JPS58126375A - 炭素繊維及びその樹脂組成物 - Google Patents

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】 本発明は、熱可塑性樹脂との複合材料に用いることがで
きる炭素繊維及びその樹脂組成物に関し、その目的とす
るところは、熱可塑性樹脂をマトリックスとする炭素Ｕ
＆維強化樹脂の機械特性、特に耐衝撃強度を向上させる
とともに、繊維の集束性を高めて樹脂との混合時の作業
性を改善した熱可塑性樹脂強化用炭素繊維及びぞの樹脂
組成物を提供することである。

近年、熱可塑性樹脂を炭素繊維で強化した高性能のエン
ジニアリング樹脂材料が注目され、その需要が急激に増
加している。しかし、炭素繊維は表面に活性基をもたず
本質的に不活性であって、熱可塑性樹脂どの接着性が悪
く、炭素繊維をそのまま熱可塑性樹脂と混合【ノたもの
は、マトリックス樹脂単体と比べて機械時ゼ１が向上す
るものの、向上の程度が不十分で炭素繊維の特性が十分
有効に利用されているとはいえない。

炭素繊維と熱可塑性樹脂との接着性の悪さは、強化樹脂
の特に耐衝撃強度に著しい悪影響をノブえている。

炭素！１ｉ維と熱可塑性樹脂を混合するには、適当な長
さく例えば１０〜３１１１１１＋　）に切断した繊維を
樹脂ベレット或いは樹脂パウダーととしに押出機で溶融
混練するのが一般的である。この際繊維に高い集束性が
付与されていないと、繊維は樹脂どの摩擦力によって開
繊して綿状になり、押出機ホッパー内で）ツぎ−１って
樹脂のみが供給されるようになり、均一な樹脂組成物を
定常的に得るのが回動どなる。

かかる困難を避けるためには、当然のことながら繊維に
高い集束性を伺与することが必要であり、また間繊防１
１−の見地から繊維長をｌ＋ｍ以下の、いわゆるミルド
ファイバーにすることが考えられる。

繊維の集束性を高めるため炭素繊維をマトリックス樹脂
と同じ熱可塑性樹脂で被覆処理することが行われ、この
場合一般にマトリックス樹脂は溶剤にとかして使用され
る。そしてこの際の溶剤としては、例えばポリアミド樹
脂に対するギ酸、フェノール等とか、又はポリカーボネ
ート、ポリリールホン、ポリエーテルサルホンの各樹脂
に対する塩素系溶剤とかの、処理工程において環境を悪
化させる溶剤が使用されることが多（、また、熱可塑性
樹脂で無害な溶剤にとけるものも少く、これらを考える
と、集束１（１を昌めるのに溶剤を使用する方法は好ま
しいｂのではない。また、［１１繊し易ざを防ぐため、
前記のような炭素繊維を１ｍｍ以下のミルドファイバー
にする方法は、ミルドファイバーが混練ＩＩＪｔスクリ
ュー内でさらに短繊維化し、最終成形物中の繊維長が０
．Ｉｎ＋ｍ以下になるＩこめ、成形物の各種特性の向上
に寄与せず、したがって高強度、高弾性の成形物を得る
目的には適合しない。

炭素繊維は、一般にエポキシ樹脂をマトリックス樹脂と
する複合月利に使用され、この場合、繊維は未硬化エポ
キシ樹脂で１ノ−イジング処理され、そのまま切断して
熱可塑性樹脂の強化月として使用される。このような未
硬化エポキシ樹脂でサイジング処理された炭素繊維は、
乾燥等のために加熱された樹脂とポツパー内で接触した
ときエポキシ樹脂の軟化により繊維を開繊し易くし、定
常運転を困難にづる場合が多い。

本発明者らは、これらの問題点を改良リーベく種々検討
した結果、特定量のポリウレタン樹脂で炭素繊維を被覆
処理することにより、炭素繊組と熱可塑性樹脂との接着
性を高めて成形物の特性を向」−させ、さらに繊維の集
束性を高めて繊維と樹脂との聞合時の作業性を向にざぜ
うることを児出し、本発明に至った。

