JPH01268762A

JPH01268762A - 繊維含有塊状着色樹脂組成物およびその製造方法

Info

Publication number: JPH01268762A
Application number: JP9799988A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Inamori; 稲守　均之; Satoru Hamaoka; 浜岡　覚; Akihiro Hachitani; 彰啓蜂谷
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1988-04-20
Filing date: 1988-04-20
Publication date: 1989-10-26

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、繊維含有塊状着色樹脂組成物およびその製造
方法に関する。

本発明の繊維含有塊状着色樹脂組成物は、樹脂を主材料
とする複合材料の原料として、また、その様な複合材料
の強化材として、有用であり、さらにまた複合材料を均
−且つ鮮明に着色することが出来る。

炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などは、樹脂、セ
メントなどに導電性を付与したり、その機械的性質、成
形寸法安定性などを改善するために、使用されている。

炭素繊維を例としてより具体的に説明すれば、複合材料
の強度向上のみならず、導電性の付与、摺動性の向上な
どを主な目的として、収束剤による処理を行った繊維長
ｌｌ１ｍ以下のものを複合相手の母材に配合している。

この様な物性の向上は、付与された収束剤が母材と炭素
繊維との密着性を改善することにより、達成される。従
来の収束剤による炭素繊維の表面処理は、長繊維、マッ
ト状、トウ状などの形態の炭素繊維に収束剤を含有する
液を付与した後、乾燥し、ボビンに巻き取り、切断して
、短繊維とすることにより、行われている。

しかしながら、この様な従来技術による炭素繊維の表面
処理には、以下の如き欠点がある。

（イ）収束剤による処理後に炭素繊維の切断を行なうの
で、切断端面には、収束剤が付与されない。

従って、複合材料の物性改善が、十分に行われない。

（ロ）炭素繊維の切断時に粉塵が発生するので、作業環
境を悪化させる。

（ハ）炭素繊維は、導電性なので、短繊維加工機の操作
盤、周辺のスイッチボックスなどを密閉構造として、漏
電、感電などを防止する必要がある。

上記の問題点は、（ハ）を除いて、ガラス繊維およびア
ラミド繊維についても、該当する。

また、炭素短繊維の樹脂への配合を例にとるならば、炭
素短繊維は、通常下記の如きペレット化工程を経た後、
樹脂に混入配合されているが、それぞれやはり問題点が
ある。

（ｉ）樹脂ペレットまたは樹脂パウダーに必要量の炭素
短繊維を加え、高速回転ミキサーにより均一に分散させ
た後、加熱加圧下に混練しつつ、ロープ状に押出し成形
し、冷却後、３〜５ｍｍに切断して炭素短繊維と樹脂と
からなるペレットとする。

この場合には、高速回転ミキサー中で繊維切れを起こし
易く、また繊維に添着した収束剤が脱離することがある
。従って、この様なペレットを使用して得られた複合材
料の物性向上は、不十分となる。

（ｉ　ｉ）樹脂ペレットまたは樹脂パウダーに必要量の
炭素短繊維を加え、高速回転ミキサーにより均一に分散
させた後、加熱加圧下に混練しつつ、ロープ状に押出し
成形し、３〜５ｍｍに切断し、冷却し、乾燥して、炭素
短繊維と樹脂とからなるペレットとする。

この場合にも、高速回転ミキサーを使用するので、上記
（ｉ）と同様な問題が生じる。

（ｉ　ｉ　ｉ）一定世の樹脂ペレットまたは樹脂パウダ
ーと炭素短繊維とを連続的に押出し成形機に投入し、加
熱加圧下に混練しつつ、ロープ状に成形し、冷却後、３
〜５ｍｍ程度に切断して、ペレットとする。

いずれの場合にも、樹脂と炭素繊維を加熱加圧下に混練
し、ペレット化することが必要である。

炭素繊維についての上記の問題点は、一部を除いて、ガ
ラス繊維およびアラミド繊維についても、該当する。

問題点を解決するための手段本発明者は、上記の如き従来技術の問題点に鑑みて種々
研究を重ねた結果、炭素繊維、収束剤、ウィスカー、着
色剤およびマトリックス樹脂からなる塊状着色樹脂組成
物を湿潤状態で作製する場合には、従来技術の問題点を
大巾に軽減若しくは実質的に解消し得ることを見出した
。さらに、この際に使用する溶液乃至分散液に有色添加
成分を併せて含有させておく場合には、複合材料に対す
る均−且つ鮮明な着色が容易に行われることを見出した
。

