JPH09217281A - Carbon fiber bundle for chopped strand and its production - Google Patents
Carbon fiber bundle for chopped strand and its productionInfo
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- JPH09217281A JPH09217281A JP8022796A JP2279696A JPH09217281A JP H09217281 A JPH09217281 A JP H09217281A JP 8022796 A JP8022796 A JP 8022796A JP 2279696 A JP2279696 A JP 2279696A JP H09217281 A JPH09217281 A JP H09217281A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、チョップドストラ
ンド用炭素繊維束およびその製造方法に関する。さらに
詳しくは、力学的特性の優れた炭素繊維強化複合材料を
与え、かつ取扱い性に優れた炭素繊維チョップドストラ
ンド用炭素繊維束およびその製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon fiber bundle for chopped strands and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a carbon fiber bundle for a carbon fiber chopped strand, which provides a carbon fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties and has excellent handleability, and a method for producing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】炭素繊維チョップドストランドを用いて
強化した熱可塑性樹脂組成物は、成形が容易であるう
え、強度や剛性、寸法安定性に優れた繊維強化複合材料
を与えるため、事務機器、電化製品、自動車部品など様
々な分野で広く使用されている。炭素繊維チョップドス
トランドで強化した熱可塑性樹脂組成物は、炭素繊維束
を適当な長さに切断した炭素繊維チョップドストランド
を、熱可塑性樹脂とともに押出機中で溶融混練し、それ
をペレット化して製造されることが多く、これを成形す
ることにより複合材料が得られる。2. Description of the Related Art Thermoplastic resin compositions reinforced with carbon fiber chopped strands are easy to mold and provide a fiber reinforced composite material excellent in strength, rigidity and dimensional stability. Widely used in various fields such as products and automobile parts. The thermoplastic resin composition reinforced with carbon fiber chopped strands is produced by melting and kneading carbon fiber chopped strands obtained by cutting a carbon fiber bundle into an appropriate length together with a thermoplastic resin in an extruder, and pelletizing it. In many cases, a composite material is obtained by molding this.
【０００３】炭素繊維チョップドストランドの製造に用
いられるチョップドストランド用炭素繊維束は、チョッ
プドストランドを熱可塑性樹脂と混合して押出機に供給
する際、押出機のスクリューへの噛み込みを良くするた
めに集束性が要求される。このため、エポキシ樹脂や熱
可塑性樹脂をサイジング剤として付与したものが知られ
ている。The carbon fiber bundle for chopped strands used in the production of carbon fiber chopped strands is for improving the biting of the screw of the extruder when the chopped strand is mixed with a thermoplastic resin and supplied to the extruder. Focusability is required. Therefore, it is known that an epoxy resin or a thermoplastic resin is added as a sizing agent.
【０００４】例えば、特公昭６２−７２２５号公報に
は、ポリアミドでサイジング処理された炭素繊維チョッ
プドストランドが記載されている。このような炭素繊維
チョップドストランドは、ポリアミド樹脂強化用には有
効であるが、ポリアミド樹脂以外の熱可塑性樹脂ととも
に用いた場合、繊維強化複合材料の力学的特性が低いも
のにとどまる。For example, Japanese Patent Publication No. 62-7225 discloses a carbon fiber chopped strand sized with a polyamide. Such carbon fiber chopped strands are effective for reinforcing the polyamide resin, but when used together with a thermoplastic resin other than the polyamide resin, the mechanical properties of the fiber reinforced composite material are low.
【０００５】特公昭６２−５６２６６号公報には、低分
子量エポキシ樹脂を用いた炭素繊維チョップドストラン
ドが記載されている。しかし、このような低分子量エポ
キシ樹脂を付与したチョップドストランドは、集束性が
十分でないために熱可塑性樹脂との混合時に解繊し、押
出機スクリューへの噛み込みが悪くなる問題を有する。Japanese Patent Publication No. 62-56266 discloses a carbon fiber chopped strand using a low molecular weight epoxy resin. However, the chopped strands to which such a low molecular weight epoxy resin is added have a problem that they are defibrated when mixed with the thermoplastic resin because they do not have sufficient sizing property, and the biting into the extruder screw becomes poor.
【０００６】特公平１−４６６３６号公報には、完全熱
可塑性タイプの線状ポリウレタンで処理された炭素繊維
チョップドストランドが記載されている。しかし、この
ような完全熱可塑性タイプの線状ポリウレタンを使用し
た場合は、得られる炭素繊維強化複合材料の耐熱性が低
下する。Japanese Patent Publication No. 1-46636 describes a carbon fiber chopped strand treated with a linear thermoplastic polyurethane of the full thermoplastic type. However, when such a completely thermoplastic type linear polyurethane is used, the heat resistance of the obtained carbon fiber reinforced composite material is lowered.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる欠点
を改良し、熱可塑性樹脂との溶融混練が容易で熱可塑性
樹脂との適合性に優れた炭素繊維チョップドストランド
を与え、かつ優れた取扱い性を有するチョップドストラ
ンド用炭素繊維束およびその製造方法を提供することを
目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a carbon fiber chopped strand which has improved such drawbacks, is easy to melt-knead with a thermoplastic resin and is excellent in compatibility with the thermoplastic resin, and is excellent in handling. An object of the present invention is to provide a carbon fiber bundle for chopped strands and a method for producing the same.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のチョップドスト
ランド用炭素繊維束は、上記課題を達成するため、以下
の構成を有する。すなわち、集束剤が０．５〜５重量％
付着し、かつ剛軟度が２０〜１００ｍｍの範囲にあるこ
とを特徴とするチョップドストランド用炭素繊維束であ
る。The carbon fiber bundle for chopped strands of the present invention has the following constitution in order to achieve the above object. That is, the sizing agent is 0.5 to 5% by weight.
