JP2007070516A - Fiber-reinforced polycaprolactone and method for producing the same - Google Patents

Fiber-reinforced polycaprolactone and method for producing the same Download PDF

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Hirofumi Nishida
裕文 西田
Norio Hirayama
紀夫 平山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber-reinforced polycaprolactone the matrix resin of which is a crosslinked polycaprolactone and to provide a method for producing a fiber-reinforced polycaprolactone comprising fully impregnating a reinforcing fiber base with a matrix resin. <P>SOLUTION: The method for producing the fiber-reinforced polycaprolactone comprises laminating a pellet material or a sheet material of polycaprolactone containing an organic peroxide on a reinforcing fiber base, applying heat and pressure to the laminate to impregnate the reinforcing fiber base with the polycaprolactone and to crosslink the polycaprolactone. The fiber-reinforced polycaprolactone is one wherein the reinforcing material is a reinforcing fiber, and the matrix resin is a polycaprolactone prepared by crosslinking a polycaprolactone of a number-average molecular weight of not less than 10,000 and having a gel fraction of not less than 50% as measured by extraction with cyclohexanone at 100°C for 24 hr. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、架橋されたポリカプロラクトンをマトリックスとする繊維強化熱可塑性樹脂に関する。   The present invention relates to a fiber reinforced thermoplastic resin having a crosslinked polycaprolactone as a matrix.

繊維強化熱可塑性樹脂は、工業材料分野で広く使用されており、例えば特許文献1によれば、植物セルロース繊維を強化繊維とし、ポリカプロラクトンなどの生分解性樹脂をマトリックス樹脂として射出成形した繊維強化熱可塑性樹脂が開示されている。ポリカプロラクトンは、結晶性を示し、可撓性、生分解性を有する熱可塑性ポリエステル樹脂であり、融点が60℃と低い特性を利用して、熱風、熱水で変形可能な造形材料等として知られている。しかし、融点付近で流動変形が著しいという欠点があり、特許文献1の繊維強化ポリカプロラクトンでも、この融点付近で流動変形が著しいという欠点を克服するものではない。融点付近で流動変形を抑制する技術として、例えば特許文献2や特許文献3によれば、ポリカプロラクトンを架橋することにより、流動性を抑制することができることが開示されている。しかしながら、ポリカプロラクトンはたとえ架橋構造を形成したとしても、樹脂自体の強度や弾性率は低く、荷重がかかる用途には不適である。また、架橋カプロラクトンの融点付近での流動性を抑制することによる弊害として、強化繊維基材に含浸させるには非常に高い温度と圧力を必要とし、強化繊維基材への含浸を充分に行うことが困難になり、強度や弾性率を充分に満足することができず、そのため繊維強化架橋ポリカプロラクトンは実用化にいたっていない。   Fiber reinforced thermoplastic resins are widely used in the field of industrial materials. For example, according to Patent Document 1, fiber reinforced fibers obtained by injection molding using plant cellulose fibers as reinforced fibers and biodegradable resins such as polycaprolactone as matrix resins. A thermoplastic resin is disclosed. Polycaprolactone is a thermoplastic polyester resin that exhibits crystallinity, flexibility, and biodegradability, and is known as a modeling material that can be deformed with hot air or hot water using its low melting point of 60 ° C. It has been. However, there is a drawback that fluid deformation is remarkable near the melting point, and the fiber-reinforced polycaprolactone of Patent Document 1 does not overcome the disadvantage that fluid deformation is remarkable near the melting point. As a technique for suppressing fluid deformation near the melting point, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3 disclose that fluidity can be suppressed by crosslinking polycaprolactone. However, even if polycaprolactone forms a cross-linked structure, the strength and elastic modulus of the resin itself are low and it is not suitable for applications where a load is applied. In addition, as a negative effect of suppressing fluidity in the vicinity of the melting point of the crosslinked caprolactone, very high temperature and pressure are required to impregnate the reinforcing fiber base material, and the reinforcing fiber base material is sufficiently impregnated. Thus, the strength and the elastic modulus cannot be sufficiently satisfied, and therefore, fiber-reinforced crosslinked polycaprolactone has not been put into practical use.

特開2001−335710号公報JP 2001-335710 A 特開昭59−108059号公報JP 59-108059 A 特開昭59−207156号公報JP 59-207156

本発明は、架橋されたポリカプロラクトンをマトリックス樹脂とする繊維強化ポリカプロラクトン、及びマトリックス樹脂を充分に強化繊維基材に含浸させる繊維強化ポリカプロラクトンの製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fiber-reinforced polycaprolactone using a crosslinked polycaprolactone as a matrix resin, and a method for producing a fiber-reinforced polycaprolactone in which a matrix resin is sufficiently impregnated into a reinforcing fiber substrate.

