section 110, a coater 111 equipped with a doctor blade is disposed to form a first resin layer 51 made of a matrix resin 50 on the first carrier film 41 pulled out from a roll.
In the second resin coating section 120, a coater 112 equipped with a doctor blade is disposed to form a second resin layer 52 made of a matrix resin 50 on the second carrier film 42 unwound from a roll.

チョップセクション130には、パッケージから引き出される連続炭素繊維束10をチョップするためのロータリーカッター131が配置される。
ロータリーカッター131は、図3に示すように、ガイドロール132、ピンチロール133およびカッターロール134を備えている。カッターロール134の外周には複数の刃135が周方向に一定間隔で配置されており、一定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束20を連続炭素繊維束10から次々と切り出すことが可能である。
通常、同時に複数の連続炭素繊維束10が、ロータリーカッター131の回転軸に平行な平面内で互いに平行となるように引き揃えられてロータリーカッター131に供給される。
In the chopping section 130, a rotary cutter 131 is disposed for chopping the continuous carbon fiber bundles 10 as they are pulled out of the package.
3, the rotary cutter 131 includes a guide roll 132, a pinch roll 133, and a cutter roll 134. A plurality of blades 135 are arranged at regular intervals on the outer periphery of the cutter roll 134 in the circumferential direction, and chopped carbon fiber bundles 20 having a constant fiber length can be cut out one after another from the continuous carbon fiber bundle 10.
Usually, a plurality of continuous carbon fiber bundles 10 are simultaneously supplied to the rotary cutter 131 in a state where they are aligned parallel to each other in a plane parallel to the rotation axis of the rotary cutter 131 .

堆積セクション140はチョップセクション130の下方に配置される。第一キャリアフィルム41は、第一樹脂塗工セクション110から、堆積セクション140を経て、含浸セクション150に搬送される。第一キャリアフィルム41が堆積セクション140を走行するとき、その表面に形成された第一樹脂層51上に、チョップセクション130で産生されるチョップド炭素繊維束20が落下し堆積することで、炭素繊維マット30が形成される。 The deposition section 140 is disposed below the chop section 130. The first carrier film 41 is transported from the first resin coating section 110 through the deposition section 140 to the impregnation section 150. As the first carrier film 41 travels through the deposition section 140, the chopped carbon fiber bundles 20 produced in the chop section 130 fall and deposit on the first resin layer 51 formed on its surface, forming a carbon fiber mat 30.

含浸セクション150の上流部で、第一キャリアフィルム41の第一樹脂層51側の面と第二キャリアフィルム42の第二樹脂層52側の面とが対向するように、第一キャリアフィルム41と第二キャリアフィルム42とが貼り合わされて積層体が形成される。
含浸セクション150に配置された含浸機151は、この積層体を2つの搬送ベルトで上下から挟んで搬送するために、上下2つのベルト搬送機を備えるとともに、この積層体を搬送ベルトごと挟んで加圧するためのローラーを備えている。
In the upstream portion of the impregnation section 150, the first carrier film 41 and the second carrier film 42 are bonded together so that the surface of the first carrier film 41 facing the first resin layer 51 and the surface of the second carrier film 42 facing the second resin layer 52 are opposed to each other to form a laminate.
The impregnation machine 151 arranged in the impregnation section 150 is equipped with two belt conveyors, one above the other, to sandwich the laminate between two conveyor belts from above and below and convey it, and is also equipped with rollers to sandwich the laminate together with the conveyor belts and apply pressure.

チョップセクション130と堆積セクション140の間に配置される断片化処理装置160は、図4に示すように、カバー161と、カバーの内側に配置された、誘導板162および一対のピンローラー(第一ピンローラー163aおよび第二ピンローラー163b)とを有する。第一ピンローラー163aおよび第二ピンローラー163bは誘導板の下方に位置し、略同じ軸方向長を有し、かつ、回転軸が互いに平行である。
SMC製造装置100において、断片化処理装置160は、第一ピンローラー163aおよび第二ピンローラー163bの回転軸がロータリーカッター131の回転軸と平行となるように配置される。
The fragmentation processing device 160 disposed between the chop section 130 and the deposition section 140 has a cover 161, and a guide plate 162 and a pair of pin rollers (a first pin roller 163a and a second pin roller 163b) disposed inside the cover, as shown in Fig. 4. The first pin roller 163a and the second pin roller 163b are located below the guide plate, have approximately the same axial length, and have rotation axes parallel to each other.
In the SMC production apparatus 100 , the fragmentation processing device 160 is disposed so that the rotation axes of the first pin roller 163 a and the second pin roller 163 b are parallel to the rotation axis of the rotary cutter 131 .

