JP5614187B2 - Manufacturing method of composite reinforcing fiber bundle and molding material using the same - Google Patents
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Description
本発明は、複合強化繊維束の製造方法およびそれを用いた成形材料に関する。さらに詳しくは、強化繊維束への樹脂の含浸性が良好であり、かつボイドの少なく、成形時に揮発分の少ない複合強化繊維束を得ることができる複合強化繊維束の製造方法およびそれを用いた成形材料に関する。 The present invention relates to a method for producing a composite reinforcing fiber bundle and a molding material using the same. More specifically, a method for producing a composite reinforcing fiber bundle having good resin impregnation into the reinforcing fiber bundle and having a small amount of voids and a low volatile content during molding can be obtained. It relates to molding materials.
強化繊維と熱可塑性樹脂からなる成形材料は、軽量で優れた力学特性を有するために、スポーツ用品用途、航空宇宙用途および一般産業用途に広く用いられている。これらの成形材料に使用される強化繊維は、その使用用途によって様々な形態で成形品を強化している。これらの強化繊維には、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、アラミド繊維やPBO繊維などの有機繊維、およびシリコンカーバイド繊維などの無機繊維や炭素繊維などが使用されているが、比強度、比剛性および軽量性のバランスの観点から炭素繊維が好適であり、その中でもポリアクリロニトリル系炭素繊維が好適に用いられる。 Molding materials composed of reinforcing fibers and thermoplastic resins are widely used in sports equipment applications, aerospace applications and general industrial applications because they are lightweight and have excellent mechanical properties. The reinforcing fibers used in these molding materials reinforce the molded product in various forms depending on the usage. These reinforcing fibers include metal fibers such as aluminum fibers and stainless fibers, organic fibers such as aramid fibers and PBO fibers, inorganic fibers such as silicon carbide fibers, and carbon fibers. Carbon fibers are preferred from the viewpoint of the balance between rigidity and lightness, and among them, polyacrylonitrile-based carbon fibers are suitably used.
さらに、連続した強化繊維束と熱可塑性樹脂をマトリックスとする成形材料として、熱可塑性のプリプレグ、ヤーン、ガラスマット(GMT)など多種多様な形態が公知である。このような成形材料は、熱可塑性樹脂の特性を活かして成形を容易にし、熱硬化性樹脂のような貯蔵の負荷を必要とせず、また得られる成形品の靭性が高く、リサイクル性に優れるといった特徴がある。とりわけ、ペレット状に加工した成形材料は、射出成形やスタンピング成形などの経済性、生産性に優れた成形法に適用でき、工業材料として有用である。 Further, various forms such as thermoplastic prepregs, yarns, and glass mats (GMT) are known as molding materials having a continuous reinforcing fiber bundle and a thermoplastic resin as a matrix. Such a molding material makes use of the properties of the thermoplastic resin to facilitate molding, does not require a storage load like a thermosetting resin, and the resulting molded product has high toughness and excellent recyclability. There are features. In particular, a molding material processed into a pellet can be applied to a molding method having excellent economic efficiency and productivity such as injection molding and stamping molding, and is useful as an industrial material.
しかしながら、成形材料を製造する過程で、連続した強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させるには、経済性、生産性の面で問題があり、それほど広く用いられていないのが現状である。例えば、樹脂の溶融粘度が高いほど強化繊維束への含浸は困難とされることはよく知られている。靱性や伸度などの力学特性に優れた熱可塑性樹脂は、とりわけ高分子量体であり、プロセス温度も高温を必要とするため、成形材料を容易に、生産性よく製造することには不向きであった。そこで、含浸の容易さから低分子量化合物を含浸させた複合強化繊維束を用いて、熱可塑性樹脂との混練を行う方法が用いられてきた。 However, in the process of manufacturing a molding material, impregnating a continuous reinforcing fiber bundle with a thermoplastic resin has a problem in terms of economy and productivity and is not widely used. For example, it is well known that the higher the melt viscosity of the resin, the more difficult the impregnation of the reinforcing fiber bundle is. Thermoplastic resins with excellent mechanical properties such as toughness and elongation are high molecular weight polymers and require high process temperatures, making them unsuitable for producing molding materials easily and with high productivity. It was. Therefore, a method of kneading with a thermoplastic resin using a composite reinforcing fiber bundle impregnated with a low molecular weight compound has been used for ease of impregnation.
特許文献1には、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂が2〜40質量%で、サイジング剤処理された金属被覆炭素繊維チョップドストランドが開示され、それを、スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂を溶剤に溶解させたサイジング剤の溶液中に、金属被覆炭素繊維ストランドを導入し、乾燥することで、得ることが開示されている。得られたチョップドストランドは、ドライブレンド時に繊維がばらけることなく、安定的に成形機に供給でき、かつ成形機内では繊維が容易に分散する性質を合わせ持っている。また、特許文献2には、高弾性率繊維のチョップドファイバーを熱硬化性樹脂の溶液に浸漬してチョップドファイバーに樹脂溶液を含浸させ、含浸されたチョップドファイバーを分離後、これを水媒体中で撹拌して、含浸チョップドファイバーの分散とチョップドファイバーに含浸されている樹脂溶液からの水媒体への脱溶媒を行い、次いで脱溶媒後の樹脂で被覆されているチョップドファイバーを水媒体から分離及び乾燥することにより、高弾性率繊維チョップドファイバーの被覆方法が開示されている。ここで、熱硬化性樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂が用いられている。しかしながら、特許文献1、2いずれも、溶剤に溶解させたサイジング剤を用いていることから、強化繊維束内部に溶剤が残存しやすく、強化繊維束内部のボイドが発生しやすい傾向にあり、乾燥不十分なまま成形材料として用いた場合には、成形時の揮発分が多かったり、成形品内部の欠陥となることが有り、好ましくない。また、十分な乾燥を行うためには、ライン速度を向上することが困難であり、経済性、生産性の面から劣ることがある。 Patent Document 1 discloses a sizing agent-treated metal-coated carbon fiber chopped strand containing 2 to 40% by mass of a styrene / methyl methacrylate copolymer resin, and dissolving the styrene / methyl methacrylate copolymer resin in a solvent. It is disclosed that a metal-coated carbon fiber strand is introduced into a solution of a sizing agent that has been allowed to dry and dried. The obtained chopped strand has a property that fibers can be stably supplied to the molding machine without being dispersed during dry blending, and the fibers can be easily dispersed in the molding machine. Patent Document 2 discloses that a chopped fiber of a high elastic modulus fiber is immersed in a thermosetting resin solution to impregnate the chopped fiber with a resin solution, and the impregnated chopped fiber is separated, and then is immersed in an aqueous medium. Stir to disperse the impregnated chopped fiber and remove the solvent from the resin solution impregnated in the chopped fiber into the aqueous medium, and then separate and dry the chopped fiber coated with the resin after desolvation from the aqueous medium Thus, a method of coating high-modulus fiber chopped fibers is disclosed. Here, as the thermosetting resin, a novolac type phenol resin is used. However, since both Patent Documents 1 and 2 use a sizing agent dissolved in a solvent, the solvent tends to remain inside the reinforcing fiber bundle, and voids inside the reinforcing fiber bundle tend to be generated, and the drying is difficult. If it is used as a molding material with an insufficient amount, it is not preferable because it may have a large amount of volatile components during molding or may cause defects in the molded product. Moreover, in order to perform sufficient drying, it is difficult to improve a line speed, and it may be inferior from the surface of economical efficiency and productivity.
かかる状況において、強化繊維束への含浸性が良好であり、かつボイドの少ない複合強化繊維束の製造方法、および成形時の揮発分の少ない成形材料の開発が求められていた。 Under such circumstances, there has been a demand for the development of a method for producing a composite reinforcing fiber bundle that has good impregnation into the reinforcing fiber bundle and has less voids, and a molding material that has a low volatile content during molding.
本発明は、従来技術が有する問題点に鑑み、強化繊維束への含浸性が良好であり、かつボイドが少なく、成形時の揮発分が少ない複合強化繊維束を製造することを目的とする。また、本発明は、従来技術が有する問題点に鑑み、複合強化繊維束を用いた成形材料であって、成形品中への繊維分散が良好である成形品を製造できる成形材料を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to manufacture a composite reinforcing fiber bundle that has good impregnation into a reinforcing fiber bundle, has few voids, and has a small amount of volatile components during molding. In addition, in view of the problems of the prior art, the present invention provides a molding material using a composite reinforcing fiber bundle and capable of producing a molded product having good fiber dispersion in the molded product. With the goal.
本発明者らは、鋭意検討した結果、上記課題を解決することができる、次の複合強化繊維束の製造方法を発明するに至った。すなわち、強化繊維束(A)50〜87質量%に、条件(1)、(2)を満たし、10℃/分昇温(空気中)の300℃における加熱減量が5%以下であり、数平均分子量が750〜3000であるエポキシ樹脂(B)13〜50質量%を含浸させてなる強化繊維束の製造方法であって、成分(A)に成分(B)を供給し、成分(B)を100〜300℃の溶融状態で成分(A)と接触させる工程(I)と、成分(B)と接触している成分(A)を加熱して成分(B)の供給量の80〜100質量%を成分(A)に含浸させる工程(II)を有する複合強化繊維束の製造方法である。
条件(1):成分(B)100質量部のうちグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が50〜100質量部、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂が0〜50質量部である。
条件(2):200℃における溶融粘度は0.001〜10Pa・sであり、かつ、200℃にて2時間加熱後の溶融粘度変化率が2以下である。
As a result of intensive studies, the present inventors have invented the following method for producing a composite reinforcing fiber bundle that can solve the above problems. That is, the reinforcing fiber bundle (A) 50-87 wt%, Condition (1), (2) satisfies the state, and are heat loss at 10 ° C. / 300 ° C. minute heating (in air) of 5% or less, a method of manufacturing a reinforcing fiber bundle having a number average molecular weight is impregnated with a 13 to 50 wt% epoxy resin (B) Ru der 750-3000, supplying component (B) to component (a), component ( Step (I) in which B) is brought into contact with component (A) in a molten state at 100 to 300 ° C., and component (A) in contact with component (B) is heated to 80% of the supply amount of component (B) It is a manufacturing method of the composite reinforcing fiber bundle which has the process (II) which impregnates a component (A) with -100 mass%.
Condition (1): At least one selected from glycidyl ether type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin, and alicyclic epoxy resin among 100 parts by mass of component (B). The epoxy resin is 0 to 50 parts by mass.
Condition (2): The melt viscosity at 200 ° C. is 0.001 to 10 Pa · s, and the rate of change in melt viscosity after heating at 200 ° C. for 2 hours is 2 or less.
また、本発明者らは、鋭意検討した結果、上記課題を解決することができる、次の成形材料を発明するに至った。すなわち、前記した方法で製造される複合強化繊維束に、熱可塑性樹脂(C)が接着されている成形材料である。 In addition, as a result of intensive studies, the present inventors have invented the following molding material that can solve the above-described problems. That is, it is a molding material in which the thermoplastic resin (C) is bonded to the composite reinforcing fiber bundle produced by the above-described method.
本発明の複合強化繊維束の製造方法により、強化繊維束への含浸性が良好であり、かつボイドの少なく、成形時の揮発分が少ない複合強化繊維束が得られる。また、本発明による成形材料を用いれば、強化繊維の成形品中への分散が良好である成形品を製造できる。本発明の成形材料を用いて成形された成形品は、電気・電子機器、OA機器、家電機器、または自動車の部品、内部部材および筐体などの各種部品・部材に極めて有用である。 According to the method for producing a composite reinforcing fiber bundle of the present invention, a composite reinforcing fiber bundle having good impregnation into the reinforcing fiber bundle, less voids, and low volatile content during molding can be obtained. Moreover, if the molding material according to the present invention is used, a molded product in which the reinforcing fibers are well dispersed in the molded product can be produced. A molded product molded using the molding material of the present invention is extremely useful for various parts and members such as electrical / electronic equipment, OA equipment, home appliances, automobile parts, internal members, and housings.
本発明は、強化繊維束(A)、特定条件を満たすエポキシ樹脂(B)からなる複合強化繊維束の製造方法である。まず、これらの構成要素について説明する。なお、本発明において、複合強化繊維束とは、強化繊維束に、熱可塑性樹脂との親和性を有する化合物またはそれらの混合物(以下、被含浸剤ともいう)を含浸させてなるものをいい、熱可塑性樹脂と組み合わせて好適に用いられる。 The present invention is a method for producing a composite reinforcing fiber bundle comprising a reinforcing fiber bundle (A) and an epoxy resin (B) satisfying specific conditions. First, these components will be described. In the present invention, the composite reinforcing fiber bundle refers to one obtained by impregnating a reinforcing fiber bundle with a compound having affinity with a thermoplastic resin or a mixture thereof (hereinafter also referred to as an impregnating agent), It is suitably used in combination with a thermoplastic resin.
本発明に用いられる成分(A)を構成する強化繊維としては、特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維などの高強度、高弾性率繊維が使用でき、これらは1種または2種以上を併用してもよい。中でも、PAN系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が力学特性の向上、成形品の軽量化効果の観点から好ましく、得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、PAN系炭素繊維がさらに好ましい。また、導電性を付与する目的では、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。 The reinforcing fiber constituting the component (A) used in the present invention is not particularly limited, but for example, high strength such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, metal fiber, High elastic modulus fibers can be used, and these may be used alone or in combination of two or more. Among these, PAN-based, pitch-based and rayon-based carbon fibers are preferable from the viewpoint of improving the mechanical properties and reducing the weight of the molded product, and from the viewpoint of the balance between the strength and elastic modulus of the molded product obtained. More preferred are fibers. For the purpose of imparting conductivity, reinforcing fibers coated with a metal such as nickel, copper, or ytterbium can also be used.
