JPS6166615A - 集束化炭素短繊維チツプ - 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】 産業上の利用分野 本発明は集束化炭素短繊維チップ、さらに詳しくいえば
、繊維強化成形材料の製造に用いられる成形加工性に優
れた、良好な集束性を有する炭素短繊維チップに関する
ものである。

近年、炭素短繊維を各種マトリックス中に混合、分散さ
せて成る繊維強化成形材料は、炭素繊維の優れｆｃ特注
、例えば高強度、高剛性、低比重、高電気伝導性、低熱
膨張率、高耐摩耗性などを有していることから、幅広い
用途が開けつつあり、工業的に重要な材料として注目さ
れている。

一般に、炭素短繊維を各種マトリックスに混合、分散さ
せて繊維強化成形材料を得る場合、該炭素短繊維の取扱
い性を容易にして、混合、分散の工程における作業性２
高めるために、あらかじめ数百〜数百万木の炭素短繊維
を集束したチップが用いられている。

従来の技術 従来、このような集束化炭素短繊維チップを得るために
、集束剤として、通常繊維強化成形材料に用いられるマ
トリックス樹脂、例えばポリオレフィン、ポリエステル
、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂などを用い、炭素短繊維を集束してチップ状に加
工している。

しかしながら、従来の集束化炭素短繊維チップは、集束
性が必ずしも十分ではないため、該炭素短繊維チップ企
マトリックス中へ混合１分散する工程において種々の問
題を生じ、炭素短繊維強化成形材料の製造に際して大き
な障害となっている。

例えば、炭素短繊維チップを、スクリュー・フィーダー
、ホッパー・フィーダー、テーブル・フィーダーなどを
用いて、マトリックス中へ供給する場合、該炭素短繊維
チップが供給工程中に機械的混合やかきまぜ作用を受け
るために、集束性の弱い炭素短繊維チップでは、チップ
が開繊して、炭素短繊維のからまった毛玉が生じ、これ
が該チップの供給工程で詰まる原因となり、供給が順調
に行えなくなる。また、炭素短繊維チップの集束が不完
全な場合、当初から毛玉を含んでいるために、チップの
順調な供給を妨げる。したがって、従来の集束化炭素短
繊維チップにおいては、炭素短繊維強化成形材料中の炭
素繊維含有量を均一にコントロールすることができず、
−！た、押出し機で連続的に該炭素短繊維チップとマト
リックスと？混線して、ストランド状の炭素短繊維強化
成形材料を連続的に押出す場合、一定の押出速度が得ら
れず、ストランド切れが多発し、生産性が大幅に低下す
る欠点を伴う。

発明がＪｌｙｌ！決しようとする問題点本発明の目的は
、このような炭素短繊維強化成形材料を製造する際に生
じる欠点を改良するために、集束性に優れた炭素短繊維
チップを提供することにあり、さらにマトリックスへの
分散性やマトリックスとの親和性に優れ、その結果極め
て優れた物ａを有する成形品を与えうる炭素短繊維チッ
プを提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者らは種々研究を重ねた結果、特定の分子量を有
する室温で固体状のエポキシ化合物を主成分として含■
するバインダーを用いて集束し、かつかさ密度及び安息
角が特定の値であるような炭素短繊維チップにすること
により前記目的を達成しうろこと？見出し、この知見に
基づいて本発明を完成するに至った。

すなわち、不発明は、分子量６００〜ｓ、ｏｏｏ　　の
室温で固体状のエポキシ化合物を主成分としたバインダ
ーにより集束された多数の炭素短繊維で構成され、該エ
ポキシ化合物の含有量０．１〜１０重量壬、かさ密度３
００９／を以上、安息角５０°以下を有する集束化炭素
短繊維チップを提供するものであるＯ 不発明におけるバインダーの主成分として用いるエポキ
シ化合物としては１例えばビスフェノール型、脂環族型
、ノボラック型、レゾール型、アミン型などのエポキシ
化合物Ｄモノマー、低重合物及びこれらのエポキシ化合
物と硬化剤との部分反応生成物などの中から選ばれた少
なくとも１種の室温で固体状のエポキシ化合物が挙げら
れる。

