JPH0365311A - 炭素繊維チョップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭素繊維をポリイミン樹脂で集束した炭素繊維
チゴップに関するものである。更に詳しくは、炭素繊維
強化樹脂の成形に直接射出成形できる成形加工性、炭素
繊維の分散性、機械強度及び導電性に優れた性能を有す
る炭素繊維チョップに関するものである。

〔従来の技術〕

炭素繊維を各種マトリックス中に混合、分散させて成る
繊維強化成形材料は、炭素繊維の優れた特性、例えば高
強度、高剛性、低比重、高電気伝導性、低熱膨張率、高
耐摩耗性などを有することから、幅広い用途が期待され
、工業的に重要な材料として注目されている。

一般に、炭素繊維を各種熱可塑性樹脂に混合、分散させ
て繊維強化成形材料を得るには、数百〜数百力木から成
る炭素繊維を集束剤、例えば通常繊維強化成形材料に用
いるポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド（特公
昭６２−７２２５号公報）、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂（特開昭６１−６６６１５号公報）、フェノール樹脂
で集束し、１〜Ｌｏａｎに切断して炭素繊維チョップと
し、これを熱可塑性樹脂のペレット又はパウダーととも
に押出機中で溶融混練し、得られたストランドをペレタ
イズして炭素繊維強化成形材料を製造する。

このようにして得られた炭素繊維強化成形材料を射出成
形し製品を得る方法が一般的に行なわれている。

従来、炭素繊維強化成形品を得る為には、あらかじめ熱
可塑性樹脂と炭素繊維チョップを押出機で、溶融混練し
、炭素繊維をマトリックス中で均一に分散させる必要が
あった。しかし、その為に押出機の溶融混練時に炭素繊
維の破断（短繊維化）が生じ、機械特性及び導電特性等
が著しく低下した。また押出機で一旦炭素繊維強化成形
材料を製造する為、生産性が劣るとい・）欠点があった
。

〔発明が解決しようとする課顕〕

本発明の目的は１、炭素ｔ１ｉＩｉｗ、、強化戒形品の
製造において、押出機で溶融混練しで得られる炭素繊維
強化成形材料を用いることなく、直接炭素繊維チョップ
と熱可塑性樹脂のぺ］ノットとともに射出成形し、炭素
繊組の織ｒｆｉｉ長の長い物性の優れた製品が得られる
炭素繊維チョップを提供するにある。

この際、該繊維チョップの集束性が不十分であるとチョ
ップが開繊して、射出成形機の供給口で詰まり炭素繊維
強化成形品中の炭素繊維含有量を均一にコントロールす
ることができない。また原料そのものが入らず成形がで
きないこともある。

従って、炭素繊維チョップを直接射出成形する為には、
繊維に高い集束性を付与しチョップの開繊を肪がなけれ
ばならない。

一方、押出し工程を省略し、炭素繊維チョップ六熱可塑
性樹脂を直接射出成形する為、強化繊維は射出成形機の
可塑化ゾーンで容易に均一分散しなければならない。得
られる成形品中の炭素繊維の分散が悪いと外観が悪く、
物性は大きくバラツキ、強度も劣る。従って、分散性の
優れた集束剤であることが必要である。

このように、該繊維チョップは、直接射出成形する為、
高い集束性とそれに相反する優れた分散性を兼ね備えた
チョップでなければならない。

又炭素繊維強化成形品を製造する際、従来法では、押出
機で一旦溶融混練し炭素繊維の分散を良くする必要があ
り、どうしても炭素繊維の繊維長が短かくなり、必要と
する力学強度、導電特性の物性を得ることが難しかった
。

従って、成形品中の炭素繊維の繊維長が長く、か゛つ分
散性の優れた、両方を満足する繊維チョップは、これま
でなかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、このよ・うなチョップの集束力と分散性
の相反する問題を解決し、炭素短繊維を直接成形できる
集束性の高（ハ、かつ７トリツクス中に均一に分散し、
繊維長を長く保ち、物性の優れる集束剤について検討し
た結果、本発明に至ったものである。

すなわち本発明は、炭素繊維をボリイ且ン樹脂の含有量
０．１〜・１００重量で集束してなることを特徴とする
炭素繊維チョップである。

本発明において集束剤とＬ７て用いるポリイミン樹脂は
、分子量が１万一５０万のもので、室温で固体状のもの
が好ましい。このよ・うなポリイミン樹脂としては、例
えば、ポリエチレンイミン、ボリブｌコピレンイａン、
ポリブチレンイミン、１．１ジメチルエチレンイミン、
１．１−ジメチル−２メチルエチ１／ンイミン、１゜１
−ジメチル−２プロピルエチレンイミン、Ｎ−アセチル
ポリエチレンイ箋ン、Ｎ−プロビオニルポリエチｌ／ン
イａン、Ｎ−７’チリルポリエチレンイミン、Ｎ−バレ
リルポリエチレンイミン、Ｎ−ヘキサノイルポリエチレ
ンイミン、Ｎ−ステアロイルポリエチレンイミン、ポリ
ベンズアルドイミミン等のポリアミンおよびその誘導体
、およびそれらの混合物、あるいは変性、共重合された
ボリイゑン樹脂などがあげられる。とくに好ましくは、
ポリエチレンイミン、Ｎ−プロビオニルポリエチ１／ン
イξンがあげられる。

