JP2008240170A - Conjugate yarn for reinforcing thermoplastic resin, and method for producing resin-containing strand using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、擦過性に優れ、熱可塑性樹脂の含浸性に優れる、熱可塑性樹脂補強用複合糸及びそれを用いたストランドの製造方法に関する。 The present invention relates to a composite yarn for reinforcing a thermoplastic resin excellent in scratching properties and excellent in impregnation properties of a thermoplastic resin, and a method for producing a strand using the same.
炭素繊維及び炭素繊維複合材料は、引張強度・引張弾性率が高く、耐熱性、耐薬品性、疲労特性、耐摩耗性に優れる、線膨張係数が小さく寸法安定性に優れる、電磁波シールド性、X線透過性に富むなどの優れた特長を有していることから、スポーツ・レジャー、航空・宇宙、一般産業用途に幅広く適用されている。従来は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂をマトリックスとすることが多かったが、最近、リサイクル性・高速成型性の観点から熱可塑性樹脂が注目されている。 Carbon fiber and carbon fiber composite material have high tensile strength / tensile modulus, excellent heat resistance, chemical resistance, fatigue characteristics, wear resistance, low linear expansion coefficient, excellent dimensional stability, electromagnetic shielding, X Because of its excellent features such as high line permeability, it is widely applied to sports and leisure, aerospace and general industrial applications. Conventionally, a thermosetting resin such as an epoxy resin is often used as a matrix, but recently, a thermoplastic resin has attracted attention from the viewpoint of recyclability and high-speed moldability.
熱可塑性樹脂をマトリックスとする炭素繊維複合材料の製造方法としては、コンパウンドペレットの射出成型、樹脂含有ストランドをカットしたもので繊維強化樹脂複合材料用中間素材(いわゆる長繊維ペレット)の射出成型、射出圧縮成型、押出成型、ランダムマットを使用したスタンピング成型などが挙げられる。中でも、樹脂含有ストランドをカットしたもので繊維強化樹脂複合材料用中間素材(いわゆる長繊維ペレット)の射出成型は、生産効率が高く、加工費をおさえられるため有利である。 Carbon fiber composite materials using thermoplastic resin as a matrix include compound pellet injection molding, resin-containing strands cut and injection molding and injection of intermediate materials for fiber reinforced resin composite materials (so-called long fiber pellets). Examples include compression molding, extrusion molding, and stamping molding using a random mat. Among them, injection molding of an intermediate material for fiber-reinforced resin composite material (so-called long fiber pellets) obtained by cutting resin-containing strands is advantageous because of high production efficiency and low processing costs.
炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料のマトリックスとしては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66など)、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどが挙げられる。これら熱可塑性樹脂のうち、ポリプロピレン樹脂は、安価であり、成型性、耐水性、耐薬品性(耐油性、耐溶剤性)、電気絶縁性などに優れた性質を有する。そのため、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料のマトリックスとして、今後飛躍的な成長が期待されている。 As a matrix of carbon fiber reinforced thermoplastic resin composite material, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polyamide (nylon 6, nylon 66, etc.), polyacetal, polycarbonate, polypropylene, high density polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene Examples include terephthalate, polyetherimide, polystyrene, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherketone, and polyetheretherketone. Of these thermoplastic resins, polypropylene resin is inexpensive and has excellent properties such as moldability, water resistance, chemical resistance (oil resistance, solvent resistance), and electrical insulation. Therefore, dramatic growth is expected in the future as a matrix for carbon fiber reinforced thermoplastic resin composite materials.