It is a carbon fiber bundle for chopped strands, which is adhered and has a bending resistance of 20 to 100 mm.
【０００９】本発明のチョップドストランド用炭素繊維
束の製造方法は、上記課題を達成するため、以下の構成
を有する。すなわち、熱硬化性樹脂を乳化せしめたエマ
ルジョンに硬化剤を溶解し、炭素繊維束を浸漬した後、
加熱乾燥して水を除去するとともに樹脂を硬化すること
を特徴とするチョップドストランド用炭素繊維束の製造
方法である。The method for producing a carbon fiber bundle for chopped strands according to the present invention has the following constitution in order to achieve the above object. That is, the curing agent is dissolved in an emulsion obtained by emulsifying a thermosetting resin, and the carbon fiber bundle is immersed,
A method for producing a carbon fiber bundle for chopped strands, which comprises heating and drying to remove water and curing the resin.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.
【００１１】本発明のチョップドストランド用炭素繊維
束は、集束剤が０. ５〜５重量％の範囲で付着してな
り、かつ剛軟度が２０〜１００ｍｍの範囲にあることを
特徴とする。The carbon fiber bundle for chopped strands of the present invention is characterized in that the sizing agent is attached in the range of 0.5 to 5% by weight and the bending resistance is in the range of 20 to 100 mm.
【００１２】集束剤の付着量が０. ５重量％より少ない
と、集束性が不十分となり、チョップドストランドとし
て熱可塑性樹脂と溶融混練する際に容易に解繊し、押出
機スクリューへの供給が困難となる。一方、集束剤の付
着量が５重量％を超えると、集束剤を付与した炭素繊維
束が剛直となりすぎ、ボビンなどに巻き上げにくくなる
ほか、炭素繊維チョップドストランドとして熱可塑性樹
脂と押出機中で溶融混練した場合、均一な混練が困難と
なる。When the amount of the sizing agent attached is less than 0.5% by weight, the sizing property becomes insufficient, and the chopped strands are easily defibrated when melt-kneaded with the thermoplastic resin and supplied to the extruder screw. It will be difficult. On the other hand, when the amount of the sizing agent attached exceeds 5% by weight, the sizing agent-added carbon fiber bundle becomes too rigid, making it difficult to wind up on a bobbin, etc., and melting as a carbon fiber chopped strand with a thermoplastic resin in an extruder. When kneading, uniform kneading becomes difficult.
【００１３】また、剛軟度とは、次のようにして測定さ
れる値をいう。The bending resistance is a value measured as follows.
【００１４】長さ２００ｍｍの炭素繊維束を切り取り、
これを水平な試験台上に先端から１５０ｍｍの部分が空
中に突き出るようにしてセットして１０分間保持した後
に、サンプル先端部分の垂れ下がり変位量を測定し、そ
の値をもって剛難度とする。すなわち、剛軟度の値が小
さいことは、炭素繊維束が剛直であることを意味し、剛
軟度の値が大きいことは、炭素繊維束が柔らかいことを
意味する。炭素繊維束の剛軟度が２０ｍｍより小さい
と、過度に剛直となり、ボビンなどに巻き上げることが
困難となる。また、剛軟度が１００ｍｍを越えると、炭
素繊維束の集束性が不十分となり、チョップドストラン
ドとして熱可塑性樹脂と溶融混練する際に容易に解繊
し、押出機スクリューへの供給が困難となる。Cut out a carbon fiber bundle of 200 mm in length,
This is set on a horizontal test stand so that a portion 150 mm from the tip projects into the air and held for 10 minutes, and then the amount of sagging displacement of the tip of the sample is measured, and the value is taken as the hardness. That is, a small value of the bending resistance means that the carbon fiber bundle is rigid, and a large value of the bending resistance means that the carbon fiber bundle is soft. If the bending resistance of the carbon fiber bundle is less than 20 mm, the carbon fiber bundle becomes excessively rigid and it becomes difficult to wind it up on a bobbin or the like. Further, if the bending resistance exceeds 100 mm, the carbon fiber bundles will not be sufficiently bundled, and the chopped strands will be easily defibrated when melt-kneaded with the thermoplastic resin, making it difficult to supply to the extruder screw. .
【００１５】集束剤として好ましいのは、熱硬化性樹脂
と硬化剤を主成分とする硬化物であって、熱、光または
電子線などの外部からのエネルギーにより熱硬化性樹脂
と硬化剤が反応し、少なくとも部分的に三次元硬化物を
形成したものであれば特に限定されない。熱硬化性樹脂
としては、硬化しやすく耐熱性に優れる点などから、エ
ポキシ樹脂が好ましい。The sizing agent is preferably a cured product containing a thermosetting resin and a curing agent as main components, and the thermosetting resin and the curing agent react with each other by external energy such as heat, light or electron beam. However, it is not particularly limited as long as it forms a three-dimensional cured product at least partially. As the thermosetting resin, an epoxy resin is preferable because it is easily cured and has excellent heat resistance.