本発明は、有機過酸化物を含むポリカプロラクトンのペレット材またはシート材と、強化繊維基材を重ね合わせ、加熱加圧し、上記ポリカプロラクトンを上記強化繊維基材に含浸させ、且つ上記ポリカプロラクトンを架橋させることを特徴とする繊維強化ポリカプロラクトンの製造方法である。上記有機過酸化物を含むポリカプロラクトンのペレット材またはシート材において、該ポリカプロラクトンの数平均分子量が1万〜6.5万であることが好ましい。また、上記強化繊維基材の強化繊維の繊維長は10mm以上であることもできる。   The present invention includes a polycaprolactone pellet material or sheet material containing an organic peroxide and a reinforcing fiber base material, heated and pressurized, impregnated with the above-mentioned polycaprolactone base material, and the polycaprolactone A method for producing a fiber-reinforced polycaprolactone characterized by crosslinking. In the polycaprolactone pellet or sheet material containing the organic peroxide, the polycaprolactone preferably has a number average molecular weight of 10,000 to 65,000. The fiber length of the reinforcing fiber of the reinforcing fiber base can be 10 mm or more.

本発明はまた、強化繊維を強化材とし、数平均分子量が1万以上のポリカプロラクトンを架橋してなり、且つ100℃のシクロヘキサノン中で24時間抽出した場合のゲル分量が50%以上であるポリカプロラクトンをマトリックス樹脂とすることを特徴とする繊維強化ポリカプロラクトンでもある。この際、強化繊維の繊維長が10mm以上であってもよい。   The present invention also provides a reinforcing fiber as a reinforcing material, a polycaprolactone having a number average molecular weight of 10,000 or more crosslinked, and a gel content of 50% or more when extracted in cyclohexanone at 100 ° C. for 24 hours. It is also a fiber reinforced polycaprolactone characterized by using caprolactone as a matrix resin. At this time, the fiber length of the reinforcing fiber may be 10 mm or more.

本発明の繊維強化ポリカプロラクトンの製造方法において、有機過酸化物を含むポリカプロラクトンのペレット材またはシート材は、ポリカプロラクトンが未架橋またはほとんど架橋が進行していない状態であり、加熱加圧により強化繊維基材に充分に含浸し、加熱加圧成形により充分な強度や弾性率を有する繊維強化ポリカプロラクトンを得ることができる。また、数平均分子量が1万〜6.5万であれば、有機過酸化物を含むシート材やペレット材を容易に得ることができ、且つより優れた特性の成形品を得ることができる。   In the fiber-reinforced polycaprolactone production method of the present invention, the polycaprolactone pellet material or sheet material containing an organic peroxide is in a state where the polycaprolactone is not crosslinked or hardly crosslinked, and is reinforced by heating and pressing. A fiber reinforced polycaprolactone having a sufficient strength and elastic modulus can be obtained by sufficiently impregnating the fiber base material and heating and pressing. In addition, when the number average molecular weight is 10,000 to 65,000, a sheet material or a pellet material containing an organic peroxide can be easily obtained, and a molded product having more excellent characteristics can be obtained.

特に繊維長が10mm以上の強化繊維は、樹脂が含浸する際、複数本の単繊維が束になっている状態であるが、このような場合でも充分に樹脂を含浸させることができる。   In particular, reinforcing fibers having a fiber length of 10 mm or more are in a state where a plurality of single fibers are bundled when the resin is impregnated. Even in such a case, the resin can be sufficiently impregnated.

しかも、強化繊維基材とポリカプロラクトンのペレット材またはシート材とを積層し加熱加圧により成形するので、繊維長が10mm以上の繊維や連続繊維の基材を使用することができ、且つ射出成形等の場合のように、強化繊維が細破されることがほとんどなく成形品中に長繊維のまま維持されるので、優れた強度、弾性率を有する繊維強化ポリカプロラクトンを得ることができる。   Moreover, since the reinforcing fiber base material and the polycaprolactone pellet material or sheet material are laminated and molded by heating and pressing, a fiber or continuous fiber base material having a fiber length of 10 mm or more can be used, and injection molding is performed. As in the case of the above, since the reinforcing fiber is hardly shredded and is maintained as a long fiber in the molded product, a fiber-reinforced polycaprolactone having excellent strength and elastic modulus can be obtained.

さらに、この加熱加圧工程において、ポリカプロラクトンは有機過酸化物により架橋する。そのため、本発明の繊維強化ポリカプロラクトンは、融点付近での流動変形が少なく、熱水、熱風により造形する際にも、べとつくことがなく優れた作業性を有する。   Furthermore, in this heating and pressurizing step, polycaprolactone is crosslinked with an organic peroxide. Therefore, the fiber-reinforced polycaprolactone of the present invention has little work deformation near the melting point, and has excellent workability without stickiness even when modeling with hot water or hot air.