すなわち、本発明は、０．３〜１０重量％のポリウレタ
ン樹脂で被覆処理された炭素繊維である。

ざらに本発明は、前記炭素４Ｍ紐の３〜６０重量％と、
熱可塑性樹脂９７へ、４（）重量％とからなる炭素ｗＸ
ｎ強化熱可塑性樹脂組成物であり、そして熱可塑性樹脂
として特にポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、又
は熱可塑性飽和ポリエステル樹脂が選択された前記樹脂
組成物である。

本発明の炭素Ｕ＆維は、集束性に優れているので、樹脂
との混合時に押出機のホッパーから円滑に供給されて均
一な樹脂組成物を与え、しかも特にポリカーボネート樹
脂、ポリアミド樹脂、熱可塑性飽和ポリエステル樹脂と
の接着性を高めて成形物に優れた特性、特に耐衝撃強度
を与えることができる。

５一 本発明において原Ｆ１として用いらねる炭素繊ｆ４Ｊは
、通常知られているポリアクリル系、レー円ン系、ピッ
チ系のものぐあり、炭素質又は黒ｉ＋＋質のいずれでも
よい。また、本発明におりる炭素繊維は、一般使用の場
合と同様表面が酸化処理されたものが好適である。

本発明で用いられるポリウレタン樹脂は、１．６−ヘキ
サンジイツシアネー１−１４．４′″　−シフＪニルメ
タンジイソシアネート、４．４′−ジシクロヘキシルメ
タンジーイソシアネ−１へ、トリレンジイソシ７ネー１
〜、イソホロンジイソシアネート等のイソシアネート類
（Ａ）とブチレングリコール、ブチレングリコール、１
．６−ヘキサンジオール、ビスヒドロキシエトキシベン
ピン等のグリコール類、ポリエチレンアジペート、ポリ
カプロラクトン、ポリ（ベキ１ノメヂレンアジペ−１・
）等のポリエステルジオール類又はポリオキシテトラメ
チレングリコール等のポリ１−チルジオール類などのジ
オール類（Ｂ）どの反応テ得うレルトコロノ０．９５≦
Ｎ　Ｇ　Ｏ／　ＯＩ−１５６− １．０のいわゆる完全熱可塑タイプの線状ポリウレタン
樹脂である。

Ｎ　ＣＯ／　Ｏｌ−１＞　　１の、いわゆる不完全熱可
塑タイプのポリウレタン樹脂は、サイジング処理時に架
橋反応を起し易く、この結果、炭素繊維の集束性の過多
をＩＣき、熱可塑性樹脂特にポリアミド樹脂のような溶
融粘度の低い樹脂どの混合時に分散不良を起すので好ま
しくない。

本発明の炭素ｍ帷は０，３〜１０重量％のポリウレタン
樹脂で被覆処理されたものである。ここにポリウレタン
樹脂のリーイジング量が０．３重間％未満では、繊維の
集束性が悪く、繊維と樹脂との接着性向上の程度も低く
、逆に１０重量％を越えると集束性が強過て分散が不良
となり強度が低下する。

炭素繊維にポリウレタン樹脂を被覆処理するには、ポリ
ウレタン樹脂を適当な溶剤にとかした溶液又はこれを水
に分散させた液に繊維を浸漬し、次いで加熱して脱溶剤
する。

本発明にかかる炭素繊維は、例えば具体的には次のよう
にして製造される。適当なフィラメント数を有する実質
的に連続した炭素繊維を、メヂルエヂルケトンに０．５
〜５重量％とかしたポリウレタン樹脂溶液に連続的に浸
漬し、次いで８０℃の熱風乾燥炉に通して脱溶剤し、そ
の後カッターで適当な艮ざに切断することによって得ら
れる。