【００１６】エポキシ樹脂としては、特に、フェノール
類、アミン類、炭素ー炭素二重結合を有する化合物を前
駆体とするエポキシ樹脂が好ましい。As the epoxy resin, an epoxy resin having a precursor of a phenol, an amine, or a compound having a carbon-carbon double bond is particularly preferable.
【００１７】例えば、フェノール類を前駆体とするエポ
キシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノー
ルＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂など
が挙げられる。Examples of the epoxy resin containing phenols as a precursor include, for example, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type. Examples thereof include epoxy resin and resorcinol type epoxy resin.
【００１８】アミン類を前駆体とするエポキシ樹脂とし
ては、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テ
トラグリシジルキシリレンジアミン、トリグリシジル−
ｐ−アミノフェノール、トリグリシジル−ｍ−アミノフ
ェノール、トリグリシジルアミノクレゾ−ルの各種異性
体などが挙げられる。Epoxy resins having amines as precursors include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetraglycidylxylylenediamine, triglycidyl-
Various isomers of p-aminophenol, triglycidyl-m-aminophenol, triglycidylaminocresol and the like can be mentioned.
【００１９】エポキシ樹脂と組み合わせて用いる硬化剤
としては、エポキシ基と反応し得る活性基を有する化合
物であれば特に限定されないが、脂肪族アミン、環状脂
肪族アミン、芳香環を含む脂肪族アミン、芳香族アミン
などを好ましく用いることができる。The curing agent used in combination with the epoxy resin is not particularly limited as long as it is a compound having an active group capable of reacting with an epoxy group, but aliphatic amines, cycloaliphatic amines, aliphatic amines containing aromatic rings, Aromatic amines and the like can be preferably used.
【００２０】これらの化合物の具体例としては、脂肪族
アミンとしては、ジエチレントリアミン、トリエチレン
テトラミン、ヘキサメチレンジアミンなど、環状脂肪族
アミンとしては、イソホロンジアミン、メンセンジアミ
ン、ピペラジンなど、芳香環を含む脂肪族アミンとして
は、ｍ−キシレンジアミンなど、芳香族アミンとして
は、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルス
ルホン、ｍ−フェニレンジアミンなど、イミダゾール化
合物としては、２−メチルイミダゾール、２−エチル−
４−メチルイミダゾール、２−フェニルイミダゾールな
どがあげられる。また、集束剤となる硬化物のガラス転
移温度（以下、Ｔｇと略す）は、５０℃以上であること
が好ましい。５０℃より低い場合は、熱可塑性樹脂との
加熱混練時に硬化物が軟化して炭素繊維チョップドスト
ランドが解繊し、押出機スクリューへの噛み込みが悪く
なることがある。付着量を多くすれば解繊は防ぐことが
できるが、得られる炭素繊維強化複合材料の耐熱性が低
下することがある。また、押出機中で炭素繊維チョップ
ドストランドと熱可塑性樹脂の混合が容易にできるため
には、Ｔｇは３００℃以下が望ましい。Ｔｇは、熱硬化
性樹脂と硬化剤の種類、硬化条件の設定により制御でき
る。Specific examples of these compounds include aliphatic amines such as diethylenetriamine, triethylenetetramine and hexamethylenediamine. Cyclic aliphatic amines include aromatic rings such as isophoronediamine, mensendiamine and piperazine. Aliphatic amines include m-xylenediamine, aromatic amines such as diaminodiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, and m-phenylenediamine, and imidazole compounds such as 2-methylimidazole and 2-ethyl-.
4-methylimidazole, 2-phenylimidazole and the like can be mentioned. The glass transition temperature (hereinafter, abbreviated as Tg) of the cured product that serves as the sizing agent is preferably 50 ° C. or higher. If the temperature is lower than 50 ° C., the cured product may be softened during heating and kneading with the thermoplastic resin, the carbon fiber chopped strands may be defibrated, and the biting into the extruder screw may be deteriorated. Although defibration can be prevented by increasing the adhered amount, the heat resistance of the obtained carbon fiber reinforced composite material may decrease. Further, Tg is preferably 300 ° C. or lower so that the carbon fiber chopped strands and the thermoplastic resin can be easily mixed in the extruder. Tg can be controlled by setting the types of thermosetting resin and curing agent, and curing conditions.
【００２１】熱硬化性樹脂と硬化剤の種類を選択するこ
とにより、硬化物の架橋密度を変えることによって、炭
素繊維束の剛軟度を制御することができる。すなわち、
架橋密度を大きくすることにより、集束された炭素繊維
束の剛軟度は小さくでき、逆に架橋密度を小さくするこ
とにより、集束された炭素繊維束の剛軟度は大きくでき
る。すなわち、熱硬化性樹脂および硬化剤の種類、配合
割合の工夫のほか、硬化条件によって望みの剛軟度を設
定できる。例えば、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、
アミノフェノール型エポキシ樹脂などのアミン類を前駆
体とするエポキシ樹脂と、ジアミノジフェニルスルホン
などの芳香族アミンを組み合わせると、炭素繊維の剛軟
度は小さくできる。一方、ビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などのフェノー
ル類を前駆体とするエポキシ樹脂と、ピペラジンなどの
硬化剤を主成分とする集束剤を使用すると、炭素繊維の
剛軟度は大きくできる。By selecting the types of thermosetting resin and curing agent, it is possible to control the bending resistance of the carbon fiber bundle by changing the crosslink density of the cured product. That is,
By increasing the crosslink density, the bending resistance of the bundled carbon fiber bundle can be reduced, and conversely, by decreasing the crosslinking density, the bending resistance of the bundled carbon fiber bundle can be increased. That is, the desired bending resistance can be set according to the curing conditions as well as the type and proportion of the thermosetting resin and the curing agent. For example, glycidyl amine type epoxy resin,
By combining an epoxy resin such as an aminophenol type epoxy resin as a precursor with an aromatic amine such as diaminodiphenyl sulfone, the bending resistance of the carbon fiber can be reduced. On the other hand, when an epoxy resin containing a phenol precursor such as bisphenol A type epoxy resin or bisphenol F type epoxy resin and a sizing agent containing a curing agent such as piperazine as a main component are used, the carbon fiber has a large bending resistance. it can.
