JPS63289034A

JPS63289034A - 熱可塑性樹脂組成物およびその製造方法

Info

Publication number: JPS63289034A
Application number: JP62124172A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Nagata; 康久永田; Yoshihiro Endo; 善博遠藤
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1988-11-25
Also published as: JPH043769B2

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】（技術分野〕本発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物において、
ポリエーテルエーテルケトン樹脂を熱可塑性マトリック
ス樹脂の主成分として含み、ポリカーボネート樹脂によ
り集束された炭素編線ストランド、シートまたは織物を
強化基材として含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物、
およびその製造方法に関するものである。

本発明の目的物である炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物
より得られた成形物は、マトリックス樹脂の流動性の改
良により、欠陥の少ない良好なものであり、且つ機械的
特性等にも優れ、航空宇宙分野、一般産業分野で広く使
用される。

（従来技術および問題点）近年、炭素繊維は、高い比強度、比弾性率を有している
ことから、長繊維、短繊維の形で各種のマトリックス樹
脂と複合化されて使用されている。

高度の機械的特性、耐熱性等を要求される航空宇宙分野
、一般産業用途では、従来、マトリックス樹脂として不
飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂
等の熱硬化性樹脂が使用されてきた。しかし、特に航空
機用途では、これらのマトリックス樹脂が脆く耐衝撃性
に劣るという欠点を有するため、その改善が求められて
きた。

また、熱硬化性樹脂を使用する従来技術においては、樹
脂のライフ等に関連してブリフレグの保存管理に問題が
あり、さらに、成形時間が良くて生産性が低い等の問題
があった。

これに対し、熱可塑性樹脂系複合材料は、耐衝撃性に優
れ、保存管理が容易でＨつ成形時間が短く成形コスト低
減の可能性がある等の優位性を有する。特にマトリック
ス樹脂にポリエーテルニーデルケトン樹脂を用いた場合
、バランスの取れた機械的特性と耐衝撃性に優れ且つ耐
熱的にも問題のない複合材料を与えることができる。

ポリエーテルエーテルケトン樹脂をマトリックス樹脂の
主成分とする炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を製造
する場合、■炭素繊維にポリエーテルエーテルケトン樹
脂が均一に含浸されたプリプレグを積層し、成型して複
合材料を得る方法、■ポリエーテルエーテルケトン樹脂
フィルムと炭素繊維を交互に積み川ね、加熱、圧着させ
ながら複合材料を得る方法等がある。

館記■の方法の場合、炭素繊維にポリエーテルエーテル
ケトン樹脂を予め充分均一に含浸させたプリプレグを使
用するときは、比較的低い圧力（たとえば２０ｋｇ／　
ｃｍ’以下）で加熱、融着させることで機械的特性の優
れた成形物を得ることが一応可能である。

しかし、■の方法の場合、ポリエーテルエーテルケトン
樹脂フィルムが未だ充分に含浸されていないときは、含
浸させるべく加熱、圧着を試みても、低圧では炭ｉ繊維
内部まで樹脂が含浸されず、このため、結果的には高圧
（たとえば４０ｋ１３／　（ｉ１１’以上）で成形しな
いと機械的特性に優れた成形物を得ることができなかっ
た。

〔発明の目的〕

本発明者らは、上記の如き問題点を克服した炭素繊維強
化ポリエーテルエーテルケトン樹脂組成物を開発するた
め、炭素ｍ維集束剤とマトリックス樹脂の組合せについ
て鋭意検討した結果、本発明に至ったものである。

本発明は、炭素繊維の集束剤として、特に炭素繊維に対
し０．５〜５．０重量％のポリカーボネート樹脂を付着
させた炭素繊維束を用いることにより、炭素繊維強化ポ
リエーテルエーテルケトン樹脂組成物の成形物を得る際
にマトリックス樹脂の流動性が改良され、ポリエーテル
エーテルケトン樹脂フィルムを炭素Ｉ／ａ維組織組織融
着させる場合でも、比較的低い圧力でＩｌ＃ｉ内部への
樹脂含浸性に優れ、良好な機械的特性を有する成形物を
与えるところの熱可塑性樹脂組成物と、その！１１″ｌ
Ｉｉ方法を提供しようとするものである。

〔発明の構成および作用〕

本発明は下記のとおりである。

炭素ｌ１Ｉ１１に対し０．５〜５．０重量％のポリカー
ボネート樹脂で集束された炭素ＩＮとポリエーテルエー
テルケトン樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物。

炭素４１１１に対し０．５〜５．０！ｕｆｆｉ％のポリ
カーボネート樹脂で集束された炭素繊維とポリエーテル
エーテルケトン樹脂含有熱可塑性マトリックス樹脂とを
一体化することを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造
方法。

