JP2013202891A - Carbon fiber composite material and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱可塑性樹脂をマトリクスとした炭素繊維複合材料に関するものであって、表面品位に優れ、特に、繊維状或いはパウダー状の熱可塑性樹脂を使用することなく、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含浸させた炭素繊維複合材料に関する。 The present invention relates to a carbon fiber composite material using a thermoplastic resin as a matrix, and is excellent in surface quality. In particular, carbon fiber and thermoplastic resin can be used without using a fibrous or powdery thermoplastic resin. The present invention relates to an impregnated carbon fiber composite material.
特許文献１は、表面品位に優れた熱可塑性樹脂をマトリクスとした炭素繊維複合材を開示している。特許文献１では、開繊された炭素繊維と熱可塑性樹脂の塗布工程では、繊維状またはパウダー状の熱可塑性樹脂を使用することが好ましいとされている。炭素繊維と繊維状またはパウダー状の熱可塑性樹脂の塗布を行う場合には、樹脂をあらかじめ繊維状あるいはパウダー状にする必要があり、その加工作業の負荷やコストの問題があった。
一方、特許文献１に記載されている好ましい炭素繊維径５〜７μｍでは、このように細い炭素繊維に熱可塑性樹脂フィルムや溶融状態の熱可塑性樹脂を用いて、炭素繊維と熱可塑性樹脂を含浸させる場合、含浸が不十分で、表面品位が不十分な問題があった。
Patent document 1 is disclosing the carbon fiber composite material which used the thermoplastic resin excellent in the surface quality as a matrix. In patent document 1, it is said that it is preferable to use a fibrous or powdery thermoplastic resin in the coating process of the opened carbon fiber and the thermoplastic resin. When carbon fiber and a fibrous or powdery thermoplastic resin are applied, it is necessary to make the resin fibrous or powdery in advance, and there are problems in the load and cost of the processing work.
On the other hand, in the preferable carbon fiber diameter of 5 to 7 μm described in Patent Document 1, the carbon fiber and the thermoplastic resin are impregnated using such a thin carbon fiber with a thermoplastic resin film or a molten thermoplastic resin. In such a case, the impregnation was insufficient and the surface quality was insufficient.
炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が実質的に二次元ランダムに配向しており、繊維状またはパウダー状の熱可塑性樹脂を使用することなく、炭素繊維と熱可塑性樹脂が良好に含浸した、表面品位の優れた複合材料を提供することである。 Consists of carbon fiber and thermoplastic resin, carbon fiber is oriented substantially two-dimensionally randomly, and carbon fiber and thermoplastic resin are good without using fibrous or powdery thermoplastic resin An object of the present invention is to provide an impregnated composite material having excellent surface quality.
本発明の複合材料は、繊維長１０ｍｍ超１００ｍｍ以下で単繊維繊度１．０〜２．４ｄｔｅｘの炭素繊維と熱可塑性樹脂とから構成され、炭素繊維が実質的に二次元ランダムに配向しており、炭素繊維が（式１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）について、繊維全量に対する割合が０Ｖｏｌ％超３０Ｖｏｌ％未満であることを特徴とする複合材料である。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径(μｍ)である。Ｄ（μｍ）は、式（２）を用いて、単繊維繊度Ｅ（ｄｔｅｘ）、炭素繊維の真密度Ｆ（ｇ／ｃｍ３）から算出される。）
Ｄ＝（４×Ｅ／（３．１４×Ｆ））０．５×１０ （２）
The composite material of the present invention is composed of carbon fibers having a fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm and a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex, and a thermoplastic resin, and the carbon fibers are oriented substantially two-dimensionally randomly. The carbon fiber bundle (A) in which the carbon fiber is composed of the number of critical single yarns or more defined by (Formula 1) is a composite material characterized in that the ratio to the total amount of fiber is more than 0 Vol% and less than 30 Vol% .
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the carbon fiber. D (μm) is the single fiber fineness E (dtex) and the true density F (g / cm 3 ) of the carbon fiber using the formula (2). )
D = (4 × E / (3.14 × F)) 0.5 × 10 (2)
本発明の方法によれば、繊維状またはパウダー状の熱可塑性樹脂を使用することなく、炭素繊維と熱可塑性樹脂を良好に含浸させることができ、高い表面品位を発現させることができる。 According to the method of the present invention, carbon fiber and a thermoplastic resin can be satisfactorily impregnated without using a fibrous or powdery thermoplastic resin, and a high surface quality can be expressed.
