JPS5962114A - 炭素繊維補強熱可塑性樹脂線条物の製造方法 - Google Patents

炭素繊維補強熱可塑性樹脂線条物の製造方法

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JPS5962114A
JPS5962114A JP57170925A JP17092582A JPS5962114A JP S5962114 A JPS5962114 A JP S5962114A JP 57170925 A JP57170925 A JP 57170925A JP 17092582 A JP17092582 A JP 17092582A JP S5962114 A JPS5962114 A JP S5962114A
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JP
Japan
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resin
carbon fiber
carbon
filament
fibers
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JP57170925A
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English (en)
Inventor
Hirokazu Kobayashi
裕和 小林
Minoru Kitanaka
北中 實
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Publication date
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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】 本発明は複数本の炭素繊維を集束してなる炭素繊Rイ(
東に、熱可塑性樹脂を均一かつ十分に含浸せしめた炭素
繊維補強熱可塑性樹脂線条物を効率的に8トす造する方
法に関するものである。
炭素紙1ll(を補強剤とする−21(TTj塑性樹脂
成形H料は、炭素繊維の持つすぐれた機械的特性、耐熱
性、補Ii(:i効果および+iif:量性などが注目
され、熱可塑性樹脂の持つすぐれた成形性、熱融着性、
補修の容易性およびリサイクル性などとあいまって、複
合祠、料としての期待が増大しつつある。
従来炭素繊維補強熱・可塑性樹脂複合材料の製造として
は、熱可塑性樹脂と炭素繊維の短繊維を押出成形機や射
出成形機などで溶融混練するいわゆるCFRTP法が一
般的であるが、この複合物においては炭素繊維と熱可塑
性樹脂の分散状態がすぐれる反面、炭素繊維の繊維長が
小さいことに起因して補強効果が十分でないという欠点
がある。
一方炭素繊維の機械的特性を有効に利用する補強形態と
しては、炭素繊維の長繊維をその長さを保持して樹脂中
に配列または分散せしめることが考えられるが、熱硬化
性初詣の分野でよく行なわれているいわゆるCF#P法
のように、たとえば炭素繊維の連続長繊維マット、チョ
ップ1−ストランドマットおよびクロスなどの予め補強
構造を規制した炭素繊維の製繊物に溶融状嘘の熱可塑性
樹脂を含浸せしめる方法■こおいては、成形に高い圧力
を必要とし、樹脂も比較的低い溶融粘度を持つものに制
限されるばかりか、炭素繊維間の空隙を樹脂で完全に満
たずことが困1!IIIであり、成形時に炭素繊維の流
動をも誘起して所望の補強効果が損なわれるという問題
がある。
またこの問題な回避する方法としては、熱可塑性樹脂を
適当な溶媒に溶解せしめたiV液の形で炭素I・々維の
補強構造中に含浸せしめることか「)なるいわゆる湿式
含υ法が挙げられるが、この方法では溶媒除去工程が煩
雑で、作業環境上の問題もあり、熱可&t’i性樹脂の
特徴を生かした成形法とはいいがたい。
このように炭素繊維のすぐれた機械的特性を有効に利用
した補強形態を達成するには、炭素G #=Iflの長
9λ訂1を均一に配列または分散せしめ、しかも酩酊u
lIj性樹脂にJ:り炭素繊維間の空隙を完全に満たす
ことが重要であるが、従来の製織された炭素tjQ K
jt=を用いる方法では、この要件が十分達成できない
。
本発明者らは製織されていない炭素繊維の長繊維を補強
剤として用い、所望の補強形態に補強された熱可塑性樹