本発明によれば、ポリカーボネート樹脂によって集束さ
れた炭素繊維集束体を用いることにより、成形時の樹脂
フロー性が改良され、炭素Ｉｌ雑内部まで均一に且つ含
浸性良くポリエーテルエーテルケトン樹脂が加熱、一体
化された炭素繊維強化熱可塑性樹脂成形物を得ることが
可能であり、そして、この成形物は、機械的特性に濁れ
ている。

本発明において炭素繊維は、強度１００ｋＯｆ／ｍｍ１
以上、弾性＄１０ｘｌＯ’　ｋｇｆ　／Ｉｍり以上の＃
Ａ雑であり、その表面は、樹脂とｍ維の接着性を高める
ため、表面処理が施され、開繊されたものを使用するこ
とが好ましい。

炭素繊維を集束するためのポリカーボネート樹脂は、炭
素繊維に対し０．５〜５．０重量％付着されていること
が、成形時の樹脂フロー性を改良するｌζめに必要であ
る。０．５１１％よりも少イｊいと、マトリックス樹脂
の可塑化効果が少なく、成形時の樹脂フロー性はそれほ
ど改良されず、得られた成形物も充分に良好なものでな
い。

一方、５．０重ａ％より多くなると、成形後の繊随束内
部にポリカーボネート樹脂が多く残り、ポリカーボネー
ト樹脂の性質により耐熱性や機械的性質を若干低下させ
る傾向が出てくる。

本発明における熱可塑性樹脂は、ポリエーテルエーテル
ケＩ・ン樹脂を主成分とするものである。

主成分の熱可塑性マトリックス樹脂であるポリエーテル
エーテルケトン樹脂は、フィルム状、ベレン１〜状、微
粉末状、繊維状あるいはこれらの併用系であり、組成物
が定形性を有する程度に予備圧着され、組成物内におい
て連続層を形成していてもよい。

成形性を高め、あるいは物性を向上する目的で、熱可塑
性マトリックス樹脂の副成分としてポリアミド、ポリエ
チレンプレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテルナルフオン、ポリフェニレンス
ルフィド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリス
ルホン等の熱可塑性樹脂を含ませることができるが、こ
れらの熱可塑性マトリックス樹脂の副成分は３０小聞％
未満とＪるのがよい。

これら副成分のうら、ポリカーボネート樹脂を副成分と
した場合は、集束剤として別途繊維に対し使用したポリ
カーボネート樹脂との合計量が３０重量％未満であるこ
とが好ましい。熱可塑性マトリックスの副成分が３唖１
％以上になると、ポリエーテルエーテルケトン樹脂の優
れた耐熱性または機械的特性が損われるおそれがある。

一般に、マトリックス樹脂にポリカーボネート樹脂を副
成分として混合した場合は、繊維に集束剤としてのみ使
用した場合に比し、可塑化効果がやや低く、繊維内部に
まで樹脂が含浸しにくい傾向がある。

本発明組成物における熱可塑性マトリックス樹脂含有量
は１０〜７０重け％が好ましいが、複合材料の性能を充
分に発揮させるため、用途に応じ、成形物の熱可塑性マ
トリックス樹脂含有量を２０〜５０重量％とすることが
特に好ましい。

本発明組成物には、他の成分として酸化ケイ木のような
充填剤、難燃剤等を含むこともできる。

本発明の熱可塑性樹脂組成物を製造する方法は以下のと
おりである。

必要に応じ表面処理され、溶剤法等の方法でポリカーボ
ネート樹脂により集束された炭素繊維と熱可塑性マトリ
ックス樹脂と均一に混合する。

集束された炭素繊維が短繊維の場合、熱可塑性マトリッ
クス樹脂のペレット、粉末あるいは溶融物と均一に混合
される。

集束された炭素繊維が長繊維の場合、熱可塑性マトリッ
クス樹脂は繊維、粉末、フィルム状にて使用される。

熱可塑性マトリックス樹脂は取扱性の面からフィルム状
で使用されることがある。

樹脂フィルムの厚さは、用いる炭素繊維のシート状集合
体の目付（単位面積当りの槍さ）から決定されるが、通
常は１０〜１００μｍの厚さのものを使用する。

炭素繊維のシート状集合体の両面または片面に、樹脂フ
ィルムを添え、中間体としての形状が保てる程麿の加熱
・加圧で予備圧［１−るか、用途に応じ均一熱可塑性マ
トリックス樹脂が繊組間に含浸するまで加熱・加圧する
。