さらに炭素繊維としては、X線光電子分光法により測定される繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度比[O/C]が0.05〜0.5であるものが好ましく、より好ましくは0.08〜0.4であり、さらに好ましくは0.1〜0.3である。表面酸素濃度比が0.05以上であることにより、炭素繊維表面の官能基量を確保でき、熱可塑性樹脂とより強固な接着を得ることができる。また、表面酸素濃度比の上限には特に制限はないが、炭素繊維の取扱い性、生産性のバランスから一般的に0.5以下とすることが例示できる。 Further, as the carbon fiber, the surface oxygen concentration ratio [O / C], which is the ratio of the number of atoms of oxygen (O) and carbon (C) on the fiber surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy, is 0.05-0. 5 is preferable, more preferably 0.08 to 0.4, and still more preferably 0.1 to 0.3. When the surface oxygen concentration ratio is 0.05 or more, the functional group amount on the surface of the carbon fiber can be secured, and a stronger adhesion to the thermoplastic resin can be obtained. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in the upper limit of surface oxygen concentration ratio, Generally it can be illustrated to 0.5 or less from the balance of the handleability of carbon fiber, and productivity.
炭素繊維の表面酸素濃度比は、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求めるものである。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着しているサイジング剤などを除去した炭素繊維束を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてA1Kα1、2を用い、試料チャンバー中を1×10 −8 Torrに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせる。C1sピーク面積をK.E.として1191〜1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。O1sピーク面積をK.E.として947〜959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。 The surface oxygen concentration ratio of the carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, after cutting the carbon fiber bundle from which the sizing agent and the like adhering to the carbon fiber surface with a solvent was cut to 20 mm and spreading and arranging on a copper sample support base, using A1Kα1,2 as the X-ray source, The sample chamber is kept at 1 × 10 −8 Torr. The kinetic energy value (KE) of the main peak of C 1s is adjusted to 1202 eV as a peak correction value associated with charging during measurement. C 1s peak area E. Is obtained by drawing a straight base line in the range of 1191 to 1205 eV. O 1s peak area E. Is obtained by drawing a straight base line in the range of 947 to 959 eV.
ここで、表面酸素濃度比とは、上記O1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出する。X線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルES−200を用いる場合には、感度補正値を1.74とする。 Here, the surface oxygen concentration ratio is calculated as an atomic number ratio from the ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area using a sensitivity correction value unique to the apparatus. When the model ES-200 manufactured by Kokusai Electric Inc. is used as the X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, the sensitivity correction value is set to 1.74.
表面酸素濃度比[O/C]を0.05〜0.5に制御する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、電解酸化処理、薬液酸化処理および気相酸化処理などの手法をとることができ、中でも電解酸化処理が好ましい。 The means for controlling the surface oxygen concentration ratio [O / C] to 0.05 to 0.5 is not particularly limited. For example, techniques such as electrolytic oxidation, chemical oxidation, and vapor phase oxidation are used. Among these, electrolytic oxidation treatment is preferable.
また、強化繊維の平均繊維径は特に限定されないが、得られる成形品の力学特性と表面外観の観点から、1〜20μmの範囲内であることが好ましく、3〜15μmの範囲内であることがより好ましい。 The average fiber diameter of the reinforcing fibers is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 20 μm and in the range of 3 to 15 μm from the viewpoint of mechanical properties and surface appearance of the obtained molded product. More preferred.
強化繊維束の単繊維数には、特に制限はなく、100〜350,000本の範囲内で使用することができ、とりわけ1,000〜250,000本の範囲内で使用することが好ましい。また、本発明によれば、単繊維数が多い強化繊維束であっても、十分に含浸された複合強化繊維束を得ることができるため、20,000〜100,000本の範囲で使用することが、生産性の観点からも好ましい。 There is no restriction | limiting in particular in the number of single fibers of a reinforced fiber bundle, It can use within the range of 100-350,000, It is preferable to use within the range of 1,000-250,000 especially. Further, according to the present invention, even a reinforcing fiber bundle having a large number of single fibers can be obtained in a range of 20,000 to 100,000 since a sufficiently impregnated composite reinforcing fiber bundle can be obtained. It is also preferable from the viewpoint of productivity.
また、成分(A)はサイジング剤が付与されてなることが、集束性、耐屈曲性や耐擦過性を改良し、高次加工工程において、毛羽、糸切れの発生を抑制でき、いわゆる糊剤、集束剤として高次加工性を向上させることもでき、好ましい。特に、炭素繊維の場合、サイジング剤を付与することで、炭素繊維表面の官能基等の表面特性に適合させて接着性およびコンポジット総合特性を向上させることができる。 In addition, the component (A) is provided with a sizing agent, which improves the bundling property, bending resistance and scratch resistance, and can suppress the occurrence of fluff and yarn breakage in a higher processing step. As a sizing agent, higher workability can be improved, which is preferable. In particular, in the case of carbon fiber, by applying a sizing agent, it is possible to improve the adhesion and composite overall characteristics by adapting to the surface characteristics such as functional groups on the surface of the carbon fiber.
サイジング剤の付着量は、特に限定しないが、強化繊維のみの質量に対して、0.01〜10質量%以下が好ましく、0.05〜5質量%以下がより好ましく、0.1〜2質量%以下付与することがさらに好ましい。0.01質量%未満では接着性向上効果が現れにくく、10質量%を越える付着量では、マトリックス樹脂の物性を低下させることがある。 Although the adhesion amount of a sizing agent is not specifically limited, 0.01-10 mass% or less is preferable with respect to the mass of only a reinforced fiber, 0.05-5 mass% or less is more preferable, 0.1-2 mass % Or less is more preferable. If the amount is less than 0.01% by mass, the effect of improving adhesiveness is hardly exhibited, and if the amount of adhesion exceeds 10% by mass, the physical properties of the matrix resin may be lowered.
さらに、成分(A)がサイジング剤が付与されてなる場合、サイジング剤と成分(B)との質量比が0.001〜0.5/1であることが好ましい。より好ましくは、0.005〜0.1/1であり、さらに好ましくは、0.01〜0.05/1である。各成分を範囲内で用いることで、界面接着性、繊維分散性、機械特性をバランス良く向上することができるため好ましい。 Furthermore, when the component (A) is provided with a sizing agent, the mass ratio of the sizing agent to the component (B) is preferably 0.001 to 0.5 / 1. More preferably, it is 0.005-0.1 / 1, More preferably, it is 0.01-0.05 / 1. Use of each component within the range is preferable because the interfacial adhesiveness, fiber dispersibility, and mechanical properties can be improved in a balanced manner.
また、サイジング剤としては、エポキシ樹脂、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、ポリエステル、乳化剤あるいは界面活性剤などが挙げられる。また、これらは1種または2種以上を併用してもよい。 Examples of the sizing agent include epoxy resin, polyethylene glycol, polyurethane, polyester, emulsifier, and surfactant. Moreover, these may use together 1 type, or 2 or more types.
また、サイジング剤のエポキシ当量は、成分(B)のエポキシ当量よりも小さいことが好ましい。ここでエポキシ当量が小さいとは、分子量あたりのエポキシ基の数が多いことを示す。サイジング剤のエポキシ当量は、成分(B)のエポキシ当量よりも小さくすることで、界面接着性、繊維分散性、機械特性をバランス良く向上することができる。 Moreover, it is preferable that the epoxy equivalent of a sizing agent is smaller than the epoxy equivalent of a component (B). Here, the small epoxy equivalent means that the number of epoxy groups per molecular weight is large. By making the epoxy equivalent of the sizing agent smaller than the epoxy equivalent of the component (B), the interfacial adhesion, fiber dispersibility, and mechanical properties can be improved in a well-balanced manner.
エポキシ樹脂としては、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、脂肪族エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、マトリックス樹脂との接着性を発揮しやすい脂肪族エポキシ樹脂が好ましい。通常、エポキシ樹脂はエポキシ基を多数有すると、架橋反応後の架橋密度が高くなるために、靭性の低い構造になりやすい傾向にあり、強化繊維とマトリックス樹脂間に存在させても、もろいために剥離しやすく、繊維強化複合材料の強度発現しないことがある。一方、脂肪族エポキシ樹脂は、柔軟な骨格のため、架橋密度が高くとも靭性の高い構造になりやすい。強化繊維とマトリックス樹脂間に存在させた場合、柔軟で剥離しにくくさせるため、繊維強化複合材料の強度を向上しやすく好ましい。 Examples of the epoxy resin include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, aliphatic epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, and the like. Among these, an aliphatic epoxy resin that easily exhibits adhesiveness with the matrix resin is preferable. In general, when an epoxy resin has a large number of epoxy groups, the crosslinking density after the crosslinking reaction becomes high, and therefore it tends to be a structure with low toughness, and even if it exists between the reinforcing fiber and the matrix resin, it is fragile. It is easy to peel off and the strength of the fiber reinforced composite material may not be expressed. On the other hand, since the aliphatic epoxy resin has a flexible skeleton, it tends to have a high toughness structure even if the crosslinking density is high. When it exists between a reinforced fiber and matrix resin, in order to make it soft and it is hard to peel, it is easy to improve the intensity | strength of a fiber reinforced composite material, and is preferable.
脂肪族エポキシ樹脂の具体例としては、例えば、ジグリシジルエーテル化合物では、エチレングリコールジグリシジルエーテル及び、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル類、プロピレングリコールジグリシジルエーテル及び、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル類等が挙げられる。また、ポリグリシジルエーテル化合物では、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル類、ソルビトールポリグリシジルエーテル類、アラビトールポリグリシジルエーテル類、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル類、トリメチロールプロパングリシジルエーテル類、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル類、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル類等が挙げられる。 Specific examples of the aliphatic epoxy resin include, for example, ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, 1,4-diglycidyl ether compound, and 1,4- Examples include butanediol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, polytetramethylene glycol diglycidyl ether, and polyalkylene glycol diglycidyl ether. Also, in the polyglycidyl ether compound, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, arabitol polyglycidyl ether, trimethylolpropane polyglycidyl ether, trimethylolpropane Examples thereof include glycidyl ethers, pentaerythritol polyglycidyl ethers, polyglycidyl ethers of aliphatic polyhydric alcohols, and the like.
脂肪族エポキシ樹脂の中でも、3官能以上の多官能脂肪族エポキシ樹脂を用いるのが良く、さらには、反応性の高いグリシジル基を3個以上有する脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物を用いるのがより好ましい。この中でも、さらに好ましくは、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールグリシジルエーテル類、ポリプロピレングリコールグリシジルエーテル類が好ましい。脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物は、柔軟性、架橋密度、マトリックス樹脂との相溶性のバランスがよく、効果的に接着性を向上させることから好ましい。 Among the aliphatic epoxy resins, it is preferable to use a trifunctional or higher polyfunctional aliphatic epoxy resin, and it is more preferable to use an aliphatic polyglycidyl ether compound having three or more highly reactive glycidyl groups. . Among these, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyethylene glycol glycidyl ether, and polypropylene glycol glycidyl ether are more preferable. Aliphatic polyglycidyl ether compounds are preferred because they have a good balance of flexibility, crosslink density, and compatibility with the matrix resin and effectively improve adhesion.
サイジング剤の付与手段としては特に限定されるものではないが、例えばローラーを介してサイジング液に浸漬する方法、サイジング液の付着したローラーに接する方法、サイジング液を霧状にして吹き付ける方法などがある。また、バッチ式、連続式いずれでもよいが、生産性がよくバラツキが小さくできる連続式が好ましい。この際、炭素繊維に対するサイジング剤有効成分の付着量が適正範囲内で均一に付着するように、サイジング液濃度、温度、糸条張力などをコントロールすることが好ましい。また、サイジング剤付与時に炭素繊維を超音波で加振させることはより好ましい。 The means for applying the sizing agent is not particularly limited. For example, there are a method of immersing in a sizing liquid through a roller, a method of contacting a roller to which the sizing liquid is adhered, and a method of spraying the sizing liquid in a mist form. . Moreover, although either a batch type or a continuous type may be sufficient, the continuous type which has good productivity and small variations is preferable. At this time, it is preferable to control the sizing solution concentration, temperature, yarn tension, and the like so that the amount of the sizing agent active ingredient attached to the carbon fiber is uniformly attached within an appropriate range. Moreover, it is more preferable to vibrate the carbon fiber with ultrasonic waves when applying the sizing agent.
乾燥温度と乾燥時間は化合物の付着量によって調整すべきであるが、サイジング剤の付与に用いる溶媒の完全な除去、乾燥に要する時間を短くし、一方、サイジング剤の熱劣化を防止し、サイジング処理された炭素繊維で形成された成分(A)が固くなって束の拡がり性が悪化するのを防止する観点から、乾燥温度は、150℃以上350℃以下であることがこのましく、180℃以上250℃以下であることがより好ましい。 The drying temperature and drying time should be adjusted according to the amount of the compound attached, but the time required for complete removal of the solvent used to apply the sizing agent and drying is shortened, while the thermal deterioration of the sizing agent is prevented and sizing is performed. From the viewpoint of preventing the component (A) formed of the treated carbon fiber from becoming hard and deteriorating the spreadability of the bundle, the drying temperature is preferably 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower. It is more preferable that the temperature is not lower than 250 ° C.