図5を参照すると、第一ピンローラー163aは、シリンダー164aを有しており、その表面にはいずれも同じ形状と寸法を有するピン165aが複数配置されている。シリンダー164aとピン165aはどちらも剛体であり、例えば金属で形成される。
シリンダー164aの直径は、限定するものではないが、例えば60mm~150mmであり得る。
5, the first pin roller 163a has a cylinder 164a, on whose surface a plurality of pins 165a, all of which have the same shape and dimensions, are arranged. Both the cylinder 164a and the pins 165a are rigid bodies, and are made of, for example, metal.
The diameter of the cylinder 164a may be, for example, but is not limited to, 60 mm to 150 mm.

ピン165aは第一ピンローラー163aの回転軸に垂直に伸びており、限定するものではないが、例えば円柱形状を有する。ピン165aの端面と外周面の境界は面取りされていてもよい。
ピン165aの直径は、限定するものではないが、例えば1mm~5mmであり得る。
ピン165aの長さ、つまり、ピンの先端から根元までの距離は、限定するものではないが、例えば10mm~50mmであり得る。
ピン165aが円形断面を有することは、断片化処理装置160で処理されるチョップド炭素繊維束10の毛羽立ちを防止するうえで好ましい。
The pin 165a extends perpendicular to the rotation axis of the first pin roller 163a and has, for example, a cylindrical shape, but is not limited thereto. The boundary between the end face and the outer circumferential surface of the pin 165a may be chamfered.
The diameter of the pin 165a may be, for example, but is not limited to, 1 mm to 5 mm.
The length of the pin 165a, that is, the distance from the tip to the base of the pin, is not limited to, but may be, for example, 10 mm to 50 mm.
It is preferable that the pins 165a have a circular cross section in order to prevent fuzzing of the chopped carbon fiber bundles 10 being processed in the fragmentation processing device 160.

シリンダー164aの周面を平面展開したとき、該周面上におけるピン165aの配置は、軸方向に5mm~20mmおよび周方向に4mm~30mmずらしたときに元の配置と重なることが好ましい。
例えば、図5に示すシリンダー164aの場合、周面を平面展開すると、図6に示すように、一辺が軸方向と平行となるように平面充填する正三角形(破線で表示)の各頂点にピン165aが配置されている。この正三角形の一辺の長さが例えば5mmであるとき、図6に示すピン165aの配置は、軸方向に2.5mmおよび周方向に約4.3mmずらしたときに元の配置と重なる。
When the peripheral surface of cylinder 164a is developed into a plane, the arrangement of pins 165a on said peripheral surface preferably overlaps with the original arrangement when shifted 5 mm to 20 mm in the axial direction and 4 mm to 30 mm in the circumferential direction.
For example, in the case of cylinder 164a shown in Fig. 5, when the peripheral surface is developed into a plane, pins 165a are arranged at each vertex of an equilateral triangle (shown by a dashed line) that fills the plane with one side parallel to the axial direction, as shown in Fig. 6. When the length of one side of this equilateral triangle is, for example, 5 mm, the arrangement of pins 165a shown in Fig. 6 overlaps with the original arrangement when shifted by 2.5 mm in the axial direction and approximately 4.3 mm in the circumferential direction.

本明細書では、ピンローラーの最大半径をその回転軸からピン先端までの距離と定義する。第一ピンローラー163aにおいて、シリンダー164aの半径は当該第一ピンローラー163aの最大半径の半分以上であることが好ましく、75%以上であることがより好ましい。ピンローラーの最大半径に対するシリンダー半径の比率が高い程、ピンローラーが回転しているときに、ピンの先端における周速とピンの根元における周速の差が小さくなるからである。 In this specification, the maximum radius of a pin roller is defined as the distance from its rotation axis to the tip of the pin. In the first pin roller 163a, the radius of the cylinder 164a is preferably at least half the maximum radius of the first pin roller 163a, and more preferably at least 75%. This is because the higher the ratio of the cylinder radius to the maximum radius of the pin roller, the smaller the difference in peripheral speed between the tip of the pin and the base of the pin when the pin roller is rotating.