本発明の複合材料は、熱可塑性樹脂と繊維長１０ｍｍ超１００ｍｍ以下であって単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維とから構成され、炭素繊維が実質的に二次元ランダムに配向しており、炭素繊維が（式１）で定義される臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）について、繊維全量に対する割合が０Ｖｏｌ％超３０Ｖｏｌ％未満である。
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径(μｍ)である。Ｄ（μｍ）は、式（２）を用いて、単繊維繊度Ｅ（ｄｔｅｘ）、炭素繊維の真密度Ｆ（ｇ／ｃｍ３）から算出される。）
Ｄ＝（４×Ｅ／（３．１４×Ｆ））０．５×１０ （２）
ここで、単繊維繊度Ｅとは、１０，０００ｍあたりの単繊維の質量（ｇ）である。
The composite material of the present invention is composed of a thermoplastic resin and a carbon fiber having a fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm and a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex, and the carbon fiber is substantially two-dimensionally random. With respect to the carbon fiber bundle (A) that is oriented and the carbon fiber is composed of the number of critical single yarns defined by (Formula 1), the ratio to the total amount of the fiber is more than 0 Vol% and less than 30 Vol%.
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the carbon fiber. D (μm) is the single fiber fineness E (dtex) and the true density F (g / cm 3 ) of the carbon fiber using the formula (2). )
D = (4 × E / (3.14 × F)) 0.5 × 10 (2)
Here, the single fiber fineness E is the mass (g) of single fibers per 10,000 m.
本発明で使用する炭素繊維は不連続であり、平均繊維長１０ｍｍ超１００ｍｍ以下である。本発明の複合材料は、ある程度長い炭素繊維を含んで強化機能が発現できることを特徴とし、好ましくは炭素繊維の平均繊維長が１５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、より好ましくは１５ｍｍ以上８０ｍｍ以下であり、さらには２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下が好ましい。 The carbon fibers used in the present invention are discontinuous and have an average fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm. The composite material of the present invention is characterized in that a reinforcing function can be expressed by including carbon fibers that are somewhat long, preferably the average fiber length of the carbon fibers is 15 mm or more and 100 mm or less, more preferably 15 mm or more and 80 mm or less, Is preferably 20 mm or more and 60 mm or less.
本発明の方法においては、炭素繊維として、単繊維繊度が１．０〜２．４ｄｔｅｘである炭素繊維を使用する。このような太い炭素繊維を使うことにより、繊維状あるいはパウダー状の熱可塑性樹脂を使用することなく、炭素繊維と熱可塑性樹脂を良好に含浸させることができ、表面品を高めることができる。 In the method of the present invention, a carbon fiber having a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex is used as the carbon fiber. By using such a thick carbon fiber, the carbon fiber and the thermoplastic resin can be satisfactorily impregnated without using a fibrous or powdery thermoplastic resin, and the surface product can be enhanced.
また、本発明に用いる強化繊維としては、断面形状が真円度０．７０以上０．９０以下であることが好ましい。さらに、断面形状が空豆型であることが好ましい。断面形状を比較的単純な形状である真円度０．７０以上０．９０以下の空豆型とすることで、単繊維の繊度が大きくなつても、真円度が０．９０より大きい丸に近い断面形状の強化繊維より、ストランド強度は高い数値を維持できる。また、単繊維を密に詰めることが出来るため、プリプレグ中での繊維含有率が向上し、複合材料の力学特性を向上させることが可能となる。 Moreover, as a reinforced fiber used for this invention, it is preferable that cross-sectional shape is 0.70 or more and 0.90 or less roundness. Furthermore, the cross-sectional shape is preferably an empty bean type. Even if the fineness of the single fiber is increased, the roundness is larger than 0.90 by making the cross-sectional shape into a relatively simple shape round bean type with a roundness of 0.70 or more and 0.90 or less. The strand strength can be maintained at a higher value than the reinforcing fiber having a close sectional shape. Further, since the single fibers can be densely packed, the fiber content in the prepreg is improved, and the mechanical properties of the composite material can be improved.