サイジング剤に使用する溶媒は、水、メタノール、エタノール、ジメチルホルムアミド、ジメリルアセトアミド、アセトン等が挙げられるが、取扱いが容易で防災の観点から水が好ましい。従って、水に不溶、若しくは難溶の化合物をサイジング剤として用いる場合には、乳化剤、界面活性剤を添加し、水分散して用いるのが良い。具体的には、乳化剤、界面活性剤としては、スチレン−無水マレイン酸共重合体、オレフィン−無水マレイン酸共重合体、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリアクリル酸ソーダ等のアニオン系乳化剤、ポリエチレンイミン、ポリビニルイミダゾリン等のカチオン系乳化剤、ノニルフェノールエチレンオキサイド付加物、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレンエーテルエステル共重合体、ソルビタンエステルエチルオキサイド付加物等のノニオン系乳化剤等を用いることができるが、相互作用の小さいノニオン系乳化剤が多官能化合物の接着性効果を阻害しにくく好ましい。 Examples of the solvent used for the sizing agent include water, methanol, ethanol, dimethylformamide, dimethylallylacetamide, and acetone. Water is preferable from the viewpoint of easy handling and disaster prevention. Accordingly, when a compound insoluble or hardly soluble in water is used as a sizing agent, it is preferable to add an emulsifier and a surfactant and disperse in water. Specifically, as an emulsifier and a surfactant, styrene-maleic anhydride copolymer, olefin-maleic anhydride copolymer, formalin condensate of naphthalene sulfonate, anionic emulsifier such as sodium polyacrylate, Nonionic emulsifiers such as cationic emulsifiers such as polyethyleneimine and polyvinylimidazoline, nonylphenol ethylene oxide adducts, polyvinyl alcohol, polyoxyethylene ether ester copolymers, sorbitan ester ethyl oxide adducts, etc. can be used. A nonionic emulsifier having a small size is preferable because it hardly inhibits the adhesive effect of the polyfunctional compound.
このような強化繊維束(A)に、特定条件を満たすエポキシ樹脂(B)を、被含浸剤として含浸させて複合強化繊維束となす。 Such a reinforcing fiber bundle (A) is impregnated with an epoxy resin (B) satisfying a specific condition as an impregnating agent to form a composite reinforcing fiber bundle.
ここでいう、エポキシ樹脂とは、グリシジル基を有する化合物である。グリシジル基を有することで、強化繊維束と相互作用しやすくなり、含浸時に強化繊維と馴染みやすく、含浸しやすい。また、成形加工時の繊維分散性が良くなる。 As used herein, the epoxy resin is a compound having a glycidyl group. By having a glycidyl group, it becomes easy to interact with the reinforcing fiber bundle, and it is easy to become familiar with the reinforcing fiber at the time of impregnation and to be easily impregnated. Moreover, the fiber dispersibility at the time of a shaping | molding process improves.
成分(B)が満たしている条件の先ず一つは次の条件(1)である。
条件(1):成分(B)100質量部のうちグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が50〜100質量部、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂が0〜50質量部である。
One of the conditions satisfied by the component (B) is the following condition (1).
Condition (1): At least one selected from glycidyl ether type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin, and alicyclic epoxy resin among 100 parts by mass of component (B). The epoxy resin is 0 to 50 parts by mass.
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂が50質量部未満だと、後述する溶融粘度変化率が2を超える、もしくは、耐熱性が劣ることがある。粘度、耐熱性のバランスを保つ範囲内でその他のエポキシ樹脂を添加することができる。 If the glycidyl ether type epoxy resin is less than 50 parts by mass, the melt viscosity change rate described later may exceed 2 or the heat resistance may be inferior. Other epoxy resins can be added as long as the balance between viscosity and heat resistance is maintained.
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、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AD型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、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、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。 The glycidyl ether type epoxy resin includes bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, bisphenol AD type epoxy resin, halogenated bisphenol A type epoxy resin, bisphenol S type epoxy resin, resorcinol type epoxy resin, hydrogenated bisphenol A type. Examples thereof include epoxy resins, aliphatic epoxy resins, phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, naphthalene type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, biphenyl aralkyl type epoxy resins, and dicyclopentadiene type epoxy resins.
グリシジルエステル型エポキシ樹脂としては、ヘキサヒドロフタル酸グリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエーテル等が挙げられる。 Examples of the glycidyl ester type epoxy resin include hexahydrophthalic acid glycidyl ester and dimer acid diglycidyl ether.
グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、トリグリシジルイソシアヌレート、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、アミノフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。 Examples of the glycidylamine type epoxy resin include triglycidyl isocyanurate, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetraglycidylmetaxylenediamine, and aminophenol type epoxy resin.
脂環式エポキシ樹脂としては、3,4エポキシ−6メチルシクロヘキシルメチルカルボキシレート、3,4エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート等が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、単独でも2種以上の混合物でも良い。 Examples of the alicyclic epoxy resin include 3,4 epoxy-6 methyl cyclohexyl methyl carboxylate, 3,4 epoxy cyclohexyl methyl carboxylate, and the like. These epoxy resins may be used alone or as a mixture of two or more.
中でも、粘度と耐熱性のバランスに優れるため、条件(1)において、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂は、ノボラック型エポキシ樹脂が、50〜100質量%を占めることが好ましい。また、グリシジルアミン型エポキシ樹脂は接着性に優れるため用いることが好ましく、条件(1)において、成分(B)100質量部のうちグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が80〜99質量部、グリシジルアミン型エポキシ樹脂が1〜20質量部であることが好ましい。グリシジルアミン型エポキシ樹脂が20質量部を超える場合では、後述する溶融粘度変化率が2を超えることがある。 Especially, since it is excellent in the balance of a viscosity and heat resistance, it is preferable that a novolak-type epoxy resin occupies 50-100 mass% in conditions (1). The glycidylamine type epoxy resin is preferably used because of its excellent adhesiveness. In condition (1), 80 to 99 parts by mass of the glycidyl ether type epoxy resin out of 100 parts by mass of the component (B), and the glycidylamine type epoxy resin Is preferably 1 to 20 parts by mass. When the glycidylamine type epoxy resin exceeds 20 parts by mass, the rate of change in melt viscosity described below may exceed 2.
また、本発明の目的を損なわない範囲で、添加剤を成分(B)と混合しても良い。添加剤の例としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、または、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、あるいは、カップリング剤が挙げられる。 Moreover, you may mix an additive with a component (B) in the range which does not impair the objective of this invention. Examples of additives include thermosetting resins, thermoplastic resins, or inorganic fillers, flame retardants, conductivity imparting agents, crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, vibration damping agents, antibacterial agents, insect repellents Agents, deodorants, anti-coloring agents, heat stabilizers, mold release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants, colorants, pigments, dyes, foaming agents, antifoaming agents, or coupling agents.
本発明において、成分(B)が満たしている条件のもう一つは次の条件(2)である。
条件(2):200℃において溶融粘度が0.001〜10Pa・sであり、かつ、200℃にて2時間加熱後の溶融粘度変化率が2以下である。
In the present invention, another condition that the component (B) satisfies is the following condition (2).
Condition (2): The melt viscosity is 0.001 to 10 Pa · s at 200 ° C., and the melt viscosity change rate after heating at 200 ° C. for 2 hours is 2 or less.
200℃における溶融粘度は、好ましくは0.01〜5Pa・sであり、より好ましくは0.1〜2Pa・sである。200℃における溶融粘度が0.001Pa・s未満では、成分(B)の機械強度が低いために、成形品の機械特性を損ねるし、10Pa・sを越える場合では、成分(B)の粘度が高く、成分(A)の内部まで含浸できない。本発明で得られる複合強化繊維束を用いて成形加工や混練などを行う際に、成分(B)の溶融粘度を低くすることで、成分(B)が成分(A)、成分(B)および成分(C)の混合物内を流動し、移動しやすくなる。 The melt viscosity at 200 ° C. is preferably 0.01 to 5 Pa · s, more preferably 0.1 to 2 Pa · s. If the melt viscosity at 200 ° C. is less than 0.001 Pa · s, the mechanical strength of the component (B) is low, so the mechanical properties of the molded product are impaired. If it exceeds 10 Pa · s, the viscosity of the component (B) is It is high and cannot be impregnated into the component (A). When molding or kneading using the composite reinforcing fiber bundle obtained in the present invention, the component (B) is reduced in the component (B) by reducing the melt viscosity of the component (B). It flows in the mixture of the component (C) and becomes easy to move.
200℃にて2時間加熱後の溶融粘度変化率は、好ましくは、1.5以下であり、より好ましくは、1.3以下である。200℃にて2時間加熱後の溶融粘度変化率が2を越える場合では、長時間にわたり複合強化繊維束を製造した場合に、製造安定性を確保できず、付着むらが発生する。かかる溶融粘度変化率を2以下にすることで、複合強化繊維束の安定した製造を確保できる。 The rate of change in melt viscosity after heating at 200 ° C. for 2 hours is preferably 1.5 or less, and more preferably 1.3 or less. When the rate of change in melt viscosity after heating at 200 ° C. for 2 hours exceeds 2, when a composite reinforcing fiber bundle is produced over a long period of time, production stability cannot be ensured and uneven adhesion occurs. By making the melt viscosity change rate 2 or less, stable production of the composite reinforcing fiber bundle can be secured.
ここで、200℃にて2時間加熱後の溶融粘度変化率とは、次式から得られる。
粘度変化率=200℃にて2時間加熱後の200℃における溶融粘度/200℃にて2時間加熱前の200℃における溶融粘度
Here, the rate of change in melt viscosity after heating at 200 ° C. for 2 hours is obtained from the following equation.
Viscosity change rate = melt viscosity at 200 ° C. after heating for 2 hours at 200 ° C./melt viscosity at 200 ° C. before heating for 2 hours at 200 ° C.
また、成分(B)は、10℃/min昇温(空気中)の300℃における加熱減量が5%以下であることが好ましい。より好ましくは、3%以下である。かかる加熱減量が5%を越える場合では、含浸時に分解ガスが発生し易く、強化繊維束内部のボイドとなることがある。また、得られた複合強化繊維束を用いた成形時の揮発分が多く、成形品内部の欠陥となることがある。 The component (B) preferably has a heating loss at 300 ° C. of 10 ° C./min temperature rise (in air) of 5% or less. More preferably, it is 3% or less. When the loss on heating exceeds 5%, decomposition gas tends to be generated during the impregnation, which may result in a void inside the reinforcing fiber bundle. Moreover, there are many volatile components at the time of shaping | molding using the obtained composite reinforcing fiber bundle, and it may become a defect inside a molded article.
また、成分(B)のエポキシ当量が100〜2500g/eqであることが好ましい。ここでいうエポキシ当量とは、成分(B)に含まれるエポキシ化合物全体のエポキシ当量をいう。より好ましくは、300〜2000g/eqであり、さらに好ましくは、500〜1500g/eqである。エポキシ当量が100g/eq未満では、反応性が高く、成形加工時に自己反応や強化繊維、マトリックス樹脂との反応が起こるため、繊維分散性を妨げる可能性がある。また、エポキシ当量が2500g/eqを越える場合では、強化繊維束との相互作用が小さいために、含浸時に強化繊維と馴染みにくく、含浸しにくいだけでなく、成形加工時に繊維分散が不十分になる可能性がある。エポキシ当量が100〜2500g/eqであることで、成形加工時の繊維分散性を十分に確保できる。 Moreover, it is preferable that the epoxy equivalent of a component (B) is 100-2500 g / eq. An epoxy equivalent here means the epoxy equivalent of the whole epoxy compound contained in a component (B). More preferably, it is 300-2000 g / eq, More preferably, it is 500-1500 g / eq. When the epoxy equivalent is less than 100 g / eq, the reactivity is high, and self-reaction and reaction with the reinforcing fiber and matrix resin occur during the molding process, which may hinder fiber dispersibility. In addition, when the epoxy equivalent exceeds 2500 g / eq, the interaction with the reinforcing fiber bundle is small, so that it is difficult to become familiar with the reinforcing fiber during the impregnation and difficult to impregnate, and the fiber dispersion is insufficient during the molding process. there is a possibility. When the epoxy equivalent is 100 to 2500 g / eq, the fiber dispersibility during molding can be sufficiently ensured.
また、成分(B)の数平均分子量は、500〜3000であることが好ましい。より好ましくは、800〜2500であり、さらに好ましくは、1000〜2000である。数平均分子量が500未満では、成分(B)の機械強度が低いために、成形品の機械特性を損ねることがある。また、3000を越える場合では成分(B)の粘度が上がり、含浸性を向上できないことがある。本発明による複合強化繊維束を用いて成形加工や混練などを行う際に、成分(B)の数平均分子量を500〜3000にすることで、成分(B)が成分(A)、(B)および(C)の混合物内を最も流動し、移動しやすくなる。 Moreover, it is preferable that the number average molecular weights of a component (B) are 500-3000. More preferably, it is 800-2500, More preferably, it is 1000-2000. When the number average molecular weight is less than 500, the mechanical strength of the component (B) is low, so the mechanical properties of the molded product may be impaired. On the other hand, when it exceeds 3000, the viscosity of the component (B) increases and the impregnation property may not be improved. When molding or kneading using the composite reinforcing fiber bundle according to the present invention, the number average molecular weight of the component (B) is set to 500 to 3000, so that the component (B) is the components (A) and (B). And (C) are most likely to flow and move easily in the mixture.
なお数平均分子量の測定はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。 The number average molecular weight can be measured using gel permeation chromatography (GPC).
また、成分(B)の軟化点は特に制限されないが、50〜150℃であることが好ましい。より好ましくは、60〜140℃であり、さらに好ましくは、70〜130℃である。軟化点が50℃未満では、室温で強化繊維束がばらけやすく、取り扱い性が悪くなることがある。また、軟化点が150℃以上であると、成分(B)の粘度が上がり、含浸性を向上できないことがある。成分(B)の軟化点が50〜150℃にすることで、強化繊維束の取り扱い性、および成分(B)の成分(A)への含浸性を両立できる。 The softening point of component (B) is not particularly limited, but is preferably 50 to 150 ° C. More preferably, it is 60-140 degreeC, More preferably, it is 70-130 degreeC. When the softening point is less than 50 ° C., the reinforcing fiber bundle is easily scattered at room temperature, and the handleability may be deteriorated. On the other hand, if the softening point is 150 ° C. or higher, the viscosity of the component (B) may increase and impregnation may not be improved. By setting the softening point of the component (B) to 50 to 150 ° C., it is possible to achieve both the handleability of the reinforcing fiber bundle and the impregnation property of the component (B) into the component (A).