本発明においては、炭素繊組の集束剤として、ポリイミ
ン樹脂を炭素繊維に０．１−１００重量、好ましくは２
〜６電景％含有せしめる。この量が０．１重量未満では
集束性が不十分で、射出成形機の供給ホラパル中におけ
る流動性が悪いので、＊形品中の炭素繊維含有量が均一
とならず、チョップが開繊して、供給口で詰まり、成形
ができない。

また１００重量を超えると、これを用いて得られた成形
品の力学物性である引張強度、曲げ強度等に問題が生じ
る。

本発明の炭素繊維チョップ（゛、かさ密度が３００ｇ／
４２以上、好ましくは３５０ｇ／４２以上である。

かさ密度が３００ｇ／ｆｆ未満では、完全に集束されて
いるとはいえず、射出成形機の供給ポツパー中における
流動性が悪いので、射出成形機スクリフ、−への供給不
良やマトリックス樹脂への不均一分散などが生じ、連続
的な生産が困難になり、本発明の目的を十分に発揮する
ことができない。

本発明の炭素繊維チョップの製造法は、まず適当な本数
からなる連続した炭素繊維束を、濃度０．５〜１０重量
％のポリイミン樹脂の溶液の中に連続的に浸漬したのち
、２００″Ｃ程度の熱風により乾燥する。次いで、所望
の長さ、例えば１〜ＩＯ閣に切断することによってポリ
イミン樹脂で集束した炭素繊維チョップが得られる。

また、炭素繊維強化成形品は、本発明の炭素繊維と熱可
塑性樹脂とを射出成形機のホッパー内に供給し、可塑化
シリンダー内で溶融し、射出成形型内に射出し、金型内
で冷却固化して成形品を取り出すことによって得られる
。成形品をより均一なものとするためには、射出成形機
にて成形を行う前に、タンブラ−１高速くキサ−などの
手段を用いて予備混合を行っても良い。

本発明において、素材として用いる炭素繊維については
、特に制限はなく、各種の公知の炭素繊維、例えばレー
ヨン、ポリアクリロニトリル、ピッチ、リグニン、炭化
水素ガスなどを用いて製造された炭素質繊維や黒鉛質繊
維及びこれらに金属をコーティングした金属被覆炭素繊
維などの中から任意に選んで用いることができる。

本発明の炭素繊維チョップを用いて繊維強化成形品を製
造するのに使用されるマトリックスとしては、例えばポ
リカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリオキ
シメチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレン
サルファイド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリオ
レフィン、ポリフェニレンスルホン、アクリル樹脂、ス
チレン系樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられるが、特に
ポリカーボネート樹脂は好適である。

〔実施例〕

次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

なお、各種物性の測定法は次のとおりである。

〈炭素繊維チョップのかさ密度〉 ５０ｄメスシリンダーに炭素繊維チョップを充填したの
ち、メスシリンダーに上下の衝撃的振動を与え、平衡に
達した炭素繊維チョップの体積でその重さを除して求め
る。

〈炭素繊維チョップの分散性〉 炭素繊維チョップの分散性は、東芝製ｌ５７５Ｅ型射出
戒形機によって成形した５０ｍｍＸ９０ｍｍＸ２．５　
ｍｓの板状成形品の外観観察程度から、分散性の良否を
１〜３の３段階評価する。３が最良値である。

〈成形品中の炭素繊維の繊維長〉 成形品をルツボに取り、電気炉にて樹脂を焼く。残った
炭素繊維を顕微鏡にて拡大し、カメラで画像を取り込み
、画像処理機にて炭素繊維の長さを測定する。測定本数
は約１５００本とし、その数平均値を算出し炭素繊維の
繊維長とする。

く力学的物性〉 炭素短繊維強化成形品の力学的物性は、ＪＩＳＫ６８１
０に準拠して測定する。

〈導電性〉 炭素短繊維強化成形品の導電性は、上記、炭素繊維チョ
ップの分散性と全く同−法で得た板状成形品上に導電性
銀ペーストを一辺５０鴫の正方形の平行な２辺上に塗り
、その間の電気抵抗値をもって、表面抵抗率（Ω）とし
た。

実施例１ エボミンＰ−１０００（日本触媒化学工業社製、ポリエ
チレンイミン、分子量約７０，０００　）を、水に５重
量％溶かし、この溶液の中に炭素繊維（旭日本カーボン
ファイバー株製ハイカーボロ７１２ｋｆ）のロービング
を、連続的に浸漬し、ポリエチレンイミンを炭素繊維に
５重量％付着させて、１４０°Ｃ５分間熱風で乾燥させ
、ストランドを得た。該ストランドを小野打製作所製り
型ギロチンカッターを用いて６ｍｍの長さに切断して、
かさ密度３８０ｇ／ｊ！のチョップを得た。