炭素繊維は、多数本の極細フィラメントで構成されており、伸度が小さく機械的摩擦などによって毛羽が発生し易い。このため、炭素繊維の集束性を向上させて取扱性を改善し、且つ、マトリックスとの親和性を向上させるために、炭素繊維にサイジング剤を付与するのが一般的である。このようなサイジング剤としては、例えば、特許文献1には、ポリウレタンで被覆処理された炭素繊維ストランドが提案されており、かかる炭素繊維ストランドは擦過性が向上し、炭素繊維強化熱可塑性樹脂の機械的特性の向上を図ることができるとしている。また、特許文献2には、常温で液状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、常温で固形状のビスフェノールA型エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ステアリン酸を必須成分とするサイジング剤が提案され、このサイジング剤は炭素繊維ストランドに良好な擦過性を与えることが記載されている。しかしながら、特許文献1及び2で開示されたサイジング剤では、擦過性の改善に限界がある。
Carbon fiber is composed of a large number of ultrafine filaments, and its elongation is small and fluff is likely to occur due to mechanical friction. For this reason, in order to improve the bundling property of the carbon fiber to improve the handleability and to improve the affinity with the matrix, it is common to apply a sizing agent to the carbon fiber. As such a sizing agent, for example, Patent Document 1 proposes a carbon fiber strand coated with polyurethane, and the carbon fiber strand has improved fretting properties, and a carbon fiber reinforced thermoplastic resin machine. It is said that it is possible to improve the mechanical characteristics. Further,
一方、特許文献3には、炭素繊維に有機繊維をカバリングする方法も提案されている。この方法によれば、擦過性は改善されるものの、熱可塑性樹脂が含浸し難く、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の機械的特性が低下するという問題がある。
On the other hand,
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解消し、擦過性に優れ、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂の含浸性に優れる熱可塑性樹脂補強用複合糸及びそれを用いた樹脂含有ストランドの製造方法、さらに該製造方法により製造される樹脂含有ストランドを提供することにある。 An object of the present invention is to eliminate such problems of the prior art, excellent in scratching properties, and excellent in the impregnation property of thermoplastic resins such as polypropylene, and a method for producing a resin-containing strand using the same. Furthermore, it is providing the resin containing strand manufactured by this manufacturing method.
本発明者は鋭意研究の結果、炭素繊維を、特定の低い融点を有する有機繊維でカバリングすることにより、擦過性が大幅に改善され、しかも樹脂を含浸する際には有機繊維が溶融して熱可塑性樹脂の含浸を阻害しないことを見出し、本発明を完成するに到った。 As a result of diligent research, the present inventor has significantly improved the scratching property by covering carbon fibers with organic fibers having a specific low melting point. Moreover, when impregnating the resin, the organic fibers are melted and heated. The inventors have found that the impregnation of the plastic resin is not hindered and have completed the present invention.
上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。
(1)芯部と鞘部で構成される芯鞘型複合糸からなる熱可塑性樹脂補強用複合糸であって、芯部に炭素繊維が、鞘部に融点が80〜200℃の有機繊維がそれぞれ配され、かつ両繊維の比率が、炭素繊維100重量部に対し有機繊維が5〜100重量部であることを特徴とする熱可塑性樹脂補強用複合糸。
(2)有機繊維がポリプロピレン繊維またはポリアミド繊維である(1)に記載の熱可塑性樹脂補強用複合糸。
(3)炭素繊維の表面に、変性ポリオレフィン共重合体が付着していることを特徴とする(1)又は(2)に記載の熱可塑性樹脂補強用複合糸。
(4)(1)〜(3)のいずれかの熱可塑性樹脂補強用複合糸を、熱溶融された熱可塑性樹脂中に鞘部の有機繊維を溶融させながら、芯部の炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸させることを特徴とする樹脂含有ストランドの製造方法。
(5)熱可塑性樹脂が、ポリプロピレン樹脂である(4)に記載の樹脂含有ストランドの製造方法。
(6)上記(4)または(5)の製造方法により製造された樹脂含有ストランドであって、炭素繊維が熱可塑性樹脂に対して5〜70質量%配合してなる樹脂含有ストランド。
The present invention for achieving the above object is as follows.
(1) A composite yarn for reinforcing a thermoplastic resin composed of a core-sheath composite yarn composed of a core part and a sheath part, wherein the core part is made of carbon fiber, and the sheath part is made of organic fiber having a melting point of 80 to 200 ° C. A composite yarn for reinforcing a thermoplastic resin, characterized in that an organic fiber is 5 to 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of carbon fiber, and the ratio of both fibers is 100 parts by weight.
(2) The composite yarn for reinforcing a thermoplastic resin according to (1), wherein the organic fiber is a polypropylene fiber or a polyamide fiber.
(3) The composite yarn for reinforcing a thermoplastic resin according to (1) or (2), wherein a modified polyolefin copolymer is adhered to the surface of the carbon fiber.
(4) While the organic fiber in the sheath portion is melted in the thermoplastic resin that has been melted in the thermoplastic resin-reinforced composite yarn of any one of (1) to (3), the core fiber is thermoplastic. A method for producing a resin-containing strand, comprising impregnating a resin.
(5) The method for producing a resin-containing strand according to (4), wherein the thermoplastic resin is a polypropylene resin.
(6) A resin-containing strand produced by the production method of (4) or (5) above, wherein the carbon fiber is blended in an amount of 5 to 70 mass% with respect to the thermoplastic resin.