炭素ｍ緒を熱可塑性樹脂に混合する場合、繊維の長さは
特に限定がないが、作業性の点から０．３〜１０ｍＩＩ
ｌ特に３〜６ｍｍが好ましい。

ざらに、本発明は、０．３〜１０重量％のポリウレタン
樹脂で被覆処理された前記炭素繊維の３〜６０重社％及
び熱可塑性樹脂９７〜４０重伍％／〕日うなる炭素繊維
強化熱可塑性樹脂組成物である。

ここに、炭素繊維を混合しうる熱可塑性樹脂としては、
一般に市販されているポリカーボネー１へ樹脂、ポリア
ミド樹脂、熱可塑性飽和ポリエステル樹脂、（例えばポ
リブチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタ
レート樹脂）ポリアレタール樹脂、ポリザルホン樹脂、
ポリエーテルηルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイ
ド樹脂、スヂレン系樹脂、Ａレフイン系樹脂、塩化ビニ
ル樹脂のような一般成形用樹脂を使用できるが、特に、
ポリカーボネー１へ樹脂、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポ
リエステル樹脂が、成形物の機械物性を顕著に向上させ
るので好適である。

ポリカーボネート樹脂は、芳香族ジヒドロキシ化合物と
カーボネート前駆体、例えばホスゲン、シフＪニルカー
ボネート等とから溶液法又は溶融法で製造される。この
場合芳香族ジヒドロキシ化合物としては、２．２−ビス
（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（一般名ビス゛）
ＩノールＡ）、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン
、１．１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキ
サン、２．２−ビス（４−ヒドロキシ−３−メチルフェ
ニル）プロパン、２．２−ビス〈３．５−ジブロモ−４
−ヒドロキシフェニル）プロパン、２．２−ビス（３゜
５−ジメチル−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ビ
ス（４−ヒドロキシフェニル）サル９− ファイド、ビス（４−ヒドロキシフＩニル）スルホン等
が挙げられる。特に好ましいポリカーボネーｉ〜樹脂は
、２．２−ビス（４−ヒト【二１キシノｒニル）アルカ
ン系、とりわけビスフＩノール△を主成分とするポリカ
ーボネートである。平均分子量１５，０００〜ｉｏｏ、
ｏｏｏのものがりｆ適である。

また、ポリアミド樹脂としては、ナイロン０、ナイロン
６Ｇ、ナイロン１１、ナイロン１２、ノイロン６．１０
′８を、ざらに熱可塑性飽和ポリゴースアル樹脂として
は、ポリエチレンデレフタレーｈ、ポリブヂレンテレフ
タレ〜ト、又はこれらを主成分とする共重合ポリニスデ
ル等を挙げることができる。

本発明にかかる炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、前
記処理された炭素繊維を３〜６０重量％と熱可塑性樹脂
を９７〜４０重量％含むものである。

樹脂組成物中の炭素繊維含有率が、３重量％未満のとき
は強化材としての効果が小さく、６０重邑％を越えると
きは成形性が著しく悪化し、いずれにしても好ましくな
い。

１０− 以下、本発明を実施例によって一層詳細に説明するが、
本発明はこれにより限定されるものではない。

実施例１゜ 分子市数万のエステル型完全熱可塑性ポリウレタン樹脂
（大日本インキ化学工業ネ］製りリスボン６２１ＢＳ　
Ｌ　）をメチルエチルケトンに溶解してポリウレタン樹
脂溶液を作り、これにアクリル系高強度タイプの炭素繊
維ロービング（１２０００フイラメント〉を浸漬し、次
いで８０℃の熱風乾燥機で脱溶剤後、ロービングカッタ
ーで６＋ｎｍ長の炭素繊維ブヨツブトス１へランドを作
成した。