【００２２】また、エラストマーや熱可塑性樹脂などを
熱硬化性樹脂に添加することによっても、剛軟度を制御
することができる。例えば、ニトリルゴムなどのエラス
トマーの配合により炭素繊維の剛軟度は大きくすること
ができる。The bending resistance can also be controlled by adding an elastomer or a thermoplastic resin to the thermosetting resin. For example, the bending resistance of the carbon fiber can be increased by blending an elastomer such as nitrile rubber.
【００２３】本発明のチョップドストランド用炭素繊維
束の製造方法は、水中に熱硬化性樹脂を乳化せしめたエ
マルジョンに硬化剤を添加したものに、炭素繊維束を浸
漬させた後、加熱して水を除去するとともに樹脂を硬化
するものである。硬化剤は水溶性であることが好まし
い。The method for producing a carbon fiber bundle for chopped strands according to the present invention is a method in which a carbon fiber bundle is immersed in an emulsion obtained by emulsifying a thermosetting resin in water and a curing agent is added, and then heated to form water. Is removed and the resin is cured. The curing agent is preferably water-soluble.
【００２４】熱硬化性樹脂を水中に分散せしめたエマル
ジョンは、ポリビニルアルコールや界面活性剤の水溶液
と樹脂を混合し、ホモミキサー等により撹拌することに
よって得られる。撹拌しながら上記水溶液を数回に分割
して熱硬化性樹脂に加えることにより、安定なエマルジ
ョンを得ることができる。用いる熱硬化性樹脂は、安定
なエマルジョンが得られる点から室温で液状であること
が好ましいが、室温で固体あるいは高粘度の液体の場
合、有機溶剤や希釈剤を用いた溶液として用いてもよ
い。The emulsion in which the thermosetting resin is dispersed in water can be obtained by mixing the resin with an aqueous solution of polyvinyl alcohol or a surfactant and stirring the mixture with a homomixer or the like. A stable emulsion can be obtained by adding the above aqueous solution to the thermosetting resin in several portions with stirring. The thermosetting resin used is preferably liquid at room temperature from the viewpoint of obtaining a stable emulsion, but when it is a solid or a highly viscous liquid at room temperature, it may be used as a solution using an organic solvent or a diluent. .
【００２５】熱硬化性樹脂の硬化剤としては、樹脂の硬
化を容易にするために、水に可溶であるものが好まし
い。The thermosetting resin curing agent is preferably one that is soluble in water in order to facilitate the curing of the resin.
【００２６】熱硬化性樹脂としては、容易に加熱硬化で
き、Ｔｇの高い硬化物を与える点でエポキシ樹脂が好ま
しい。The thermosetting resin is preferably an epoxy resin because it can be easily heat-cured and gives a cured product having a high Tg.
【００２７】エポキシ樹脂としては、特に、フェノール
類、アミン類、炭素ー炭素二重結合を有する化合物を前
駆体とするエポキシ樹脂が好ましい。As the epoxy resin, an epoxy resin containing a precursor of a phenol, an amine, or a compound having a carbon-carbon double bond as a precursor is particularly preferable.
【００２８】例えば、フェノール類を前駆体とするエポ
キシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノー
ルＳ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、フェ
ノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラッ
ク型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂など
が挙げられる。Examples of the epoxy resin containing a phenol as a precursor include, for example, bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, biphenyl type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type. Examples thereof include epoxy resin and resorcinol type epoxy resin.
【００２９】アミン類を前駆体とするエポキシ樹脂とし
ては、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テ
トラグリシジルキシリレンジアミン、トリグリシジル−
ｐ−アミノフェノール、トリグリシジル−ｍ−アミノフ
ェノール、トリグリシジルアミノクレゾールの各種異性
体などが挙げられる。Epoxy resins containing amines as precursors include tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetraglycidylxylylenediamine, triglycidyl-
Various isomers of p-aminophenol, triglycidyl-m-aminophenol, triglycidylaminocresol and the like can be mentioned.
【００３０】エポキシ樹脂を用いる場合、硬化剤として
は、脂肪族アミン、環状脂肪族アミン、芳香環を含む脂
肪族アミン、芳香族アミン、イミダゾール化合物などを
用いることができ、その中でも水に可溶である化合物が
好ましい。In the case of using an epoxy resin, as a curing agent, an aliphatic amine, a cycloaliphatic amine, an aliphatic amine containing an aromatic ring, an aromatic amine, an imidazole compound or the like can be used, and among them, it is soluble in water. Are preferred.