特に、本発明を効果的に発揮させるために１分子量の異
なる２種以上のエポキシ化合物を混合して用いることが
好ましい。

これらのエポキシ化合物・は、室温で固体状であること
が必要でるり、好ましくは６０℃以上の融点ヲ有するこ
とが望ましい。該エポキシ化合物が室温で敵状の場合は
、得られた炭素短繊維チップの集束性が劣り好ましくな
い。

また、不発明で用いるエポキシ化合物の分子量は６００
〜５，０００の範囲、好ましくは８００〜４，０００の
範囲である。分子量が６００未満では炭素短繊維チップ
の集束性が劣り、またｓ、ｏｏｏを超えると得られる炭
素短繊維強化成形材料の物性が低下する〇さらに、前記
エポキシ化合物の炭素短繊維テップに対する含有量は帆
１〜１０重量％、好ましくは０．５〜８重量係の範囲で
選ばれる。この含有量が０．１重量係未満では該炭素短
繊維チップの集束性が劣り、一方ｌＯ重量憾ヲ超えると
得られる炭素短繊維強化成形Ｈ料の物性が低下する。

本発明に用いるバインダーには、主成分の分子量６００
〜５，０００を有する室温で固体状のエポキシ化合物以
外に、必要に応じて、例えば飽和又は不飽和ポリエステ
ル、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリアミド禎（脂
、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレノエーテ
ル、ポリカーボネート、ポリオキシメチレノ、ポリスチ
レン、ポリオレフィンなどのホモポリマー又はコポリマ
ー、界面活性剤、ンランカップリング剤、エポキシ硬化
剤、触媒、接着剤などの添加剤と配合することもてきる
。

また、該バインダーが前記エポキ／化合物を含むエマル
ジョンである場合には、得られた炭素短繊維チップの集
束性が極めて良好であるので、特に好ましい。

このようなエマルジョンに用いる界面活性剤としては、
例えばポリオキ７メテレンのヒマシ油エーテル、ノニル
フェニルエーテル、スチレン化フェニルエーテルナト ルエーテル又はポリオキシエチレンアルキルアリルエー
テル及びポバールなどの中から選ばれた少なくとも１種
の界面活性剤が好ましく挙ザられる。

不発明の炭素短繊維チップは、かさ密度が３００？７１
以上、好ましくはａｓｏＰ／を以上であり、また安息角
ハ５０°以下、好ましくは４５度以下である。

かさ密度及び安息角が前記範囲を逸脱すると、該炭素短
繊維チップとマトリックスとのトライブレンド性及び練
合、押出し性が低下する。このように、かさ密度及び安
息角は本発明の特徴を発揮させるために、極めて重要な
要因である。

本発明の炭−（４短繊卸チツプに用いる炭素繊維として
は、公知の各（１［（炭素繊維、例えばポリアクリロニ
トリル、レーヨン、ピッチ、　炭化水Ｒｊｊスｌどを原
料とする炭素化繊ｊ１（：、黒鉛化繊維及びこれラニニ
ッケル、アルミニウム、銅などの金ｆｆ’にコーティン
グした炭素繊維などの中から選ばれた少なくとも１陣の
炭素繊維が挙げられる。また、炭素繊維の繊維径′／Ｃ
ついては，特に制限にないが、通常３〜２０μの範囲の
ものが用いられる。さらに、これらの炭素繊維企集宋剤
組成物で集束する前に、公知の方法で表面処理すること
もできる。

本発明の炭素短唄維チップは、例えば数百〜数百万木の
炭素長繊維東に，前記の集束剤組成物の溶液、エマルジ
ョン、Ｇ融物などを含浸させたのち、乾燥するか、ある
いは乾燥せずに、該炭素長繊．准東全公知の切断方法に
よって１〜１０＋ａｍの長さに切断し、必要に応じてさ
らに乾燥処理することによって製造することができる。

本発明の炭素短繊維チップを用いて繊維強化成形材料を
腹面するのに使用されるマトリックスとしては、例えば
ポリウレタン／、ポリエステル、ポリアミド、アクリル
樹脂、ポリオキンメチレン、ポリカーボネート、ポリス
チレン、ポリスエニレンサルファイド、ポリフェニレン
エーテル、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリフェニ
ン／スルホン、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド
、ポリウレタン、フェノール樹脂などのポリマー類又は
これらのコポリマー類、金属類、セラミックス類などの
公知のマトリックスを挙げることができるが、特にポリ
マー類、コポリマー類又はこれらの混合物が好適である
。