脂複合H料を取得すべく検削した結果、集束され゛た炭
素繊維の東に熱oJ塑性IMJ脂を予め付着せしめ、こ
れを所望の形態に配列または分散させて加熱加IIEす
る方法が、従来法に比し種々の利点を有することを先に
知見した。しかしこの方法により予め炭素繊維束tこ樹
脂を付着せしめて、線条物いわゆるプレデリグを得る際
tこはいわゆるワイヤコーティング法の如き、溶融樹脂
で炭素繊維束を被覆する方法を採用したとしても、炭素
繊維束の空隙を樹脂で完全に満たすことができないため
、さらにこのプレプリグを配列または分散させた状態で
加熱加[E成形する際に高い圧力を必要とし、しかも得
られる複合成形品においても炭素繊維間の空隙が少なか
らず残存して理想的な機械的特性が発揮できないという
問題がある。
そこで本発明者らは複数本の炭素繊維を集束してなる炭
素繊維束に対し2、炭素繊維間の空隙が繊維で完全に満
たされるように、樹脂を均一かつ十分に含浸せしめた炭
素繊維補強熱可塑性樹脂線条物、いわゆるプリプレグを
効率的に得ることを目的としてさら(こ検討を続けた結
果、予め樹脂を付着させた炭素繊維束にさらに特定の処
理を施こすことにより、上記目的が効果的に達成できる
ことを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は複数本の炭素繊維を集束してなる炭素
ta、維東に熱可塑性樹脂を付着せしめた線条物を、熱
可塑性樹脂の融点または軟化点以上の温度において、前
記線条物の直径を減少せしめるに十分な間隔を有する少
なくと゛も一対のロール間を、繊維のたて方向に通過せ
しめることを特徴とする炭素繊維補強熱可塑性樹脂線条
物の製造方法を提供するものである。
本発明で用いる複数本の炭素繊維を集束してなる炭素繊
維束とは、実質的に数百本〜故十万本、u * L <
はi、ouo〜50,000本の炭素繊維をたて方向に
集束した東であって、撚りの有無、411 t(A長の
連続および不連続などは適宜選択するこ\とができるが
、操作性の点では撚られているものが、補強効果の点で
はたて方向にで、きるだけ長(連続しているものが好ま
しい。また炭素繊維束の一部にはガラス繊維、アスベス
ト繊維、金属繊維などの無機繊維やポリエチレンテレフ
タレート繊維、ポリアミド繊維などの合成繊維を含むこ
とができる。なお炭素繊維束を構成する炭素繊維として
はポリアクリロニドIJ fiy系、レーヨン系、ピッ
チ系などを制限なく使用でき、これらは熱可塑性樹脂と
の密着性を良くするために表面処理されていてもよい。
本発明で用いる熱可塑性樹脂にはとくに制限はないが、
なかでもナイロン6、ナイロン66、ブイロン11、ナ
イロン12、ナイロン610、ナイロン612などのポ
リアミドまたはこれらの共重合ポリアミド、ポリエチレ
ンテレフクレー1−、ポリグチレンチレフグレートなど
のポリエステルまたは共重合ポリエステル、ポリビスフ
ェノ−1しAカーボネートなどのボリカーボネ−+−、
+1?リアミドイミド、ボリフエニレンスlしフィト、
ポリフェニレンオキシド、ポリスlレホン、ポリエーテ
ルスpホン、ポリニーデルケトン、ポリオレフィン、ス
チレン系樹脂およびアクリル系樹脂などが好ましく使用
できる。なおこれらの熱可塑性樹脂にはその特性を改善
するための種々の添加剤、たとえば耐熱剤、耐候剤、紫
外線劣化防止剤、帯電防止剤、滑剤、離形剤、染料、顔
料などの着色剤、結晶化促進剤およびカ1(燃剤などを
含有せしめることができる。
本発明において炭素繊維束に熱可塑性樹脂を411着せ
しめる方法にはとくに制限がなく、たとえば(i) 溶
融状態の樹脂浴中に炭素繊維束を浸漬または通過させる
方法、(2)通常のワイヤコーティング用のダイスを用
いて溶融樹脂で炭素繊維束を溶融被覆する方法および(
3)粉末状の熱可塑性樹脂を炭素繊維束に411着さぜ
る方法などが、なかでも上記(1)法においては桐脂溶
中で伺着と同11、tに後述のロール処理を行なうこと
ができ、また上記(2)法ではワイヤコーティング直径
の樹脂がまだ溶融状態にある被覆物を直接後述のロール
処理に供することができる点で効率的である。この際の
樹脂の伺着h1にもと(に制限がないが、付着後の炭素
繊維東線状物における炭素繊維分率が10〜70゛容量
チの範囲になることが、補強効果の点で望ましい。
このように予め樹脂を付着せしめた炭素繊維束において
は、例え上記(1)、(2)法の如く溶融樹脂を用いる