＜炭素繊維束の直径及び真円度＞
（１）サンプルの作製
長さ５ｃｍに切断した炭素繊維束をエポキシ樹脂(エポマウント主剤:エポマウント硬化剤＝１００：９（質量比）)に包埋し、２ｃｍに切断して横断面を露出させ、鏡面処理した。
（２）観察面のエッチング処理
更に、繊維の外形を明瞭にするために、サンプルの横断面を次の方法でエッチング処理した。
・使用装置：プラズマエッチング装置（日本電子(株)社製、製品名：Ｐ―１７０）
・処理条件：雰囲気ガス：Ａｒ／Ｏ２＝７５／２５、プラズマ出力：５０Ｗ、真空度：約１２０Ｐａ、処理時間：５ｍｉｎ
（３）ＳＥＭ観察
前記（１）及び（２）により得られたサンプルの横断面を、ＳＥＭ（ＰＨＩＬＩＰＳ社製、製品名：ＦＥＩ―ＸＬ２０）を用いて観察し、画面上に５個以上の繊維断面が写っている写真を任意に５枚撮影した。
（４）炭素繊維束の単繊維の直径測定
各サンプルについて５枚のＳＥＭ写真から任意に２０個、ただし、１枚の写真から３個以上の単繊維断面を選んで、画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ― Ｐｒｏ ＰＬＵＳ)を用いて繊維断面の外形をトレースし、断面の長径(最大フェレ径)ｄを計測した。選んだ単繊維断面全ての長径ｄの平均を、炭素繊維束の単繊維の直径Ｄｉとした。
（５）真円度測定
画像解析ソフトウェア(日本ロ―パー(株)製、製品名:Ｉｍａｇｅ― Ｐｒｏ ＰＬＵＳ)を用いて繊維断面の外形をトレースし、周長Ｌおよび面積Ｓを計測した。各サンプルについて５枚の写真から任意に２０個、ただし、１枚の写真から３個以上の繊維断面を選んで計測し、ＬおよびＳの平均値を求め、次式により真円度を算出した。
真円度=４πＳ／Ｌ２ ・・・（３）
<Diameter and roundness of carbon fiber bundle>
(1) Preparation of sample A carbon fiber bundle cut to a length of 5 cm is embedded in an epoxy resin (Epomount main agent: Epomount curing agent = 100: 9 (mass ratio)), cut to 2 cm, and the cross section is exposed. And mirror-finished.
(2) Etching treatment of observation surface Further, in order to clarify the outer shape of the fiber, the cross section of the sample was etched by the following method.
-Equipment used: Plasma etching equipment (manufactured by JEOL Ltd., product name: P-170)
Processing conditions: atmospheric gas: Ar / O 2 = 75/25, plasma output: 50 W, vacuum: about 120 Pa, processing time: 5 min
(3) SEM observation The cross section of the sample obtained by said (1) and (2) was observed using SEM (the product name: FEI-XL20 by PHILIPS), and five or more fibers were displayed on the screen. We arbitrarily photographed five photographs showing the cross section.
(4) Measurement of single fiber diameter of carbon fiber bundle For each sample, 20 pieces are arbitrarily selected from 5 SEM photographs, but 3 or more single fiber sections are selected from one photograph, and image analysis software The outer shape of the cross section of the fiber was traced using a product name “Image-Pro PLUS” manufactured by Parr Co., Ltd., and the major axis (maximum ferret diameter) d of the cross section was measured. The average of the major axis d of all selected single fiber cross sections was defined as the diameter Di of the single fiber of the carbon fiber bundle.
(5) Roundness measurement The outer shape of the fiber cross-section was traced using image analysis software (product name: Image-Pro PLUS, manufactured by Nippon Roper Co., Ltd.), and the circumference L and area S were measured. For each sample, 20 pieces were arbitrarily selected from five photographs, but three or more fiber cross sections were selected from one photograph, measured, average values of L and S were obtained, and roundness was calculated by the following equation. .
