JP2003041007A - 炭素繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素繊維を押出機のホッパーに供給するに当
たっては、フィード性が良好であり、加熱混練時におい
ては、分解ガスの発生が無く、また分子量低下を起こす
ことなく、良好な製品を得ることが出来る炭素繊維強化
熱可塑性樹脂の製造方法を提供する。 【解決手段】 カットした炭素繊維４と熱可塑性樹脂１
２とを押出機１６のホッパー１８に供給し、押出機１６
内で炭素繊維４と熱可塑性樹脂１６とを加熱混練し、複
合化して押出す炭素繊維強化熱可塑性樹脂２２の製造方
法であって、ホッパー１８の上方に設けた炭素繊維供給
装置２の炭素繊維搬出口６においてカットした炭素繊維
４と熱可塑性樹脂１２とを別々に連続的に押出機１６の
ホッパー１８に供給する炭素繊維強化熱可塑性樹脂の製
造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維強化熱可
塑性樹脂の製造方法、特に炭素繊維と熱可塑性樹脂とを
押出機のホッパーに供給し、押出機内で炭素繊維と熱可
塑性樹脂とを加熱混練し、複合化して押出す炭素繊維強
化熱可塑性樹脂の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的な繊維強化熱可塑性樹脂ペ
レットは、一定長にカットした繊維束（チョップドスト
ランド）と、熱可塑性樹脂のペレットとを予め混合し、
これを押出機のホッパーに供給するプリブレンド方式、
又は炭素繊維のみ押出機の途中から供給するサイドフィ
ード方式によって供給し、これをスクリューで加熱混練
し、スクリュー先端から押出した押出物を切断して製造
されている。該ペレットは、射出成形などの方法により
種々の用途に応じた成形体に成形される。

【０００３】しかし、強化繊維が炭素繊維の場合、押出
機のホッパーへの供給時にチョップドストランドの撚り
が崩れてホッパー内でブリッジを起こしてスクリューへ
落下しなくなったり、炭素繊維が凝集して所謂ダマを生
ずるなどスクリューへの円滑な供給性（フィード性）に
問題がある。

【０００４】このフィード性は、チョップドストランド
の繊維長（炭素繊維のカット長）に左右される。炭素繊
維のカット長が短いと収束性が悪くなりブリッジを起し
やすくなる。また反対に、炭素繊維のカット長が長いと
チョップドストランド同士が絡まってカット長が短い場
合と同じくブリッジを起こす原因となる。

【０００５】炭素繊維強化熱可塑性樹脂の機械的物性や
電気特性を高める為には残存繊維長を長くしてやれば良
いが、供給する炭素繊維のカット長を長くすると上述の
現象が起こるため、量産性を考えると６〜９ｍｍが最適
とされてきた。

【０００６】なお、残存繊維長が長い繊維強化樹脂の製
造技術としては、プルトリュージョン方式による長繊維
ペレットの製造技術が多く用いられている。しかし、特
に非晶性樹脂の様に流動性の低い樹脂では、繊維間に樹
脂が含浸しないため分散性が悪く長繊維の特徴である高
物性の長繊維ペレットは得られないでいた。

【０００７】上記のフィード性を改善するための従来の
技術としては、市販のチョップドストランドのように、
炭素繊維を、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂などの収束剤
（サイジング剤）で収束させたチョップドストランドを
用いる技術がある。

【０００８】しかし、このサイジング処理されたチョッ
プドストランドを用いた場合、耐熱性の高いポリエーテ
ルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのスーパーエンプラ
では、加熱混練時におけるサイジング剤の分解ガスの発
生が著しく、良好な形状のペレットを得ることが出来な
いばかりでなく、ペレットの物性低下の原因にもなる。

【０００９】ポリカーボネート（ＰＣ）等の異物によっ
て分子量低下を起こす樹脂などでも問題がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記問題
を解決すべく鋭意検討の結果、炭素繊維と熱可塑性樹脂
とを混練し、複合化して押出す押出機のホッパーに、炭
素繊維をカットしながら連続的に供給すると共に、熱可
塑性樹脂を連続的にホッパーに供給することにより、こ
れらが押出機のホッパー内でブリッジを起こすことな
く、ダマを生ずることもなくペレットを製造できること
を知得した。