本発明の熱可塑性樹脂補強用複合糸は、有機繊維でカバリングされているため、擦過性が大幅に改善される。また、有機繊維の融点が80〜200℃のため、鞘部の有機繊維を溶融させながら、樹脂含有ストランドを成型することができる。 Since the composite yarn for reinforcing a thermoplastic resin of the present invention is covered with an organic fiber, the scratch resistance is greatly improved. Moreover, since melting | fusing point of an organic fiber is 80-200 degreeC, a resin containing strand can be shape | molded, melting the organic fiber of a sheath part.
本発明の熱可塑性樹脂補強用複合糸(以下、複合糸と称することがある)は、芯部と鞘部でから構成される芯鞘型複合糸からなる。
本発明において芯部に用いる炭素繊維は、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系など、何れの炭素繊維も使用することができる。特に、PANを原料としたPAN系炭素繊維が、工業規模における生産性及び機械的特性に優れており好ましい。
The composite yarn for reinforcing thermoplastic resin of the present invention (hereinafter sometimes referred to as composite yarn) is composed of a core-sheath type composite yarn composed of a core portion and a sheath portion.
As the carbon fiber used for the core in the present invention, any carbon fiber such as polyacrylonitrile (PAN), petroleum / coal pitch, rayon, and lignin can be used. In particular, PAN-based carbon fibers using PAN as a raw material are preferable because they are excellent in productivity and mechanical properties on an industrial scale.
PAN系炭素繊維は、直径6〜8μm程度のフィラメントが1000〜50000本程度の束形状をしたものであり、概略以下の四工程を経て製造される。まず、最初の耐炎化工程では、アクリル繊維を200〜300℃の空気雰囲気中で加熱し、ニトリル基を閉環させ、アクリルポリマー中に酸素を導入して、高温下でも安定な構造にする。 The PAN-based carbon fiber has a bundle shape of about 1000 to 50000 filaments having a diameter of about 6 to 8 μm, and is manufactured through the following four steps. First, in the first flameproofing step, the acrylic fiber is heated in an air atmosphere at 200 to 300 ° C., the nitrile group is closed, oxygen is introduced into the acrylic polymer, and a stable structure is obtained even at high temperatures.
炭素化工程では、不活性ガス雰囲気中1000℃以上の高温で焼成し、炭素含有率を90質量%以上まで高めた炭素繊維とする。
炭素繊維には、熱可塑性樹脂との接着性を高めるため表面処理により、炭素繊維表面に含酸素官能基を導入されていてもよい。
In the carbonization step, the carbon fiber is baked at a high temperature of 1000 ° C. or higher in an inert gas atmosphere to increase the carbon content to 90% by mass or higher.
In the carbon fiber, an oxygen-containing functional group may be introduced on the surface of the carbon fiber by a surface treatment in order to improve the adhesion with the thermoplastic resin.
炭素繊維の表面処理としては、液相における薬液酸化・電解酸化、気相酸化などが挙げられる。これら表面処理のうちでも、生産性、処理の均一性の観点から、液相における電解酸化処理が好ましい。電解酸化処理に用いられる電解液としては、硫酸、硝酸、塩酸等の無機酸や、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機水酸化物、硫酸アンモニウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等の無機塩類などが挙げられる。 Examples of the carbon fiber surface treatment include chemical liquid oxidation / electrolytic oxidation in a liquid phase, gas phase oxidation, and the like. Among these surface treatments, an electrolytic oxidation treatment in a liquid phase is preferable from the viewpoint of productivity and treatment uniformity. Examples of the electrolytic solution used for the electrolytic oxidation treatment include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, and hydrochloric acid, inorganic hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and inorganic salts such as ammonium sulfate, sodium carbonate, and sodium bicarbonate. Can be mentioned.
炭素繊維の表面処理を行う際の指標としては、X線光電子分光法(ESCA)を用いて測定できる炭素繊維の表面酸素濃度比(O/C)により管理するのが良く、O/Cが、0.05〜0.4となるように電解酸化処理することが好ましい。 As an index for the surface treatment of carbon fiber, it is better to manage it by the surface oxygen concentration ratio (O / C) of carbon fiber that can be measured using X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA). It is preferable to perform electrolytic oxidation treatment so as to be 0.05 to 0.4.