ここで、本発明で複合強化繊維束の製造方法では、成分(A)に成分(B)を供給し、成分(B)を100〜300℃の溶融状態で成分(A)と接触させる工程(I)と、成分(B)と接触している成分(A)を加熱して成分(B)の供給量の80〜100質量%を成分(A)に含浸させる工程(II)を有する。 Here, in the method for producing a composite reinforcing fiber bundle according to the present invention, the step of supplying the component (B) to the component (A) and bringing the component (B) into contact with the component (A) in a molten state at 100 to 300 ° C. I) and the step (II) in which the component (A) in contact with the component (B) is heated to impregnate the component (A) with 80 to 100% by mass of the supply amount of the component (B).
工程(I)とは、特に限定されないが、繊維束に油剤、サイジング剤、マトリックス樹脂を付与するような公知の製造方法を用いることができ、中でも、ディッピング、もしくは、コーティングが好ましく、具体的なコーティングとしては、リバースロール、正回転ロール、キスロール、スプレイ、カーテンが好ましく用いられる。 Although it does not specifically limit with process (I), The well-known manufacturing method which provides an oil agent, a sizing agent, and matrix resin to a fiber bundle can be used, Especially, dipping or coating is preferable, and concrete As the coating, a reverse roll, a normal rotation roll, a kiss roll, a spray, and a curtain are preferably used.
ここで、ディッピングとは、ポンプにて成分(B)を溶融バスに供給し、該溶融バス内で成分(A)を通過させる方法をいう。成分(A)を成分(B)の溶融バスに浸すことで、確実に成分(B)を成分(A)に付着させることができる。また、リバースロール、正回転ロール、キスロールとは、ポンプで溶融させた成分(B)をロールに供給し、成分(A)に成分(B)の溶融物を塗布する方法をいう。さらに、リバースロールは、2本のロールが互いに逆方向に回転し、ロール上に溶融した成分(B)を塗布する方法であり、正回転ロールは、2本のロールが同じ方向に回転し、ロール上に溶融した成分(B)を塗布する方法である。通常、リバースロール、正回転ロールでは、成分(A)を挟み、さらにロールを設置し、成分(B)を確実に付着させる方法が用いられる。一方で、キスロールは、成分(A)とロールが接触しているだけで、成分(B)を付着させる方法である。そのため、キスロールは比較的粘度の低い場合の使用が好ましいが、いずれのロールの方法を用いても、加熱溶融した成分(B)の所定量を塗布させ、成分(A)を接着させながら走らせることで、繊維束の単位長さ当たりに所定量の成分(B)を付着させることができる。スプレイは、霧吹きの原理を利用したもので、溶融した成分(B)を霧状にして成分(A)に吹き付ける方法であり、カーテンは、溶融した成分(B)を小孔から自然落下させ塗布する方法、または溶融槽からオーバーフローさせ塗布する方法である。塗布に必要な量を調節しやすいため、成分(B)の損失を少なくできる。 Here, dipping refers to a method in which the component (B) is supplied to the melting bath by a pump and the component (A) is passed through the melting bath. By immersing the component (A) in the melting bath of the component (B), the component (B) can be reliably attached to the component (A). Moreover, a reverse roll, a normal rotation roll, and a kiss roll mean the method of supplying the component (B) fuse | melted with the pump to a roll, and apply | coating the melt of a component (B) to a component (A). Furthermore, the reverse roll is a method in which two rolls rotate in opposite directions to each other and apply the melted component (B) on the roll, and the normal roll has two rolls rotated in the same direction, In this method, the molten component (B) is applied onto a roll. Usually, in the reverse roll and the forward rotation roll, a method is used in which the component (A) is sandwiched, and a roll is further installed so that the component (B) adheres securely. On the other hand, the kiss roll is a method of attaching the component (B) only by contacting the component (A) and the roll. Therefore, the kiss roll is preferably used when the viscosity is relatively low. However, any roll method is used, and a predetermined amount of the heated and melted component (B) is applied, and the component (A) is allowed to run. Thus, a predetermined amount of the component (B) can be adhered per unit length of the fiber bundle. Spray is a method that uses the principle of spraying, and is a method of spraying molten component (B) into component (A) and spraying it onto component (A). The curtain is applied by letting molten component (B) fall naturally from a small hole. Or a method of applying by overflowing from the melting tank. Since it is easy to adjust the amount required for coating, the loss of component (B) can be reduced.
また、成分(B)を供給する際の溶融温度としては、100〜300℃が好ましい。より好ましくは、150〜250℃である。100℃未満では、成分(B)の粘度が高くなり、供給する際に、付着むらが発生することがある。また、300℃を越えると、長時間にわたり製造した場合に、成分(B)が熱分解する可能性がある。100〜300℃の溶融状態で成分(A)と接触させることで、成分(B)を安定して供給することができる。 Moreover, as a melting temperature at the time of supplying a component (B), 100-300 degreeC is preferable. More preferably, it is 150-250 degreeC. If it is less than 100 degreeC, the viscosity of a component (B) will become high and an adhesion nonuniformity may generate | occur | produce when supplying. Moreover, when it exceeds 300 degreeC, when manufacturing over a long time, a component (B) may thermally decompose. By contacting the component (A) in a molten state at 100 to 300 ° C., the component (B) can be stably supplied.
次いで、工程(II)として、工程(I)で得られた、成分(B)と接触した状態の成分(A)を、加熱して成分(B)の供給量の80〜100質量%を成分(A)に含浸させる。具体的には、成分(B)と接触した状態の成分(A)に対して、成分(B)が溶融する温度において、ロールやバーで張力をかける、拡幅、集束を繰り返す、圧力や振動を加えるなどの操作で成分(B)を成分(A)の内部まで含浸するようにする工程である。より具体的な例として、加熱された複数のロールやバーの表面に繊維束を接触するように通して拡幅などを行う方法を挙げることができ、中でも、絞り口金、絞りロール、ロールプレス、ダブルベルトプレスを用いて含浸させる方法が好適に用いられる。ここで、絞り口金とは、進行方向に向かって、口金径の狭まる口金のことであり、強化繊維束を集束させながら、余分に付着した成分(B)を掻き取ると同時に、含浸を促す口金である。また、絞りロールとは、ローラーで強化繊維束に張力をかけることで、余分に付着した成分(B)を掻き取ると同時に、含浸を促すローラーのことである。また、ロールプレスは、2つのロール間の圧力で連続的に強化繊維束内部の空気を除去するのと同時に、含浸を促す装置であり、ダブルベルトプレスとは、強化繊維束の上下からベルトを介してプレスすることで、含浸を促す装置である。 Next, as the step (II), the component (A) obtained in the step (I) in contact with the component (B) is heated to make 80 to 100% by mass of the supply amount of the component (B). Impregnation into (A). Specifically, with respect to component (A) in contact with component (B), at a temperature at which component (B) melts, tension is applied with a roll or bar, widening and focusing are repeated, pressure and vibration are applied. In this step, the component (B) is impregnated into the component (A) by an operation such as addition. As a more specific example, there can be mentioned a method of widening by passing the fiber bundle so as to contact the surface of a plurality of heated rolls or bars, among which, a drawing base, a drawing roll, a roll press, a double A method of impregnation using a belt press is preferably used. Here, the squeezing base is a base whose diameter decreases in the direction of travel. The base that promotes impregnation at the same time as scraping off the extra component (B) while converging the reinforcing fiber bundle. It is. Further, the squeeze roll is a roller that promotes impregnation at the same time as scraping off the excessively adhered component (B) by applying tension to the reinforcing fiber bundle with a roller. The roll press is a device that continuously removes the air inside the reinforcing fiber bundle by the pressure between the two rolls and at the same time promotes the impregnation. The double belt press is a device that pushes the belt from above and below the reinforcing fiber bundle. It is a device that promotes impregnation by pressing through.
また、工程(II)において、成分(B)の供給量の80〜100質量%が成分(A)に含浸されていることが必要である。収率に直接影響するため、経済性、生産性の観点から高いほど好ましい。より好ましくは、85〜100質量%であり、さらに好ましくは90〜100質量%である。また、80質量%未満では、経済性の観点からだけでなく、成分(B)が工程(II)において、揮発成分を発生させている可能性があり、成分(A)内部にボイドが残存する。 In step (II), it is necessary that 80 to 100% by mass of the supply amount of component (B) is impregnated in component (A). Since the yield is directly affected, the higher the yield from the viewpoint of economy and productivity, the better. More preferably, it is 85-100 mass%, More preferably, it is 90-100 mass%. Moreover, if it is less than 80 mass%, not only from an economical viewpoint, but a component (B) may have generated the volatile component in process (II), and a void remains in a component (A) inside. .
また、工程(II)において、成分(B)の最高温度が150〜400℃であることが好ましい。好ましくは180〜380℃であり、より好ましくは200℃〜350℃である。150℃未満では、成分(B)を十分に溶融できず、含浸不足の強化繊維束になる可能性があり、400℃以上では、成分(B)の分解反応を起こすなどの好ましくない副反応が生じる場合がある。 Moreover, in process (II), it is preferable that the maximum temperature of a component (B) is 150-400 degreeC. Preferably it is 180-380 degreeC, More preferably, it is 200 degreeC-350 degreeC. If it is less than 150 degreeC, a component (B) cannot fully be melt | dissolved and it may become a reinforcing fiber bundle with insufficient impregnation, and if it is 400 degreeC or more, undesirable side reactions, such as causing a decomposition reaction of a component (B), occur. May occur.
工程(II)における加熱方法としては、特に限定しないが、具体的には、加熱したチャンバーを用いる方法や、ホットローラーを用いて加熱と加圧を同時に行う方法が例示できる。 Although it does not specifically limit as a heating method in process (II), Specifically, the method of using a heated chamber and the method of heating and pressurizing simultaneously using a hot roller can be illustrated.
また、成分(B)の架橋反応や分解反応などの好ましくない副反応の発生を抑制する観点から、非酸化性雰囲気下で加熱することが好ましい。ここで、非酸化性雰囲気とは酸素濃度が5体積%以下、好ましくは2体積%以下、さらに好ましくは酸素を含有しない雰囲気、すなわち、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気であることを指し、この中でも特に経済性および取り扱いの容易さの面から、窒素雰囲気が好ましい。 Moreover, it is preferable to heat in non-oxidizing atmosphere from a viewpoint of suppressing generation | occurrence | production of undesirable side reactions, such as a crosslinking reaction of a component (B), and a decomposition reaction. Here, the non-oxidizing atmosphere is an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume or less, preferably 2% by volume or less, more preferably an oxygen-free atmosphere, that is, an inert gas atmosphere such as nitrogen, helium or argon. Of these, a nitrogen atmosphere is particularly preferred from the standpoints of economy and ease of handling.
また、複合強化繊維束の引取速度は、工程速度に直接影響するため、経済性、生産性の観点から高いほど好ましい。具体的には、引取速度としては、10〜100m/分が好ましい。より好ましくは、20〜100m/分であり、さらに好ましくは30〜100m/分である。引取方法としては、ニップローラーで引き出す方法や、ドラムワインダーで巻き取る方法や、直接ストランドカッターなどで、一定長に切断しながら複合強化繊維束を引き取る方法が挙げられる。 In addition, the take-up speed of the composite reinforcing fiber bundle directly affects the process speed, so that it is preferably as high as possible from the viewpoints of economy and productivity. Specifically, the take-up speed is preferably 10 to 100 m / min. More preferably, it is 20-100 m / min, More preferably, it is 30-100 m / min. Examples of the pulling method include a method of drawing with a nip roller, a method of winding with a drum winder, and a method of pulling a composite reinforcing fiber bundle while cutting it to a certain length directly with a strand cutter or the like.
また、前記工程(I)、(II)の前段階で、成分(A)を予め開繊してもよい。開繊とは収束された成分(A)を分繊させる操作であり、成分(B)の含浸性をさらに高める効果が期待できる。開繊により、成分(A)の厚みは薄くなり、開繊前の成分(A)の幅をb1(mm)、厚みをa1(μm)、開繊後の成分(A)の幅をb2(mm)、厚みをa2(μm)とした場合、開繊比=(b2/a2)/(b1/a1)を2.0以上とするのが好ましく、2.5以上とするのがさらに好ましい。 In addition, the component (A) may be opened in advance before the steps (I) and (II). Opening is an operation of separating the converged component (A), and an effect of further enhancing the impregnation property of the component (B) can be expected. With the opening, the thickness of the component (A) is reduced, the width of the component (A) before opening is b1 (mm), the thickness is a1 (μm), and the width of the component (A) after opening is b2 ( mm) and a thickness of a2 (μm), the opening ratio = (b2 / a2) / (b1 / a1) is preferably 2.0 or more, and more preferably 2.5 or more.
成分(A)の開繊方法としては、特に制限はなく、例えば凹凸ロールを交互に通過させる方法、太鼓型ロールを使用する方法、軸方向振動に張力変動を加える方法、垂直に往復運動する2個の摩擦体による成分(A)の張力を変動させる方法、成分(A)にエアを吹き付ける方法を利用できる。 The method for opening component (A) is not particularly limited. For example, a method in which concavo-convex rolls are alternately passed, a method in which drum rolls are used, a method in which tension variation is applied to axial vibration, and a reciprocating motion in the vertical direction 2 A method of changing the tension of the component (A) by the individual friction bodies and a method of blowing air to the component (A) can be used.