【００１１】また、押出機のホッパーに供給される炭素
繊維に、サイジング処理していない炭素繊維（ノーサイ
ズ炭素繊維）を用いることもできる。このノーサイズ炭
素繊維を用いる場合は、繊維強化させる熱可塑性樹脂が
スーパーエンプラのときでも、加熱混練時におけるサイ
ジング剤の分解ガスの発生が無く、良好な製品を得るこ
とが出来、更に繊維強化させる熱可塑性樹脂がＰＣのと
きでも、分子量低下を起こすことなく、良好な製品を得
ることが出来ることを知得し、本発明を完成するに至っ
た。

【００１２】従って、本発明の目的とするところは、上
述した問題点を解決した、より具体的には、炭素繊維を
押出機のホッパーに供給するに当たっては、フィード性
が良好であり、サイジング剤を使用しない場合は、加熱
混練時において、分解ガスの発生が無く、また分子量低
下を起こすことなく、良好な製品を得ることが出来る炭
素繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、以下に記載するものである。

【００１４】〔１〕 カットした炭素繊維と熱可塑性樹
脂とを押出機のホッパーに供給し、押出機内で炭素繊維
と熱可塑性樹脂とを加熱混練し、複合化して押出す炭素
繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法であって、ホッパー上
方に設けた炭素繊維供給装置の炭素繊維搬出口において
カットした炭素繊維と熱可塑性樹脂とを別々に連続的に
押出機のホッパーに供給する炭素繊維強化熱可塑性樹脂
の製造方法。

【００１５】〔２〕 押出機のホッパーに供給する炭素
繊維が、サイジング処理していない炭素繊維である
〔１〕に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の製造方法を実施形
態により説明する。なおこの実施形態は発明の主旨を理
解させるためのものであり、特に指定ない限り発明内容
を限定するものではない。

【００１７】本発明のために使用した押出機及びその周
辺装置の概略図を図１に示す。

【００１８】図１において、２は炭素繊維供給装置であ
る。

【００１９】炭素繊維供給装置２では、炭素繊維４が搬
送されており、炭素繊維供給装置２の端部の炭素繊維搬
出口６に設けられたチョッパー８により炭素繊維４はカ
ットされる。

【００２０】炭素繊維供給装置２で搬送される炭素繊維
４は、連続繊維でも不連続繊維でも良いが、取扱性の良
さから連続繊維（炭素繊維フィラメント）がより好まし
い。

【００２１】炭素繊維４のサイジング処理については、
サイジング処理したものでも、サイジング処理していな
いもの（ノーサイズ炭素繊維）でも用いることが出来る
が、繊維強化させる熱可塑性樹脂がスーパーエンプラの
ときでも、加熱混練時におけるサイジング剤の分解ガス
の発生が無く、良好な製品を得ることが出来、更に繊維
強化させる熱可塑性樹脂がＰＣのときでも、分子量低下
を起こすことなく、良好な製品を得ることが出来ること
から、ノーサイズ炭素繊維がより好ましい。

【００２２】また、ノーサイズ炭素繊維を用いる場合
は、ガスの発生が無いので、得られた炭素繊維強化熱可
塑性樹脂は、半導体製造工程に使用することが出来る。

【００２３】炭素繊維４は、生産効率を高めるには、１
２０００〜１４４０００本を束ねて搬送することが好ま
しい。

【００２４】炭素繊維４の繊維径は、通常の炭素繊維の
繊維径で良く、４〜１２μｍのものを用いることが出来
る。

【００２５】１０は、熱可塑性樹脂ストック用ホッパー
であり、この熱可塑性樹脂ストック用ホッパー１０から
熱可塑性樹脂１２が、フィーダー１４により供給量をコ
ントロールされて、上記チョッパー８によりカットされ
た炭素繊維４と共に、押出機１６のホッパー１８に供給
される。

【００２６】また、押出機１６のホッパー１８の上方に
は前記チョッパー８が位置している。

【００２７】上記チョッパー８によりカットされた炭素
繊維４は、直接押出機１６のホッパー１８に落下し供給
されるので、ブリッジを起こすことなく、ダマを生ずる
こともなく、押出機１６内で熱可塑性樹脂１２と加熱混
練され、複合化される。

【００２８】加熱混練され、複合化された炭素繊維と熱
可塑性樹脂との混合物は、押出機１６の先端に取付けら
れたダイス２０から押出される。この押出物は、ダイス
２０から押出されたところで切断され、炭素繊維強化熱
可塑性樹脂ペレット２２が得られる。