第一ピンローラー163aについて以上に述べたことは、全て、第二ピンローラー163bにも該当する。
限定するものではないが、断片化処理装置160の設計、製造および保守のコストを下げるためには、最大半径、シリンダー径、ピンの形状、寸法、本数および配置等を含め、できる限り多くの項目で第一ピンローラー163aと第二ピンローラー163bの設計および仕様を一致させることが好ましい。
Everything stated above regarding the first pin roller 163a also applies to the second pin roller 163b.
Without being limited thereto, in order to reduce the costs of designing, manufacturing and maintaining the fragmentation processing device 160, it is preferable to match the design and specifications of the first pin roller 163a and the second pin roller 163b in as many aspects as possible, including maximum radius, cylinder diameter, pin shape, dimensions, number and arrangement, etc.

図7を参照すると、断片化処理装置160において、第一ピンローラー163aの最大半径rM1と第二ピンローラー163bの最大半径rM2の和は、この2つのピンローラーの回転軸間距離d12よりも大きい。
第一ピンローラー163aの最大半径rM1と第二ピンローラーのシリンダー164bの半径rC2の和は、2つのピンローラーの回転軸間距離d12よりも小さい。同様に、第二ピンローラー163bの最大半径rM2と第一ピンローラーのシリンダー164aの半径rC1の和も、2つのピンローラーの回転軸間距離d12より小さい。
7, in the fragmentation processing device 160, the sum of the maximum radius r M1 of the first pin roller 163a and the maximum radius r M2 of the second pin roller 163b is greater than the distance d 12 between the rotation axes of the two pin rollers.
The sum of the maximum radius rM1 of the first pin roller 163a and the radius rC2 of the cylinder 164b of the second pin roller is smaller than the distance between the rotation axes of the two pin rollers d12 . Similarly, the sum of the maximum radius rM2 of the second pin roller 163b and the radius rC1 of the cylinder 164a of the first pin roller is also smaller than the distance between the rotation axes of the two pin rollers d12 .

第一ピンローラー163aと第二ピンローラー163bは、駆動機構(図示せず)によって回転駆動される。
第一ピンローラー163aと第二ピンローラー163bの回転方向は、図4中に矢印で示す通りである。すなわち、第一ピンローラー163aは、第二ピンローラー163b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し、第二ピンローラー163bは、第一ピンローラー163a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。
チョップセクション130で産生されるチョップド炭素繊維束20は、実質的に全部が、第一ピンローラー163aと第二ピンローラー163bの間の隙間を通って堆積セクションに落下する。
The first pin roller 163a and the second pin roller 163b are rotationally driven by a drive mechanism (not shown).
The rotation directions of the first pin roller 163a and the second pin roller 163b are as shown by the arrows in Fig. 4. That is, the first pin roller 163a rotates such that the pins move from top to bottom on the side facing the second pin roller 163b, and the second pin roller 163b rotates such that the pins move from top to bottom on the side facing the first pin roller 163a.
Substantially all of the chopped carbon fiber bundles 20 produced in the chop section 130 fall into the deposition section through the gap between the first pin roller 163a and the second pin roller 163b.

2.3.SMCの製造方法
本実施形態のSMC製造方法を、前記2.2.で説明したSMC製造装置を用いる場合を例にして説明する。
(引き出し工程)
引き出し工程では、予め準備された連続炭素繊維束のパッケージから、連続炭素繊維束が引き出される。
この工程では、ボビンパッケージをクリールに取り付けて、外取りで連続炭素繊維束を引き出してもよいし、あるいは、ボビンを抜き取ったパッケージから内取りで連続炭素繊維束を引き出してもよい。
2.3. Method for Producing SMC The method for producing an SMC according to this embodiment will be described using the SMC production apparatus described in 2.2 above as an example.
(Pulling out process)
In the drawing process, a continuous carbon fiber bundle is drawn from a package of continuous carbon fiber bundles that has been prepared in advance.
In this step, the bobbin package may be attached to a creel and the continuous carbon fiber bundle may be pulled out from the outside, or the continuous carbon fiber bundle may be pulled out from the package from which the bobbins have been removed from and the continuous carbon fiber bundle may be pulled out from the inside.

