JPH075766B2 - 炭素繊維強化熱硬化性樹脂の製造法 - Google Patents

炭素繊維強化熱硬化性樹脂の製造法

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JPH075766B2
JPH075766B2 JP61104965A JP10496586A JPH075766B2 JP H075766 B2 JPH075766 B2 JP H075766B2 JP 61104965 A JP61104965 A JP 61104965A JP 10496586 A JP10496586 A JP 10496586A JP H075766 B2 JPH075766 B2 JP H075766B2
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啓八郎 田中
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Osaka Gas Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭素繊維で補強された樹脂の製造法に関するも
のである。
軽量にして耐熱性、耐薬品性があり、機械物性が良好な
炭素繊維により、熱硬化性樹脂を補強する研究は盛んに
行なわれており、既に航空機など飛行体の一次、二次構
造材の一部に、またテニスラケツト、釣等、ゴルフシヤ
フト等のスポーツ用品の部材として実用化されている。
一方、炭素繊維を安価な原料から製造する研究も盛んと
なり、特に近年、石油あるいは石炭系のタールピツチよ
り高強度・高弾性の高性能炭素繊維を製造する研究、あ
るいは、それ程の性能でなくとも経済的で汎用性のある
汎用型炭素繊維を製造する研究が行なわれている。
ピツチから得られる炭素繊維は、紡糸用ピツチの物性
(等方性、異方性)、溶媒紡糸の方法及びピツチ繊維の
炭化温度により、種々の物性になるが、特に溶媒紡糸の
方法によつて炭素繊維の形態が決つてくるのである。
一般にピツチの溶融繊維化方法には3種類ある。その1
つは、ポリエステル繊維やポリプロピレン繊維のような
溶融紡糸と同様な方法であるが、エクストルーダーで溶
融体を多数孔のノズルに押出し、これをワインダーでド
ラフトをかけ細糸として連続的に巻取る「連続紡糸法」
である。この方法で製造された炭素繊維は長いフイラメ
ントの形態を取る。さらに1つは、孔をうがつた高速回
転体へ溶融ピツチをフイードし、遠心力で細糸へと繊維
化するいわゆる「遠心繊維化法」である。この方法で製
造された炭素繊維は連続的に巻取れないので長さに限界
があり、比較的長い綿状の形態を取る。
さらに1つの方法は、ノズルへ溶融ピツチをフイードす
ると同時に周辺から渦流気体を吹付け、随伴させて繊維
化するいわゆる「渦流繊維化法」である(例えば特公昭
58-57374号参照)。この方法で製造された炭素繊維も連
続的に巻取れないので長さに限界があり、やはり綿状の
形態を取る。
遠心繊維化法と渦流繊維化法は短かい炭素繊維しか製造
できないが、繊維化工程が経済的であるから、汎用型炭
素繊維の製造に適している。
両方法のうち、渦流繊維化法ではより細い糸へ繊維化で
き、かつ繊維化装置も安価である利点はあるものの、よ
り短かいピツチ繊維しかできない欠点がある。
さらに、渦流法で得た繊維は、その方法の特性からベル
トコンベア上に堆積し連続的に不融化次いで炭化し、嵩
高いマツト状で炭素繊維へ製造される本法が最も技術的
にも経済的にも有利である。しかし、遠心繊維化法と比
較すると、より短かい繊維しか紡糸できないので、遠心
繊維化法からなる炭素繊維のように紡いで一本のトウと
なし、切断してチヨツプにしたり、ブレードを編んだり
する炭化後工程が技術的に困難である。従つて、通常繊
維強化熱可塑樹脂に使われるような炭素繊維のチヨツプ
を取得するのは困難である。
本発明者らは、渦流繊維化法の優位性に着目しつつ綿状
炭素繊維を後加工することなく利用できる方法について
鋭意検討した結果、本発明に到達した。すなわち、本発
明は、例えば特公昭58-57374号公報に記載された方法
(粘稠状態にあるピツチを流出オリフイスから流出さ
せ、前記オリフイスの周りに周方向に間隔を置いて配置
した少なくとも3本の気体噴出ノズルから直線状に高速
気体流を吹き出させ、ここにおいて前記気体流の各々は
前記物質の中心軸線を横断する断面の外周に沿う接線方
向の成分と前記物質の流出方向に向つて先ず前記物質の
中心軸線に徐々に接近し次に前記中心軸線から徐々に離
れてゆく成分とを有しており、それにより前記粘稠状態
にあるピツチの流出流れが中心軸線の周りに自転しなが
ら徐々に細まり、繊維状にされ、渦巻状に飛び出され、
引き伸ばされて繊維化される、いわゆる渦流繊維化法)
にとつて繊維化され堆積されたピツチ繊維を不融化、炭
化して成る密度が0.008〜0.08g/cm3の嵩高い炭素繊維マ
ツトに熱硬化性樹脂を含浸させてシート状になし、次い