図1は、本発明で得られる複合強化繊維束の横断面形態の一例を示す概略図である。なお、本発明において、横断面とは、軸心方向に直交する面での断面を意味する。工程(I)、(II)から得られる複合強化繊維束は、成分(A)に成分(B)を塗布、含浸せしめた複合体として形成されている(以下、複合強化繊維束を複合体とも称す)。この複合体の形態は図1に示すようなものであり、成分(A)の各単繊維間に成分(B)が満たされている。すなわち、成分(B)の海に、成分(A)の各単繊維が島のように分散している状態である。 FIG. 1 is a schematic view showing an example of a cross-sectional form of a composite reinforcing fiber bundle obtained by the present invention. In the present invention, the transverse section means a section in a plane orthogonal to the axial direction. The composite reinforcing fiber bundle obtained from the steps (I) and (II) is formed as a composite obtained by applying and impregnating the component (B) to the component (A) (hereinafter, the composite reinforcing fiber bundle is also referred to as a composite). Called). The form of this composite is as shown in FIG. 1, and the component (B) is filled between the single fibers of the component (A). That is, each single fiber of component (A) is dispersed like islands in the sea of component (B).
上記複合体において、成分(B)が成分(A)に良好に含浸した複合体とすることで、例えば、熱可塑性樹脂(C)と共に射出成形すると、射出成形機のシリンダー内で溶融混練された、成分(B)が、成分(C)に拡散し、成分(A)が成分(C)に分散することを助け、同時に成分(C)が成分(A)に置換、含浸することを助ける、いわゆる含浸助剤・分散助剤としての役割を持つ。 In the above composite, the composite (B) is well impregnated with the component (A). For example, when injection molding is performed together with the thermoplastic resin (C), the composite is melt-kneaded in the cylinder of the injection molding machine. , Component (B) diffuses into component (C), helps component (A) disperse in component (C), and at the same time helps component (C) replace and impregnate component (A), It plays the role of so-called impregnation aid and dispersion aid.
上記複合体の質量当たり、成分(A)は、50〜87質量%であることが好ましい。より好ましくは60〜85質量%であり、さらに好ましくは、70〜83質量%である。成分(A)が50質量%未満では、得られる成形品の力学特性が不十分となる場合があり、87質量%を超えると射出成形などの成形加工の際に流動性が低下する場合がある。 It is preferable that a component (A) is 50-87 mass% per mass of the said composite_body | complex. More preferably, it is 60-85 mass%, More preferably, it is 70-83 mass%. If the component (A) is less than 50% by mass, the resulting molded article may have insufficient mechanical properties, and if it exceeds 87% by mass, the fluidity may be lowered during molding such as injection molding. .
また、複合体の質量当たり、成分(B)は13〜50質量%であることが好ましい。より好ましくは15〜40質量%であり、さらに好ましくは17〜30質量%である。成分(B)が13質量%未満では、成分(A)の内部までの含浸性が不十分となる場合があり、50質量%を超えると、成形品の力学特性を低下させる場合がある。 Moreover, it is preferable that a component (B) is 13-50 mass% per mass of a composite_body | complex. More preferably, it is 15-40 mass%, More preferably, it is 17-30 mass%. If the component (B) is less than 13% by mass, the impregnation property to the inside of the component (A) may be insufficient, and if it exceeds 50% by mass, the mechanical properties of the molded product may be deteriorated.
また、複合体においては、成分(A)が成分(B)によって完全に含浸されていることが望ましいが、現実的にそれは困難であり、複合体にはある程度の空隙(成分(A)も成分(B)も存在しない部分)が存在する。特に成分(A)の含有率が大きい場合には空隙が多くなるが、ある程度の空隙が存在する場合でも本発明の含浸・繊維分散促進の効果は示される。ただし空隙率が40%を超えると顕著に含浸・繊維分散促進の効果が小さくなるので、空隙率は40%未満が好ましい。より好ましい空隙率の範囲は20%以下である。空隙率は、複合体をASTM D2734(1997)試験法により測定するか、または複合体の横断面において、成分(A)と成分(B)により形成される複合部の全面積と空隙部の全面積とから次式を用いて算出することができる。
空隙率(%)=空隙部の全面積/(複合部の全面積+空隙部の全面積)×100。
Further, in the composite, it is desirable that the component (A) is completely impregnated with the component (B). However, in reality, this is difficult, and the composite has a certain amount of voids (component (A) is also included in the component). (B) also does not exist). In particular, when the content of component (A) is large, the number of voids increases, but even when a certain amount of voids are present, the effect of promoting impregnation and fiber dispersion of the present invention is shown. However, if the porosity exceeds 40%, the effect of promoting impregnation and fiber dispersion is remarkably reduced, so the porosity is preferably less than 40%. A more preferable range of the porosity is 20% or less. The porosity is measured by measuring the composite according to the ASTM D2734 (1997) test method, or in the cross section of the composite, the total area of the composite formed by the component (A) and the component (B) and the total of the void. It can be calculated from the area using the following formula.
Porosity (%) = total area of void part / (total area of composite part + total area of void part) × 100.
さらに、得られた複合体の揮発分が少ないほど、成形時の揮発分が少なく、好ましい。200℃にて2時間乾燥させた後の重量減少が5%未満であることが好ましく、より好ましくは、3%未満であり、さらに好ましくは1%未満である。 Furthermore, the smaller the volatile content of the obtained composite, the smaller the volatile content during molding, which is preferable. The weight loss after drying at 200 ° C. for 2 hours is preferably less than 5%, more preferably less than 3%, and even more preferably less than 1%.
上記複合体は、好ましくは1〜50mmの範囲の長さに切断されて構成されていても良い。前記の長さに調製することにより、成形時の流動性、取扱性を十分に高めることができる。このように適切な長さに切断されてなる複合強化繊維束としてとりわけ好ましい態様は、射出成形用のチョップドストランドが例示できる。成分(B)により、成分(A)が集束されているため、熱可塑性樹脂(C)とコンパウンドして用いても良いし、ドライブレンドして直接射出成形して使用することも可能である。また、連続、長尺のままでも成形法によっては使用可能である。 The composite may be configured to be cut to a length in the range of 1 to 50 mm. By adjusting to the above length, the fluidity and handleability during molding can be sufficiently enhanced. A particularly preferred embodiment of the composite reinforcing fiber bundle that is cut into an appropriate length in this way can be exemplified by chopped strands for injection molding. Since the component (A) is focused by the component (B), it may be used by compounding with the thermoplastic resin (C), or may be dry blended and directly injection molded. Moreover, it can be used depending on the molding method even if it is continuous or long.
本発明で用いられる成分(C)としては、特に制限されるものではないが、ポリカーボネート樹脂(PC樹脂)、スチレン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS樹脂)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(変性PPE樹脂)、ポリアセタール樹脂(POM樹脂)、液晶ポリエステル、ポリアリーレート、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)などのアクリル樹脂、塩化ビニル、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、さらにはエチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/ジエン共重合体、エチレン/一酸化炭素/ジエン共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸エチル共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸グリシジル、エチレン/酢酸ビニル/(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、ポリエーテルエステルエラストマー、ポリエーテルエーテルエラストマー、ポリエーテルエステルアミドエラストマー、ポリエステルアミドエラストマー、ポリエステルエステルエラストマーなどの各種エラストマー類などが挙げられ、これらの1種または2種以上を併用しても良い。特に汎用性の高い、ポリプロピレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂が好ましい。中でも耐熱性、耐衝撃性の観点から、ポリカーボネート系樹脂が好ましい。 The component (C) used in the present invention is not particularly limited, but polycarbonate resin (PC resin), styrene resin, polyamide resin, polyester resin, polyphenylene sulfide resin (PPS resin), modified polyphenylene ether resin. (Modified PPE resin), polyacetal resin (POM resin), liquid crystal polyester, polyarylate, acrylic resin such as polymethyl methacrylate resin (PMMA), vinyl chloride, polyimide (PI), polyamideimide (PAI), polyetherimide ( PEI), Polysulfone, Polyethersulfone, Polyketone, Polyetherketone, Polyetheretherketone (PEEK), Polyolefin such as polyethylene and polypropylene, Modified polyolefin, Phenol resin, Phenoxy Resin, further ethylene / propylene copolymer, ethylene / 1-butene copolymer, ethylene / propylene / diene copolymer, ethylene / carbon monoxide / diene copolymer, ethylene / ethyl (meth) acrylate copolymer Copolymer, ethylene / (meth) acrylate glycidyl, ethylene / vinyl acetate / (meth) acrylate glycidyl copolymer, polyether ester elastomer, polyether ether elastomer, polyether ester amide elastomer, polyester amide elastomer, polyester ester elastomer, etc. These elastomers may be mentioned, and one or more of these may be used in combination. In particular, polypropylene resins, polyamide resins, polycarbonate resins, and polyphenylene sulfide resins that are highly versatile are preferable. Of these, polycarbonate resins are preferred from the viewpoints of heat resistance and impact resistance.
また、成分(C)は、本発明の目的を損なわない範囲で、他の充填材や添加剤を含有しても良い。これらの例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、あるいは、カップリング剤が挙げられる。 Moreover, a component (C) may contain another filler and additive in the range which does not impair the objective of this invention. Examples of these include inorganic fillers, flame retardants, conductivity imparting agents, crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, vibration damping agents, antibacterial agents, insect repellents, deodorants, anti-coloring agents, heat stabilizers. , Release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants, colorants, pigments, dyes, foaming agents, antifoaming agents, or coupling agents.
本発明の成形材料は、上記のようにして得られた複合体に成分(C)が接着されて構成される。なお、本発明において、成形材料とは、成形品を射出成形などで成形する際に用いる原材料を意味する。 The molding material of the present invention is constituted by adhering the component (C) to the composite obtained as described above. In the present invention, the molding material means a raw material used when molding a molded product by injection molding or the like.
本発明の成形材料は、複合体と成分(C)とが適宜配置されて接着されているが、その配置工程としては、溶融した成分(C)を複合体に接するように配置する。特に限定されないが、より具体的には、押出機と電線被覆法用のコーティングダイを用いて、連続的に複合体の周囲に成分(C)を被覆するように配置していく方法や、ロール等で扁平化した複合体の片面あるいは両面から押出機とTダイを用いて溶融したフィルム状の成分(C)を配置し、ロール等で一体化させる方法を挙げることができる。 In the molding material of the present invention, the composite and the component (C) are appropriately disposed and bonded, and as the disposing step, the molten component (C) is disposed so as to contact the composite. Although it is not particularly limited, more specifically, using a extruder and a coating die for a wire coating method, a method of continuously arranging the component (C) around the composite, a roll The film-like component (C) melt | dissolved using the extruder and T die from one side or both surfaces of the composite flattened by the etc. can be arrange | positioned, and the method of integrating with a roll etc. can be mentioned.
図2は、本発明の成形材料の好ましい縦断面形態の一例を示す概略図である。なお、本発明において、縦断面とは、軸心方向を含む面での断面を意味する。本発明の成形材料の一例は、図2に示すように、成分(A)が成形材料の軸心方向にほぼ平行に配列され、かつ成分(A)の長さは成形材料の長さと実質的に同じ長さである。 FIG. 2 is a schematic view showing an example of a preferred longitudinal sectional form of the molding material of the present invention. In the present invention, the longitudinal section means a section in a plane including the axial direction. As shown in FIG. 2, an example of the molding material of the present invention is that the component (A) is arranged substantially parallel to the axial direction of the molding material, and the length of the component (A) is substantially equal to the length of the molding material. Are the same length.
ここで言う、「ほぼ平行に配列されて」いるとは、成分(A)の長軸の軸線と、成形材料の長軸の軸線とが、同方向を指向している状態を示し、軸線同士の角度のずれが、好ましくは20°以下であり、より好ましくは10°以下であり、さらに好ましくは5°以下である。また、「実質的に同じ長さ」とは、例えばペレット状の成形材料において、ペレット内部の途中で成分(A)が切断されていたり、ペレット全長よりも有意に短い成分(A)が実質的に含まれたりしないことである。特に、そのペレット全長よりも短い成分(A)の量について規定されているわけではないが、ペレット全長の50%以下の長さの成分(A)の含有量が30質量%以下である場合には、ペレット全長よりも有意に短い成分(A)が実質的に含まれていないと評価する。さらに、ペレット全長の50%以下の長さの成分(A)の含有量は20質量%以下であることが好ましい。なお、ペレット全長とはペレット中の成分(A)配向方向の長さである。成分(A)が成形材料と同等の長さを持つことで、成形品中の強化繊維長を長くすることが出来るため、優れた力学特性を得ることができる。 Here, “arranged substantially in parallel” means that the major axis of the component (A) and the major axis of the molding material are oriented in the same direction, The angle deviation is preferably 20 ° or less, more preferably 10 ° or less, and further preferably 5 ° or less. In addition, “substantially the same length” means that, for example, in a pellet-shaped molding material, the component (A) is cut in the middle of the pellet, or the component (A) significantly shorter than the total length of the pellet is substantially Is not included. In particular, the amount of the component (A) shorter than the total length of the pellet is not specified, but the content of the component (A) having a length of 50% or less of the total length of the pellet is 30% by mass or less. Evaluates that the component (A) significantly shorter than the whole pellet length is substantially not contained. Furthermore, the content of the component (A) having a length of 50% or less of the total length of the pellet is preferably 20% by mass or less. In addition, a pellet full length is the length of the component (A) orientation direction in a pellet. Since the component (A) has a length equivalent to that of the molding material, the reinforcing fiber length in the molded product can be increased, and thus excellent mechanical properties can be obtained.
図3〜6はそれぞれ、本発明の成形材料の縦断面形態の一例を模式的に表したものであり、図7〜11はそれぞれ、本発明の成形材料の横断面形態の一例を模式的に表したものである。 3 to 6 each schematically show an example of the longitudinal cross-sectional form of the molding material of the present invention, and FIGS. 7 to 11 schematically show examples of the cross-sectional form of the molding material of the present invention. It is a representation.