本発明の製造方法におけるポリカプロラクトンは、ε−カプロラクトンの重合体であり、ε−カプロラクトンに重合開始剤を加えて、必要に応じて触媒を使用しつつ、重合することにより得ることができる。反応温度としては、例えば、120〜220℃であり、好ましくは150〜200℃にて数時間、撹拌下に反応させて得ることができる。   The polycaprolactone in the production method of the present invention is a polymer of ε-caprolactone, and can be obtained by adding a polymerization initiator to ε-caprolactone and polymerizing it using a catalyst as necessary. As reaction temperature, it is 120-220 degreeC, for example, Preferably it can obtain by making it react under stirring for several hours at 150-200 degreeC.

上記重合開始剤としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール等のアルキレングリコール;イソフタリルアルコール、テレフタリルアルコール、β,β′−ビスヒドロキシエチルテレフタレート、β,β′−ビスヒドロキシエチルイソフタレート等の芳香族ジオール;シクロヘキサン1,4−ジオール、シクロヘキサン1,4−ジメタノール等の脂環式ジオール;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレンアジペートジオール、ポリプロピレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジオール、ポリエチレンセバケートジオール、ポリエチレンプロピレンジオール、ポリエチレンブチレンアジペートジオール等を挙げることができる。   Examples of the polymerization initiator include alkylene glycols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, 2,3-butylene glycol, pentamethylene glycol, hexamethylene glycol; isophthalyl alcohol, terephthalyl alcohol, β , Β′-bishydroxyethyl terephthalate, β, β′-bishydroxyethyl isophthalate and other aromatic diols; cyclohexane 1,4-diol, cyclohexane 1,4-dimethanol and other alicyclic diols; polyethylene glycol, polypropylene Glycol, polytetramethylene glycol, polyethylene adipate diol, polypropylene adipate diol, polybutylene adipate diol, polyethylene sebacate diol, polyethylene Ropi diol, and polyethylene butylene adipate diol.

上記触媒としては、例えば、テトラブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラエチルチタネート、ジブチルスズオキシド、ジブチルスズラウレート、オクチル酸スズ、塩化第一スズ等を挙げることができる。触媒の使用量は、好ましくは0.5〜500ppmである。   Examples of the catalyst include tetrabutyl titanate, tetraisopropyl titanate, tetraethyl titanate, dibutyltin oxide, dibutyltin laurate, tin octylate, stannous chloride, and the like. The amount of catalyst used is preferably 0.5 to 500 ppm.

本発明において、ポリカプロラクトンの数平均分子量は1万〜6.5万が好ましく、より好ましくは3万〜6万である。数平均分子量1万未満であると、樹脂自体に備わっていなければならない機械的強度や耐熱性が十分でないおそれがあり好ましくない。数平均分子量6.5万を超えると、成形時の加熱によっても粘性係数が大きいため強化繊維基材に充分に含浸しなくなるおそれがあり、ポリカプロラクトンを溶剤に溶かすなどの操作が必要になる可能性があり好ましくない。なお、数平均分子量は、THF、トルエン、クロロホルム等を移動相としてポリスチレン標準粒子を分子量標準にしてゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定することができる。   In the present invention, the number average molecular weight of polycaprolactone is preferably 10,000 to 65,000, more preferably 30,000 to 60,000. If the number average molecular weight is less than 10,000, the mechanical strength and heat resistance which must be provided in the resin itself may not be sufficient, which is not preferable. If the number average molecular weight exceeds 65,000, the reinforcing fiber base may not be sufficiently impregnated due to the large viscosity coefficient even by heating during molding, and operations such as dissolving polycaprolactone in a solvent may be required. This is undesirable. The number average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography using THF, toluene, chloroform or the like as a mobile phase and polystyrene standard particles as a molecular weight standard.

本発明において、ポリカプロラクトンのペレット材またはシート材には有機過酸化物を含有させ、後述する加熱加圧することにより、この有機過酸化物によりポリカプロラクトンを架橋させる。上記有機過酸化物としては、例えば、オクタノイルパーオキサイド、ウラリルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシマレイン酸、t−ブチルパーオキシイソブチレート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルハイドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、p−メンセンハイドロパーオキサイド、ピナンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等を挙げることができる。   In the present invention, an organic peroxide is contained in the polycaprolactone pellet or sheet material, and polycaprolactone is crosslinked with the organic peroxide by heating and pressurizing as described later. Examples of the organic peroxide include octanoyl peroxide, lauryl peroxide, stearoyl peroxide, acetyl peroxide, benzoyl peroxide, t-butyl peroxymaleic acid, t-butyl peroxyisobutyrate, and methyl ethyl ketone. Peroxide, dicumyl peroxide, di-t-butyl hydroperoxide, di-t-butyl peroxide, p-mensen hydroperoxide, pinane hydroperoxide, 2,5-dimethyl-2,5-di ( t-butylperoxy) hexane, 2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexyne-3,2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, cumene hydroperoxide Etc.