上記炭素繊維には、炭素繊維の取扱性を改善するとともに、炭素繊維と熱可塑性樹脂との親和性を良くするため、炭素繊維にサイジング剤が付与されていてもよい。炭素繊維へのサイジング法は、スプレー法、ローラー浸漬法、ローラー転写法などがある。これらサイジング法のうちでも、生産性、均一性に優れるローラー浸漬法が好ましい。炭素繊維ストランドをサイジング液に浸漬する際には、サイジング浴中に設けられた浸漬ローラーを介して、開繊と絞りを繰り返し、ストランドの中までサイジング液を含浸させる。サイジング液を炭素繊維間に含浸させた後、続く乾燥処理によって水分又は溶剤を除去して、目的とするサイジング剤を付与した炭素繊維を得る。炭素繊維に対するサイジング剤の付着量の調整は、サイジング液の濃度調整や、絞りローラーの調整などによって行う。炭素繊維の乾燥は、例えば、熱風、熱板、ローラー、赤外線ヒーターなどを使用することができる。 The carbon fiber may be provided with a sizing agent in order to improve the handleability of the carbon fiber and improve the affinity between the carbon fiber and the thermoplastic resin. Examples of the sizing method for carbon fiber include a spray method, a roller dipping method, and a roller transfer method. Among these sizing methods, a roller dipping method excellent in productivity and uniformity is preferable. When the carbon fiber strand is immersed in the sizing liquid, the opening and squeezing are repeated through an immersion roller provided in the sizing bath, and the sizing liquid is impregnated into the strand. After impregnating the sizing liquid between the carbon fibers, the moisture or solvent is removed by a subsequent drying process to obtain carbon fibers to which the desired sizing agent is applied. The amount of the sizing agent attached to the carbon fiber is adjusted by adjusting the concentration of the sizing liquid or adjusting the squeezing roller. For drying the carbon fiber, for example, hot air, a hot plate, a roller, an infrared heater or the like can be used.
サイジング液は、エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体から選ばれる少なくとも1種を主鎖とし、不飽和カルボン酸類でグラフト変性された変性ポリオレフィン共重合体、ポリプロピレンを主鎖とし不飽和カルボン酸類でグラフト変性された変性ポリプロピレン樹脂、あるいは、これらを混合してなる樹脂組成物を含有するサイジング液が好ましく、炭素繊維に対し、0.1〜10.0質量%付与されていることが好ましい。これにより、熱可塑性樹脂、特にポリプロピレン樹脂が炭素繊維間に含浸しやすくなり、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の機械的物性が良好になる。 The sizing solution is a modified polyolefin copolymer having at least one selected from an ethylene-propylene copolymer, a propylene-butene copolymer, and an ethylene-propylene-butene copolymer as a main chain and graft-modified with an unsaturated carboxylic acid. A sizing solution containing a polymer, a modified polypropylene resin having polypropylene as a main chain and graft-modified with an unsaturated carboxylic acid, or a resin composition obtained by mixing these, is preferable. It is preferable that 0% by mass is given. Thereby, it becomes easy to impregnate a thermoplastic resin, especially a polypropylene resin between carbon fibers, and the mechanical physical property of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin composite material becomes favorable.
本発明の複合糸においては、芯部に上記炭素繊維が、鞘部に融点が80〜200℃の有機繊維が配されていることが肝要である。
本発明の複合糸は熱可塑性樹脂の樹脂補強に用いるが、複合糸が熱可塑性樹脂に配合されるまでの工程において、炭素繊維が有機繊維により被覆されていることにより炭素繊維が擦過により毛羽立ち、工程通過性(歩留まり)が悪くなるのを防止することができる。さらに、熱溶融した熱可塑性樹脂中に複合糸を配合、または浸漬する際には、鞘部の上記融点を有する有機繊維は溶融して、該熱可塑性樹脂が炭素繊維間に入り込むため、炭素繊維間に熱可塑性樹脂が十分に含浸した樹脂含有ストランド又は炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を得ることができる。
In the composite yarn of the present invention, it is important that the carbon fiber is disposed in the core and the organic fiber having a melting point of 80 to 200 ° C. is disposed in the sheath.
The composite yarn of the present invention is used for resin reinforcement of a thermoplastic resin, but in the process until the composite yarn is blended with the thermoplastic resin, the carbon fiber is covered with organic fiber, so that the carbon fiber becomes fuzzed by abrasion, It is possible to prevent deterioration in process passability (yield). Furthermore, when the composite yarn is blended or immersed in the hot melted thermoplastic resin, the organic fiber having the melting point of the sheath is melted and the thermoplastic resin enters between the carbon fibers. A resin-containing strand or carbon fiber reinforced thermoplastic resin composite material sufficiently impregnated with a thermoplastic resin therebetween can be obtained.