方法でも、繊維束の外層以外は繊維中の空隙に樹脂が十
分に含浸されておらず、上記(6)法では樹脂が繊維束
の表面に単に付着したものが得られるにすぎない。しか
るに炭素繊維束に予め樹脂を付着せしめた線条物を、熱
可塑性樹脂の融点または軟化点以上の温度において、前
記線条物の直径を実質的に減少せしめるに十分な間隔を
有する少なくとも一対のロール間に繊維のたて方向に通
過せしめるロール処理に供することにより、繊維間の空
隙が樹脂で完全に満たされた炭素唄維補強酩酊塑性樹脂
紳条物の取得が可能となる。なおこのロール処理におけ
る温度、すなわち[熱可塑性樹脂の融点または軟化点以
上の温度」とは、実質的に績条物がロール間を通過する
際の樹脂温度であり、これは線条物の予熱およびロール
温度からもたらされる1、ようするに線条物がロールを
通過する際に予め炭素繊維束に付着された樹脂の錨1度
がその融点または軟化点以上の温度条件にさらされれば
よ(、この条件が満たされない場合には樹脂の均一な含
浸は達成できない。しかして温度制御法としては、(Δ
)線条物を樹脂の融点または軟化点以上の温度に十分子
熱しこれをロール間に通過させる方法、(→線条物が通
過する際に樹脂がその融点または軟化点以上の温度にな
るようロール温度を設定する方法および(C) (A)
と(B)を組合せる方法などが挙げられる。
本発明のローIし処理で使用するロールの形状は任、(
1であり、ロールを一対以上設ける際のロール間隙も自
由に選択できる。また実質的にロールとみなぜる一対の
無端ベル1−間に線条物を通過させることもできる。
ただし、少な(とも一対のロールにおいては、そのロー
lし間隔が通過せしめる線条物の直径を実質的に減少せ
しめる程度にせまいことが重要であり、この条件が満た
されない場合も、樹脂が繊維の間隙に十分含浸した線条
物を得ることができない。ここでいうロール間隔として
は、とくに通過せしめる線条物の直径の約20〜80チ
の範囲が適当であり、間隔が大きすぎては樹脂の含浸が
不十分となり、また間隔が小さずぎては、炭素繊維束の
方向孔れや繊維の損傷を生ずるため好ましくない。
なおロール処理においては、ロールに圧力を付加するこ
ともでき、ロール通過後の線条物の引き取りは弛緩法お
よび緊張法のいずれもが可能である。と(に線条物を緊
張状態で引き取る場合には、ロール処理で断面がやや扁
平化した線条物を、はぼ断゛面真円状の状態に房しなが
ら巻ぎ取ることができる。また複数本の線条物を並べて
ローラを通過させることにより、線条物同志が横方向に
融着したTI]または厚みの大きいプレデリグ状補強線
条物を得ることもできる。
なお本発明においては、上記含浸ロールの前後に予熱ロ
ールおよび冷却ロールを適宜間隔で配置し、連続的なプ
ロセスで補強線条物を製造することが可能で、さらには
得られる補強線条物を連続的に以降の成形工程へ移行さ
ぜることもできる。
かくして得られる本発明の炭素繊維補強熱可塑性樹脂I
n l=物は、炭素t5シ維東の中心jfBにまで(j
Jj脂が均一かつ十分に含浸し、繊維間の間隙がすべて
樹脂で満たされており、炭素繊維のすぐれた補強性能を
有効に発揮せしめたものといえる。
本発明でaられる炭素繊維補強熱可塑性樹脂線条物はそ
のままで棹々の用途に利用できるが、例えばこれをドラ
ムに緊張状態で巻きとり、そのまま樹脂の融煮貝」二に
加熱して成形品を得る方法および線条物をそのまままた
は適宜長さに呻す断じて所望す配列またはの散状態とな
して、これを加熱加用成形する方法なとの成形手段に供
し、炭素繊維の長繊維により所望の補強形態に補強され
た複合シー1−および複合成形品などを得るのにと(に
好適であり、かくして得られる複合ンートや複合成形品
は炭素繊維が所望の補強形態で樹脂中に(グめて均一か
つ十分に含浸されており、すぐれた補強効果を参するも
のである。
以下に実施例を挙げて本発明の効果をさらに説明する。
実施例1 1α径7 pの炭素繊維3,000本を県東してなる炭
素繊維束(東しlA勺製″トレカ″T600)をγ品度
250 ′bで溶h+ll状態のナイロン6(東しt:
恥製CM1001)中を通過せしめ、1 +、ym径の
ダイスより引き取ったもの(直径約0.6mm)を、ロ
ール直径が約100朋で、間隔0.3 mm 、 ’i
!rAU250℃に設定してあり、約6回/分の速j及
で回転している一対の鉄製ロール間をただちに通過させ
、緊張下に引き取ることによりほぼ円形に近い断面形状