均一に含浸したものは、そのまま成形物として使用され
る場合もある。さらに必要なレイアップを行い成形型で
成形する場合もある。

加熱・加圧は、用いられるポリエーテルエーテルケトン
樹脂の融点以上に加熱されたホット・プレスの間、ロー
ラーの間またはスリットを通すことで行われ、繊維と樹
脂の一体化が完成される。熱可塑性マトリックス樹脂と
して微粉末状のものを用いる場合、その平均粒子径は、
炭素繊維への付着性等を考慮して３０μｍ以下が好まし
い。この場合熱可塑性マトリックス樹脂粉末を、炭素繊
維のストランドまたはシート状集合体に付着さヒ、予備
圧着するが均−含浸する。

熱可塑性マトリックス樹脂は繊維の場合、交織、混繊あ
るいはｍｔｍ束同志を束ねた、いわゆるハイブリットレ
ーンの形態で使用することもできる。織り組織は朱子織
り、すだれ織り等の成形性の良い任意の組織が採用でき
る。この場合、定形性を有するため、そのまま次の成形
に供することができる。

炭素ｔａ組と熱可塑性マトリックス樹脂繊維を一方向に
引揃えたシート・状の場合は、少なくと６予備圧着が必
要である。

複合材料を得る場合、ポリエーテルエーテルケトン樹脂
フィルムと炭素繊維束集合体を交互に積み重ね、加熱、
圧衿させる方法があるが、あらかじめ、一層の炭素繊維
束集合体にポリエーテルエーテルケトン樹脂を加熱、含
浸させ、予備圧着し次いで積み重ね、加熱、成形する方
法もある。

（発明の効果〕本発明の熱可塑性樹脂組成物は、ホット・プレス成形法
、オートクレーブ成形法、ガス圧成形など各種の成形法
に適用できる。

本発明の熱可塑性樹脂組成物によると、ポリカーボネー
ト樹脂によって集束された炭素繊維集合体を用いるため
に、マトリックス樹脂の可塑化効果による成形時の樹脂
フロー性が改良され、炭素繊維内部まで均一に且つ含浸
性良くポリエーテルエーテルケトン樹脂が加熱、一体化
された炭素繊維強化熱可塑性樹脂成形物を得ることが可
能である。

その結果、得られた成形物は、成形性や物性面で優位性
を持ち、バランスの取れた性質を与えることができる。

また、樹脂のフロー特性を改良するため、フィルム・ス
クッキング的な成形法で、比較的低い成形圧力で欠陥の
少むい高性能の複合材料を得ることも可能で、良好な機
械的性質を与える複合材料の製造も可能である。

（実施例および比較例）実施例１１．０重■％のポリカーボネート樹脂で集束された炭素
繊維束（強度４２０ｋｇｆ／　ｍｍ’　、弾性率２４５
００ｋｇｆ／１ｍ１２　、１２０００フィラメント束）
４０本を平行に配列させ、繊維目付１５０ｇ／ｍ’のシ
ート状炭素繊維束集合体を調製した。炭素１ｆｉ維束集
合体の両面（表裏）をポリエーテルエーテルケトン樹脂
フィルム（厚さ＝３０μｍ）ではさみ、３８０℃の温度
のニップローラー間で加熱含浸させることにより、一体
化した一方向炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物を得た。

得られた組成物の樹脂含有率は、３４ｆｆ！聞％であっ
た。

この組成物から所定の寸法で小片をカットし、２０枚積
層した後、金型に入れ、第１表に示す成形条件で、一方
向積層板を得た。積層板の断面を研磨し、顕微鏡で観察
したが、ボイド等の欠陥は見られなかった。繊維体積含
有率は第１表に示すとおりである。この成形板より試験
片を切り出し、０°曲げ試験およびｏ”　ｌｌ！間ぽん
断強さく　ｒ　ＬＳＳ）を測定した。結果を第１表に示
す。何れも良好な機械的性質を示した。

比較例１１．０重量％のエポキシ樹脂で集束された炭素繊維束（
強度４２０ｋＱｆ／　ｍｍ’　、弾性率２４５００ｋＱ
ｆ／ｎｖ’　、１２，０００フィラメント束〉４０本を
平行に配列させ、あとは実施例１と同一条件で成形板お
よび試験片を作製し、断面ＩＱ察、機械的性質を測定し
た。この比較例では、成形板にボイド等の欠陥が見られ
、ＩＬＳＳ、Ｏ°曲げ試験等の機械的性質もぞれほと良
好ではなかった。

比較例２〜３第１表に示す付着量のポリカーボネート樹脂で集束され
た炭素繊維（強度４２０ｋｇｒ／　ＩＩｖ＋’　、弾性
率２４５００ｋｇｆ　／ｍｍ’、１２０００フィラメン
ト束）４０本を平行に配列させ、あとは実施例１と同一
条件で成形板および試験片を作製し、断面観察、機械的
性質を測定した。