成形材料の断面形態は、成分(A)と成分(B)からなる複合体に、成分(C)が接着するように配置されていれば図に示されたものに限定されないが、好ましくは図3〜5に示されるように、複合体が芯材となり成分(C)で層状に挟まれて配置されている構成が好ましい。 The cross-sectional form of the molding material is not limited to that shown in the figure as long as the component (C) is disposed so as to adhere to the composite composed of the component (A) and the component (B). As shown in 3 to 5, a configuration in which the composite is a core material and is sandwiched and arranged in layers with the component (C) is preferable.
また図7〜9に示されるように、複合体を芯構造として、その周囲を成分(C)が被覆するような芯鞘構造に配置されている構成が好ましい。また、図11に示されるような複数の複合体を成分(C)が被覆するように配置する場合、複合体の数は2〜6程度が望ましい。 Moreover, as FIG. 7-9 shows, the structure arrange | positioned at the core sheath structure which makes the composite_body | complex a core structure and the circumference | surroundings coat | covers a component (C) is preferable. Moreover, when arrange | positioning so that a component (C) may coat | cover several composite_body | complexes as shown in FIG. 11, the number of composite_body | complexes is about 2-6.
複合体と成分(C)の境界は接着され、境界付近で部分的に成分(C)が複合体の一部に入り込み、複合体を構成する成分(B)と相溶しているような状態、あるいは強化繊維に含浸しているような状態になっていてもよい。 The boundary between the composite and the component (C) is bonded, and the component (C) partially enters the part of the composite in the vicinity of the boundary and is compatible with the component (B) constituting the composite Alternatively, the reinforcing fiber may be impregnated.
本発明の成形材料は、例えば射出成形やプレス成形などの手法により混練されて最終的な成形品となる。成形材料の取扱性の点から、複合体と成分(C)は成形が行われるまでは接着されたまま分離せず、前述したような形状を保っていることが重要である。複合体と成分(C)では、形状(サイズ、アスペクト比)、比重、質量が全く異なるため、成形までの材料の運搬、取り扱い時、成形工程での材料移送時に分級し、成形品の力学特性にバラツキを生じたり、流動性が低下して金型詰まりを起こしたり、成形工程でブロッキングする場合がある。 The molding material of the present invention is kneaded by a technique such as injection molding or press molding to form a final molded product. From the viewpoint of the handling property of the molding material, it is important that the composite and the component (C) are not separated while being bonded until the molding is performed, and the shape as described above is maintained. The composite and component (C) are completely different in shape (size, aspect ratio), specific gravity, and mass, so they are classified at the time of transporting, handling, and transferring materials in the molding process. In some cases, the fluidity may be lowered, the mold may be clogged, and blocking may occur in the molding process.
かかる観点から、前記したような、図7〜9に例示されるような芯鞘構造に配置されている構成が好ましい。このような配置であれば、成分(C)が複合体を拘束し、より強固な複合化ができる。また、図7〜9に例示されるような芯鞘構造にするか、図10に例示されるような層状配置とするか、いずれが有利であるかについては、製造の容易さと、材料の取り扱いの容易さから、芯鞘構造とすることがより好ましい。 From such a viewpoint, the configuration arranged in the core-sheath structure as illustrated in FIGS. If it is such arrangement | positioning, a component (C) will restrain a composite_body | complex and a firm composite can be performed. In addition, as to which of the core-sheath structure as illustrated in FIGS. 7 to 9 or the layered arrangement as illustrated in FIG. From the viewpoint of ease, a core-sheath structure is more preferable.
本発明の成形材料は、その軸心方向には、ほぼ同一の断面形状を保っていれば、連続であってもよいし、成形方法によっては連続のものをある長さに切断されてなっていてもよい。好ましくは1〜50mmの範囲の長さに切断されてなっているのが良い。この長さに調製することにより、成形時の流動性、取扱性を十分に高めることができる。このように適切な長さに切断されてなる成形材料としてとりわけ好ましい態様は、射出成形用の長繊維ペレットが例示できる。 The molding material of the present invention may be continuous as long as it has substantially the same cross-sectional shape in the axial direction, and depending on the molding method, a continuous material is cut into a certain length. May be. Preferably, it is cut into a length in the range of 1 to 50 mm. By adjusting to this length, the fluidity and handleability during molding can be sufficiently enhanced. A particularly preferred embodiment of the molding material cut into an appropriate length in this way can be exemplified by long fiber pellets for injection molding.
また、本発明の成形材料は、連続、長尺のままでも成形法によっては使用可能である。例えば、熱可塑性ヤーンプリプレグとして、加熱しながらマンドレルに巻き付け、ロール状成形品を得たりすることができる。このような成形品の例としては、液化天然ガスタンクなどが挙げられる。また本発明の成形材料を、連続のまま、複数本一方向に引き揃えて加熱・融着させることにより一方向熱可塑性プリプレグを作製することも可能である。このようなプリプレグは、軽量性、高強度、弾性率、耐衝撃性が要求されるような分野、例えば自動車部材などに適用が可能である。 Further, the molding material of the present invention can be used depending on the molding method even if it is continuous or long. For example, as a thermoplastic yarn prepreg, it can be wound around a mandrel while heating to obtain a roll-shaped molded product. Examples of such molded products include liquefied natural gas tanks. Moreover, it is also possible to produce a unidirectional thermoplastic prepreg by heating and fusing a plurality of molding materials of the present invention while keeping them continuous in one direction. Such a prepreg can be applied to fields where lightness, high strength, elastic modulus, and impact resistance are required, such as automobile members.
また、上記成形材料に占める成分(C)の割合は5〜98.98質量%、好ましくは25〜94質量%、より好ましくは50〜88質量%であり、この範囲内で用いることで、力学特性に優れる成形品を得ることができる。 Further, the proportion of the component (C) in the molding material is 5 to 98.98% by mass, preferably 25 to 94% by mass, more preferably 50 to 88% by mass. A molded product having excellent characteristics can be obtained.
本発明で得られる成形材料の成形方法としては、特に限定しないが、射出成形、オートクレーブ成形、プレス成形、フィラメントワインディング成形、スタンピング成形などの生産性に優れた成形方法に適用でき、これらを組み合わせて用いることもできる。また、インサート成形、アウトサート成形などの一体化成形も容易に実施できる。さらに、成形後にも加熱による矯正処置や、熱溶着、振動溶着、超音波溶着などの生産性に優れた接着工法を活用することもできる。 The molding method of the molding material obtained in the present invention is not particularly limited, but can be applied to molding methods having excellent productivity such as injection molding, autoclave molding, press molding, filament winding molding, stamping molding, etc. It can also be used. Also, integrated molding such as insert molding and outsert molding can be easily performed. Furthermore, it is possible to utilize an adhesive method having excellent productivity such as a correction treatment by heating, heat welding, vibration welding, ultrasonic welding, etc. after molding.
上記成形方法により得られる成形品としては、インストルメントパネル、ドアビーム、アンダーカバー、ランプハウジング、ペダルハウジング、ラジエータサポート、スペアタイヤカバー、フロントエンドなどの各種モジュール、シリンダーヘッドカバー、ベアリングリテーナ、インテークマニホールド、ペダル等の自動車部品、部材および外板、ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、フェイリング、リブなどの航空機関連部品、部材および外板、モンキー、レンチ等の工具類、さらに電話、ファクシミリ、VTR、コピー機、テレビ、電子レンジ、音響機器、トイレタリー用品、レーザーディスク、冷蔵庫、エアコンなどの家庭・事務電気製品部品も挙げられる。またパーソナルコンピューター、携帯電話などに使用されるような筐体や、パーソナルコンピューターの内部でキーボードを支持する部材であるキーボード支持体に代表されるような電気・電子機器用部材も挙げられる。本発明において、成分(A)として、導電性を有する炭素繊維束を使用した場合、このような電気・電子機器用部材では、電磁波シールド性が付与されるためにより好ましい。 Molded products obtained by the above molding methods include instrument panels, door beams, under covers, lamp housings, pedal housings, radiator supports, spare tire covers, front end and other various modules, cylinder head covers, bearing retainers, intake manifolds, pedals Aircraft parts such as automobile parts, parts and skins, landing gear pods, winglets, spoilers, edges, ladders, failings, ribs, etc., parts and skins, tools such as monkeys, wrenches, telephones, facsimiles , VTRs, photocopiers, televisions, microwave ovens, audio equipment, toiletries, laser discs, refrigerators, air conditioners, and other home / office electrical product parts. Further, there may be mentioned a housing used for a personal computer, a mobile phone or the like, or a member for electric / electronic equipment represented by a keyboard support which is a member for supporting a keyboard inside the personal computer. In this invention, when the carbon fiber bundle which has electroconductivity is used as a component (A), in such a member for electrical / electronic devices, since electromagnetic wave shielding property is provided, it is more preferable.
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the description of these examples.
まず、本実施例で用いる各種特性の測定方法について説明する。 First, a method for measuring various characteristics used in this embodiment will be described.
(1)数平均分子量測定
被測定試料をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて測定した。GPCカラムにはポリスチレン架橋ゲルを充填したものを用いた。溶媒にクロロホルムを用い、150℃にて測定した。分子量は標準ポリスチレン換算にて算出した。
(1) Number average molecular weight measurement The sample to be measured was measured by gel permeation chromatography (GPC). A GPC column packed with polystyrene cross-linked gel was used. Measurement was performed at 150 ° C. using chloroform as a solvent. The molecular weight was calculated in terms of standard polystyrene.
(2)溶融粘度測定、粘度変化率測定
被測定試料を粘弾性測定器にて測定した。40mmのパラレルプレートを用い、0.5Hzにて、200℃における溶融粘度測定をした。また、同様に被測定試料を200℃の熱風乾燥機に2時間放置後の粘度測定を行い、粘度変化率を算出した。
(2) Melt viscosity measurement, viscosity change rate measurement The sample to be measured was measured with a viscoelasticity meter. The melt viscosity was measured at 200 ° C. at 0.5 Hz using a 40 mm parallel plate. Similarly, the viscosity of the sample to be measured was measured after standing in a hot air dryer at 200 ° C. for 2 hours, and the viscosity change rate was calculated.
(3)重量減少測定
被測定試料を熱重量分析(TGA)にて測定した。白金サンプルパンを用いて、空気雰囲気下、10℃/分昇温にて測定し、300℃における重量減少率を測定した。
(3) Weight loss measurement The sample to be measured was measured by thermogravimetric analysis (TGA). Using a platinum sample pan, measurement was performed at 10 ° C./min in an air atmosphere, and the weight loss rate at 300 ° C. was measured.
(4)エポキシ当量測定
エポキシ当量は、JIS K7236(2004)試験法に準拠して、測定した。
(4) Epoxy equivalent measurement The epoxy equivalent was measured based on the JIS K7236 (2004) test method.
(5)複合体の空隙率
ASTM D2734(1997)試験法に準拠して、複合体の空隙率(%)を算出した。
複合体の空隙率の判定は以下の基準でおこない、A〜Cを合格とした。
A:0〜5%未満
B:5%以上20%未満
C:20%以上40%未満
D:40%以上
(5) Porosity of composite The porosity (%) of the composite was calculated based on the ASTM D2734 (1997) test method.
Determination of the porosity of the composite was performed according to the following criteria, and A to C were determined to be acceptable.
A: 0 to less than 5% B: 5% to less than 20% C: 20% to less than 40% D: 40% or more
(6)複合体の揮発分評価
測定すべき複合体について、200℃の熱風乾燥機に2時間放置前後の重量を測定し、重量減少分を、揮発分とした。また、判定は以下の基準でおこない、Aを合格とした。
A:0〜5%未満
B:5%以上10%未満
C:10%以上
(6) Evaluation of the volatile content of the composite The weight of the composite to be measured was measured before and after being left in a hot air dryer at 200 ° C. for 2 hours, and the weight loss was defined as the volatile content. Moreover, the determination was made according to the following criteria, and A was determined to be acceptable.
A: 0 to less than 5% B: 5% or more and less than 10% C: 10% or more
(7)成形品の繊維分散性
100mm×100mm×2mmの成形品を成形し、表裏それぞれの面に存在する未分散CF束の個数を目視でカウントした。評価は50枚の成形品についておこない、その合計個数について繊維分散性の判定を以下の基準でおこない、A〜Cを合格とした。
A:未分散CF束が1個以下
B:未分散CF束が1個以上5個未満
C:未分散CF束が5個以上10個未満
D:未分散CF束が10個以上。
(7) Fiber dispersibility of molded product A molded product of 100 mm x 100 mm x 2 mm was molded, and the number of undispersed CF bundles present on the front and back surfaces was counted visually. The evaluation was performed on 50 molded products, the fiber dispersibility was determined for the total number based on the following criteria, and A to C were set as acceptable.
A: 1 or less undispersed CF bundle B: 1 or more and less than 5 undispersed CF bundles C: 5 or more and less than 10 undispersed CF bundles D: 10 or more undispersed CF bundles
参考例1.炭素繊維−1
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、表面酸化処理を行い、総単繊維数24,000本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径:7μm
単位長さ当たりの質量:1.6g/m
比重:1.8
表面酸素濃度比 [O/C]:0.06
引張強度:4600MPa
引張弾性率:220GPa。
Reference Example 1 Carbon fiber-1
Spinning, firing treatment, and surface oxidation treatment were carried out from a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component to obtain continuous carbon fibers having a total number of 24,000 single fibers. The characteristics of this continuous carbon fiber were as follows.
Single fiber diameter: 7μm
Mass per unit length: 1.6 g / m
Specific gravity: 1.8
Surface oxygen concentration ratio [O / C]: 0.06
Tensile strength: 4600 MPa
Tensile modulus: 220 GPa.