有機過酸化物の使用量は、ポリカプロラクトン100重量部に対して、好ましくは0.1〜10重量部である。なお、架橋のための加熱温度は、140〜220℃が好ましい。架橋反応に要する時間は、通常、10分〜3時間程度である。   The amount of the organic peroxide used is preferably 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of polycaprolactone. The heating temperature for crosslinking is preferably 140 to 220 ° C. The time required for the crosslinking reaction is usually about 10 minutes to 3 hours.

有機過酸化物は分解することにより遊離ラジカルが発生し、高分子中の水素を引き抜いて分子間に炭素−炭素結合を形成し、高分子鎖を架橋することができる。この有機過酸化物の分解は加熱のみにより行う場合と促進剤を併用する場合とがあり得る。この促進剤として、例えば、アミノ基が有機過酸化物と反応してラジカルを生成し得るジメチルアニリンが好ましい。   The organic peroxide is decomposed to generate free radicals, drawing hydrogen in the polymer to form a carbon-carbon bond between the molecules and crosslinking the polymer chain. The decomposition of the organic peroxide can be performed by heating alone or in combination with an accelerator. As this accelerator, for example, dimethylaniline capable of generating a radical by reacting an amino group with an organic peroxide is preferable.

本発明において、有機過酸化物を含むポリカプロラクトンのペレット材またはシート材を得るには、ポリカプロラクトンに有機過酸化物を、一旦有機過酸化物の活性化温度未満の条件(例えば、90〜110℃)で溶融混練する等の方法で配合し、ペレット化またはシート化する。   In the present invention, in order to obtain a polycaprolactone pellet material or sheet material containing an organic peroxide, the organic peroxide is added to the polycaprolactone once under a condition (for example, 90 to 110) below the activation temperature of the organic peroxide. And blended by a method such as melt kneading at a temperature of 0 ° C.) to form pellets or sheets.

本発明における強化繊維基材の素材としては、例えば、アラミド、ビニロン等の有機繊維やガラス繊維、カーボン繊維等の無機繊維の他にも、ポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊維等の合成繊維織物;麻(大麻、亜麻、黄麻等)繊維、竹繊維、パルプ、綿繊維、ココヤシ繊維、羊毛、絹、バナナ、ケナフなどの天然繊維、レーヨン等の再生繊維等を挙げることができる。   Examples of the material of the reinforcing fiber base in the present invention include synthetic fibers such as polyamide fibers and polyvinyl alcohol fibers, as well as organic fibers such as aramid and vinylon, and inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers; Cannabis, flax, burlap, etc.) fiber, bamboo fiber, pulp, cotton fiber, coco fiber, natural fiber such as wool, silk, banana, kenaf, and regenerated fiber such as rayon.

また、強化繊維は、繊維強化ポリカプロラクトンの強度を向上させるために、繊維長は10mm以上であることが好ましく、20mm以上の長繊維や連続長繊維であることがより好ましい。また、繊維束の番手は100〜2000texであることが好ましく、また、面状体の場合は単重が、10〜300g/mであることが好ましい。 Moreover, in order to improve the strength of the fiber-reinforced polycaprolactone, the reinforcing fiber preferably has a fiber length of 10 mm or more, and more preferably a long fiber of 20 mm or more or a continuous long fiber. Moreover, it is preferable that the count of a fiber bundle is 100-2000 tex, and in the case of a planar body, it is preferable that unit weight is 10-300 g / m < 2 >.

本発明において、かかる強化繊維の基材の形態としては、一方向基材、織物、編物若しくは組物又はこれらの組合せである編織物、チョップドストランドマット又は連続繊維マットのマット基材を挙げることができる。   In the present invention, examples of the form of the reinforcing fiber substrate include a unidirectional substrate, a woven fabric, a knitted fabric, a braided fabric, or a combination thereof, a knitted fabric, a chopped strand mat, or a mat substrate of a continuous fiber mat. it can.

また、強化繊維基材は、ポリカプロラクトンとの密着性を向上させるために、表面処理されていてもよい。例えば、ガラス繊維であれば、シランカップリング剤で処理してもよい。シランカップリング剤としては、加水分解性基と疎水基(有機基)とを有するシラン化合物であって、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−(メタクリロイルオキシプロピル)トリメトキシシラン等の不飽和二重結合を有するもの;β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン等のエポキシ基を有するもの;γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−β−アミノエチル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ基を有するアミノシラン化合物等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を使用することができる。これらのうち、好ましくは(メタ)アクリルシラン化合物やアミノシラン化合物である。   In addition, the reinforcing fiber base may be surface-treated in order to improve adhesion with polycaprolactone. For example, if it is glass fiber, you may process with a silane coupling agent. The silane coupling agent is a silane compound having a hydrolyzable group and a hydrophobic group (organic group), such as vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ- Those having an unsaturated double bond such as (methacryloyloxypropyl) trimethoxysilane; β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, γ-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, γ-glycidyloxypropyltriethoxy Those having an epoxy group such as silane; γ-aminopropyltriethoxysilane, N-β-aminoethyl-γ-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N -Β- (N-vinylbenzylaminoethyl Aminosilane compounds having -γ- aminopropyltrimethoxysilane amino group and the like. These can use 1 type (s) or 2 or more types. Of these, (meth) acrylsilane compounds and aminosilane compounds are preferred.