すなわち、本発明は、下記の組成物およびその製造方法
を提供するものである。

■（イ）炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維から
なる群から選ばれた少なくとも一種の繊維１００重量部
、（ロ）収束剤としてのエポキシ樹脂、フェノール樹脂
、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂および不飽和ポリエス
テル樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種の樹脂
０．５〜１０重量部、（ハ）マトリックス樹脂６０〜１
０００重量部、（ニ）ウィスカーおよび（ホ）着色剤か
らなる繊維含有塊状着色樹脂組成物。

■粒状の炭素材料をさらに含有する上記第１項に記載の
繊維含有塊状着色樹脂組成物。

■（イ）炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維から
なる群から選ばれた少なくとも一種の繊維に、（ロ）収
束剤としてのエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ウレタン樹脂および不飽和ポリエステル樹脂か
らなる群から選ばれた少なくとも一種の樹脂、（ニ）ウ
ィスカーおよび（ホ）着色剤を含む液を付与し、この付
与と同時に又は付与の後に（ハ）マトリックス樹脂を混
合し、湿潤状態で切断又は分断して塊状とした後、乾燥
することを特徴とする繊維含有塊状着色樹脂組成物の製
造方法。

本発明で使用する炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド
繊維類は、形状、原料などに特に制限はない。例えば、
炭素繊維の場合、長繊維、トウ状繊維、マット状繊維の
いずれであっても良く、また、その原料としても、石炭
系、石油系、有機繊維系の如何を問わない。

本発明で使用する収束剤としては、エポキシ樹脂、フェ
ノール樹脂、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂および不飽
和ポリエステル樹脂などが、溶液、分散液などの形態で
使用される。これら収束剤の溶液、分散液などの液中の
濃度は、特に限定されないが、通常１〜１０重量％程度
である。また、収束剤は、２種以上を併用することも差
し支えない。なお、本発明において、収束剤とは、繊維
を集合させ、その集合した状態を保持する機能を有する
ものをいう。

上記樹脂の溶媒ないし液媒としても、特に限定されず、
水、トルエン、エタノール、メチルエチルケトンなどが
例示される。これらの溶媒ないし液媒は、使用する収束
剤の種類に応じて適宜選択すれば良い。

本発明において使用するウィスカーとしては、チタン酸
カリウムウィスカー、酸化アルミニウムウィスカーなど
の白色系ウィスカーが、補強効果及びマスキング効果の
点から、好ましい。マスキング効果のみを達成する場合
には、二酸化チタンの様な粉状体を使用してもよい。

本発明で使用する着色剤としては、例えば、酸化チタン
、カドミウムレッド、カドミウムイエロー、コバルトブ
ルー、ペリノン系顔料（赤色）などが例示される。

本発明において使用するマトリックス樹脂としては、ポ
リアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ
アセタール樹脂、ポリプロピレン樹脂などの常温で固体
のものがあげられる。なお、本発明において、マトリッ
クス樹脂とは、本発明に係る塊状着色樹脂組成物を用い
て炭素繊維強化樹脂（ＣＦ　ＲＰ）を製造する場合に、
ＣＦＲＰのマトリックスとなり得るものをいう。

本発明においては、摺動性、導電性などの機能を付与す
るために、メソカーボンマイクロビーズ、カーボンブラ
ックなどの粒状の炭素材料を配合することができる。

本発明組成物においては、収束剤は、炭素繊維などの繊
維類１００重量部に対し、通常０６５〜１０重口部、好
ましくは、１〜８重全部とする。

収束剤の量が少なすぎる場合には、繊維の保型性が不十
分となるのに対し、収束剤の量が過剰となる場合には、
繊維による補強硬化を阻害する。

また、本発明においては、複合材料の物性改善および色
の発色性の改善のために、ウィスカーを併用するが、そ
の使用量は、繊維の種類、着色度合、使用する着色材の
性質等によって変り、一義的に規定することは、出来ず
、使用目的に応じて、定められる。例えば、チタン酸カ
リウムウィスカーを配合すると、黒色の炭素繊維を用い
る場合にも、複合材料の機械的強度を改善し、且つ奇麗
な色を付けることができる。この場合の使用量は、炭素
繊維１００重全部に対し、２０〜１００重量部程度と景
品ことが好ましい。

着色剤の量は、少なすぎる場合には、着色が不充分とな
るのに対し、過剰となると、複合材料の物性を低下させ
る場合がある。着色剤の使用量も、前述のウィスカーの
場合と同様に目的に応じて定められるものである。一般
に、着色剤の使用量は、同じ着色剤を用いて同一の色を
出す場合でも、使用するウィスカーのマスキング効果の
程度により、変る。−例を挙げれば、繊維として炭素繊
維を、ウィスカーとしてチタン酸カリウムを使用する場
合の着色剤としてカドミウムイエローの使用量は、炭素
繊維１００重量部に対し、２〜３０重ｉ部程度である。