(チョップ工程)
チョップ工程では、引き出された連続炭素繊維束10がチョップセクション130に供給され、ロータリーカッター131で次々と切断されることにより、所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束20が産生される。産生したチョップド炭素繊維束20は、ロータリーカッター131の下方に設置された断片化処理装置160に向かって落下する。
チョップド炭素繊維束20の繊維長は、通常、1~6cmの範囲内であり、例えば約0.5インチ(約1.3cm)、約1インチ(約2.5cm)、約1.5インチ(約3.8cm)、約2インチ(約5.1cm)などであり得る。
(Chopping process)
In the chopping process, the drawn continuous carbon fiber bundle 10 is supplied to a chopping section 130 and cut one after another by a rotary cutter 131 to produce chopped carbon fiber bundles 20 having a predetermined fiber length. The produced chopped carbon fiber bundles 20 fall toward a fragmentation processing device 160 installed below the rotary cutter 131.
The fiber length of the chopped carbon fiber bundles 20 is typically within the range of 1 to 6 cm, and may be, for example, about 0.5 inches (about 1.3 cm), about 1 inch (about 2.5 cm), about 1.5 inches (about 3.8 cm), about 2 inches (about 5.1 cm), and the like.

(断片化処理工程)
断片化処理装置160では、ロータリーカッター131から落下してくるチョップド炭素繊維束20の少なくとも一部が、第一ピンローラー163aと第二ピンローラー163bの少なくとも一方と接触し、その衝撃によって複数の断片に分かれる。
この断片化処理は、解繊を目的とするものではない。すなわち、チョップド炭素繊維束を単繊維またはそれに近い状態となるまでほぐすものではない。好ましくは、第一キャリアフィルム41上に堆積する炭素繊維マット30中の、フィラメント数1K未満の炭素繊維束の含有量が1wt%未満となるように、第一ピンローラー163aおよび第二ピンローラー163bの各々のピン先端における周速が設定される。
(Fragmentation process)
In the fragmentation treatment device 160, at least a part of the chopped carbon fiber bundles 20 dropping from the rotary cutter 131 comes into contact with at least one of the first pin roller 163a and the second pin roller 163b, and is fragmented into a plurality of fragments by the impact.
This fragmentation process is not intended for defibration. In other words, it is not intended to disentangle the chopped carbon fiber bundles to the extent that they become single fibers or a state close to single fibers. Preferably, the peripheral speeds at the pin tips of the first pin roller 163a and the second pin roller 163b are set so that the content of carbon fiber bundles having a filament count of less than 1K in the carbon fiber mat 30 deposited on the first carrier film 41 is less than 1 wt %.

それぞれ相手方に面する側でピンが上から下に動くよう第一ピンローラー163aと第二ピンローラー163bの回転方向が設定されている理由は、この2つのピンローラーの間を通過するチョップド炭素繊維束20に強いせん断力が加わらないようにするためである。強いせん断力は、炭素繊維束の毛羽立ちや真直性低下の原因となると考えられる。
この目的がより効果的に達成されるために、第一ピンローラー163aと第二ピンローラー164bの回転数(rpm)は、前者のピン165aの先端における周速と、後者のピン165bの先端における周速差が等しくなるように設定することが好ましい。
The reason why the rotation directions of the first pin roller 163a and the second pin roller 163b are set so that the pins move from top to bottom on the sides facing the other is to prevent a strong shear force from being applied to the chopped carbon fiber bundle 20 passing between these two pin rollers. A strong shear force is considered to be a cause of fuzzing and loss of straightness of the carbon fiber bundle.
In order to achieve this objective more effectively, it is preferable to set the rotation speed (rpm) of the first pin roller 163a and the second pin roller 164b so that the difference between the peripheral speed at the tip of the pin 165a of the former and the peripheral speed at the tip of the pin 165b of the latter is equal.