本発明の製造方法においては、加熱加圧により成形と並行してポリカプロラクトンを架橋させるので、加熱温度は、有機過酸化物の活性化温度以上、例えば、140〜220℃とする。架橋反応に要する時間は、通常、10分〜3時間程度であるので、これを考慮して加熱加圧時間を設定する。   In the production method of the present invention, polycaprolactone is crosslinked in parallel with molding by heating and pressing, and therefore the heating temperature is set to be equal to or higher than the activation temperature of the organic peroxide, for example, 140 to 220 ° C. Since the time required for the crosslinking reaction is usually about 10 minutes to 3 hours, the heating and pressing time is set in consideration of this.

なお、この加熱加圧工程とは別個に加熱又は紫外線照射若しくは放射線照射等により架橋させる工程を設けても良い。   In addition, you may provide the process bridge | crosslinked by heating or ultraviolet irradiation or radiation irradiation separately from this heating-pressing process.

ポリカプロラクトンは100℃のシクロヘキサノン中で24時間抽出した場合のゲル分量が50〜100%の範囲内の程度に架橋していることが、成形体を加熱したときに樹脂のべとつきの程度が少なく、耐熱性に優れているので好ましい。ゲル分量は70〜100%がより好ましく、80〜100%がさらに好ましく、90〜100%が一層好ましい。   Polycaprolactone is crosslinked to the extent that the gel content when extracted in cyclohexanone at 100 ° C. for 24 hours is in the range of 50 to 100%, the degree of stickiness of the resin is small when the molded body is heated, Since it is excellent in heat resistance, it is preferable. The gel content is more preferably 70 to 100%, further preferably 80 to 100%, and still more preferably 90 to 100%.

加熱加圧成形において強化繊維基材1層ごとに間にポリカプロラクトンのペレット材またはシート材を1層又は複数層挟んでも良く、複数層の強化繊維基材の間にポリカプロラクトンのペレット材またはシート材を挟んでも良い。また、複数種類の強化繊維基材を組み合わせてもよい。複数層の強化繊維基材を積層する場合は、強化繊維基材の繊維方向を揃えてもよく、又は、変化させてもよく、繊維方向を変えて積層することにより、耐荷重性を調節することができる。   In heat and pressure molding, one layer or plural layers of polycaprolactone pellets or sheets may be sandwiched between layers of reinforcing fiber substrates, and polycaprolactone pellets or sheets between multiple layers of reinforcing fiber substrates. It is also possible to sandwich the material. A plurality of types of reinforcing fiber base materials may be combined. When laminating multiple layers of reinforcing fiber base material, the fiber direction of the reinforcing fiber base material may be aligned or changed, and load resistance is adjusted by changing the fiber direction and laminating. be able to.

強化繊維基材とマトリックス樹脂との重量配合は、繊維の種類により異なり得るが、例えば、ガラス繊維の場合には、繊維強化ポリカプロラクトン全重量に対して、強化繊維基材10〜80重量%が好ましく、20〜70重量%がより好ましい。強化繊維基材の量が10重量%未満であると、成形品の物性が低くなったり、そりやうねりが大きくなる傾向にあり、80重量%を超すと、繊維に樹脂が未含浸となる傾向にある。その他の種類の繊維であっても、上記値を参考にしつつ、適宜配合割合を求めることができる。   The weight blend of the reinforcing fiber base material and the matrix resin may vary depending on the type of fiber. For example, in the case of glass fiber, the reinforcing fiber base material is 10 to 80% by weight based on the total weight of the fiber reinforced polycaprolactone. Preferably, 20 to 70% by weight is more preferable. If the amount of the reinforcing fiber base is less than 10% by weight, the physical properties of the molded product tend to be low or warpage and undulation tend to increase. If the amount exceeds 80% by weight, the fiber tends to be unimpregnated with the resin It is in. Even with other types of fibers, the blending ratio can be determined as appropriate with reference to the above values.

本発明の繊維強化ポリカプロラクトンは、強化繊維を強化材とし、数平均分子量が1万以上のポリカプロラクトンを架橋してなる架橋ポリカプロラクトンをマトリックス樹脂とする。上記強化繊維としては、上述したものを好適に適用することができる。   The fiber-reinforced polycaprolactone of the present invention uses a reinforcing fiber as a reinforcing material, and a crosslinked polycaprolactone formed by crosslinking a polycaprolactone having a number average molecular weight of 10,000 or more as a matrix resin. As the reinforcing fiber, those described above can be preferably applied.