本発明の粒状炭素材料の使用量は、目的に応じて大巾に
変るが、炭素繊維１００重量部に対し、通常３０〜９０
０重量部程度の景品内にある。炭素繊維複合材料として
の導電性を付与する場合には、均一に分散させるために
、炭素繊維１００重量部に対し、粒状炭素材料３０重量
部程度を下限とすることが望ましい。また、逆に、粉体
が効果を発揮する摺動材としての特性を確保するために
は、炭素繊維１００重量部に対し、粒状炭素材料を９０
０重量部程度まで使用することも可能である。

本発明方法は、以下の様にして実施される。まず、着色
剤およびウィスカーを含む収束剤の溶液、分散液などに
炭素繊維などの繊維を浸漬するか、該繊維に着色剤およ
びウィスカーを含む収束剤の溶液、分散液などを噴霧す
るなどの任意の手段により、繊維に着色剤、ウィスカー
および収束剤を付与する。次いで、乾燥機、ローラー、
遠心分離機などの任意の手段で過剰の液を除去した後、
マトリックス樹脂ともにミキサー、イクストルーダーな
どにより、混合押出しし、湿潤状態で、混合物を所定の
大きさ（例えば、直径４ｍｍＸ長さ５ｍｍ）に切断また
は分断する。切断または分断された塊状物は、収束剤が
存在しているため、その形態を保持する。これを乾燥す
る場合には、その取扱はより一層容易となる。上記の過
剰の液の除去は、乾燥機により行なうことが、最も好ま
しい。それ以外の手段により液の除去を行なう場合には
、例えば着色材のみが除去されたりして、組成が変動若
しくは不均一となることがあるので、注意する必要があ
る。

本発明における着色剤、ウィスカーおよびマトリックス
樹脂の混合は、上記の順序に限定されるものではない。

例えば、液中にマトリックス樹脂を予め加えておくこと
も、可能である。しかしながら、上記の順序で混合する
場合に、最も均一に混合を行なうことができるので、好
ましい。

また、粒状炭素材料の混合順序についても、限定される
ものではないが、均一な混合を行ない且つ作業中の粉塵
発生を防止するためには、収束剤の液中に混入すること
が好ましい。

混合物から塊状組成物を製造する工程は、ミンチ・ミキ
サーに類似するミキシング・イクストルーダーにより行
うと、圧縮と同時に繊維の切断も行われ、豆粒大の塊状
体が直接得られるので、好都合である。

発明の効果本発明の繊維含有塊状着色組成物は、着色剤及びマトリ
ックス樹脂を含むので、マトリックス樹脂を改めて加え
ることなく、直接成形することにより、所望の色の繊維
強化樹脂が得られる。勿論、成形に先立って、マトリッ
クス樹脂、着色剤などをさらに加えて、成形品中の組成
を変更することも可能である。

しかも、着色剤混入による性能の低下をウィスカーの配
合により補いつつ、ウィスカーがマスキング効果を発揮
するので、炭素繊維を使用する場合にも、均一な奇麗に
着色された繊維強化樹脂が得られる。

また、本発明の繊維含有着色塊状樹脂組成物は、湿潤状
態で製造されるので、製造時の浮遊粉塵の発生による作
業環境の悪化、付着粉塵による漏電や感電（炭素繊維の
場合）などが防止される。これを用いて成形を行なう場
合にも、粉塵は、発生しない。

さらに、成形メーカーは、本発明組成物を使用すること
により、繊維、着色剤、ウィスカーおよびマトリックス
樹脂を個別に揃えておく必要はなく、またこれらを混合
するための装置類も、必要としないで、着色された繊維
強化樹脂成形品を製造することができるので、その経済
的効果は、極めて大きい。

また、本発明組成物を使用する場合には、繊維が組成物
に均一に包含された状態で成形機に供給されるので、繊
維がマトリックス樹脂中に均一に分散した安定した品質
の成形品が得られ、繊維強化樹脂でしばしば問題となる
繊維のブロック化現象は防止される。

実施例以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところをより
一層明らかにする。

以下において、“部″および“％とあるのは、それぞれ
“重量部”および“重量％”を表す。

実施例１水溶性エポキシ樹脂の５０％水溶液９ｇに水２８０ｇを
加え、さらにチタン酸カリウムウィスカー２５ｇとペリ
ノン系顔料（赤色）２．５ｇを加えて、収束剤液を調製
した。次いで、マット状のピッチ系炭素繊維７５ｇに該
収束剤液を含浸させた後、６−ナイロン粉（平均粒径１
００μｍ）１５０ｇを均一に混ぜ合わせ、８０℃で熱風
予備乾燥して湿潤状態を調整し、ミキサー・イクストル
ーダーに入れ、直径４ｍｍのストランドに押出した後、
長さ５ｍｍに分断し、１５０℃で２時間乾燥した。