(樹脂塗工工程)
樹脂塗工工程では、ロールから引き出される第一キャリアフィルム41上に、塗工機111を用いて、マトリックス樹脂50からなる第一樹脂層51を形成するとともに、別のロールから引き出される第二キャリアフィルム42上に、塗工機212を用いて、マトリックス樹脂50からなる第二樹脂層52を形成する。
マトリックス樹脂50は、熱硬化性樹脂を主要成分とし、硬化剤が配合されるとともに、必要に応じて増粘剤、重合禁止剤、低収縮剤、充填剤、難燃剤などの添加剤が配合されたペーストである。
(Resin coating process)
In the resin coating process, a first resin layer 51 made of matrix resin 50 is formed on a first carrier film 41 drawn from a roll using a coater 111, and a second resin layer 52 made of matrix resin 50 is formed on a second carrier film 42 drawn from another roll using a coater 212.
The matrix resin 50 is a paste containing a thermosetting resin as a main component, a curing agent, and, if necessary, additives such as a thickener, a polymerization inhibitor, a low-shrinkage agent, a filler, and a flame retardant.

(堆積工程)
堆積工程では、断片化処理装置160で処理されたチョップド炭素繊維束20が、該装置の下方を運ばれる第一キャリアフィルム41上に落下する。落下したチョップド炭素繊維束20は、第一キャリアフィルム41の表面に形成された第一樹脂層51上に堆積し、炭素繊維マット30を形成する。
(Deposition process)
In the depositing step, the chopped carbon fiber bundles 20 processed by the fragmentation treatment device 160 fall onto the first carrier film 41 carried below the device. The dropped chopped carbon fiber bundles 20 are deposited on the first resin layer 51 formed on the surface of the first carrier film 41, forming a carbon fiber mat 30.

(含浸工程)
第一樹脂層51上に堆積した炭素繊維マット30を載せた第一キャリアフィルム41は、含浸機151に向かって運ばれる途中で、一方の表面に第二樹脂層52が形成された第二キャリアフィルム42と貼り合わされる。
第一キャリアフィルム41と第二キャリアフィルム42を貼り合せたものを含浸機151で加圧することにより、炭素繊維マット30がマトリックス樹脂50で含浸される。
含浸工程の終了後、マトリックス樹脂50で含浸された炭素繊維マット30は第一キャリアフィルム41と第二キャリアフィルム42に挟まれたままボビンに巻き取られ、熟成工程を経てCF-SMC製品となる。熟成工程では、マトリックス樹脂50が増粘して半硬化状態となる。
(Impregnation process)
The first carrier film 41 carrying the carbon fiber mat 30 deposited on the first resin layer 51 is bonded to a second carrier film 42 having a second resin layer 52 formed on one surface while being transported toward the impregnation machine 151.
The laminate of the first carrier film 41 and the second carrier film 42 is pressed by an impregnation machine 151 , whereby the carbon fiber mat 30 is impregnated with the matrix resin 50 .
After the impregnation step is completed, the carbon fiber mat 30 impregnated with the matrix resin 50 is wound up on a bobbin while being sandwiched between the first carrier film 41 and the second carrier film 42, and is subjected to an aging step to become a CF-SMC product. In the aging step, the matrix resin 50 thickens and becomes in a semi-cured state.

3.実験結果
以下に、本発明者等が行った実験の結果を記す。
3. Experimental Results The results of the experiments conducted by the present inventors are described below.

3.1.実験1
フィラメント数15K、幅8mm、厚さ0.1mmの連続炭素繊維束(三菱ケミカル社製TR50S15L)を準備した。
図2に示すSMC製造装置と同様の構成を有するSMC製造装置を用いて、この連続炭素繊維束から炭素繊維マットを作製した。
詳しくいうと、複数本の連続炭素繊維束を等間隔で平行に並べた状態でロータリーカッターに供給し、それぞれを繊維長が25.4mmとなるようにカットしてチョップド炭素繊維束とした。
チョップド炭素繊維束は、断片化処理装置を通して、ロータリーカッターの下方を線速1.5m/分で走行する、マトリックス樹脂層を塗工しないキャリアフィルム上に落下させた。
Experiment 1
A continuous carbon fiber bundle (TR50S15L manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) having 15K filaments, a width of 8 mm and a thickness of 0.1 mm was prepared.
A carbon fiber mat was produced from the continuous carbon fiber bundles using an SMC production apparatus having a configuration similar to that shown in FIG.
Specifically, a plurality of continuous carbon fiber bundles were arranged in parallel at equal intervals and fed to a rotary cutter, and each bundle was cut to a fiber length of 25.4 mm to obtain chopped carbon fiber bundles.
The chopped carbon fiber bundles were passed through a fragmentation treatment device and dropped onto a carrier film not coated with a matrix resin layer, which was running below a rotary cutter at a linear speed of 1.5 m/min.