を有する線条物を得た。
得られた線条物中の炭素繊維含有率は約60vo1%て
あり、長手方向に垂直に切り出した約1001i lT
7の薄切片を光学顕微鏡観察シこ供してイ、jた断面像
はPj¥1図のとおりであり、炭素!′j9.維とナイ
ロン6とが完全に一対化して、炭素繊維束中へのナイロ
ン6の含浸は良好であった。
実施例 実施例1において250℃の鉄4.iロール通過後さら
に間隔0.3+、;a、室温に設定しである一対の鉄1
1 rr  )b間を通過させたことのほかは、実j、
ili例1と全く同様の方法で、線条物を得た。得られ
た轟(、ソ物に−)いて、実施f′:lJ 1と同様の
方法て観察した断面像は第2図のとおり、断面形状が扁
平で、炭素繊維束中へのナイロン6の含浸状[ルは良I
rであった。
J七 中文 イ列 1 ′J、:施例1用例1用素繊維束をlAA I変250
 ’tjでどイ融状態のナイロン6(東しeIJfi+
すCM+001)中を1)[I過ぜしめたのら、1c+
m径のダイスより直接引き取り、的径約Q 、 611
.71 U)線条q5イ1をfまた。1:11゛、れた
線条物について、実施例1と同様の方法で観察した断面
像は第5図のとおりであり、炭素繊維束中へのナイロン
60含浸は実現すれておらず、単なる被覆構造であり、
切片作成時に芯部の炭素イ3♂シ維が脱落゛した。
比較例2 実施例1おいて鉄製ロールの温度を200tとしたこと
のほかは、実施例1と同様の方法で線条物を得た。
alられた。11.11条物について、実施例1と同様
の方法で観察した断面像は第4図のとおりであり、  
 1形状は扁’F−形状であるが、比較例1と同様に単
なる被1〈4”1q造であり、良好な含浸状態は実現さ
、!シておらず、切片作成時に芯部の炭素核taが脱落
した。
実施例5 実′施例1におけるナイロン6のかわりに、表1に記載
の樹脂を用い、樹脂温度、ロール?晶度を表1に記載の
値に設定したことのほかは、実施例1と同様の方法で線
条物を得た。
イ:Iられた4柚類の線条物は、いずれも、はぼ円形の
断面をイJし、炭素He x4Y束中への樹脂の含〜′
状態は極め゛C良好であった。
表 1 ′J−hi+i Pzl、l 4 実hfII例1で用いた炭素紙S(を東を、温1片25
〔]’<: テiRi、、:ii IJS I、i33
 (1) J−イ076 中ヲ+lri :ilMせし
め、1、・m仔のt2イスより引き取ったもの5本を、
約250t)に−1’ i・八[7だものな、1川(′
循0.5 ・、〕i晶11’j:250!: R”−i
i’; ’ij’−L−(あり、B−tv)11j径カ
約100 關’Cア11.6回/分U)速度で回転して
いる一対の%’、’、k J、・! (I  ltを、
約2 r:m間1イΔに並へて、’ll’1i(Qさ−
04、さらに、間隔0.25mm、温1隻200℃に設
定しである−・幻の鉄製ロール間を通過させることによ
り、幅約10 +1mのシート状物をイIIた。1、I
られたシート状物中の炭素繊随分ギは約60 vo]係
であり、含浸状態は良好であった。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明実施例(第1図および第2図)
才6よび比較例(第6図および21シ4図)で得た炭素
紙8イト捕強f:1〜L’lσ’J!(4,、l 1!
□−1脂腺条物から秘半力向に灯し→■的に切り出して
イ!Jた約100 /11[7の薄切ハ(こついての)
゛r7学′41[↓(:)を鏡写J′1(倍、イで一×
40)である、。 特R′1出願人東し株式金石 第2図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数本の炭素繊維を集束してなる炭素IN維束に熱可o
    y4性樹脂を付着せしめた線条物を、熱可塑性樹脂の融
    点または軟化点以上の温度において、前記線条物の直径
    を減少せしめるに十分な間隔を有する少な(とも一対の
    ロール間を、繊維のたて方向に通過せしめることを特徴
    とする炭素繊維補強熱5J’塑)41″樹脂綜条物のl
    l′、lj造方法。
JP57170925A 1982-10-01 1982-10-01 炭素繊維補強熱可塑性樹脂線条物の製造方法 Pending JPS5962114A (ja)

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