【００３１】具体例としては、脂肪族アミンとしては、
ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなど、
環状脂肪族アミンとしては、ピペラジンなど、芳香環を
含む脂肪族アミンとしては、ｍ−キシレンジアミンな
ど、芳香族アミンとしては、ｍ−フェニレンジアミンな
ど、イミダゾール化合物としては、２−メチルイミダゾ
ール、２−エチル−４−メチルイミダゾールなどがあげ
られる。As a specific example, as the aliphatic amine,
Diethylenetriamine, triethylenetetramine, etc.
As the cycloaliphatic amine, piperazine and the like, as the aliphatic amine containing an aromatic ring, m-xylenediamine and the like, as the aromatic amine, m-phenylenediamine and the like, and as the imidazole compound, 2-methylimidazole, 2- and the like. Examples include ethyl-4-methylimidazole.
【００３２】炭素繊維チョップドストランドは、該チョ
ップドストランド用炭素繊維束を適当な長さに切断して
製造する。切断にはロータリー型やギロチンタイプ型の
ロービングカッターなどを用いることができる。炭素繊
維チョップドストランドの長さは特に限定されないが、
熱可塑性樹脂ペレットとの混合、押出機スクリューへの
噛み込みが良好な点から３〜３０ｍｍが好ましい。The carbon fiber chopped strands are produced by cutting the carbon fiber bundle for chopped strands into a suitable length. A rotary type or guillotine type roving cutter or the like can be used for the cutting. The length of the carbon fiber chopped strand is not particularly limited,
It is preferably 3 to 30 mm from the viewpoint of good mixing with the thermoplastic resin pellets and biting into the extruder screw.
【００３３】この炭素繊維チョップドストランドを熱可
塑性樹脂とともに溶融混練した後、適当な大きさに切断
して得られる材料は、繊維強化複合材料の成形に好適で
ある。製造法としては、炭素繊維チョップドストランド
と熱可塑性樹脂ペレットをあらかじめよく混合したもの
を押出機に供給して溶融混練し、溶融混合物を吐出口か
らストランド状に吐出させ、冷却後に適当な長さに切断
してペレット状とするのが一般的である。成形は、射出
成形などによるのが一般的であり、強度や剛性、寸法安
定性などに優れた繊維強化複合材料を得ることができ
る。用いる熱可塑性樹脂の種類には特に制限はないが、
成形した繊維強化複合材料の力学的特性が優れる点か
ら、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポ
リアリレート、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポ
リエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリ
エーテルケトン、ポリエーテルニトリルから選ばれる少
なくとも１種類以上の熱可塑性樹脂を用いることがが好
ましい。A material obtained by melt-kneading this carbon fiber chopped strand with a thermoplastic resin and then cutting it into an appropriate size is suitable for molding a fiber-reinforced composite material. As a manufacturing method, a mixture of carbon fiber chopped strands and thermoplastic resin pellets is well mixed in advance and is melt-kneaded in an extruder, and the molten mixture is discharged in a strand form from a discharge port, and then cooled to an appropriate length. Generally, it is cut into pellets. Molding is generally performed by injection molding or the like, and a fiber-reinforced composite material excellent in strength, rigidity, dimensional stability, etc. can be obtained. The type of thermoplastic resin used is not particularly limited,
At least one selected from the group consisting of polyamide, polyester, polycarbonate, polyarylate, polyetherimide, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherketone, and polyethernitrile because the molded fiber-reinforced composite material has excellent mechanical properties. It is preferable to use the above thermoplastic resins.
【００３４】炭素繊維チョップドストランドの添加量
は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して４〜４００重量
部とするのが好ましい。さらに好ましくは１０〜２００
重量部である。添加量が４重量部未満では補強効果が小
さいことがある。添加量が増えると強度、弾性率ともに
大きくできるが、４００重量部を超えると、熱可塑性樹
脂との混練が困難となったり、成形が困難になる場合が
ある。The amount of carbon fiber chopped strands added is preferably 4 to 400 parts by weight per 100 parts by weight of the thermoplastic resin. More preferably 10 to 200
Parts by weight. If the addition amount is less than 4 parts by weight, the reinforcing effect may be small. When the amount added is increased, both strength and elastic modulus can be increased, but when it exceeds 400 parts by weight, it may be difficult to knead with the thermoplastic resin or molding may be difficult.
【００３５】[0035]
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。表１には実施例１〜６および比較例１〜６の
結果をまとめて示す。Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Table 1 collectively shows the results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6.
【００３６】表１で使用した略記号を以下に記す。The abbreviations used in Table 1 are listed below.
【００３７】Ｅｐ８２８ ：油化シェルエポキシ（株）
社製ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂“エピコート”Ｅ
ｐ８２８ ＥＬＭ４３４：住友化学工業（株）製グリシジルアミン
型エポキシ樹脂“スミエポキシ”ＥＬＭ４３４ ＰＺ ：ピペラジン ｍ−ＸＤＡ ：ｍ−キシレンジアミン （実施例１）エポキシ樹脂としてＥｐ８２８ １８．９
重量部、硬化剤として無水ピペラジン４．３重量部を、
ケン化度９０％のポリビニルアルコールの２％水溶液１
２００重量部に投入し、ホモミキサーで混合して、１．
９％濃度のエマルジョンを得た。このエマルジョン中
に、東レ社製炭素繊維“トレカ”Ｔ３００Ｂ−３Ｋ−４
０Ｂ（３０００フィラメントの炭素繊維ストランド）を
浸漬した後、１５０℃で１０分間乾燥・熱処理し、チョ
ップドストランド用炭素繊維束を得た。集束剤付着量と
剛軟度は、それぞれ２．１％、６５ｍｍであった。炭素
繊維束をワインダーによりボビンに巻き上げたところ、
容易に巻き取り可能であった。集束剤のＴｇは、エマル
ジョンをアルミニウム板に塗布し、炭素繊維束の乾燥・
熱処理と同一の熱履歴を与えて硬化させ、硬化物のＴｇ
をメトラー社製示差走査熱量計ＴＣ−１０Ａにより測定
した。Ｔｇは１０５℃であった。Ep828: Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.