で成型加工することを特徴とする炭素繊維強化熱硬化性
樹脂の製造法を提供する。尚、該渦流法では、熱ガス流
として高圧空気、高圧水蒸気、ガス燃焼廃ガスなどの用
いられる。
渦流法で繊維化したピツチ繊維は通常長さ5mm〜50cm、
直径4〜20μmであり、例えばメツシユベルトコンベア
上に堆積させる。堆積密度や量はコンベアの速度と繊維
化の速度を変えコントロールできる。続けて不融化及び
炭化するために堆積密度は空気や窒素ガスが十分流通す
るように嵩高い堆積体である必要がある。一方、炉の効
率を考えれば密度が高い方が好ましいので、炭素繊維マ
ツトは密度で0.008〜0.08g/cm3が好ましい。この嵩高い
炭素繊維マツトは、炭化後に場合によつては表面処理さ
らにはサイジング処理される。かかるマツトは一般には
ロール状に巻いて保存されるか、あるいは、炭化炉から
連続的に含浸機へフイードし、場合によつては連続的に
乾燥して、シートとして巻取り保存する。本発明におけ
る炭素繊維マツトは、平面的に二次元的に堆積している
ので、マツト平面の垂直方向から圧縮しても糸の折れ損
傷が少なく、1/15位までも圧縮が可能である。圧縮はマ
ツトに樹脂を含浸する前でも後でも良いが、糸の損失が
なく圧縮操作がより容易になる樹脂を含浸させたシート
状体を圧縮する含浸後圧縮の方が好ましい。圧縮操作は
加圧ロールが好ましい。
本発明のマツトに樹脂を含浸する工程は、マツトが十分
な破断強度を有する場合には、フイードロール、絞りロ
ール、乾燥機、含浸浴、巻取りロールなどを備えた含浸
装置で連続的におこなえる。破断強度が不足の場合に
は、プラスチツク等のキヤリアーフイルムにのせて同様
な装置で行なえる。また、含浸の方法も、溶液中に浸す
方法の他に、必要量を上からスプレーする方法、キスリ
ングロールから付着させる方法等がある。
本発明でいう熱硬化性樹脂とは、架橋剤の存在下又は不
存在下に加熱して自己支持性のある固体となる樹脂であ
ればいずれでも良いが、一般に、エポキシ樹脂、ポリエ
ステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フエノール樹脂、ポ
リイミド樹脂あるいはこれらの混合物がある。この樹脂
の中に、架橋剤、粘度調節剤、あるいは炭素繊維以外の
補強材を配合できる。これら熱硬化性樹脂は、そのまゝ
でも、溶剤溶液としてでも、かかる炭素繊維マツトに付
着できる。一般に、樹脂の付着したシート状体は、半硬
化状態(Bステージ)で保存し、成型時にシートを切り
出して、もちろんシートは何枚も重ねて加工する。尚、
熱硬化性樹脂と炭素繊維との配合割合は、炭素繊維が0.
5〜60重量%となるように配合されるのが好ましい。
本発明でいう炭素繊維は、石油系、石炭系を問わず、ま
た等方性、異方性を問わず、ピツチを原料として得られ
る。炭化温度は800℃〜2800℃と変えられ、その結果、
炭素繊維も黒鉛化繊維も本発明には有用である。
本発明のシート状体は、加圧成型、ハンドレイアツプ、
ワインデイング等の成型法で必要とする成型体となる。
成型体中で炭素繊維は機械物性の強化材となるが、本発
明のマツトは無定型であるから、クロスプリプレグ、一
方向プリプレグのように一定方向の強化というよりも、
シートモールデイングコンパウンドのように平面上の全
方向の強化に有効である。
また、本発明は成型体の電気電導度や、摺動特性を上げ
ることもできる。特に、チヨツプやミルド炭素繊維にく
らべて長い繊維のまゝ存在するから電気電導効果が顕著
であり、電磁遮弊材として利用できる。
次に、本発明を実施例によつて具体的に説明する。部は
重量部を意味する。
実施例1 コールタールピツチを調節して得た等方性ピツチを特公
昭58-57374号の方法(高圧空気使用)で渦流繊維化した
後、ベルトコンベア上で堆積して連続的に不融化、次い
で1000℃で炭化し、高さ42mm、幅300mmの嵩高いマツト
を得た。密度は0.02g/cm3、炭素繊維長は80mmが中心で
最長120mm、最短50mm、炭素繊維の糸径は7〜9μmで
あつた。また、糸の引張強度は80kg/mm2、引張弾性率は
4Ton/mm2であつた。
このマツトを300(縦)×300(横)×42(高さ)mmに切
り、エポキシ樹脂(エピクロン850:大日本インキ)100
部、無水メチルナジツク酸90部、クロルフエニル化尿素
4部及びアセトン146部から成る樹脂溶液をこれに含浸
後、1/5に絞つた。一日風転後、110℃×8分乾燥して、
ペーパー様のシートを得た。このシートを20kg/mm2圧で
150℃で60分加圧成型して、約2m/mの板にした。炭素繊
維の含有率は、約20重量%であつた。JIS−K−6911に
よる本成型板の曲げ強度は、15.8kg/mm2であつた。
実施例2 実施例1の嵩高い炭素繊維マツトを、縦300mm、横300m
m、高さ42mmに切り、これに、 エポキシ樹脂〔エピクロン850(大日本インキ)〕100部 無水ナジツク酸 90部 クロルフエニル尿素 4部 アセトン 129部 から成る樹脂溶液を含浸後、1/15に絞つた。一日風乾