ポリカーボネート樹脂の付着量が０，３ｉ［１１ｉ１％
の場合、顕微鏡ＷＡ察より成形板にボイドが見られた。

ポリカーボネート樹脂の付着量が８．０重石％の場合、
１５０℃でのＩ　ＬＳＳ値が低く、耐熱性の低下が認め
られた。

実施例２１．０重量％のポリカーボネート樹脂で集束され、所定
の寸法にカットされた炭素繊Ｎ織物（ベスファイト織物
Ｗ−３１０１、繊維目付：　２００゜／ＩＩＩ’）片面
にポリエーテルエーテルケトン樹脂フィルム（厚さ２１
００μｍ）が予備圧着された組成物１５枚を織物とフィ
ルムとが交互になるように重ね、ホット・プレス装茸を
用い、第１表に示す成形条件で、一方向積層板を得た。

あとは実施例１と同一条件で試験片を作製し、断面観察
、機械的性質を測定した。この実施例では、成形板にボ
イド等の欠陥が見られず、■ＬＳＳ、０’曲げ試験等の
機械的性質も良好であった。

比較例４１．０重量％のエポキシ樹脂で集束され、所定の寸法に
カットされた炭素繊Ｉ１１織物（ベスファイト織物Ｗ　
−３１０’ｔ、ｍ維目付：　２００ｇ／＋ａ　’　）と
ポリエーテルエーテルケトン樹脂フィルム（厚さ：１０
０μ−）が予備圧着された組成物を交互に重ね、ホット
・プレス装置を用い、第１表に示す成形条件で、一方向
積層板を得た。あとは実施例１と同一条件で試験片を作
製し、断面観察、機械的性質を測定した。この比較例で
は、繊維に対する樹脂の含浸性が悪く、成形板にボイド
等の欠陥が見られた。１１８８％　００曲げ試験等の機
械的性質も良好ではなかった。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭素繊維に対し０．５〜５．０重量％のポリカー
ボネート樹脂で集束された炭素繊維とポリエーテルエー
テルケトン樹脂とを含む熱可塑性樹脂組成物。
（２）ポリカーボネート樹脂が分子量１０、０００〜３
０、０００である特許請求の範囲（１）項記載の組成物
。
（３）炭素繊維がストランド、シートまたは織物である
特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（４）ポリエーテルエーテルケトン樹脂が繊維である特
許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（５）ポリエーテルエーテルケトン樹脂がフィルム状で
ある特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（６）ポリエーテルエーテルケトン樹脂が粉末状である
特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（７）ポリエーテルエーテルケトン樹脂がペレット状で
ある特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（８）ポリエーテルエーテルケトン樹脂が連続層である
特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（９）熱可塑性マトリックス樹脂が、ポリエーテルエー
テルケトン樹脂のほかに、ポリアミド、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド
、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルフィド
、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリスルフォン
の何れか１種以上を含むものである特許請求の範囲（１
）項記載の組成物。
（１０）熱可塑性マトリックス樹脂がポリエーテルエー
テルケトン樹脂を少なくとも７０重量％含むものである
特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（１１）炭素繊維が強度１００ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上、
弾性率１０×１０＾３ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の特性を有
するものである特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（１２）定形性が賦与される程度に予備圧着されたもの
である特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（１３）熱可塑性マトリックス樹脂を１０〜７０重量％
含むものである特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（１４）シート状、織物状、ストランド状またはペレッ
ト状である特許請求の範囲（１）項記載の組成物。
（１５）炭素繊維に対し０．５〜５．０重量％のポリカ
ーボネート樹脂で集束された炭素繊維とポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂含有熱可塑性マトリックス樹脂とを一
体化することを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方
法。
（１６）炭素繊維がストランド、シートまたは織物であ
る特許請求の範囲（１５）項記載の製造方法。
（１７）ポリエーテルエーテルケトン樹脂が繊維である
特許請求の範囲（１５）項記載の製造方法。
（１８）ポリエーテルエーテルケトン樹脂がフィルム状
である特許請求の範囲（１５）項記載の製造方法。
（１９）ポリエーテルエーテルケトン樹脂が粉末状であ
る特許請求の範囲（１５）項記載の製造方法。
（２０）ポリエーテルエーテルケトン樹脂がペレット状
である特許請求の範囲（１５）項記載の製造方法。
（２１）ポリエーテルエーテルケトン樹脂が連続層であ
る特許請求の範囲（１５）項記載の製造方法。
（２２）熱可塑性マトリックス樹脂が、ポリエーテルエ
ーテルケトン樹脂のほかに、ポリアミド、ポリエチレン
テレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルイミ
ド、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルフィ
ド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリスルフォ
ンの何れか１種以上を含むものである特許請求の範囲（
１５）項記載の製造方法。