Roundness = 4πS / L 2 (3)
本発明においては、炭素繊維は実質的に２次元的にランダムに分散している。実質的２次元ランダムとは、複合材料を構成する炭素繊維が、複合材料の接表面内に繊維軸の主配向方向があり、かつその面内において互いに直行する二方向に測定した引張弾性率のうち大きいものを小さいもので割った比が２を超えないことをいう。 In the present invention, the carbon fibers are substantially randomly dispersed two-dimensionally. Substantially two-dimensional random means that the carbon fiber constituting the composite material has a tensile modulus measured in two directions in which the main orientation direction of the fiber axis is in the contact surface of the composite material and is orthogonal to each other in the plane. It means that the ratio of the larger one divided by the smaller one does not exceed 2.
一般的に、炭素繊維は、数千〜数万本のフィラメントが集合した繊維束となっている。特に薄肉のコンポジットを得る場合、炭素繊維を繊維束のまま使用すると、繊維の交絡部が局部的に厚くなり、薄肉のものが得られない。そのため、炭素繊維を開繊して使用することが重要となるが、本発明の複合材料は炭素繊維の開繊程度をコントロールした複合材料を特徴とする。 Generally, carbon fiber is a fiber bundle in which thousands to tens of thousands of filaments are gathered. In particular, when a thin-walled composite is obtained, if carbon fibers are used in the form of fiber bundles, the entangled portion of the fibers becomes locally thick, and a thin-walled one cannot be obtained. Therefore, it is important to open and use the carbon fiber, but the composite material of the present invention is characterized by a composite material in which the degree of opening of the carbon fiber is controlled.
本発明の複合材料は、式（１） 臨界単糸数＝６００／Ｄ で定義する臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束（Ａ）の好ましい繊維全量に対する割合は、０Ｖｏｌ％超３０Ｖｏｌ％未満である。 In the composite material of the present invention, the ratio of the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns defined by the formula (1) critical single yarn number = 600 / D is preferably more than 0 vol% and less than 30 vol%. is there.
炭素繊維束（Ａ）の割合が３０Ｖｏｌ％以上になると、表面品位に優れる複合材料が得られにくくなる。炭素繊維束（Ａ）の割合はより好ましくは０Ｖｏｌ％超２０Ｖｏｌ％未満である。 When the ratio of the carbon fiber bundle (A) is 30 Vol% or more, it becomes difficult to obtain a composite material having excellent surface quality. The ratio of the carbon fiber bundle (A) is more preferably more than 0 Vol% and less than 20 Vol%.
炭素繊維はサイズ材が付着されたものを用いることが好ましく、サイジング材は炭素繊維１００重量部に対して、０．１〜１０．０重量部であることが好ましい。 It is preferable to use a carbon fiber to which a sizing material is attached, and the sizing material is preferably 0.1 to 10.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber.
本発明の複合材料における熱可塑性樹脂の存在量は、炭素繊維１００重量部に対し、５０〜１０００重量部であることが好ましい。より好ましくは、炭素繊維１００重量部に対し、熱可塑性樹脂５０〜５００重量部である。 The abundance of the thermoplastic resin in the composite material of the present invention is preferably 50 to 1000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fibers. More preferably, it is 50 to 500 parts by weight of the thermoplastic resin with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber.
熱可塑性樹脂の種類として、ポリアミド、または共重合のポリアミド、ポリエステル、または共重合のポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオレフィン等を使用することができる。 As the type of thermoplastic resin, polyamide, copolymerized polyamide, polyester, copolymerized polyester, polycarbonate, polyamideimide, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, polysulfone, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyolefin, etc. are used. can do.
本発明の複合材料中には、本発明の目的を損なわない範囲で、ガラス繊維や有機繊維等の各種繊維状または非繊維状フィラー、難燃剤、耐ＵＶ剤、顔料、離型剤、軟化剤、可塑剤、界面活性剤の添加剤を含んでいてもよい。 In the composite material of the present invention, various fibrous or non-fibrous fillers such as glass fibers and organic fibers, flame retardants, UV-resistant agents, pigments, mold release agents, softeners, and the like within the range not impairing the object of the present invention. , Plasticizers and surfactant additives may be included.