さらに、本発明の繊維強化ポリカプロラクトンにおいて、ポリカプロラクトンは100℃のシクロヘキサノン中で24時間抽出した場合のゲル分量が50〜100%の範囲内の程度に、好ましくは70〜100%、より好ましくは80〜100%、さらに好ましくは90〜100%の程度に、架橋している。   Furthermore, in the fiber reinforced polycaprolactone of the present invention, the polycaprolactone has a gel content in the range of 50 to 100% when extracted in cyclohexanone at 100 ° C. for 24 hours, preferably 70 to 100%, more preferably It is crosslinked to the extent of 80 to 100%, more preferably 90 to 100%.

このような本発明の繊維強化ポリカプロラクトンは、上述した本発明の製造方法で好適に製造することができるが、かならずしもそれに限るものではなく、必要に応じて、上述の説明を参照しつつ、特に、ポリカプロラクトンの数平均分子量が大きい場合に、適宜、例えば、ポリカプロラクトンを溶剤に溶かすなどの操作を適用してもよい。   Such a fiber-reinforced polycaprolactone of the present invention can be suitably produced by the production method of the present invention described above, but is not necessarily limited thereto, and particularly if necessary, referring to the above description. When the number average molecular weight of polycaprolactone is large, for example, an operation such as dissolving polycaprolactone in a solvent may be applied as appropriate.

本発明における繊維強化ポリカプロラクトンは、熱水や熱風で容易に変形加工することができる。変形加工の温度は、ポリカプロラクトンの融点である60℃以上、一般には、60〜120℃程度であり、60〜100℃がより好ましい。変形は、例えば、曲げ、伸長、それらの組み合わせ等であり得る。   The fiber-reinforced polycaprolactone in the present invention can be easily deformed with hot water or hot air. The temperature of the deformation process is 60 ° C. or higher, which is the melting point of polycaprolactone, generally about 60 to 120 ° C., and more preferably 60 to 100 ° C. The deformation can be, for example, bending, stretching, combinations thereof, and the like.

また、ポリカプロラクトンは、生分解性を有するので、強化繊維織基材自体も生分解性ある天然繊維の基材を使用すれば、繊維強化ポリカプロラクトン全体を生分解性とすることができる。   In addition, since polycaprolactone has biodegradability, the entire fiber-reinforced polycaprolactone can be made biodegradable by using a natural fiber base material that is also biodegradable.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。
実施例1〜2
架橋ポリカプロラクトン成形品の作製
プラクセルH5(数平均分子量5万、ダイセル化学社製カプロラクトン)を100℃で完全に溶融させ、縦型ミキサーで撹拌しつつ、プラクセルH5の100重量部に対してパーヘキシン25B(2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3)、(有機過酸化物、日本油脂社製、150℃での半減期1時間)1重量部を添加して15分間混練した後、トレイに排出した。その後、80℃に加熱し、4gづつにペレットにし小分けした。それをプレス機を用いて80℃で、125μm厚さの樹脂シートを成形した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
Examples 1-2
Preparation of a crosslinked polycaprolactone molded product Plaxel H5 (number average molecular weight 50,000, caprolactone manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.) was completely melted at 100 ° C. and stirred with a vertical mixer, while perhexine 25B was added to 100 parts by weight of Plaxel H5. 1 part by weight of (2,5-dimethyl-2,5-bis (t-butylperoxy) hexyne-3) (organic peroxide, manufactured by NOF Corporation, half-life at 150 ° C. for 1 hour) The mixture was kneaded for 15 minutes and then discharged to a tray. Thereafter, the mixture was heated to 80 ° C., and divided into 4 g pellets. A resin sheet having a thickness of 125 μm was molded at 80 ° C. using a press.

次に、質量202g/m2のトルコ朱子織組織のガラス繊維織物(日東紡績社製WPA15D103)を実施例1においてはγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン処理し、実施例2においてはN−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン処理し、これを強化繊維基材として使用して、9枚の上記樹脂シートの間に、8枚のガラス繊維織物を1枚ずつ最外層が樹脂シートになるように挟みこみ、130℃、30分プレスし、その後引続き150℃、120分プレスして複合材を作製した。100℃のシクロヘキサノン中で24時間抽出した場合のゲル分量は、いずれも90%であった。複合材中のガラス繊維含有量を、複合材を電気炉で900℃/1時間焼いた後の灰分として測定したところ、実施例1、実施例2とも40重量%であった。   Next, a glass fiber woven fabric having a mass of 202 g / m 2 and a Turkish satin weave texture (WPA15D103 manufactured by Nitto Boseki Co., Ltd.) was treated with γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane in Example 1, and N- (2- Aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane treatment, using this as a reinforcing fiber base material, and 8 glass fiber fabrics one by one between the 9 resin sheets, the outermost layer being a resin sheet And pressed at 130 ° C. for 30 minutes, and subsequently pressed at 150 ° C. for 120 minutes to produce a composite material. The gel amount when extracted in cyclohexanone at 100 ° C. for 24 hours was 90% in all cases. The glass fiber content in the composite material was measured as the ash content after the composite material was baked in an electric furnace at 900 ° C./1 hour. As a result, both Example 1 and Example 2 were 40% by weight.