【００２９】得られたペレットは、射出成形などの方法
により種々の用途に応じた成形体に成形される。

【００３０】なお、押出機１６は、ペレット製造に限ら
れず、フィルム、板などを直接製造しても良く、更には
ダイス２０を押出型に替えることにより、ペレットを経
由することなく直接成形体製造用の押出成形機として成
型品を製造するようにしても良い。

【００３１】なお、上記チョッパー８によりカットされ
た炭素繊維４の供給量は、炭素繊維供給装置２の炭素繊
維４を搬送する速度でコントロールすることができ、別
途計量器による計量は必要としない。

【００３２】上記したように、従来の炭素繊維強化熱可
塑性樹脂の製造方法においては、炭素繊維のフィード性
は、繊維長が長い程、悪くなる傾向にある。惹いては、
残存繊維長が長い炭素繊維強化熱可塑性樹脂は、炭素繊
維と熱可塑性樹脂との混練による方法では得られない問
題があった。

【００３３】これに対して、本発明の炭素繊維強化熱可
塑性樹脂の製造方法においては、上記チョッパー８によ
りカットされた炭素繊維４の繊維長は、繊維強化させる
熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜選択することが出来る
ばかりでなく、混練時における炭素繊維の折損が少な
く、残存繊維長が３００μｍ以上の炭素繊維強化熱可塑
性樹脂を製造することも出来る。

【００３４】この本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の
製造方法により製造される残存繊維長が３００μｍ以上
の炭素繊維強化熱可塑性樹脂は、上記した従来の長繊維
ペレットの代替として使用することが可能である。

【００３５】炭素繊維４と熱可塑性樹脂１２との混合比
は、繊維強化させる熱可塑性樹脂の種類に応じて適宜選
択することが出来るが、一般的には、３：９７〜５０：
５０の質量比の範囲が好ましい。

【００３６】この混合比は、炭素繊維４と熱可塑性樹脂
１２との供給速度を変えることにより調節できる。

【００３７】ところで、図２に示すように、炭素繊維及
び熱可塑性樹脂の押出機への供給位置は、押出機の中央
部付近でも良いものである。

【００３８】なお、図２において、図１と同一部材には
同一番号を付けて、それらの説明は省略した。

【００３９】

【発明の効果】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の製
造方法は、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを混練し、複合化
して押出す押出機のホッパーに、炭素繊維を供給するに
当たって、炭素繊維をカットし、カットされた炭素繊維
は途中滞留させることなく直接押出機のホッパーに熱可
塑性樹脂と共に供給しているので、押出機のホッパーに
供給される炭素繊維は、ブリッジを起こすことなく、ダ
マを生ずることもなくフィード性が良好であるため、得
られる炭素繊維強化熱可塑性樹脂における炭素繊維と熱
可塑性樹脂との混合状態も良好なものとなる。

【００４０】しかも、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹
脂の製造方法は、チョッパーによりカットされた炭素繊
維を、途中滞留、ストックさせる工程が不要なので、操
作上、設備上いずれにおいても安価である。

【００４１】また、押出機のホッパーに供給する炭素繊
維に、サイジング処理していない炭素繊維を用いること
により、繊維強化させる熱可塑性樹脂がスーパーエンプ
ラのときでも、加熱混練時におけるサイジング剤の分解
ガスの発生が無く、良好な製品を得ることが出来、更に
繊維強化させる熱可塑性樹脂がＰＣのときでも、分子量
低下を起こすことなく、良好な製品を得ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のために使用した押出機及びその周辺装
置の一例を示す概略図である。

【図２】本発明のために使用した押出機及びその周辺装
置の他の例を示す概略図である。

【符号の説明】

２ 炭素繊維供給装置 ４ 炭素繊維 ６ 炭素繊維搬出口 ８ チョッパー １０ 熱可塑性樹脂ストック用ホッパー １２ 熱可塑性樹脂 １４ フィーダー １６ 押出機 １８ 押出機のホッパー ２０ ダイス ２２ 炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カットした炭素繊維と熱可塑性樹脂とを
   押出機のホッパーに供給し、押出機内で炭素繊維と熱可
   塑性樹脂とを加熱混練し、複合化して押出す炭素繊維強
   化熱可塑性樹脂の製造方法であって、ホッパー上方に設
   けた炭素繊維供給装置の炭素繊維搬出口においてカット
   した炭素繊維と熱可塑性樹脂とを別々に連続的に押出機
   のホッパーに供給する炭素繊維強化熱可塑性樹脂の製造
   方法。
2. 【請求項２】 押出機のホッパーに供給する炭素繊維
   が、サイジング処理していない炭素繊維である請求項１
   に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法。