断片化処理装置の2個のピンローラーは、いずれも金属製で、同じ構成を有していた。シリンダー周面上に配置されたピンの直径と長さはそれぞれ3mmおよび20mmであった。各ピンローラーのシリンダー周面を平面展開したとき、該周面上におけるピンの配置は周期的で、軸方向に7.5mmおよび周方向に6.5mmずらしたときに元の配置と重なる配置であった。
2個のピンローラーは、どちらもピン先端における周速が628m/分となるように、かつ、どちらも他の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、回転させた。
断片化処理装置で処理されたチョップド炭素繊維束はキャリアフィルム上に落下して堆積し、炭素繊維マットを形成した。
上記手順で作製した炭素繊維マットのうち、キャリアフィルムの中央線近傍に堆積した一部分をなすチョップド炭素繊維束300片の重量を測定し、フィラメント数構成を調べた。
The two pin rollers of the fragmentation processing device were both made of metal and had the same structure. The diameter and length of the pins arranged on the cylinder circumferential surface were 3 mm and 20 mm, respectively. When the cylinder circumferential surface of each pin roller was developed in a plane, the arrangement of the pins on the circumferential surface was periodic, and the arrangement overlapped with the original arrangement when shifted 7.5 mm in the axial direction and 6.5 mm in the circumferential direction.
The two pin rollers were both rotated so that the peripheral speed at the pin tips was 628 m/min and so that the pins on both sides facing the other pin roller moved from top to bottom.
The chopped carbon fiber bundles treated in the fragmentation treatment device fell and accumulated on a carrier film to form a carbon fiber mat.
Of the carbon fiber mats produced by the above procedure, 300 pieces of chopped carbon fiber bundles forming a portion deposited near the center line of the carrier film were weighed, and the filament number composition was examined.

更に、同じSMC製造装置を用い、上記の条件で炭素繊維マットを作製するとともに、該炭素繊維マットにマトリックス樹脂を含浸させて、CF-SMCを作製した。マトリックス樹脂には、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびスチレンを含有する熱硬化性樹脂組成物を用いた。製造条件は繊維含有率が約53%となるように調節した。
作製したCF-SMCについて、電気機能材料工業会規格EIMS T901準拠のスパイラル流動長測定を行なった。測定条件は、金型温度140℃、プランジャー押し込み圧10MPa、プランジャー押し込み時間160秒、硬化時間190秒とした。スパイラル流動長は、CF-SMCの硬化時の流動性の指標である。
作製したCF-SMCを温度140℃、圧力8MPaで硬化させ、硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
Furthermore, using the same SMC manufacturing equipment, a carbon fiber mat was produced under the above conditions, and the carbon fiber mat was impregnated with a matrix resin to produce a CF-SMC. The matrix resin used was a thermosetting resin composition containing vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, and styrene. The manufacturing conditions were adjusted so that the fiber content was about 53%.
The spiral flow length of the produced CF-SMC was measured in accordance with the Electrical Functional Materials Industry Association standard EIMS T901. The measurement conditions were a mold temperature of 140°C, a plunger pressing pressure of 10 MPa, a plunger pressing time of 160 seconds, and a curing time of 190 seconds. The spiral flow length is an index of the fluidity of CF-SMC during curing.
The prepared CF-SMC was cured at a temperature of 140° C. and a pressure of 8 MPa, and the bending strength and bending modulus of the cured product were measured.

3.2.実験2
断片化処理装置の2個のピンローラーのピン先端における周速を785m/分としたこと以外は実験1と同様にして、炭素繊維マットを作製し、それに含まれるチョップド炭素繊維束のフィラメント数構成を調べるとともに、CF-SMCを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
3.2 Experiment 2
A carbon fiber mat was prepared in the same manner as in Experiment 1, except that the peripheral speed at the pin tips of the two pin rollers of the fragmentation treatment device was set to 785 m/min. The filament number composition of the chopped carbon fiber bundles contained therein was investigated. CF-SMC was also prepared and its spiral flow length and the bending strength and bending modulus of the cured product were measured.