比較例1
非架橋カプロラクトン繊維強化樹脂の作製
プラクセルH7(数平均分子量7万、ダイセル化学社製カプロラクトン)を用いて実施例と同様にして4gのペレット化後、プレス機を用いて120℃で、200μm厚さの樹脂シートを成形した。
Comparative Example 1
Preparation of non-crosslinked caprolactone fiber reinforced resin Plaxel H7 (number average molecular weight 70,000, caprolactone manufactured by Daicel Chemical Industries) was used to form 4 g of pellets in the same manner as in the Examples, and the thickness was 200 μm at 120 ° C. using a press. The resin sheet was molded.

つぎに、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン処理したガラス繊維織物(日東紡績社製WPA15D103)を強化繊維基材として使用して、8枚の上記樹脂シートの間に、7枚のガラス繊維織物を1枚ずつ最外層が樹脂シートになるように挟みこみ、150℃、90分プレスして作製した。複合材中のガラス繊維含量を、複合材を電気炉で900℃/1時間焼いた後の灰分として測定したところ、50重量%であった。   Next, a glass fiber fabric treated with γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (WPA15D103 manufactured by Nitto Boseki Co., Ltd.) is used as a reinforcing fiber base, and 7 glass fiber fabrics are placed between 8 resin sheets. Each sheet was sandwiched so that the outermost layer became a resin sheet and pressed at 150 ° C. for 90 minutes. The glass fiber content in the composite material was measured as an ash content after the composite material was baked in an electric furnace at 900 ° C./1 hour, and it was 50% by weight.

各実施例、比較例について、下記の評価方法で評価した。結果を図1に示した。
評価方法:動的粘弾性
セイコーインスツルメント社製粘弾性測定装置DMS6100型を用いて、両持ち曲げモードで1Hzの正弦歪を印加することにより測定した。測定温度範囲は0〜100℃で、昇温速度は2℃/分とした。
Each Example and Comparative Example were evaluated by the following evaluation methods. The results are shown in FIG.
Evaluation method: Dynamic viscoelasticity Measurement was performed by applying a sine strain of 1 Hz in a both-end bending mode using a viscoelasticity measuring apparatus DMS6100 manufactured by Seiko Instruments Inc. The measurement temperature range was 0 to 100 ° C., and the rate of temperature increase was 2 ° C./min.

数平均分子量7万のカプロラクトンを使用した場合は、分子量が高すぎてガラス繊維に含浸させる際には150℃の高温と長時間のプレスを必要とした。また、この場合、有機過酸化物との溶融混練が不可能であり、この場合は溶剤に溶かす操作が必要であることが判った。また、実施例から、ポリカプロラクトンを繊維強化することにより、10GPa以上の弾性率が得られ、実用可能範囲が広がることが明らかになった。さらに、加熱によりマトリックス樹脂の結晶部分が融解し、約60℃以上で弾性率が急激に低下するため、繊維強化樹脂構造体が自由に変形できるようになることが確認できた。   When caprolactone having a number average molecular weight of 70,000 was used, the molecular weight was too high, and when the glass fiber was impregnated, a high temperature of 150 ° C. and a long press were required. Further, in this case, melt kneading with an organic peroxide is impossible, and in this case, it has been found that an operation of dissolving in a solvent is necessary. Moreover, it became clear from an Example that the elasticity modulus of 10 GPa or more was obtained by fiber-reinforced polycaprolactone, and the practical use range expanded. Furthermore, it was confirmed that the fiber reinforced resin structure can be freely deformed because the crystal part of the matrix resin is melted by heating and the elastic modulus is rapidly lowered at about 60 ° C. or higher.