Bisphenol A type epoxy resin "Epicoat" E
p828 ELM434: Sumitomo Chemical Co., Ltd. glycidylamine type epoxy resin "Sumiepoxy" ELM434 PZ: piperazine m-XDA: m-xylylenediamine (Example 1) Ep828 18.9 as an epoxy resin
Parts by weight, 4.3 parts by weight of anhydrous piperazine as a curing agent,
2% aqueous solution of polyvinyl alcohol with a saponification degree of 90% 1
Add to 200 parts by weight, mix with a homomixer, and
A 9% strength emulsion was obtained. In this emulsion, carbon fiber "Torayca" T300B-3K-4 manufactured by Toray Industries, Inc.
After immersing 0B (a carbon fiber strand of 3000 filaments), it was dried and heat-treated at 150 ° C. for 10 minutes to obtain a carbon fiber bundle for chopped strands. The amount of sizing agent attached and the bending resistance were 2.1% and 65 mm, respectively. When winding the carbon fiber bundle around the bobbin with a winder,
It could be easily wound up. The Tg of the sizing agent is obtained by applying the emulsion to an aluminum plate and drying the carbon fiber bundle.
Tg of the cured product is given by applying the same heat history as the heat treatment
Was measured with a differential scanning calorimeter TC-10A manufactured by METTLER CORPORATION. Tg was 105 ° C.
【００３８】ボビンに巻き上げた炭素繊維束を解舒し、
ロービングカッターで６ｍｍの長さに切断して炭素繊維
チョップドストランドを作製した。Unwinding the carbon fiber bundle wound on the bobbin,
A carbon fiber chopped strand was produced by cutting it to a length of 6 mm with a roving cutter.
【００３９】十分に乾燥した東レ社製のナイロン６６樹
脂ペレット“アミラン”ＣＭ３００１−Ｎ ７ｋｇと前
記の炭素繊維チョップドストランド３ｋｇの計１０ｋｇ
をタンブラーにてドライブレンドしたものを４０ｍｍベ
ント付押出機のホッパに供給し、溶融混練してストラン
ド状に押し出し、水中で冷却後切断して炭素繊維強化熱
可塑性樹脂組成物ペレットを得た。押出機での溶融混練
終了後、ホッパー内に残留した炭素繊維量を調べた。残
存繊維は認められなかった。A fully dried Toray nylon 66 resin pellet "Amilan" CM3001-N (7 kg) and the above carbon fiber chopped strands (3 kg) for a total of 10 kg.
What was dry-blended with a tumbler was supplied to a hopper of an extruder with a 40 mm vent, melt-kneaded, extruded into a strand shape, cooled in water and cut to obtain a carbon fiber-reinforced thermoplastic resin composition pellet. After the completion of melt-kneading in the extruder, the amount of carbon fiber remaining in the hopper was examined. No residual fiber was observed.
【００４０】上記ペレットを乾燥させた後、射出成形機
にて幅１２．７ｍｍ、長さ８５ｍｍ、厚さ２ｍｍの短冊
状テストピースを作製し、支点間距離６４ｍｍ、クロス
ヘッド速度１．０ｍｍにて室温での三点曲げ試験を行っ
た。曲げ強度は３４ｋｇｆ／ｍｍ2 、弾性率は１７８０
ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。After the pellets were dried, a strip-shaped test piece having a width of 12.7 mm, a length of 85 mm and a thickness of 2 mm was prepared with an injection molding machine, and the distance between fulcrums was 64 mm and the crosshead speed was 1.0 mm. A three-point bending test was performed at room temperature. Bending strength is 34 kgf / mm 2 , elastic modulus is 1780
kgf / mm 2 .
【００４１】また、帝人化成社製のポリカーボネート樹
脂ペレット“パンライト”１２５０を用いて炭素繊維強
化熱可塑性樹脂組成物ペレットを作製し、同様の評価を
行った。結果は表１に示した。Further, a carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition pellet was prepared using a polycarbonate resin pellet "Panlite" 1250 manufactured by Teijin Chemicals, and the same evaluation was performed. The results are shown in Table 1.
【００４２】（実施例２）実施例１のエマルジョン濃度
を０．９％とした以外は同様に評価を行った。結果は表
１に示した。Example 2 The same evaluation as in Example 1 was conducted except that the emulsion concentration was 0.9%. The results are shown in Table 1.
【００４３】（実施例３）実施例１のエマルジョン濃度
を３．０％とした以外は同様に評価を行った。結果は表
１に示した。(Example 3) Evaluation was made in the same manner as in Example 1 except that the emulsion concentration was 3.0%. The results are shown in Table 1.