3.3.実験3
SMC製造装置に断片化処理装置を取り付けなかったこと以外は実験1と同様にしてCF-SMCを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
3.3 Experiment 3
CF-SMC was produced in the same manner as in Experiment 1, except that no fragmentation treatment device was attached to the SMC production apparatus, and the spiral flow length thereof and the bending strength and bending modulus of elasticity of the cured product thereof were measured.

3.4.実験4
原料の連続炭素繊維束を変更し、フィラメント数3K、幅2mm、厚さ0.07mmの連続炭素繊維束(三菱ケミカル社製TR30S3L)を用いたこと以外は実験3と同様にしてCF-SMCを作製し、そのスパイラル流動長と、その硬化物の曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
3.4 Experiment 4
A CF-SMC was produced in the same manner as in Experiment 3, except that the raw material continuous carbon fiber bundle was changed to a continuous carbon fiber bundle having a filament count of 3K, a width of 2 mm and a thickness of 0.07 mm (TR30S3L manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). The spiral flow length of the CF-SMC and the bending strength and bending modulus of the cured product were measured.

実験1~4の結果を表1および図8~10に示す。 The results of Experiments 1 to 4 are shown in Table 1 and Figures 8 to 10.

Figure 0007604802000001
Figure 0007604802000001

実験1および実験2で作製したCF-SMCは、図8に示すように、フィラメント数15Kの連続炭素繊維束を用いて作製した実験3のCF-SMCと比べても遜色ないスパイラル流動長を示し、しかも、その硬化物は、図9に示すように、フィラメント数3Kの連続炭素繊維束を用いて作製した実験4のCF-SMCの硬化物と比べても遜色ない曲げ強度を示した。 As shown in Figure 8, the CF-SMC produced in Experiments 1 and 2 exhibited spiral flow lengths comparable to those of the CF-SMC produced in Experiment 3, which was produced using a continuous carbon fiber bundle with 15K filaments, and the cured products exhibited bending strengths comparable to those of the CF-SMC produced in Experiment 4, which was produced using a continuous carbon fiber bundle with 3K filaments, as shown in Figure 9.

以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、様々に変形することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。 The present invention has been described above with reference to specific embodiments, but each embodiment is presented as an example and does not limit the scope of the present invention. Each embodiment described in this specification can be modified in various ways without departing from the spirit of the invention, and can be combined with features described in other embodiments to the extent that they are feasible.

10 連続炭素繊維束
11 サブ束
20 チョップド炭素繊維束
50 マトリックス樹脂
100 SMC製造装置
110 第一樹脂塗工セクション
120 第二樹脂塗工セクション
130 チョップセクション
140 堆積セクション
150 含浸セクション
160 断片化処理装置
10 Continuous carbon fiber bundle 11 Sub-bundle 20 Chopped carbon fiber bundle 50 Matrix resin 100 SMC manufacturing apparatus 110 First resin coating section 120 Second resin coating section 130 Chop section 140 Accumulation section 150 Impregnation section 160 Fragmentation processing apparatus

Claims (10)