以下本発明の複合材料を好ましく得る方法について述べる。本発明の複合材料は以下の工程１〜５より、好ましく製造することができる。
１．炭素繊維をカットする工程、
２．カットされた炭素繊維を開繊させる工程、
３．開繊させた炭素繊維をシート状にする工程
４．シート状の炭素繊維に熱可塑性樹脂フィルムを積層した後、加熱することで熱可塑性樹脂を溶融させ炭素繊維に含浸させる工程、或いは、シート状の炭素繊維に押し出し機等を用いて溶融させた樹脂を含浸させる工程
５．炭素繊維シートと溶融熱可塑性樹脂が含浸した物を冷却することによりプリプレグシート状の複合材料を製造する工程。
A method for preferably obtaining the composite material of the present invention will be described below. The composite material of the present invention can be preferably produced from the following steps 1 to 5.
1. Cutting carbon fiber,
2. Opening the cut carbon fiber,
3. 3. Step of opening the opened carbon fiber into a sheet A process of laminating a thermoplastic resin film on sheet-like carbon fiber and then heating to melt the thermoplastic resin and impregnating the carbon fiber, or a resin melted on the sheet-like carbon fiber using an extruder or the like 4. impregnating step 5 A step of producing a prepreg sheet-like composite material by cooling a material impregnated with a carbon fiber sheet and a molten thermoplastic resin.
炭素繊維のカット方法として、ロータリーカッター等のナイフを用いて炭素繊維をカットする方法が例示される。 Examples of the carbon fiber cutting method include a method of cutting carbon fiber using a knife such as a rotary cutter.
カットされた炭素繊維の開繊方法として、圧縮空気を吹き付ける方法が例示される。開繊の度合いについては、空気の圧力、流量、時間等により調整される。 As a method for opening the cut carbon fiber, a method of blowing compressed air is exemplified. The degree of opening is adjusted by air pressure, flow rate, time, and the like.
開繊させた炭素繊維を例えば平板の上に、撒くことにより炭素繊維シートを製造することができる。
熱可塑性樹脂含浸工程において、炭素繊維シートに熱可塑性樹脂を積層した後、加熱する方法や、炭素繊維シートに押し出し機等を用いて溶融させた熱可塑性樹脂を含浸させる方法が好ましく利用される。
A carbon fiber sheet can be manufactured by rolling the opened carbon fiber on, for example, a flat plate.
In the thermoplastic resin impregnation step, a method of heating after laminating the thermoplastic resin on the carbon fiber sheet and a method of impregnating the carbon fiber sheet with a thermoplastic resin melted using an extruder or the like are preferably used.
炭素繊維シートと溶融熱可塑性樹脂が含浸した物を冷却することによるプリプレグシートを得る。 A prepreg sheet is obtained by cooling a material impregnated with a carbon fiber sheet and a molten thermoplastic resin.
本発明のプリプレグシート状の複合材料は、各種の厚みとすることが可能であるが、厚みが０．０５〜３ｍｍ程度が好ましい Although the prepreg sheet-like composite material of the present invention can have various thicknesses, the thickness is preferably about 0.05 to 3 mm.
得られたプリプレグシートを用いて、プレス成形することにより、任意の形状に賦形することができる。プレス成形方法として、マトリクスの熱可塑性樹脂のガラス転移温度或いは融点以上に加熱をしておいて。その加熱されたプリプレグシートをマトリクス樹脂のガラス転移温度或いは融点以下に保たれた金型の上に置いて、プレス成形を行なう方法が例示される。 The obtained prepreg sheet can be shaped into an arbitrary shape by press molding. As a press molding method, heating is performed to the glass transition temperature or the melting point of the matrix thermoplastic resin. An example is a method in which the heated prepreg sheet is placed on a metal mold maintained at a temperature lower than the glass transition temperature or melting point of the matrix resin and press molding is performed.
複合材料は、上記のようなプレス成形により、所望の厚さの成形体を得ることができる。また型の形状等を選択することにより、三次元形状等の所望形状の成形体を得ることも可能である。 The composite material can obtain a molded body having a desired thickness by press molding as described above. It is also possible to obtain a molded body having a desired shape such as a three-dimensional shape by selecting the shape of the mold.
成形体は積層構造とすることも可能である。例えば２枚以上のプリプレグシートを積層してプレス成形する方法が挙げられる。 The molded body may have a laminated structure. For example, a method in which two or more prepreg sheets are laminated and press-molded can be mentioned.