後、110℃×8分乾燥してシートを得た。このシートを2
0kg/mm2圧で150℃で60分加圧成型して、約2m/mの板にし
た。炭素繊維の含有率は約60重量%であつた。JIS−K
−6911による本成型板の曲げ強度は、28.2kg/mm2であつ
た。
実施例3 実施例1のマツトを、縦300mm、横300mm、高さ42mmに切
り、これに、 ビニルエステル樹脂〔デイツクライト5210(大日本イン
キ)〕 100部 ジイソシアネート〔ミリオネートMR400(日本ポリウレ
タン)〕 10部 触媒(ベンゾイルパーオキサイド) 1部 アセトン 17部 から成る樹脂溶液を含浸後、1/15に絞つた。一日風乾
後、110℃×8分乾燥してシートを得た。80kg/mm2圧で1
30℃×10分加圧成型して、約2m/mの板にした。炭素繊維
の含有率は、約40重量%であつた。JIS−K−6911によ
る本成型板の曲げ強度は、18.2kg/mm2であつた。
実施例4 実施例1のマツトを縦300mm、横300mm、高さ42mmに切
り、これに、 フエノール樹脂〔プライオーフエン5900(大日本イン
キ)〕 100部 アセトン 20部 から成る樹脂溶液を含浸し、一日風乾後、110℃×10分
乾燥してペーパー状のシートを得た。このシートを20kg
/mm2圧で150℃で60分間加圧成型して、約2m/mの板にし
た。炭素繊維の含有率は、約35重量%であつた。JIS−
K−6911による本成型品の曲げ強度は、28.2kg/mm2であ
つた。
実施例5 コールタールピツチを調整して得た異方性ピツチを実施
例1と同様にして渦流繊維化した後、ベルトコンベア上
に堆積し、連続的に不融化、続いて1300℃に炭化し、高
さ40mm、幅300mmの嵩高いマツトを得た。比重は0.03g/c
m3、炭素繊維長は40mmが中心で最長60mm、最短20mm、炭
素繊維の糸径は7〜9μmであつた。糸の引張強度は22
0kg/mm2、引張弾性率は4Ton/mm2であつた。このマツト
を1/3へ加圧ロールで圧縮後、これに フエノール樹脂〔プライオーフエン5900(大日本イン
キ)〕 100部 アセトン 20部 から成る樹脂溶液を含浸後、さらに1/3に絞つた。一日
風乾後、110℃×12分乾燥してペーパー状のシートを得
た。このシートを20kg/cm2圧で150℃で60分間加圧成型
して、約2m/mの板にした。炭素繊維の含有率は、約40重
量%であつた。JIS−K−6911による本成型品の曲げ強
度は、28.2kg/mm2であつた。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 D01F 9/14 7199−3B D04H 1/42 E 7199−3B 1/58 Z 7199−3B // B29C 70/10 (72)発明者 松村 雄次 兵庫県西宮市六軒町2−17−611 (72)発明者 田中 啓八郎 兵庫県伊丹市春日丘4−32−11

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粘稠状態にあるピツチを流出オリフイスか
    ら流出させ、前記オリフイスの周りに周方向に間隔を置
    いて配置した少なくとも3本の気体噴出ノズルから直線
    状に高速熱気体流を吹き出させ、ここにおいて前記気体
    流の各々は前記ピツチの中心軸線を横断する断面の外周
    に沿う接線方向の成分と前記ピツチの流出方向に向つて
    先ず前記ピツチの中心軸線に徐々に接近し次に前記中心
    軸線から徐々に離れてゆく成分とを有しており、それに
    より前記粘稠状態にあるピツチの流出流れが中心軸線の
    周りに自転しながら徐々に細まり、繊維状にされ、渦巻
    状に飛び出され、引き伸ばされて繊維化される、いわゆ
    る渦流法で繊維化され堆積されたピツチ繊維を不融化、
    炭化して成る密度が0.008〜0.08g/cm3の嵩高い炭素繊維
    マツトに、熱硬化性樹脂を含浸させてシート状になし、
    次いで成型加工することを特徴とする炭素繊維強化熱硬
    化性樹脂の製造法。
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CN102643515B (zh) * 2012-04-25 2016-04-13 绵阳中物能源科技有限公司 一种低电阻率复合导电板及其制备方法
EP4067035A4 (en) * 2019-11-25 2023-12-20 DIC Corporation METHOD FOR PRODUCING A PLAIN MOLDING COMPOUND AND MOLDED BODY
CN114804908B (zh) * 2022-05-27 2022-12-09 诸暨市幄肯中智新材料有限公司 一种短切碳纤维/碳热场材料及其制备方法

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