ここで、表面酸素濃度比は、表面酸化処理を行ったあとの炭素繊維を用いて、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求めた。まず、炭素繊維束を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてA1Kα1、2を用い、試料チャンバー中を1×10 −8 Torrに保った。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせた。C1sピーク面積をK.E.として1191〜1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。O1sピーク面積をK.E.として947〜959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。O1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出した。X線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルES−200を用い、感度補正値を1.74とした。 Here, the surface oxygen concentration ratio was determined according to the following procedure by X-ray photoelectron spectroscopy using the carbon fiber after the surface oxidation treatment. First, the carbon fiber bundle was cut to 20 mm, spread and arranged on a copper sample support, and then A1Kα1 and 2 were used as X-ray sources, and the inside of the sample chamber was kept at 1 × 10 −8 Torr. The kinetic energy value (KE) of the main peak of C 1s was adjusted to 1202 eV as a peak correction value associated with charging during measurement. C 1s peak area E. As a linear base line in the range of 1191 to 1205 eV. O 1s peak area E. As a linear base line in the range of 947 to 959 eV. The atomic ratio was calculated from the ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area using the sensitivity correction value unique to the apparatus. As an X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, Kokusai Denki Co., Ltd. model ES-200 was used, and the sensitivity correction value was set to 1.74.
参考例2.炭素繊維−2
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、表面酸化処理を行い、総単繊維数48,000本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径:7μm
単位長さ当たりの質量:1.6g/m
比重:1.8
表面酸素濃度比 [O/C]:0.12
引張強度:4600MPa
引張弾性率:220GPa。
Reference Example 2 Carbon fiber-2
Spinning, firing treatment, and surface oxidation treatment were carried out from a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component to obtain continuous carbon fibers having a total number of single fibers of 48,000. The characteristics of this continuous carbon fiber were as follows.
Single fiber diameter: 7μm
Mass per unit length: 1.6 g / m
Specific gravity: 1.8
Surface oxygen concentration ratio [O / C]: 0.12
Tensile strength: 4600 MPa
Tensile modulus: 220 GPa.
参考例3.サイジング剤の付与
サイジング剤を水に溶解、または分散させたサイジング剤母液を調整し、ローラーを介して、サイジング剤母液に浸漬する方法により強化繊維にサイジング剤を付与し、230℃で乾燥を行った。
Reference Example 3. Application of sizing agent A sizing agent mother liquor in which sizing agent is dissolved or dispersed in water is prepared, and the sizing agent is applied to the reinforcing fiber by a method of dipping in the sizing agent mother liquor via a roller, followed by drying at 230 ° C. It was.
参考例4.複合体
塗布温度に加熱されたロール上に、被含浸剤を加熱溶融した液体の被膜を形成させた。ロール上に一定した厚みの被膜を形成するためリバースロールを用いた。このロール上を連続した成分(A)を接触させながら通過させて被含浸剤を付着させた。次に、含浸温度に加熱されたチャンバー内にて、5組の直径50mmのロールプレス間を通過させた。この操作により、被含浸剤を繊維束の内部まで含浸させ、所定の配合量とした複合体を形成した。
Reference Example 4 Composite film A liquid film in which the impregnating agent was heated and melted was formed on a roll heated to the coating temperature. A reverse roll was used to form a film having a constant thickness on the roll. The continuous component (A) was passed through this roll while being in contact with it, and the impregnating agent was adhered. Next, it passed between 5 sets of 50 mm diameter roll presses in the chamber heated to the impregnation temperature. By this operation, the impregnating agent was impregnated to the inside of the fiber bundle to form a composite having a predetermined blending amount.
参考例5.直接射出成形
参考例4.で得られた複合体を冷却後、カッターで切断して7mmのチョップドストランドとし、チョップドストランドと成分(C)をドライブレンドし、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、所定のシリンダー温度、および金型温度で特性評価用試験片(成形品)を成形した。ここで、シリンダー温度とは、射出成形機の複合体および成分(C)を加熱溶融する部分を示し、金型温度とは、所定の形状にするための樹脂を注入する金型の温度を示す。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片(成形品)を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。
Reference Example 5 Direct injection molding Reference Example 4 After cooling the composite obtained in the above, it is cut with a cutter to obtain a 7 mm chopped strand, dry blended with the chopped strand and the component (C), and using a J350EIII type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Co., Ltd. Test specimens (molded articles) for characteristic evaluation were molded at the cylinder temperature and the mold temperature. Here, the cylinder temperature indicates a part where the composite of the injection molding machine and the component (C) are heated and melted, and the mold temperature indicates the temperature of a mold for injecting a resin for forming a predetermined shape. . The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for characteristic evaluation (molded product) was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method.
参考例6.成形材料
参考例4.で得られた複合体を、日本製鋼所(株)TEX−30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)の先端に設置された電線被覆法用のコーティングダイ中に通し、押出機からダイ内に溶融させた成分(C)を吐出させて、複合体の周囲を被覆するように連続的に配置した。この際、所望の強化繊維含有率になるように、複合体量と成分(C)量を調整した。得られた連続状の成形材料を冷却後、カッターで切断して7mmの長繊維ペレット状の成形材料とした。次に得られたペレット状の成形材料を、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、所定のシリンダー温度、および金型温度で特性評価用試験片(成形品)を成形した。ここで、シリンダー温度とは、射出成形機の成形材料を加熱溶融する部分を示し、金型温度とは、所定の形状にするための樹脂を注入する金型を示す。得られた試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。次に、得られた特性評価用試験片(成形品)を上記の射出成形品評価方法に従い評価した。
Reference Example 6 Molding material Reference Example 4 The composite obtained in the above is passed through a coating die for electric wire coating method installed at the tip of a Nippon Steel Works TEX-30α type twin screw extruder (screw diameter 30 mm, L / D = 32), The melted component (C) was discharged from the extruder into the die and continuously arranged so as to cover the periphery of the composite. At this time, the amount of the composite and the amount of the component (C) were adjusted so as to obtain a desired reinforcing fiber content. The obtained continuous molding material was cooled and then cut with a cutter to obtain a 7 mm long fiber pellet molding material. Next, the obtained pellet-shaped molding material was molded into a characteristic evaluation test piece (molded product) at a predetermined cylinder temperature and mold temperature using a J350EIII type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Co., Ltd. . Here, the cylinder temperature indicates a portion where the molding material of the injection molding machine is heated and melted, and the mold temperature indicates a mold for injecting a resin for forming a predetermined shape. The obtained test piece was subjected to a characteristic evaluation test after being left in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23 ° C. and 50% RH for 24 hours. Next, the obtained test piece for characteristic evaluation (molded product) was evaluated according to the above-described injection molded product evaluation method.
実施例1
成分(A)として、参考例1に従い得られる炭素繊維−1を用い、被含浸剤として、成分(B)である(B)−1(DIC(株)製フェノールノボラック型エポキシ樹脂、EPICLON(登録商標)N−775)を用いて、塗布温度150℃、含浸温度250℃、引取速度30m/分にて、参考例4に従い複合体を得た。この際、炭素繊維−1が80質量%、(B)−1が20質量%になるように調整した(被含浸剤の配合量20質量%)。次いで、参考例5に従い、成分(C)として、PC(出光(株)製ポリカーボネート樹脂、A1900)を用いて、前記複合体30質量%、PC70質量%にて、シリンダー温度:280℃、金型温度:120℃にて特性評価用試験片(成形品)を直接射出成形した。評価結果を、まとめて表1に示した。
Example 1
As the component (A), carbon fiber-1 obtained according to Reference Example 1 was used, and as the impregnating agent, component (B) (B) -1 (a phenol novolac epoxy resin manufactured by DIC Corporation, EPICLON (registered) (Trademark) N-775) was used according to Reference Example 4 at a coating temperature of 150 ° C., an impregnation temperature of 250 ° C., and a take-up speed of 30 m / min. Under the present circumstances, it adjusted so that carbon fiber-1 might be 80 mass% and (B) -1 might be 20 mass% (blending amount of an impregnating agent 20 mass%). Then, according to Reference Example 5, using PC (Idemitsu Co., Ltd. polycarbonate resin, A1900) as component (C), the composite 30 mass%, PC 70 mass%, cylinder temperature: 280 ° C., mold Temperature: A test piece for characteristic evaluation (molded product) was directly injection-molded at 120 ° C. The evaluation results are collectively shown in Table 1.
参考例2
被含浸剤として、成分(B)である(B)−2(三菱化学(株)製フェノールノボラック型エポキシ樹脂、jER(登録商標)154)を用い、成分(C)として、PPS(東レ(株)製、ポリフェニレンスルフィド樹脂、M2588)を用い、シリンダー温度:320℃、金型温度:150℃に変更した以外は実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
Reference example 2
(B) -2 (Mitsubishi Chemical Co., Ltd. phenol novolac type epoxy resin, jER (registered trademark) 154) is used as the impregnating agent, and PPS (Toray Industries, Inc.) is used as the component (C). ), Polyphenylene sulfide resin, M2588), a composite, a molding material, and a molded product were obtained in the same manner as in Example 1 except that the cylinder temperature was changed to 320 ° C. and the mold temperature was changed to 150 ° C. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
実施例3
被含浸剤として、成分(B)である(B)−3(DIC(株)製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、EPICLON(登録商標)N−660)を用い、成分(C)として、PA66(東レ(株)製ポリアミド樹脂、CM3007)を用いた以外は実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
Example 3
Component (B) -3 (Cresol novolac type epoxy resin, EPICLON (registered trademark) N-660, manufactured by DIC Corporation) was used as the impregnating agent, and PA66 (Toray ( A composite, a molding material, and a molded product were obtained in the same manner as in Example 1 except that polyamide resin CM3007) was used. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
実施例4
成分(A)として、参考例1に従い得られる炭素繊維−1を用い、被含浸剤として、成分(B)である(B)−4(DIC(株)製フェノールノボラック型エポキシ樹脂、EPICLON(登録商標)N−775を50質量部と、三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂、jER(登録商標)1055を50質量部の混合物)を用いて、塗布温度150℃、含浸温度250℃、引取速度30m/分にて、参考例4に従い複合体を得た。この際、炭素繊維−1が80質量%、(B)−4が20質量%になるように調整した(被含浸剤の配合量20質量%)。次いで、参考例6に従い、成分(C)として、PPS(東レ(株)製、ポリフェニレンスルフィド樹脂、M2588)を用いて、ダイ内を320℃にて、長繊維ペレット状の成形材料を製造し、複合体量30質量%、PPS量70質量%になるように調整した。得られた長繊維ペレットを、シリンダー温度:320℃、金型温度:150℃にて特性評価用試験片(成形品)を射出成形した。評価結果を、まとめて表1に示した。
Example 4
As the component (A), carbon fiber-1 obtained according to Reference Example 1 was used, and as the impregnating agent, component (B) (B) -4 (a phenol novolac type epoxy resin manufactured by DIC Corporation, EPICLON (registered) Trademark) N-775, a bisphenol A type epoxy resin manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, and a mixture of 50 parts by weight of jER (registered trademark) 1055), an application temperature of 150 ° C, an impregnation temperature of 250 ° C, A composite was obtained according to Reference Example 4 at a take-up speed of 30 m / min. Under the present circumstances, it adjusted so that carbon fiber-1 might be 80 mass% and (B) -4 might be 20 mass% (blending amount of an impregnating agent 20 mass%). Next, according to Reference Example 6, using PPS (manufactured by Toray Industries, Inc., polyphenylene sulfide resin, M2588) as a component (C), a molding material in the form of long fiber pellets is produced at 320 ° C. in the die, The amount of the composite was adjusted to 30% by mass and the amount of PPS was adjusted to 70% by mass. The obtained long fiber pellets were injection-molded with test pieces (molded articles) for property evaluation at a cylinder temperature of 320 ° C. and a mold temperature of 150 ° C. The evaluation results are collectively shown in Table 1.
実施例5
成分(A)として、参考例1に従い得られる炭素繊維−1を用い、被含浸剤として、成分(B)である(B)−5(DIC(株)製フェノールノボラック型エポキシ樹脂、EPICLON(登録商標)N−775を50質量部と、三菱化学(株)製ビスフェノールF型エポキシ樹脂、jER(登録商標)4005Pを50質量部の混合物)を用いて、塗布温度150℃、含浸温度250℃、引取速度30m/分にて、参考例4に従い複合体を得た。この際、炭素繊維−1が80質量%、(B)−4が20質量%になるように調整した(被含浸剤の配合量20質量%)。次いで、参考例6に従い、成分(C)として、PC(出光(株)製ポリカーボネート樹脂、A1900)を用いて、ダイ内を280℃にて、長繊維ペレット状の成形材料を製造し、複合体量30質量%、PC量70質量%になるように調整した。得られた長繊維ペレットを、シリンダー温度:280℃、金型温度:120℃にて特性評価用試験片(成形品)を射出成形した。評価結果を、まとめて表1に示した。
Example 5
As component (A), carbon fiber-1 obtained according to Reference Example 1 was used, and as impregnating agent, component (B) -5 (B) -5 (a phenol novolac type epoxy resin manufactured by DIC Corporation, EPICLON (registered) Trademark) N-775 and 50 parts by mass of Mitsubishi Chemical Co., Ltd. bisphenol F type epoxy resin, jER (registered trademark) 4005P), coating temperature 150 ° C., impregnation temperature 250 ° C., A composite was obtained according to Reference Example 4 at a take-up speed of 30 m / min. Under the present circumstances, it adjusted so that carbon fiber-1 might be 80 mass% and (B) -4 might be 20 mass% (blending amount of an impregnating agent 20 mass%). Next, according to Reference Example 6, a long-fiber pellet-shaped molding material was produced at 280 ° C. in the die using PC (Idemitsu Co., Ltd. polycarbonate resin, A1900) as the component (C), and the composite The amount was adjusted to 30% by mass and the amount of PC was adjusted to 70% by mass. The obtained long fiber pellet was injection-molded with a test piece for characteristic evaluation (molded product) at a cylinder temperature of 280 ° C. and a mold temperature of 120 ° C. The evaluation results are collectively shown in Table 1.