本発明の複合材料は、サンドイッチ部材の表皮等としても提供できる。 The composite material of the present invention can also be provided as a skin of a sandwich member.
サンドイッチ部材とするときのコア材にとくに限定はないが、樹脂の発泡体や、ガラス繊維や有機繊維の不織布等が好ましく挙げられる。本発明の複合材料からなる成形体をコア部材とともに積層して、例えばプレス成形することによりサンドイッチ部材とすることができる。 The core material for the sandwich member is not particularly limited, and preferred examples include resin foam, glass fiber, and organic fiber nonwoven fabric. The molded body made of the composite material of the present invention can be laminated together with the core member, and can be made into a sandwich member by, for example, press molding.
以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
［複合材料における炭素繊維束（Ａ）の繊維全量に対する割合の求め方］
１）複合材料を１００ｍｍ×１００ｍｍに切り出し、厚み（Ｔａ）を測定後、５００℃×１時間程度、炉内にて樹脂を除去する。
２）樹脂を除去した複合材料より、繊維束をピンセットで全て取り出す。
３）全ての繊維束について、個々の繊維束の長さ（Ｌｉ）と重量（Ｗｉ）を測定し、繊維束数（Ｉ）を記録する。ピンセットにて取り出す事ができない程度に繊維束が小さいものについては、まとめて最後に重量を測定する（Ｗｋ）。このとき、１／１０００gまで測定可能な天秤を用いる。なお、繊維長が短い場合には、繊維束の重量が小さく、測定が困難になる。こういった場合には、繊維を０．２ｍｍ程度の間隔で分類し、分類した繊維束を複数本まとめて重量を測定し、平均値を用いても良い。
４）全ての分類について測定後、以下の計算を行う。使用している炭素繊維の単位長さあたり繊度（ｅ）より、分類した繊維束群の繊維本数（Ｎｉ）は次式により求められる。
Ｎｉ＝Ｗｉ／（Ｌｉ×ｅ）。
炭素繊維束（Ａ）中の平均繊維数（Ｎ）は以下の式により求める。
Ｎ＝ΣＮｉ／Ｉ
また、個々の繊維束の体積（Ｖｉ）及び、炭素繊維束（Ａ）の繊維全体に対する割合（ＶＲ）は、使用した炭素繊維の繊維比重（ρ）を用いて次式により求められる。
Ｖｉ＝Ｗｉ／ρ
ＶＲ＝ΣＶｉ／Ｖａ×１００
ここで、Ｖａは切り出したシートの体積であり、Ｖａ＝１００×１００×Ｔａ
Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
[How to find the ratio of the carbon fiber bundle (A) in the composite material to the total amount of fibers]
1) The composite material is cut into 100 mm × 100 mm, and after measuring the thickness (Ta), the resin is removed in a furnace for about 500 ° C. × 1 hour.
2) Remove all fiber bundles with tweezers from the composite material from which the resin has been removed.
3) For all fiber bundles, the length (Li) and weight (Wi) of each fiber bundle are measured, and the number of fiber bundles (I) is recorded. When the fiber bundle is so small that it cannot be taken out by tweezers, the weight is finally measured together (Wk). At this time, a balance capable of measuring up to 1/1000 g is used. When the fiber length is short, the weight of the fiber bundle is small and measurement becomes difficult. In such a case, the fibers may be classified at intervals of about 0.2 mm, a plurality of the classified fiber bundles may be collectively measured, and the average value may be used.
4) After measurement for all classifications, perform the following calculations. From the fineness (e) per unit length of the carbon fiber used, the number of fibers (Ni) of the classified fiber bundle group is obtained by the following equation.
Ni = Wi / (Li × e).
The average number of fibers (N) in the carbon fiber bundle (A) is obtained by the following formula.
N = ΣNi / I
Further, the volume (Vi) of each fiber bundle and the ratio (VR) of the carbon fiber bundle (A) to the whole fiber are obtained by the following formula using the fiber specific gravity (ρ) of the carbon fiber used.