【００４４】（実施例４）実施例１のエマルジョン濃度
を２．５％とし、炭素繊維束の乾燥、熱処理を１００℃
・１０分とした以外は同様に評価を行った。結果は表１
に示した。(Example 4) The emulsion concentration of Example 1 was set to 2.5%, and the carbon fiber bundle was dried and heat treated at 100 ° C.
-Evaluation was performed in the same manner except that the time was 10 minutes. Table 1 shows the results
It was shown to.
【００４５】（実施例５）エポキシ樹脂としてＥＬＭ４
３４ １２重量部、硬化剤としてｍ−キシレンジアミン
３．４重量部を、ケン化度９０％のポリビニルアルコー
ルの２％水溶液２１８０重量部に投入し、ホモミキサー
で混合した０．７％濃度のエマルジョンを用いた以外は
実施例１と同様に評価を行った。結果は表１に示した。(Example 5) ELM4 as an epoxy resin
34 12 parts by weight and 3.4 parts by weight of m-xylenediamine as a curing agent were added to 2180 parts by weight of a 2% aqueous solution of polyvinyl alcohol having a saponification degree of 90% and mixed with a homomixer to give a 0.7% concentration emulsion. Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that was used. The results are shown in Table 1.
【００４６】（実施例６）実施例５のエマルジョンの濃
度を０．８％とした以外は同様に評価を行った。結果は
表１に示した。(Example 6) Evaluation was made in the same manner as in Example 5, except that the concentration of the emulsion was 0.8%. The results are shown in Table 1.
【００４７】（比較例１）実施例１のエマルジョン濃度
を０．２５％とした以外は同様に評価を行った。炭素繊
維チョップドストランドと樹脂ペレットを混合し、溶融
混練する際、ストランドが容易に解繊したためスクリュ
ーへの噛み込みが悪く、ホッパ内に大量の繊維が残存し
た。また、射出成形したテストピースの物性も実施例に
比べて低かった。(Comparative Example 1) The same evaluation as in Example 1 was conducted except that the emulsion concentration was changed to 0.25%. When the carbon fiber chopped strands and the resin pellets were mixed and melt-kneaded, the strands were easily disentangled, so the biting into the screw was poor, and a large amount of fibers remained in the hopper. The physical properties of the injection-molded test piece were also lower than those of the examples.
【００４８】（比較例２）実施例１のエマルジョン濃度
を７．０％とした以外は同様に評価を行ったが、集束剤
を付与した炭素繊維束が非常に剛直となり、ワインダー
でボビンに巻き上げることができなかった。(Comparative Example 2) The same evaluation was carried out except that the emulsion concentration in Example 1 was 7.0%, but the carbon fiber bundle to which the sizing agent was applied became extremely rigid and was wound up on a bobbin with a winder. I couldn't.
【００４９】（比較例３）エポキシ樹脂としてＥｐ８２
８ １８．９重量部、硬化剤として無水ピペラジン１．
０重量部を、ケン化度９０％のポリビニルアルコールの
２％水溶液７８０重量部に投入し、ホモミキサーで混合
してた２．５％濃度のエマルジョンを用い、炭素繊維束
の乾燥、熱処理を１００℃・１０分とした以外は、実施
例１と同様に評価を行った。炭素繊維チョップドストラ
ンドと樹脂ペレットを混合し、溶融混練する際、ストラ
ンドが容易に解繊したためスクリューへの噛み込みが悪
く、ホッパ内に大量の繊維が残存した。また、射出成形
したテストピースの物性も実施例に比べて低かった。(Comparative Example 3) Ep82 as an epoxy resin
8 18.9 parts by weight, anhydrous piperazine as a curing agent 1.
0 part by weight was added to 780 parts by weight of a 2% aqueous solution of polyvinyl alcohol having a saponification degree of 90%, and a 2.5% concentration emulsion prepared by mixing with a homomixer was used. The evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the temperature was set to 10 minutes. When the carbon fiber chopped strands and the resin pellets were mixed and melt-kneaded, the strands were easily disentangled, so the biting into the screw was poor, and a large amount of fibers remained in the hopper. The physical properties of the injection-molded test piece were also lower than those of the examples.
【００５０】（比較例４）実施例５のエマルジョン濃度
を０．２％とした以外は、同様に評価を行った。炭素繊
維チョップドストランドと樹脂ペレットを混合し、溶融
混練する際、ストランドが容易に解繊したためスクリュ
ーへの噛み込みが悪く、ホッパ内に大量の繊維が残存し
た。また、射出成形したテストピースの物性も実施例に
比べて低かった。(Comparative Example 4) The same evaluation as in Example 5 was conducted except that the emulsion concentration was 0.2%. When the carbon fiber chopped strands and the resin pellets were mixed and melt-kneaded, the strands were easily disentangled, so the biting into the screw was poor, and a large amount of fibers remained in the hopper. The physical properties of the injection-molded test piece were also lower than those of the examples.
【００５１】（比較例５）実施例５のエマルジョン濃度
を２．５％とした以外は同様に評価を行ったが、集束剤
を付与した炭素繊維束が非常に剛直となり、ワインダー
でボビンに巻き上げることができなかった。(Comparative Example 5) The same evaluation was carried out except that the emulsion concentration in Example 5 was changed to 2.5%, but the carbon fiber bundle to which the sizing agent was applied became extremely rigid and was wound on a bobbin with a winder. I couldn't.