1~6cmの範囲内の所定の繊維長を有するチョップド炭素繊維束からなるマットがマトリックス樹脂で含浸されてなるCF-SMCであって、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数1K以上4K未満の成分を比率R、フィラメント数4K以上7K未満の成分を比率R、フィラメント数7K以上10K未満の成分を比率Rで含有するとしたとき、比率Rが10~30wt%、比率Rが30~60wt%、比率Rが10~30wt%、比率RおよびRの合計が60wt%以上であり、さらに、該チョップド炭素繊維束がフィラメント数1K未満の成分およびフィラメント数16K以上の成分をいずれも1wt%以上含有しないCF-SMC。 A CF-SMC in which a mat made of chopped carbon fiber bundles having a predetermined fiber length in the range of 1 to 6 cm is impregnated with a matrix resin, wherein the chopped carbon fiber bundles contain a component having a filament number of 1K or more and less than 4K at a ratio R 1 , a component having a filament number of 4K or more and less than 7K at a ratio R 2 , and a component having a filament number of 7K or more and less than 10K at a ratio R 3 , wherein the ratio R 1 is 10 to 30 wt %, the ratio R 2 is 30 to 60 wt %, the ratio R 3 is 10 to 30 wt %, and the sum of the ratios R 2 and R 3 is 60 wt % or more, and further, the chopped carbon fiber bundle does not contain 1 wt % or more of any of the components having a filament number of less than 1K and the components having a filament number of 16K or more. 前記チョップド炭素繊維束がフィラメント数16K以上の成分を含有しない、請求項1に記載のCF-SMC。 The CF-SMC according to claim 1, wherein the chopped carbon fiber bundle does not contain components with a filament count of 16K or more. 比率Rが15wt%以上である、請求項1または2に記載のCF-SMC。 CF-SMC according to claim 1 or 2, wherein the ratio R 1 is 15 wt % or more. 比率Rが25wt%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載のCF-SMC。 CF-SMC according to any one of claims 1 to 3, wherein the ratio R 1 is 25 wt% or less. CF-SMCの重量に占める炭素繊維の重量の比率が45~65%である、請求項1~4のいずれか一項に記載のCF-SMC。 CF-SMC according to any one of claims 1 to 4, wherein the weight ratio of the carbon fibers to the weight of the CF-SMC is 45 to 65%. 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、該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該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、該炭素繊維マットをマトリックス樹脂で含浸させる工程とを有し、該キャリアフィルム上に堆積する前の該チョップド炭素繊維束に下記(A)の断片化処理装置を用いた断片化処理を施す、CF-SMCの製造方法:(A)それぞれがロータリーカッターの回転軸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、第一ピンローラーの最大半径と第二ピンローラーの最大半径の和が第一ピンローラーと第二ピンローラーの回転軸間距離よりも大きく、第一ピンローラーは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駆動され、第二ピンローラーは第一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駆動される、断片化処理装置。 A method for producing CF-SMC, comprising the steps of chopping continuous carbon fiber bundles with a rotary cutter to produce chopped carbon fiber bundles, depositing the chopped carbon fiber bundles on a carrier film running below the rotary cutter to form a carbon fiber mat, and impregnating the carbon fiber mat with a matrix resin, and subjecting the chopped carbon fiber bundles before being deposited on the carrier film to a fragmentation treatment using a fragmentation treatment device as described below in (A): (A) A fragmentation treatment device comprising a first pin roller and a second pin roller, each of which has a rotation axis parallel to the rotation axis of the rotary cutter, the sum of the maximum radius of the first pin roller and the maximum radius of the second pin roller being greater than the distance between the rotation axes of the first pin roller and the second pin roller, the first pin roller being driven to rotate such that the pins move from top to bottom on the side facing the second pin roller, and the second pin roller being driven to rotate such that the pins move from top to bottom on the side facing the first pin roller. 第一ピンローラーおよび第二ピンローラーの各々において、シリンダーの半径が最大半径の半分以上である、請求項6に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 6, wherein the radius of the cylinder of each of the first pin roller and the second pin roller is equal to or greater than half the maximum radius. 第一ピンローラーのピン先端における周速と、第二ピンローラーのピン先端における周速が等しい、請求項6または7に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 6 or 7, wherein the peripheral speed at the pin tip of the first pin roller is equal to the peripheral speed at the pin tip of the second pin roller. 前記連続炭素繊維束は、フィラメント数が12K以上18K未満でスプリットされていない連続炭素繊維束である、請求項6~8のいずれか一項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 6 to 8, wherein the continuous carbon fiber bundle is a continuous carbon fiber bundle having a filament count of 12K or more and less than 18K and not split. 前記連続炭素繊維束は、部分的なスプリットによりフィラメント数12K以上18K未満のサブ束に分割された総フィラメント数24K以上の連続炭素繊維束である、請求項6~8のいずれか一項に記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 6 to 8, wherein the continuous carbon fiber bundle is a continuous carbon fiber bundle having a total number of 24K or more filaments, the total number of filaments being divided by partial splitting into sub-bundles each having 12K or more but less than 18K filaments.
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