Vi = Wi / ρ
VR = ΣVi / Va × 100
Here, Va is the volume of the cut sheet, Va = 100 × 100 × Ta
（炭素繊維）
ＰＡＮ系炭素繊維束１（単繊維繊度 １．３ｄｔｅｘ、真密度１．８、繊維径１０μｍ、２４，０００フィラメント、強度 ４２１８ＭＰａ、弾性率 ２３６ＧＰａ、真円度：０．８０）
ＰＡＮ系炭素繊維束２（単繊維繊度 ２．４ｄｔｅｘ、真密度１．８、繊維径１３μｍ、１２，０００フィラメント、強度 ３４７７ＭＰａ、弾性率 ２４０Ｐａ、真円度：０．８０）
ＰＡＮ系炭素繊維束３（単繊維繊度 ０．７ｄｔｅｘ、真密度１．８、繊維径７μｍ、１２，０００フィラメント、強度 ４１１６ＭＰａ、弾性率 ２３５ＧＰａ、真円度：０．９５）
(Carbon fiber)
PAN-based carbon fiber bundle 1 (single fiber fineness 1.3 dtex, true density 1.8, fiber diameter 10 μm, 24,000 filament, strength 4218 MPa, elastic modulus 236 GPa, roundness: 0.80)
PAN-based carbon fiber bundle 2 (single fiber fineness 2.4 dtex, true density 1.8, fiber diameter 13 μm, 12,000 filament, strength 3477 MPa, elastic modulus 240 Pa, roundness: 0.80)
PAN-based carbon fiber bundle 3 (single fiber fineness 0.7 dtex, true density 1.8, fiber diameter 7 μm, 12,000 filament, strength 4116 MPa, elastic modulus 235 GPa, roundness: 0.95)
（熱可塑性樹脂）
ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）製、製品名：Ｊ１０８Ｍ）
(Thermoplastic resin)
Polypropylene resin (manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., product name: J108M)
（実施例１）
（樹脂フィルムの作製）
加熱冷却二段プレス（神藤金属工業所社製、Ｆ−３７）を用いてポリプロピレン樹脂のペレットを２２０℃の加熱盤で挟み込み、加圧して薄く引き延ばした。その後、冷却盤で冷却することにより厚み約６２μｍの樹脂フィルムを作製した。作製した樹脂フィルムの１ｍ２あたりの重量は約５６ｇであった。
Example 1
(Production of resin film)
Polypropylene resin pellets were sandwiched between 220 ° C. heating plates using a heating / cooling two-stage press (F-37, manufactured by Shinfuji Metal Industry Co., Ltd.), and were pressed and stretched thinly. Thereafter, a resin film having a thickness of about 62 μm was produced by cooling with a cooling plate. The weight of the produced resin film per 1 m 2 was about 56 g.
（炭素繊維シート及びプリプレグの作製）
炭素繊維として、炭素繊維束１を使用した。この炭素繊維束を長さ２５ｍｍにカットして、カットした炭素繊維束を開繊装置により開繊した。開繊装置として、小孔を有した管を用意し、コンプレッサーを用いて圧縮空気を送気した。この時、小孔からの風速は１００ｍ／ｓｅｃであった。開繊操作を２回実施した炭素繊維を目付け１００ｇ／ｍ２の炭素繊維シート状にした。この炭素繊維シート状物の両面から前記樹脂フィルム、フッ素樹脂製フィルム（日東電工社製、ニトフロンフィルム９７０−４ＵＬ）、アルミ製の平板の順に挟み、前記加熱冷却二段プレスの加熱盤で２２０℃、５分、２０ｋＰａ、冷却盤で５分、２０ｋＰａの条件で、プリプレグ目付約２１２ｇ／ｍ２、炭素繊維重量含有率約４７％、炭素繊維体積含有率約３１％である、厚み約１８０μｍのプリプレグを得た。このプリプレグについて、式（１）で定義される臨界繊維数は６０、臨界単糸数以上で構成される繊維束（Ａ）中の平均単糸数は２００、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束の割合は１０％であった。このプリプレグを１１枚重ねて、平板金型内に置いて、２２０℃で圧縮成形を行ない、厚みが約２ｍｍの平板を得た。表面に繊維の凸凹は無く、表面品位は良好であった。
(Production of carbon fiber sheet and prepreg)
A carbon fiber bundle 1 was used as the carbon fiber. This carbon fiber bundle was cut into a length of 25 mm, and the cut carbon fiber bundle was opened using a fiber opening device. A tube having small holes was prepared as a fiber opening device, and compressed air was supplied using a compressor. At this time, the wind speed from the small hole was 100 m / sec. The carbon fiber subjected to the opening operation twice was formed into a carbon fiber sheet having a basis weight of 100 g / m 2 . The carbon fiber sheet-like product is sandwiched in this order from the resin film, fluororesin film (Nitto Denko Corporation, Nitoflon film 970-4UL), and aluminum flat plate in order, and 220 with the heating plate of the heating / cooling two-stage press. ℃ 5 minutes, 20 kPa, 5 minutes with a cooling plate, 20 kPa, the