【００５２】（比較例６）硬化剤を配合せず、エポキシ
樹脂としてＥｐ８２８ ２３．２重量部を、ケン化度９
０％のポリビニルアルコールの２％水溶液１２００重量
部に投入し、ホモミキサーで混合して得た１．９％濃度
のエマルジョンを使用した以外は、実施例１と同様に評
価を行った。炭素繊維チョップドストランドと樹脂ペレ
ットを混合し、溶融混練する際、ストランドが容易に解
繊したためスクリューへの噛み込みが悪く、ホッパ内に
大量の繊維が残存した。また、射出成形したテストピー
スの物性も実施例に比べて低かった。(Comparative Example 6) 23.2 parts by weight of Ep828 as an epoxy resin was mixed with no curing agent and the saponification degree was 9
Evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that 1,200 parts by weight of a 2% aqueous solution of 0% polyvinyl alcohol was added and mixed with a homomixer to obtain an emulsion having a concentration of 1.9%. When the carbon fiber chopped strands and the resin pellets were mixed and melt-kneaded, the strands were easily disentangled, so the biting into the screw was poor, and a large amount of fibers remained in the hopper. The physical properties of the injection-molded test piece were also lower than those of the examples.
【００５３】（比較例７）比較例６のエマルジョン濃度
を７．５％とした以外は同様にして評価を行った。(Comparative Example 7) Evaluation was made in the same manner as Comparative Example 6 except that the emulsion concentration was 7.5%.
【００５４】ホッパ内の繊維残存はなかったが、テスト
ピースの曲げ物性は実施例に比べると非常に低かった。Although no fibers remained in the hopper, the bending property of the test piece was very low as compared with the examples.
【００５５】[0055]
【表１】 [Table 1]
【００５６】[0056]
【発明の効果】本発明のチョップドストランド用炭素繊
維束は、取扱い性に優れるうえ、熱可塑性樹脂と容易に
溶融混練でき、かつ熱可塑性樹脂との適合性に優れた炭
素繊維チョップドストランドを与える。INDUSTRIAL APPLICABILITY The carbon fiber bundle for chopped strands of the present invention provides a carbon fiber chopped strand which is excellent in handleability, can be easily melt-kneaded with a thermoplastic resin, and is excellent in compatibility with the thermoplastic resin.
【００５７】また、該炭素繊維チョップドストランドと
熱可塑性樹脂を溶融混練してなる炭素繊維強化熱可塑性
樹脂組成物を成形することにより、力学的特性の優れた
炭素繊維強化複合材料が得られる。By molding a carbon fiber reinforced thermoplastic resin composition obtained by melting and kneading the carbon fiber chopped strands and a thermoplastic resin, a carbon fiber reinforced composite material having excellent mechanical properties can be obtained.
Claims (8)
軟度が２０〜１００ｍｍの範囲にあることを特徴とする
チョップドストランド用炭素繊維束。1. A carbon fiber bundle for chopped strands, characterized in that a sizing agent is attached in an amount of 0.5 to 5% by weight and a bending resistance is in the range of 20 to 100 mm.
とする硬化物であることを特徴とする、請求項１記載の
チョップドストランド用炭素繊維束。2. The carbon fiber bundle for chopped strands according to claim 1, wherein the sizing agent is a cured product containing a thermosetting resin and a curing agent as main components.
特徴とする、請求項２記載のチョップドストランド用炭
素繊維束。3. The carbon fiber bundle for chopped strands according to claim 2, wherein the thermosetting resin is an epoxy resin.
ン、芳香環を含む脂肪族アミン、芳香族アミン、イミダ
ゾール化合物から選ばれる少なくとも１種の化合物であ
ることを特徴とする、請求項２記載のチョップドストラ
ンド用炭素繊維束。4. The curing agent is at least one compound selected from an aliphatic amine, a cycloaliphatic amine, an aliphatic amine containing an aromatic ring, an aromatic amine, and an imidazole compound. 2. The carbon fiber bundle for chopped strands according to 2.
ることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の
チョップドストランド用炭素繊維束。5. The carbon fiber bundle for chopped strands according to claim 1, wherein the glass transition temperature of the sizing agent is 50 ° C. or higher.
マルジョンに硬化剤を添加したものに炭素繊維束を浸漬
した後、加熱乾燥して水を除去するとともに熱硬化性樹
脂を硬化させることを特徴とするチョップドストランド
用炭素繊維束の製造方法。6. A method in which a carbon fiber bundle is dipped in an emulsion obtained by dispersing and emulsifying a thermosetting resin in water to which a curing agent is added, and then dried by heating to remove water and cure the thermosetting resin. A method for producing a carbon fiber bundle for chopped strands, comprising:
る、請求項６記載のチョップドストランド用炭素繊維束
の製造方法。7. The method for producing a carbon fiber bundle for chopped strands according to claim 6, wherein the curing agent is soluble in water.
特徴とする、請求項６または請求項７記載のチョップド
ストランド用炭素繊維束の製造方法。8. The method for producing a carbon fiber bundle for chopped strands according to claim 6, wherein the thermosetting resin is an epoxy resin.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8022796A JPH09217281A (en) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | Carbon fiber bundle for chopped strand and its production |
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| JP8022796A JPH09217281A (en) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | Carbon fiber bundle for chopped strand and its production |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09217281A true JPH09217281A (en) | 1997-08-19 |
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| JP8022796A Pending JPH09217281A (en) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | Carbon fiber bundle for chopped strand and its production |
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