実施例6
成分(A)を、サイジング剤として、グリセロールトリグリシジルエーテル(以下、(a)−1と記載)を用いて、参考例3に従い、炭素繊維−1に付着量1.0質量%で付着させた強化繊維束に変更し、被含浸剤として、成分(B)である(B)−6(DIC(株)製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、EPICLON(登録商標)N−660を50質量部と、日本化薬(株)製ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、NC−3000を50質量部の混合物)を用い、(B)−6の配合量が45質量%になるように調整し、引取速度50m/分に変更した以外は実施例5と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
Example 6
Ingredient (A) was attached to carbon fiber-1 at an amount of 1.0 mass% according to Reference Example 3 using glycerol triglycidyl ether (hereinafter referred to as (a) -1) as a sizing agent. Change to a reinforced fiber bundle, and as an impregnating agent, 50 parts by mass of component (B) -6 (B) -6 (a cresol novolak epoxy resin manufactured by DIC Corporation, EPICLON (registered trademark) N-660), Japan Using a biphenyl aralkyl type epoxy resin manufactured by Kayaku Co., Ltd., a mixture of NC-3000 of 50 parts by mass), the blending amount of (B) -6 is adjusted to 45% by mass, and the take-up speed is 50 m / min. Except having changed, it carried out similarly to Example 5, and obtained the composite_body | complex, the molding material, and the molded article. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
実施例7
被含浸剤として、成分(B)である(B)−7(三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂、jER(登録商標)1007を80質量部と、チバガイギー社製脂環式エポキシ樹脂、アラルダイト(登録商標)CY179を20質量部の混合物)を用い、(B)−7の配合量が15質量%になるように調整した以外は実施例6と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
Example 7
As an impregnating agent, (B) -7 (Mitsubishi Chemical Corporation bisphenol A type epoxy resin, jER (registered trademark) 1007 80 parts by mass, Ciba Geigy Corp. alicyclic epoxy resin, A composite, a molding material, and the like, except that Araldite (registered trademark) CY179 was used in a mixture of 20 parts by mass) and the blending amount of (B) -7 was adjusted to 15% by mass. A molded product was obtained. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
実施例8
被含浸剤として、成分(B)である(B)−8(DIC(株)製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、EPICLON(登録商標)N−660を80質量部と、三菱化学(株)製グリシジルエステル型エポキシ樹脂、jER(登録商標)191Pを20質量部の混合物)を用い、(B)−8の配合量を20質量%に変更し、塗布温度250℃、含浸温度350℃、引取速度80m/分に変更した以外は実施例6と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表2に記載した。
Example 8
As an impregnating agent, 80 parts by mass of (B) -8 (a cresol novolac type epoxy resin manufactured by DIC Corporation, EPICLON (registered trademark) N-660) which is component (B), and a glycidyl ester manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation Type epoxy resin, a mixture of 20 parts by mass of jER (registered trademark) 191P), the blending amount of (B) -8 was changed to 20% by mass, coating temperature 250 ° C., impregnation temperature 350 ° C., take-off speed 80 m / A composite, a molding material, and a molded product were obtained in the same manner as in Example 6 except that the minute was changed. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 2.
実施例9
成分(A)におけるサイジング剤の付着量を0.4質量%に変更し、被含浸剤として、成分(B)である(B)−9(DIC(株)製クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、EPICLON(登録商標)N−660を80質量部と、住友化学工業(株)製テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、スミエポキシ(登録商標)ELM−434を20質量部の混合物)を用い、(B)−9の配合量を20質量%に変更し、引取速度30m/分に変更し、長繊維ペレット(成形材料)における複合体量を20質量%、PC量を80質量%に調整した以外は実施例6と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表2に記載した。
Example 9
The adhesion amount of the sizing agent in the component (A) was changed to 0.4% by mass, and as the impregnating agent, the component (B) (B) -9 (a cresol novolac epoxy resin manufactured by DIC Corporation, EPICLON ( (Registered trademark) 80 parts by mass of N-660, Sumitomo Chemical Co., Ltd. tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, and a mixture of 20 parts by mass of Sumiepoxy (registered trademark) ELM-434), and a blending amount of (B) -9 Was changed to 20% by mass, the take-up speed was changed to 30 m / min, and the amount of the composite in the long fiber pellet (molding material) was adjusted to 20% by mass and the amount of PC was adjusted to 80% by mass. As a result, composites, molding materials, and molded articles were obtained. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 2.
実施例10
成分(A)を、サイジング剤として、(a)−1を用いて、参考例3に従い、炭素繊維−2に付着量2.0質量%で付着させた強化繊維束に変更し、被含浸剤として、成分(B)である(B)−10(三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂、jER(登録商標)1055を40質量部と、三菱化学(株)製フェノールノボラック型エポキシ樹脂、jER(登録商標)154を50質量部と、住友化学工業(株)製テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、スミエポキシ(登録商標)ELM−434を10質量部の混合物)を用い、(B)−10の配合量を20質量%に変更し、引取速度30m/分に変更し、長繊維ペレットにおける複合体量を60質量%、PC量を40質量%に調整した以外は実施例6と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表2に記載した。
Example 10
Component (A) was changed to a reinforced fiber bundle adhered to carbon fiber-2 at an adhesion amount of 2.0 mass% according to Reference Example 3 using (a) -1 as a sizing agent, and an impregnated agent As the component (B), (B) -10 (Mitsubishi Chemical Corporation bisphenol A type epoxy resin, 40 parts by mass of jER (registered trademark) 1055, Mitsubishi Chemical Co., Ltd. phenol novolac type epoxy resin, Using 50 parts by mass of jER (registered trademark) 154, tetraglycidyl diaminodiphenylmethane manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., and 10 parts by mass of Sumiepoxy (registered trademark) ELM-434), the blending amount of (B) -10 Was changed to 20% by mass, the take-up speed was changed to 30 m / min, the composite amount in the long fiber pellet was adjusted to 60% by mass, and the PC amount was adjusted to 40% by mass. , Was obtained molding material, a molded article. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 2.
実施例11
含浸温度を100℃に変更した以外は実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表2に記載した。
Example 11
A composite, a molding material and a molded product were obtained in the same manner as in Example 1 except that the impregnation temperature was changed to 100 ° C. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 2.
実施例12
含浸温度を450℃に変更した以外は実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表2に記載した。
Example 12
A composite, a molding material, and a molded product were obtained in the same manner as in Example 1 except that the impregnation temperature was changed to 450 ° C. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 2.
実施例13
引取速度を5m/分に変更した以外は実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表2に記載した。
Example 13
A composite, a molding material, and a molded product were obtained in the same manner as in Example 1 except that the take-up speed was changed to 5 m / min. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 2.
参考例14
被含浸剤として、成分(B)である(B)−11(三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂の混合物、jER(登録商標)828/jER(登録商標)1001=90/10)を用いた以外は実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表2に記載した。
Reference Example 14
As an impregnating agent, component (B) -11 (B) -11 (mixture of bisphenol A type epoxy resin manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, jER (registered trademark) 828 / jER (registered trademark) 1001 = 90/10) Except having used, it carried out similarly to Example 1, and obtained the composite_body | complex, the molding material, and the molded article. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 2.
比較例1
成分(A)として、参考例1に従い炭素繊維−1を用い、被含浸剤を用いずに、カッターで切断して7mmのチョップドストランドを製造したが、集束が少ないために、直接射出成形ができなかった。特性評価結果はまとめて表3に記載した。
Comparative Example 1
As component (A), carbon fiber-1 was used according to Reference Example 1 and a 7 mm chopped strand was produced by cutting with a cutter without using an impregnating agent. There wasn't. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 3.
比較例2
被含浸剤として、(B)−1の代わりに、(D)−1(新日鐵化学(株)製フェノキシ樹脂、YP−50)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表3に記載した。
Comparative Example 2
Except for using (D) -1 (Nippon Steel Chemical Co., Ltd. phenoxy resin, YP-50) instead of (B) -1, as the impregnating agent, as in Example 1, A composite, a molding material and a molded product were obtained. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 3.
比較例3
被含浸剤として、(B)−1の代わりに、(D)−2((D)−1の50質量%NMP溶液)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表3に記載した。
Comparative Example 3
In the same manner as in Example 1, except that (D) -2 (50 mass% NMP solution of (D) -1) was used instead of (B) -1, as the impregnating agent, A molding material and a molded product were obtained. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 3.
比較例4
(B)−1の配合量が5質量%になるように調整した以外は実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表3に記載した。
Comparative Example 4
A composite, a molding material, and a molded product were obtained in the same manner as in Example 1 except that the blending amount of (B) -1 was adjusted to 5% by mass. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 3.
比較例5
塗布温度を80℃に調整した以外は実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表3に記載した。
Comparative Example 5
A composite, a molding material, and a molded product were obtained in the same manner as in Example 1 except that the coating temperature was adjusted to 80 ° C. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 3.
比較例6
被含浸剤として、(B)−1の代わりに、(D)−3(三菱化学(株)製ビスフェノールA型エポキシ樹脂、jER(登録商標)828を100質量部と、三菱化学(株)製ジシアンジアミド、DICY7Tを15質量部と、保土ヶ谷化学社製3−(3,4−ジクロロフェニル)−1,1−ジメチルウレア、DCMU99を2質量部との混合物)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表3に記載した。
Comparative Example 6
As an impregnating agent, instead of (B) -1, (D) -3 (100 parts by mass of bisphenol A type epoxy resin, jER (registered trademark) 828 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation Example 1 except that 15 parts by mass of dicyandiamide and DICY7T and a mixture of 3- (3,4-dichlorophenyl) -1,1-dimethylurea and DCMU99 by 2 parts by mass of Hodogaya Chemical Co., Ltd. were used. Similarly, a composite, a molding material, and a molded product were obtained. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 3.
比較例7
被含浸剤として、(B)−1の代わりに、(D)−4(住友化学工業(株)製テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、スミエポキシ(登録商標)ELM−434)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、複合体、成形材料、成形品を得た。特性評価結果はまとめて表3に記載した。
Comparative Example 7
Example except that (D) -4 (Tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, Sumiepoxy (registered trademark) ELM-434, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used instead of (B) -1 as the impregnating agent. In the same manner as in Example 1, composites, molding materials, and molded products were obtained. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 3.
以上のように、実施例1、3〜13においては、本発明における複合強化繊維束の製造方法により、含浸性が良好であり、かつボイドの少ない複合強化繊維束が得られる。また、得られた複合強化繊維束を用いた成形材料は、成形時に揮発分が少なく、強化繊維の成形品中への分散が良好である成形材料を得ることができた。 As described above, in Examples 1 and 3 to 13 , a composite reinforcing fiber bundle with good impregnation and few voids can be obtained by the method for manufacturing a composite reinforcing fiber bundle in the present invention. Moreover, the molding material using the obtained composite reinforcing fiber bundle had a low volatile content at the time of molding, and a molding material having good dispersion of the reinforcing fibers in the molded product could be obtained.
一方比較例1〜7においては、含浸不足な強化繊維束、または、含浸が十分であっても成形時の揮発分が多く、良好な成形材料は得られなかった。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 7, a reinforcing fiber bundle insufficiently impregnated, or even if the impregnation was sufficient, the volatile matter at the time of molding was large, and a good molding material could not be obtained.
本発明の複合強化繊維束の製造方法は、特定条件を満たすエポキシ樹脂を加熱溶融し含浸せしめることで、強化繊維束への含浸性が良好であり、かつボイドの少なく、成形時の揮発分が少ない複合強化繊維束が得られ、得られた複合強化繊維束を用いた成形材料は、強化繊維の成形品中への分散に優れた成形品を得ることが可能であり、種々の用途に展開できる。特に自動車部品、電気・電子部品、家庭・事務電気製品部品に好適である。 The method for producing a composite reinforcing fiber bundle of the present invention heats, melts and impregnates an epoxy resin that satisfies a specific condition, so that the impregnation property of the reinforcing fiber bundle is good, there are few voids, and the volatile content during molding is low. A few composite reinforcing fiber bundles can be obtained, and molding materials using the obtained composite reinforcing fiber bundles can obtain molded products with excellent dispersion of reinforcing fibers in molded products, and can be used in various applications. it can. It is particularly suitable for automobile parts, electrical / electronic parts, household / office electrical product parts.
1 強化繊維の単繊維
2 被含浸剤
3 複合強化繊維束
4 熱可塑性樹脂(C)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Single fiber of reinforcing fiber 2
Claims (12)
条件(1):成分(B)100質量部のうちグリシジルエーテル型エポキシ樹脂が50〜100質量部、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種のエポキシ樹脂が0〜50質量部である。
条件(2):200℃における溶融粘度は0.001〜10Pa・sであり、かつ、200℃にて2時間加熱後の溶融粘度変化率が2以下である。 The reinforcing fiber bundle (A) 50 to 87 wt%, Condition (1), (2) satisfies the state, and are heat loss at 10 ° C. / 300 ° C. minute heating (in air) of 5% or less, a number average and molecular weight of a method of manufacturing a composite reinforcing fiber bundle formed by impregnating a 13 to 50 wt% epoxy resin (B) Ru der 750-3000, supplying component (B) to component (a), component (B ) In contact with the component (A) in a molten state at 100 to 300 ° C., and the component (A) in contact with the component (B) is heated to 80% of the supply amount of the component (B) A method for producing a composite reinforcing fiber bundle, which comprises the step (II) of impregnating the component (A) with ˜100 mass%.
Condition (1): At least one selected from glycidyl ether type epoxy resin, glycidyl amine type epoxy resin, glycidyl ester type epoxy resin, and alicyclic epoxy resin among 100 parts by mass of component (B). The epoxy resin is 0 to 50 parts by mass.
Condition (2): The melt viscosity at 200 ° C. is 0.001 to 10 Pa · s, and the rate of change in melt viscosity after heating at 200 ° C. for 2 hours is 2 or less.
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