したがって、有機繊維の融点は80〜200℃、好ましくは80〜150℃とする必要がある。有機繊維の融点が200℃を超えると、熱溶融した樹脂中に複合糸を配合又は含浸しても有機繊維が溶融せず、炭素繊維間に熱可塑性樹脂が含浸し難くなる。一方、有機繊維の融点が80℃未満では、擦過による熱によっても溶融するため好ましくない。 Therefore, the melting point of the organic fiber needs to be 80 to 200 ° C, preferably 80 to 150 ° C. When the melting point of the organic fiber exceeds 200 ° C., the organic fiber is not melted even if the composite yarn is blended or impregnated in the heat-melted resin, and it becomes difficult to impregnate the thermoplastic resin between the carbon fibers. On the other hand, if the melting point of the organic fiber is less than 80 ° C., it is not preferable because the organic fiber melts due to heat by rubbing.
本発明の複合糸は、前記炭素繊維を芯部に、前記有機繊維を鞘部に配した複合糸である。この際、擦過性と熱可塑性樹脂の含浸性の観点から、炭素繊維100重量部に対する有機繊維は、5〜100重量部であることが好ましく、5〜50重量部がより好ましい。有機繊維が5重量部未満では、良好な擦過性が得られない。また、有機繊維が100重量部を超えると、熱可塑性樹脂の含浸性が悪くなり、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の機械的物性が悪くなる。 The composite yarn of the present invention is a composite yarn in which the carbon fiber is disposed in the core and the organic fiber is disposed in the sheath. At this time, from the viewpoint of scratching and the impregnation property of the thermoplastic resin, the organic fiber with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber is preferably 5 to 100 parts by weight, and more preferably 5 to 50 parts by weight. If the organic fiber is less than 5 parts by weight, good scratching properties cannot be obtained. Moreover, when an organic fiber exceeds 100 weight part, the impregnation property of a thermoplastic resin will worsen, and the mechanical physical property of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin composite material will worsen.
上記の融点が80〜200℃の有機繊維としては、例えばポリエステル、ナイロン、あるいはポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンなどの重合体からなる繊維が挙げられる。また、ポリエステルでは、イソフタル酸、テレフタル酸、スルフォイソフタル酸などの成分を共重合させることによっても、融点を低くすることが可能である。また、ナイロン11、ナイロン12や、共重合ポリアミド、例えばナイロン6/66、ナイロン6/610、ナイロン6/612、ナイロン6/11、ナイロン6/12、ナイロン66/610、ナイロン66/612、ナイロン66/11、ナイロン66/12、ナイロン610/612、ナイロン610/11、ナイロン610/12、ナイロン612/11、ナイロン11/12などの2元共重合ポリアミド、ナイロン6/11/66、ナイロン6/11/610、ナイロン6/11/612、ナイロン6/12/66、ナイロン6/12/610、ナイロン6/12/612、ナイロン6/66/610、ナイロン6/66/612、ナイロン6/610/612、ナイロン11/66/610、ナイロン11/66/612、ナイロン12/66/610、ナイロン12/66/612、ナイロン11/12/66、ナイロン11/12/610、ナイロン11/12/612、ナイロン66/610/612などの3元共重合ポリアミド、ナイロン6/11/12/66、ナイロン6/11/12/610、ナイロン6/11/12/612、ナイロン6/11/66/610、ナイロン6/12/66/610、ナイロン11/12/66/610、ナイロン11/12/66/612、ナイロン12/66/610/612などの4元共重合ポリアミドなどの重合体からなる繊維も、同じポリアミドであるナイロン6繊維や、ナイロン66繊維と比べ低融点である。
なお、有機繊維は繊度20〜1600dtexの範囲が好ましく、フィラメント数は10〜500の範囲が好ましい。
Examples of the organic fiber having a melting point of 80 to 200 ° C. include fibers made of a polymer such as polyester, nylon, or polyolefin such as polyethylene or polypropylene. Polyesters can also have a low melting point by copolymerizing components such as isophthalic acid, terephthalic acid and sulfoisophthalic acid. Also, nylon 11, nylon 12, and copolymerized polyamides such as nylon 6/66, nylon 6/610, nylon 6/612, nylon 6/11, nylon 6/12, nylon 66/610, nylon 66/612, nylon 66/11, Nylon 66/12, Nylon 610/612, Nylon 610/11, Nylon 610/12, Nylon 612/11, Nylon 11/12 and other binary copolymer polyamides, Nylon 6/11/66, Nylon 6 / 11/610, nylon 6/11/612, nylon 6/12/66, nylon 6/12/610, nylon 6/12/612, nylon 6/66/610, nylon 6/66/612, nylon 6 / 610/612, nylon 11/66/610, nylon 11/66/612, nai Ternary copolymer polyamides such as nylon 12/66/610, nylon 12/66/612, nylon 11/12/66, nylon 11/12/610, nylon 11/12/612, nylon 66/610/612, nylon 6/11/12/66, nylon 6/11/12/610, nylon 6/11/12/612, nylon 6/11/66/610, nylon 6/12/66/610, nylon 11/12/66 / 610, Nylon 11/12/66/612, Nylon 12/66/610/612 and other fibers made of polymers such as quaternary copolymerized polyamides are also compared to nylon 6 fibers and nylon 66 fibers, which are the same polyamides. Low melting point.