このようなマトリックスと不発明の炭素短繊維チップと
の混合は，−軸又は二軸の押出機，高速ミキサー、プレ
ス機、射出成形機、引抜成形機などによって行うことが
できる。特に−軸又は二軸の押出機が好ましく用いられ
る。

また、該炭素短繊維チップとマトリックスとの混合時に
、例えば他種炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、炭
化ケイ素愼維、ボロン繊維などの長繊維や短繊維、ボイ
スカー類，これらにニッケル、アルミニウム、銅などの
金属をコーティングしたｔＪ＆維状強化剤角、あるいは
マイカ、メルク、炭酸カル／ラム、カーボンブラック、
二硫化モリブデンなどのフィラー類から成る強化剤，安
定剤。

滑剤．その他添加剤など企加えることができる。

発明の効果 本発明の集束化炭素短繊維チップは集束性て優れたもの
であり、これを用いて繊維強化成形材料を製造する場合
には，該炭素短繊維チップとマトリックスとのトライブ
レンド性、該炭素短繊維チップ単独又はマトリックスと
のトライブレンド物の押出し磯への供給安定性，押出し
機から押出されるストランドの吐出速度均一性．ストラ
ンド切れに対する安定性などが極めて良好であって、繊
維強化成形材料の生産性が大幅に向上する。

さらに、該繊維強化成形材料において、炭素短繊維テッ
プのマトリックスに対する分散性及び炭素短繊維チップ
とマトリックスとの親和性が優れているため、この成形
（オ科を用いて得られる成形品の各種物性は極りで良好
な値？示ｔ０このように、不発明の集束化炭素短繊維チ
ップは工業的価値の極めて高いものである。

実施例 次に実施列によって不発明をさらに詳細に説明する。

なお、各種物性は次のようにして測定した。

（１）　　エポキシ化合物の融点 ホットプレート付き顕微鏡型微量融点測定機を用いて液
状化する温度を測定する。

（２）　　エポキン化合物の分子量 ケルバーミエーンヨン・クロマトグラフィー法による。

（３）炭素短繊維チップのかさ密度 ５０−メスシリンダーに炭素短繊維チップを充填したの
ち、メスシリンダーに上下の衝撃的振動を与え、平衡に
達した炭素短繊維チップの体積でその重さを除して求め
る。

（４）炭素短繊維チップの安息角 高さｌｏｍに固定した■型漏＋から、炭素短繊維チップ
を下方の水平面上に自然落下させ、山状に堆積した炭素
短慮イ１［チップの傾斜面の傾き角度を（ｉｌｌ定する
。

（５）炭素短繊維チップの集束性 炭素短繊維ナソゾ全高速ミキサーで一定時間かきませた
のち、該炭素短繊維チップの開陳程度から、集束性の良
否を１〜３の３段階で評価する。

３が最良値である。

（６）炭素短ｇ１．維強化成形品の力学的物性Ｊ工Ｓ　
　Ｋ６８１０に姑（処しテｆ”’Ｉ　定ｔ　ル。

実施例１ （Ａ）　　炭素短繊維チップの製造 ポリアクリロニトリルを原料とする炭素化繊維１２．０
００本を分子量約１，０００、融点７５〜８０℃のビス
フェノールΔ４１１！エポキシ樹脂とメチルエチルケト
ンに溶解したｍ級（濃度１０重量幅）中に含浸させたの
ち、１３０〜１５０℃で１０分間乾燥し、さらに切断機
で６朋の長さに切断して炭素短繊維チップを製造した。

得られた炭素短繊維チップのかさ密度は３７０ｙ７ｔ、
安息角は４１０．集束性は３、エポキシ化合物宮有量は
５．１重量％であった。

（Ｂ）　　炭素短繊維強化成形材料の製造前記炭素短繊
維チップ３０重量部とナイロン−６６樹脂ベレット７０
重量部とをＶ型ミキサーでトライブレンドした。

このトライブレンド物をスクリュー・フィーダー付きの
二軸押出機で練合・押出しして得られたストランドを一
ペレタイズし、炭素短繊維強化成形材料を製造した。

本実施例では、二軸押出機を１時間遅、ｆｆｌ　して運
転したが、スクリュー・フィーダーでの炭素短繊維の開
繊による供給停止や押出されたストランドの切断などの
トラブルは発生しなかった・このようにして得られた炭
素短繊維強化成形材料を射出成形したテストピースの引
張強度は２，６００Ｋｇ／　ｃＭ、曲げ強度は３　＋　
８００　Ｋ９　／　ｃａ、■ｚｏｄ衝撃値は９．５に９
　・ｃｍ／ｃｍであった。