このチョップ１０重量部とポリカーボネート樹脂９０重
量部とをＶ型ミキサーでトライブレンドした。

このトライブレンド物を東芝製ｌ５７５Ｅ型射出戒形機
にて、評価用試験片を得た。その結果を第１表に示す、
得られた成形品の分散性評価は３であり繊維長は０．３
５ｍｍ、引張強度は１５００　ｋｇ／ｃ４゜表面電気抵
抗は、２Ｘ１０３Ωであった。

比較例１ 実施例１において、エボａンＰ−１０００の濃度を０．
０５重型置とし、炭素繊維に付着したポリエチ！／ンイ
ａンが０．０５重量％以外は、実施例１と全く同一の条
件にて炭素繊維チョップを得た。

得られた炭素繊維チョップのかさ密度は２００ｇ／４で
あった。また、射出成形機運転時において、供給口で詰
まりが生じ原料が供給されず運転の中断が多発した。得
られた成形品の分散性の評価は１であり、引張強度は１
１００　ｋｇ／ｃｒｌ、表面電気抵抗は、１５００Ｘ　
１０３Ωであった。

比較例２ 実施例１と同様にして得られたトライブレンド物を、ス
クリューフィダー付の二軸押出機にて混練、押出して得
られたストランドをペレタイズし、繊維強化材料を得た
。次いで、東芝製ｌ５７５Ｅ型射出戊形機にて、評価用
試験片を得た。得られた成形品の分散性評価は３であり
、繊維長は、ｏ、２３ｍｍ、引張強度は１３００ｋｇ　
／　ｃＵ、表面電気抵抗は、５００Ｘ１０３Ωであった
。

比較例３ エボ累ンの水溶液のかわりに、分子預約１８００のビス
フェノールＡ型エポキシ樹脂をメチルエチルケトンに溶
解した溶液を用いた以久は、実施例１と同一の条件にて
炭素繊維チョップを得た。その結果を第１表に示す。

比較例４ エボミンのかわりに帝国化学産業株式会社製アルコール
可溶性ナイロン溶液（グレード名：Ｆ３３５０Ｅ、ナイ
ロン樹脂をメトキシメチル化したもの）を用いた以外は
、実施例１と全く同一の条件にて炭素繊維チョップを得
た。その結果を第１表に示す。

比較例５ エボミンのかわりに、ＢＡＳＦジャパン株式会社製ポリ
ビニルピロリドン（商品名ニルビスコルに９０）を用い
た以外は、実施例１と同一の条件にて炭素繊維チョップ
を得た。その結果を第１表に示す。

比較例６ エボミンのかわりに、大日本インキ化学工業株式会社製
ポリウレタン樹脂（グリスボン６２１６Ｓ　Ｌ　）をメ
チルエチルケトンに溶解した溶液を用いた以外は、実施
例１と同一の条件にて炭素繊維チョップを得た。その結
果を第１表に示す。

第　　１ 表 （以下余白） 注）使用７Ｆ・ワックス：Ｐｃ （以下余白） 実施例２ 実施例１で用いたポリカーボネート樹脂のかわりに、ポ
リブチレンテレフタレート樹脂を用いた以外は実施例１
と同一の条件で炭素繊維チョップを得た。得られた結果
を第２表に示す。

比較例７〜１０ ポリカーボネート樹脂のかわりに、ポリブチレンテレフ
タレート樹脂を用いた以外は比較例３〜６と同一の条件
で炭素繊維チョップを得た。得られた結果を第２表に示
す。

（以下余白） （４）使用マトリックス：ＰＢＴ 実施例３ 実施例工で用いたポリカーボネート樹脂のがわりに、ポ
リフェニレンオキサイド樹脂を用いた以外は実施例１と
同一の条件で炭素繊維チョップを得た。得られた結果を
第３表に示す。

比較例１１〜１５ ポリカーボネート樹脂のかわりに、ポリフェニレンオキ
サイド樹脂を用いた以外は比較例３〜６と同一の条件で
炭素繊維チョップを得た。得られた結果を第３表に示す
。

（以下余白） 使用マトリックス：ポリフェニレンオキサイド（以下余
白） 〔発明の効果〕 本発明のボリイくン樹脂で集束された炭素繊維チョップ
は、直接射出成形できる集束性と分散性を兼ね備える優
れたものであり、これを用いて炭素繊維強化成形品を製
造する場合、該チョップは、射出成形機ホッパーにおけ
る流動性が良好であって、射出成形機スクリ１−へ安定
に供給される、また可塑化シリンダー内で容易に分散し
、得られた成形品の外観も極めて良好である。

よって、炭素繊維強化成形品を生産するに押出し工程を
省略することができ生産性が大幅に向上する。また、該
炭素繊維チョップは直接射出成形ができるため、得られ
ゐ成形品の炭素繊維の長さが長く保たれ、機械強度及び
導電性に優れた特性を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炭素繊維をポリイミン樹脂の含有量０．１〜１０重
   量％で集束してなることを特徴とする炭素繊維チョップ
   。