The organic fiber preferably has a fineness of 20 to 1600 dtex, and the number of filaments is preferably 10 to 500.
本発明の複合糸を製造する際には公知のカバリング機等を用いることができる。なお、炭素繊維を有機繊維で被覆するカバリングは、シングルカバリングであっても、ダブルカバリングであってもよく、その製造においては、公知のシングルカバリング機やダブルカバリング機を用いることができる。上記の複合糸の製造において、炭素繊維の供給速度としては1〜20m/分を好ましく採用することができる。 In producing the composite yarn of the present invention, a known covering machine or the like can be used. The covering for covering the carbon fiber with the organic fiber may be single covering or double covering, and a known single covering machine or double covering machine can be used in the production. In the production of the above-mentioned composite yarn, a carbon fiber supply rate of 1 to 20 m / min can be preferably employed.
本発明の複合糸は前述したように熱可塑性樹脂の補強糸として好適に用いることができる。熱可塑性樹脂としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66など)、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどが挙げられるが、特にポリプロピレンが好ましい。 As described above, the composite yarn of the present invention can be suitably used as a reinforcing yarn for thermoplastic resin. As thermoplastic resins, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polyamide (nylon 6, nylon 66, etc.), polyacetal, polycarbonate, polypropylene, high density polyethylene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyetherimide, polystyrene , Polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherketone, polyetheretherketone and the like, and polypropylene is particularly preferable.
以上に説明した本発明の複合糸を用いて、樹脂含有ストランドを製造するには、該複合糸を、溶融された熱可塑性樹脂浴中に浸漬し、鞘部の有機繊維を溶融しつつ、芯部の炭素繊維間に熱可塑性樹脂を含浸する方法により製造することができる。例えば、図2には、樹脂含有ストランドの製造方法の一例を模式的に表した概略図であるが、特定の温度の保持された恒温槽7中にセットした熱可塑性樹脂浴8で連続的に浸漬し、次いで、浴出側で絞りローラー4により余剰の樹脂を絞り取り、樹脂含有ストランドを製造する。得られた樹脂含有ストランド(炭素繊維強化ストランドプリプレグ)は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料用の中間素材として好適に用いることができる。
In order to produce a resin-containing strand using the composite yarn of the present invention described above, the composite yarn is immersed in a molten thermoplastic resin bath, and the core organic fiber is melted while melting the core. It can manufacture by the method of impregnating a thermoplastic resin between the carbon fibers of a part. For example, FIG. 2 is a schematic view schematically showing an example of a method for producing a resin-containing strand, but continuously in a
樹脂含有ストランド中の炭素繊維の重量としては、炭素繊維の形態や、複合材料の成型方法、用途等によって異なるが、コストパフォーマンスの観点から樹脂含有ストランドの重量に対して5〜70質量%の範囲が好ましく、20〜40質量%がより好ましい。 The weight of the carbon fiber in the resin-containing strand varies depending on the form of the carbon fiber, the molding method of the composite material, the application, etc., but in the range of 5 to 70% by mass with respect to the weight of the resin-containing strand from the viewpoint of cost performance. Is preferable, and 20-40 mass% is more preferable.
以下、実施例により本発明を詳述するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、各特性値は以下の方法で測定した。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited only to these Examples. Each characteristic value was measured by the following method.