比！ｌ！２例１ 実施例１において、エポキン化合物として、分子量約４
００、室温で液状のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を
用いた以外は、実施例１と全く同様にして炭素短繊維チ
ップを製造し、さらに炭素短繊維強化成形材料を作成し
友。

炭素短繊維チップのかさ密度は２１０９／ｌ、安息角は
６０°、集束性はｌ、バインダー含有量は５．２重量％
であっに０ また、二軸押出機運転時において、スクリュー・フィー
ダーでの炭素短繊維の詰りゃ押出されたストランドの切
断が多発した。

７４）られた成形（Ａ利の引張強度は２　、３００　Ｋ
９／　ｃｎｌ、曲は強度は：ｌ、　４００　Ｋ９／ｃｎ
Ｌ、Ｉｚｏｄ衝撃値は８．２に９・ｃｍ　／　ｃｍであ
ったり 実施例２〜８．比較しＩＩ　２〜４ 次表に示した条件で、実施例１と同様にして炭素短繊維
チップを製清し、さらに炭素短繊維強化Ｉ戎１し桐材を
作成した。各物性及び押出し性全該表π示す〇 ただし、実施例３，４においては、バインダーとして、
該衣に記したエポキン化合物１００重量部、ホノクール
トホリオキ／メチレンノニルフェニルエ−チルとの混合
′吻ｌＯ市イ：１部及び１０００重量“力・うＪｊｙる
エマルジョンヲ用いた。

／、 手続補正書 昭和５９年１０月１７日 特許庁長官　　志　　賀　　　学　殿 ２、発明の名称 集束化炭素短繊維チップ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 大阪府大阪市北区堂島浜１丁目２番６号（００３）旭化
成工業株式会社 代表者　宮　崎　　輝 ４、代理人 東京都港区新橋２丁目２番２号川志満・邦信ビル８階５
、補正命令の日付　　自　発 ６、補正により増加する発明の数　　〇［（６）炭素短
繊維強化成形品の力学的物性８、補正の内容 （１）　特許請求の範囲を別紙のとおり訂正します。

（２）明！！ｌｌＩ書第３ページ９行の「炭素短繊維」
を「炭素繊維」に訂正します。

（３）　同第１６行の「押出し機」を「押出機」に訂正
します。

（４）　　ｌＪｌ’ｓ１５〜１６行の［ポリフェニレン
サルファイド」を１ポリフエニレンサルフアイド］に訂
正します。

（５）同第７ペーノ第１５行の「４５度」を「４５°」
に訂正します。

（６）同第１０ベーノ第１７行及び第１８行の１チツプ
」を削除します。

（７）Ｉｌｌ　１ベージ１’Ｓ１１行の「ゲルパーミェ
ーション」を［ゲル・パーミェーション」に訂正します
。

（８）同第１２ペーノ第８〜９行の［（６）炭素短繊維
強化成形品の力学的物性ＪＩＳ　Ｋ　・・・測定する。

」を以下のとおり訂正します。

！ 特許請求の範囲 （９）　同第１４ページ第５行の「バイングー含有量」
を「エポキシ化合物含有量」に訂正します。

（１０）　　同第１５ページ第１行目のｒｌｏｏＯ重量
部」の前に「水」を加入します。

１　分子量６ｏｏ〜５，０００の室温で固体状のエポキ
シ化合物を主成分としたバイングーにより集束された多
数の炭素短繊維で構成され、全１０「ム」−へエポキシ
化合物の含有量０．１〜１０重量％、かさ密度３００ｇ
、Ｑ’以上、安息角５０°以下を有する集束化炭素短ａ
ｍチ・７プ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　分子量６００〜５，０００の室温で固体状のエポキ
   シ化合物を主成分としたバインダーにより集束された多
   数の炭素短繊維で構成され、該エポキシ化合物の含有量
   ０．１〜１０重量％、かさ密度３００ｇ／ｌ以上、安息
   角５０°以下を有する集束化炭素短繊維チップ。