さらに、図1から以下のことが判った。すなわち、ポリカプロラクトンを架橋させることにより、結晶の融点以上の温度でのtanδが低下した。実際、比較例1(非架橋PCL−FRP)の100℃でのtanδ=0.65だが実施例1〜2(架橋PCL−FRP)では0.3〜0.4と低い。これは粘弾性体の粘性成分が架橋により減少したためであり、結晶の融解温度以上でも、もはや液状ではなくゲル状になったことが分る。このことは、加熱成形時に樹脂が流動することがなく成形性が向上するばかりでなく、成形品を融点付近に加熱し2次加工する際に、ベとつきを抑え、成形品の加工性の向上をもたらすことができるという優れた特性を有していることを意味する。   Furthermore, the following was found from FIG. That is, tan δ at a temperature equal to or higher than the melting point of the crystal was reduced by crosslinking polycaprolactone. Actually, tan δ = 0.65 at 100 ° C. in Comparative Example 1 (non-crosslinked PCL-FRP), but in Examples 1-2 (crosslinked PCL-FRP), it is as low as 0.3-0.4. This is because the viscosity component of the viscoelastic body is reduced by the cross-linking, and it can be seen that even when the melting temperature of the crystal is exceeded, it is no longer liquid but gelled. This not only improves the moldability of the resin without flowing during heat molding, but also suppresses stickiness when the molded product is heated to the vicinity of the melting point to perform secondary processing, and the processability of the molded product is improved. It means that it has the outstanding characteristic that it can bring about an improvement.

また、ポリカプロラクトンの架橋の度合いは有機過酸化物の種類、含有量、加熱加圧成形の成形条件等により制御できる。そのため、有機過酸化物を含むポリカプロラクトンの分子量と、ポリカプロラクトンの架橋の度合いを適宜設定することにより、繊維強化ポリカプロラクトン成形品の材料特性と2次加工性を要求特性に応じて設定することができる。   In addition, the degree of crosslinking of polycaprolactone can be controlled by the type and content of organic peroxide, molding conditions for heat and pressure molding, and the like. Therefore, by appropriately setting the molecular weight of polycaprolactone containing organic peroxide and the degree of crosslinking of polycaprolactone, the material properties and secondary processability of the fiber-reinforced polycaprolactone molded product should be set according to the required properties. Can do.

本発明の複合材は、上述の性質を生かした用途に有利に使用することができ、例えば、各種の工業材料、試作材料として各種成形品、例えば、家電製品、スポーツ用品、建築資材、玩具、遊具、模型等に用いることができる。   The composite material of the present invention can be advantageously used for applications utilizing the above-mentioned properties, for example, various industrial materials, various molded products as prototype materials, for example, home appliances, sports equipment, building materials, toys, It can be used for play equipment, models, etc.

実施例1、2及び比較例1で得た複合材の弾性率(E′)及びtanδの温度による変化を示すグラフ。The graph which shows the change by the elastic modulus (E ') and tan-delta of the composite material obtained in Example 1, 2 and the comparative example 1 with temperature.

Claims (5)

有機過酸化物を含むポリカプロラクトンのペレット材またはシート材と、強化繊維基材を重ね合わせ、加熱加圧し、前記ポリカプロラクトンを前記強化繊維基材に含浸させ、且つ前記ポリカプロラクトンを架橋させることを特徴とする繊維強化ポリカプロラクトンの製造方法。 Overlaying a polycaprolactone pellet material or sheet material containing an organic peroxide and a reinforcing fiber base material, heating and pressing, impregnating the reinforcing fiber base material with the polycaprolactone, and crosslinking the polycaprolactone. A method for producing a fiber-reinforced polycaprolactone, which is characterized. 前記有機過酸化物を含むポリカプロラクトンのペレット材またはシート材において、該ポリカプロラクトンの数平均分子量が1万〜6.5万である請求項1に記載の繊維強化ポリカプロラクトンの製造方法。 2. The method for producing fiber-reinforced polycaprolactone according to claim 1, wherein the polycaprolactone pellet material or sheet material containing the organic peroxide has a number average molecular weight of 10,000 to 65,000. 前記強化繊維基材の強化繊維の繊維長が10mm以上である請求項1または請求項2に記載の繊維強化ポリカプロラクトンの製造方法。 The fiber length of the reinforcing fiber of the said reinforcing fiber base material is 10 mm or more, The manufacturing method of the fiber reinforced polycaprolactone of Claim 1 or Claim 2. 強化繊維を強化材とし、数平均分子量が1万以上のポリカプロラクトンを架橋してなり、且つ100℃のシクロヘキサノン中で24時間抽出した場合のゲル分量が50%以上であるポリカプロラクトンをマトリックス樹脂とすることを特徴とする繊維強化ポリカプロラクトン。 Polycaprolactone comprising a reinforcing fiber as a reinforcing material, crosslinked with polycaprolactone having a number average molecular weight of 10,000 or more, and having a gel content of 50% or more when extracted in cyclohexanone at 100 ° C. for 24 hours is used as a matrix resin. A fiber-reinforced polycaprolactone characterized by 前記強化繊維の繊維長が10mm以上である請求項4に記載の繊維強化ポリカプロラクトン。
The fiber reinforced polycaprolactone according to claim 4, wherein the fiber length of the reinforcing fiber is 10 mm or more.
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