(1)熱可塑性樹脂補強用複合糸の擦過毛羽量
図1に示すように、直径2mmのクロムめっきのステンレス丸棒Bをシグザグに5本配置した。なお、ステンレス丸棒Bの間隔は15mm間隔とし、熱可塑性樹脂補強用複合糸Aの折り返し角度αが120゜となるように配置した。ステンレス丸棒間に熱可塑性樹脂補強用複合糸Aをシグザグに掛け、ボビンから熱可塑性樹脂補強用複合糸の解舒テンションを1.96N(200gf)に設定して擦過させた。擦過後の熱可塑性樹脂補強用複合糸をウレタンスポンジ(寸法32mm×64mm×10mm、質量0.25g)2枚の間に挟み、125gの錘をウレタンスポンジ全面に荷重が掛かるように載せ、熱可塑性樹脂補強用複合糸を15m/分の速度で2分間通過させたときのスポンジに付着した毛羽の質量を擦過毛羽量とした。
(1) Abrasive fluff amount of composite yarn for reinforcing thermoplastic resin As shown in FIG. 1, five stainless steel round bars B with a diameter of 2 mm were arranged in a zigzag manner. The interval between the stainless steel round bars B was 15 mm, and the folding angle α of the thermoplastic resin reinforcing composite yarn A was 120 °. The composite yarn A for thermoplastic resin reinforcement was zigzag between stainless steel round bars, and the unwinding tension of the composite yarn for thermoplastic resin reinforcement was set to 1.96 N (200 gf) from the bobbin and rubbed. The composite yarn for reinforcing thermoplastic resin after rubbing is sandwiched between two urethane sponges (dimensions 32 mm x 64 mm x 10 mm, mass 0.25 g), and a 125 g weight is placed on the entire surface of the urethane sponge so that a load is applied, and thermoplasticity The mass of fluff adhering to the sponge when the composite yarn for resin reinforcement was passed for 2 minutes at a speed of 15 m / min was defined as the amount of fuzz.
(2)熱可塑性樹脂の含浸性
図2に示す装置を用い、熱可塑性樹脂補強用複合糸1を260℃に保持された恒温槽7中にセットしたポリプロピレン樹脂浴8(幅10cm×長さ30cm)に30cm/分の速度で連続的に浸漬した。ポリプロピレン樹脂には、ホモポリプロピレン汎用射出成型グレード、メルトフローレート13g/10分のものを使用した。次いで、浴出側で絞りローラー4により余剰の樹脂を絞り取り、樹脂含有ストランド(炭素繊維強化ストランドプリプレグ)を製造し、ワインダー6でこれを巻き取った。得られた樹脂含有ストランドにおける、該ストランドの重量に対する炭素繊維の重量(該ストランド中の炭素繊維の含有率)は30重量%とした。なお、図2中、2はガイドローラー、3は浸漬ローラー、5は熱可塑性樹脂補強用複合糸パッケージを示す。この樹脂含有ストランドを6mm長にカット後、エポキシ樹脂で固め、SEMで断面観察を行った。ここで、炭素繊維間にポリプロピレン樹脂が含浸している場合は○、未含浸部分がある場合は△、含浸していない場合は×とした。
(2) Impregnation property of thermoplastic resin Using the apparatus shown in FIG. 2, a polypropylene resin bath 8 (width 10 cm × length 30 cm) in which a composite yarn 1 for thermoplastic resin reinforcement is set in a
(3)融点の測定
差動走査熱量計(DuPont社製DSC−910型)を使用して、窒素ガス雰囲気下、10℃/分の昇温速度で加熱し測定した。
(3) Measurement of melting point Using a differential scanning calorimeter (DSC-910 model manufactured by DuPont), measurement was performed by heating at a heating rate of 10 ° C./min in a nitrogen gas atmosphere.