得られた繊維含有塊状赤色樹脂組成物の重量は、２４９
ｇであった。

実施例２水溶性エポキシ樹脂の５０％水溶液９ｇ：にエポキシ樹
脂硬化剤２ｇおよび水２８０ｇを加えて攪拌し、さらに
チタン酸カリウムウィスカー２５ｇとカドミウムイエロ
ー５ｇを加えて、収束剤液を調製した。次いで、マット
状のピッチ系炭素繊維７５ｇに該収束剤液を含浸させた
後、６−ナイロン粉（平均粒径１００μｍ）１５０ｇを
均一に混ぜ合わせ、８０℃で熱風予備乾燥して湿潤状態
を調整し、ミキサー・イクストルーダーに入れ、直径４
ｍｍのストランドに押出した後、長さ５ｍｍに分断し、
１２０℃で２．５時間乾燥した。

得られた繊維含有塊状黄色樹脂組成物の重量は、２５１
ｇであった。

実施例３有色添加成分としてコバルトブルーを使用する以外は実
施例１と同様にして、繊維含有塊状青色樹脂組成物２５
０ｇを得た。

実施例４繊維材料としてマット状のピッチ系炭素繊維とマット状
のガラス繊維との等量混合物を使用する以外は実施例１
と同様にして、赤色塊状の炭素繊維−ガラス繊維−エポ
キシ樹脂組成物を得た。

実施例５水溶性エポキシ樹脂の５０％水溶液９ｇに水２８０ｇを
加え、さらにチタン酸カリウムウィスカー２５ｇ１メソ
カーボンマイクロビーズ２５ｇおよびペリノン系顔料（
赤色）２．５ｇを加えて、収束剤液を調製した。次いで
、マット状のピッチ系炭素繊維７５ｇに該収束剤液を含
浸させた後、６−ナイロン粉（平均粒径１００μｍ）１
５０ｇを均一に混ぜ合わせ、８０℃で熱風予備乾燥して
湿潤状態を調整し、ミキサー・イクストルーダーに入れ
、直径４ｍｍのストランドに押出した後、長さ５ｍｍに
分断し、１５０℃で２時間乾燥した。

得られた繊維含有塊状赤色樹脂組成物の重量は、２７３
ｇであった。

実施例６水溶性エポキシ樹脂の５０％水溶液９ｇにエポキシ樹脂
硬化剤２ｇおよび水２８０ｇを加えて攪拌し、さらにチ
タン酸カリウムウィスカー２５ｇ１カーボンフラツク２
５ｇおよびカドミウムイエロー５ｇを加えて、収束剤液
を調製した。次いで、マット状のピ・ツチ系炭素繊維７
５ｇに該収束剤液を含浸させた後、６−ナイロン粉（平
均粒径１００μｍ）１５０ｇを均一に混ぜ合わせ、ロー
ラーで湿潤状態を調整し、ミキサー・イクストルーダー
に入れ、直径４ｍｍのストランドに押出した後、長さ５
ｍｍに分断し、１２０℃で２．５時間乾燥した。

得られた繊維含有塊状黄色樹脂組成物の重量は、２５６
ｇであった。

実施例７有色添加成分としてコバルトブルーを使用する以外は実
施例５と同様にして、繊維含有塊状青色樹脂組成物２７
５ｇを得た。

実施例８繊維材料としてマット状のピッチ系炭素長繊維とマット
状のガラス繊維との等粗混合物を使用する以外は実施例
５と同様にして、赤色塊状の炭素繊維−ガラス繊維−エ
ポキシ樹脂組成物を得た。

（以上）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（イ）炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維
からなる群から選ばれた少なくとも一種の繊維１００重
量部、（ロ）収束剤としてのエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂および不飽和ポリエステ
ル樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種の樹脂０
．５〜１０重量部、（ハ）マトリックス樹脂６０〜１０００重量部、（ニ）ウィスカーおよび（ホ）着色剤からなる繊維含有塊状着色樹脂組成物。
（２）粒状の炭素材料をさらに含有する第１請求項に記
載の繊維含有塊状着色樹脂組成物。
（３）（イ）炭素繊維、ガラス繊維およびアラミド繊維
からなる群から選ばれた少なくとも一種の繊維に、（ロ）収束剤としてのエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂および不飽和ポリエステ
ル樹脂からなる群から選ばれた少なくとも一種の樹脂、（ニ）ウィスカーおよび（ホ）着色剤を含む液を付与し、この付与と同時に又は
付与の後に（ハ）マトリックス樹脂を混合し、湿潤状態で切断又は
分断して塊状とした後、乾燥することを特徴とする繊維
含有塊状着色樹脂組成物の製造方法。