prepreg weight is about 212 g / m 2 , the carbon fiber weight content is about 47%, the carbon fiber volume content is about 31%, the thickness is about 180 μm A prepreg was obtained. About this prepreg, the number of critical fibers defined by the formula (1) is 60, the average number of single yarns in the fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns is 200, and the carbon fiber bundle composed of the number of critical single yarns or more. The ratio was 10%. Eleven prepregs were stacked and placed in a flat plate mold and compression molded at 220 ° C. to obtain a flat plate having a thickness of about 2 mm. There was no unevenness of the fiber on the surface, and the surface quality was good.
（実施例２）
炭素繊維として、炭素繊維束２を使用した以外は実施例１と同様な操作を実施した。このプリプレグについて、式（１）で定義される臨界繊維数は４６、臨界単糸数以上で構成される繊維束（Ａ）中の平均単糸数は１００、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束の割合は１０％であった。表面に繊維の凸凹は無く、表面品位は良好であった。
(Example 2)
The same operation as in Example 1 was performed except that the carbon fiber bundle 2 was used as the carbon fiber. About this prepreg, the number of critical fibers defined by the formula (1) is 46, the average number of single yarns in the fiber bundle (A) composed of the critical number of single yarns is 100, and the carbon fiber bundle composed of the number of critical single yarns or more. The ratio was 10%. There was no unevenness of the fiber on the surface, and the surface quality was good.
（比較例１）
炭素繊維として、炭素繊維束３を使用した以外は実施例１と同様な操作を実施した。このプリプレグについて、式（１）で定義される臨界繊維数は８６、臨界単糸数以上で構成される繊維束（Ａ）中の平均単糸数は３００、臨界単糸数以上で構成される炭素繊維束の割合は１０％であった。表面品位は不良であった。
(Comparative Example 1)
The same operation as in Example 1 was performed except that the carbon fiber bundle 3 was used as the carbon fiber. About this prepreg, the number of critical fibers defined by the formula (1) is 86, the average number of single yarns in the fiber bundle (A) composed of the critical number of single yarns is 300, and the carbon fiber bundle composed of the number of critical single yarns or more. The ratio was 10%. The surface quality was poor.
Claims (6)
臨界単糸数＝６００／Ｄ （１）
（ここでＤは炭素繊維の平均繊維径(μｍ)である。Ｄ（μｍ）は、式（２）を用いて、単繊維繊度Ｅ（ｄｔｅｘ）、炭素繊維の比重Ｆ（ｇ／ｃｍ３）から算出される。）
Ｄ＝（４×Ｅ／（３．１４×Ｆ））０．５×１０ （２） It is composed of a carbon fiber having a fiber length of more than 10 mm and not more than 100 mm and a single fiber fineness of 1.0 to 2.4 dtex and a thermoplastic resin. The carbon fibers are substantially two-dimensionally randomly oriented, and the carbon fibers are represented by (formula 1 The composite material characterized in that the carbon fiber bundle (A) composed of the number of critical single yarns or more calculated in (1) is greater than 0 Vol% and less than 30 Vol%.
Critical number of single yarns = 600 / D (1)
(Here, D is the average fiber diameter (μm) of the carbon fiber. D (μm) is the single fiber fineness E (dtex) and the specific gravity F (g / cm 3 ) of the carbon fiber using the formula (2). Calculated from
D = (4 × E / (3.14 × F)) 0.5 × 10 (2)
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- 2012-03-28 JP JP2012073111A patent/JP2013202891A/en active Pending
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