[実施例1]
ダブルカバリング機に、4000dtexの炭素繊維“ベスファイト HTK−6K”(東邦テナックス製)と、融点が125℃である110dtex/12filの低融点ナイロン繊維“フロールM”(ユニチカ製)とを、炭素繊維の供給速度を15m/分として供給し、炭素繊維が低融点ナイロン繊維によりダブルカバリングされ、炭素繊維が芯部に低融点ナイロン繊維が鞘部に配された熱可塑性樹脂補強用複合糸を作成した。この際、低融点ナイロン繊維の重量が、炭素繊維100重量部に対して15重量部となるよう、炭素繊維への低融点ナイロンのカバリング数を調整した。この熱可塑性樹脂補強用複合糸について、擦過毛羽量、及び、熱可塑性樹脂の含浸性を評価した。結果を表1に示す。
[Example 1]
To a double covering machine, carbon fiber of 4000 dtex carbon fiber “Besfight HTK-6K” (manufactured by Toho Tenax) and 110 dtex / 12 fil low melting point nylon fiber “Flor M” (manufactured by Unitika) having a melting point of 125 ° C. Was supplied at a rate of 15 m / min, and a composite fiber for reinforcing a thermoplastic resin was produced in which the carbon fiber was double covered with a low-melting nylon fiber, and the carbon fiber was arranged in the core and the low-melting nylon fiber was arranged in the sheath. . At this time, the covering number of the low melting point nylon to the carbon fiber was adjusted so that the weight of the low melting point nylon fiber was 15 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. The composite yarn for reinforcing thermoplastic resin was evaluated for the amount of fuzz and the impregnation property of the thermoplastic resin. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
低融点ナイロン繊維のカバリング数を変更して、低融点ナイロン繊維の重量を、炭素繊維100重量部に対し20重量部とした以外は、実施例1と同様にした。結果を表1に示す。
[Example 2]
The same procedure as in Example 1 was carried out except that the covering number of the low melting point nylon fiber was changed and the weight of the low melting point nylon fiber was changed to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. The results are shown in Table 1.
[実施例3]
低融点ナイロン繊維のカバリング数を変更して、低融点ナイロン繊維の重量を、炭素繊維100重量部に対し37重量部とした以外は、実施例1と同様にした。結果を表1に示す。
[Example 3]
The same procedure as in Example 1 was conducted, except that the covering number of the low melting point nylon fiber was changed and the weight of the low melting point nylon fiber was changed to 37 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon fiber. The results are shown in Table 1.
[比較例1]
熱可塑性樹脂補強用複合糸に代えて、4000dtexの炭素繊維“ベスファイト HTK−6K”(東邦テナックス製)のみを用いた以外は、実施例1と同様にした。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
It replaced with the composite yarn for thermoplastic resin reinforcement, and it carried out similarly to Example 1 except having used only the carbon fiber of 4000 dtex "Besphite HTK-6K" (made by Toho Tenax). The results are shown in Table 1.
[比較例2]
低融点ナイロン繊維に代えて、融点が223℃である235dtex/34filのナイロン繊維(ユニチカ製)を用い、該ナイロン繊維のカバリング数を変更して、ナイロン繊維の重量を、炭素繊維100重量部に対し20重量部とした以外は、実施例1と同様にした。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
Instead of the low melting point nylon fiber, a 235 dtex / 34 fill nylon fiber (manufactured by Unitika) having a melting point of 223 ° C. was used, and the covering number of the nylon fiber was changed so that the weight of the nylon fiber was changed to 100 parts by weight of the carbon fiber. The procedure was the same as Example 1 except that the amount was 20 parts by weight. The results are shown in Table 1.
本発明の熱可塑性樹脂補強用複合糸は、有機繊維でカバリングされているため、擦過性が大幅に改善されている。また、有機繊維の融点が80〜200℃のため、鞘部の有機繊維を溶融させながら、樹脂含有ストランドを成型することができる。また、本発明の製造方法によれば、炭素繊維間に十分に樹脂が含有した樹脂含有ストランドを容易に製造することができる。したがって、該製造方法で得られる本発明の樹脂含有ストランド、及び、本発明の上記複合糸は熱可塑性樹脂の補強に好適に用いることができる。 Since the composite yarn for reinforcing a thermoplastic resin of the present invention is covered with an organic fiber, the scratch resistance is greatly improved. Moreover, since melting | fusing point of an organic fiber is 80-200 degreeC, a resin containing strand can be shape | molded, melting the organic fiber of a sheath part. Moreover, according to the manufacturing method of this invention, the resin containing strand which resin contained enough between carbon fibers can be manufactured easily. Therefore, the resin-containing strand of the present invention obtained by the production method and the composite yarn of the present invention can be suitably used for reinforcing a thermoplastic resin.
A:熱可塑性樹脂補強用複合糸
B:ステンレス丸棒
1:熱可塑性樹脂補強用複合糸
2:ガイドローラー
3:浸漬ローラー
4:絞りローラー
5:熱可塑性樹脂補強用複合糸パッケージ
6:ワインダー
7:恒温槽
8:ポリプロピレン樹脂浴
A: Composite yarn for reinforcing thermoplastic resin B: Stainless steel round bar 1: Composite yarn for reinforcing thermoplastic resin 2: Guide roller 3: Dipping roller 4: Drawing roller 5: Composite yarn for reinforcing thermoplastic resin package 6: Winder 7: Thermostatic bath 8: Polypropylene resin bath
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