この際ポリウレタン樹脂溶液の潤度を調整し、サイジン
グ邑の異なる５種のチョツプドストランドを作成した。

これらの各チョツプドストランドを十分に乾燥した少イ
ロン６６樹脂ペレット〈宇部興産着装２０２０Ｂ〉又は
ポリカーボネート樹脂パウダー（今人化成ネｊ製パンラ
イ１〜Ｌ−１２５０ｐ　）にそれぞれ炭素繊維が３０重
指％になるように添加し、削　３Ｋｏをタンブラ−にて
トライブレンドした後、４ｎ＋ｍベント式押出機にて溶
ＦＪＡ！混練してス１ヘランド状に押出し、水冷後ペレ
ット状に切…ｉして成形月利を１ｑだ。この際押出機の
ポツパー内に残留した炭素繊維はこれを取出しイの小Ｉ
０を測定した。結果を表１に示す。

炭素繊維が残った系は定常運転が困ガ［なものである。

炭素繊維が残った系については、混合比を同じにｌ）で
再度ホッパーに投入した後プラスック製の棒を用いて強
制的に炭素繊維を押出機に供給した。

このようにして１９だ炭素繊維含有′＄３０重行１％の
成形材料を十分乾燥した後、射出成形機にて試験片を成
形し物性を測定した。結果を表２で示ず。

比較例１゜ リーイジング処理をしない（ノーサイズ）炭素繊維又は
エポキシ樹脂（シェル化学社製丁ピコート８２８）でリ
イジング処理をした炭素［１の各６ｍｍ艮のチョツプド
ストランドを実施例１と同様にぞれぞれブイロン６６樹
脂ペレツトと混合し押出機のホッパーに投入し押出した
。また、前記各チョツプドストランドをそれぞれポリカ
ーボネート樹脂パウダーと混合し同様にして押出した。

イの結果いずれの場合も大部分の炭素繊維がホッパー内
に残留し満足な成形材お１を得ることができなかった。

各残留炭素ｍ紐の重量を測定した。結果を表１に併記す
る。

また、実施例１と同様に再度混合比を同じにしく、プラ
スチック製の棒で強制的に炭素繊維を押出機に供給し成
形材料を得た。この成形材料を十分乾燥した後、射出成
形機にて試験片を成−１５一 実施例２゜ 前記実施例１で使用したと同じヂョツプドストランドを
十分に乾燥したポリブチレンテレフタレート（量大社製
ＣＬ　−７００＋１）にそれぞれ炭素繊維含有率が３０
重間％になるように添加し、タンブラ−にてトライブレ
ンドした後、４０ｍｍベント式押出機にて溶融混練して
ストランド状に押出し、水冷後ペレット化した。これら
のペレットを１２０℃で４時間乾燥した後、射出成形機
で試験片を成形し、物性測定を行った。結果を表３に示
す。

比較例２゜ 前記比較例１で使用したと同じノーリイズ炭素繊維又は
エポキシ樹脂サイズ炭素繊維を用いて調製した試験片の
物性を表３にイノ１記する。

以上によれば、０．３〜１０重間％のポリウレタン樹脂
で被覆処理された炭素繊維を用いることによって熱可塑
性樹脂との混合が定常的に行われ、かつ成形物の物性が
著しく向上することがわかる。

１６− ｆ：　続　補　正　讃（方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５７年特許願第７５４２号 ２、発明の名称 炭素繊維及びその樹脂組成物 ３、補正をする者　〒１０３ 事件との関係　（特許出願人） 居　所　　　東京都中央区日本橋三丁目３番９号名　称
　　　東邦ベスロン株式会ネ！（ばか１名）代表者　　
　渇　浅　誠　也 ４、代理人　〒１０５ 住　所　　　東京都港区西新橋１丁目１０番８月５、補
正命令の日付

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）０．３〜１（）重量％のポリウレタン樹脂で被覆
   処理された炭素繊維。 （２＞０．３〜１０重量％のポリウレタン樹脂で被覆処
   理された炭素繊維３〜６０重量％及び熱可塑↑１１樹脂
   ９７〜４０重量％からなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂組
   成物。 （３）熱可塑性樹脂がポリカーボネート樹脂、ポリアミ
   ド樹脂、又は熱可塑性飽和ポリエステル樹脂である特許
   請求の範囲第２項記載の組成物。