JP2009197359A - Reinforcing fiber, and fiber-reinforced composite material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マトリックス樹脂との接着性、取扱い性に優れ、かつ射出成形時の繊維分散性が良好な強化繊維を提供することを目的とする。とりわけ、炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる繊維強化複合材料において、接着性、取扱い性に優れ、かつ射出成形時の繊維分散性が良好な強化繊維を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the reinforced fiber which is excellent in the adhesiveness with a matrix resin, the handleability, and the fiber dispersibility at the time of injection molding. In particular, it is an object of the present invention to provide a reinforcing fiber having excellent adhesion and handling property and good fiber dispersibility at the time of injection molding in a fiber reinforced composite material composed of carbon fiber and thermoplastic resin.
強化繊維をマトリックス樹脂中に分散させた繊維強化樹脂成形品は、力学特性や寸法安定性に優れることから、自動車、航空機、電気・電子機器、玩具、家電製品などの幅広い分野で使用されている。中でも炭素繊維は軽量、高強度、高剛性であることから近年注目を集めている。 Fiber-reinforced resin molded products in which reinforcing fibers are dispersed in a matrix resin are used in a wide range of fields such as automobiles, aircraft, electrical / electronic devices, toys, and home appliances because of their excellent mechanical properties and dimensional stability. . Among them, carbon fiber has attracted attention in recent years because it is lightweight, high strength, and high rigidity.
しかし、官能基の少ない強化繊維や、マトリックス樹脂を用いた繊維強化複合材料成形品では、強化繊維とマトリックス樹脂との界面接着性が十分でなく、成形品の力学特性が満足いくものではなかった。そこで、強化繊維の取扱い性や界面接着性を改善するために、表面処理やサイジング剤の付与などの試みが行われてきた。 However, the reinforcing fiber with few functional groups and the fiber reinforced composite material molded product using the matrix resin have insufficient interface adhesion between the reinforcing fiber and the matrix resin, and the mechanical properties of the molded product are not satisfactory. . Therefore, attempts have been made to improve the handleability and interfacial adhesion of the reinforcing fibers, such as surface treatment and application of a sizing agent.
特許文献1には、炭素繊維のサイジング剤として、エポキシ樹脂からなるサイジング剤が開示されているが、集束性は十分であるが、マトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を用いた場合のマトリックス樹脂との接着が不十分である。また、特許文献2には、アイオノマー樹脂が0.1〜8重量%付着した炭素繊維が開示されている。同様に特許文献3には、炭素繊維に自己乳化型ポリプロピレン系樹脂を0.1〜8重量%付着した炭素繊維について記載されている。いずれの特許文献も、炭素繊維へのマトリックス樹脂の含浸阻害を防ぐことを目的としており、接着性の改善と射出成形時の炭素繊維の分散が不十分である。 Patent Document 1 discloses a sizing agent made of an epoxy resin as a sizing agent for carbon fiber, which has sufficient convergence but is bonded to a matrix resin when a thermoplastic resin is used as the matrix resin. Is insufficient. Patent Document 2 discloses a carbon fiber to which an ionomer resin is attached in an amount of 0.1 to 8% by weight. Similarly, Patent Document 3 describes a carbon fiber having 0.1 to 8% by weight of a self-emulsifying polypropylene resin attached to the carbon fiber. Both patent documents aim to prevent impregnation of the matrix resin into the carbon fibers, and the adhesion is improved and the carbon fibers are not sufficiently dispersed during injection molding.
このように、従来技術では優れた接着性と取扱い性、さらに、射出成形時の強化繊維の分散性を両立することが困難であり、これらの特性を満足できる強化繊維の開発が望まれていた。
本発明は、従来技術の背景に鑑み、強化繊維との接着性に優れ、取扱い性、および、射出成形時の繊維分散性が良好な強化繊維を提供することを目的とする。 In view of the background of the prior art, an object of the present invention is to provide a reinforcing fiber that is excellent in adhesiveness with a reinforcing fiber, has good handleability, and excellent fiber dispersibility during injection molding.
本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、上記課題を達成することができる、次の強化繊維を見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found the following reinforcing fiber that can achieve the above-mentioned problems.
(1)強化繊維(A)100重量部に、(a)芳香族ビニル系単量体単位10〜50重量%、(b)(メタ)アクリル酸エステル系単量体単位50〜90重量%、(c)(a)および(b)と共重合可能な他のビニル系単量体単位0〜30重量%からなる共重合体(B)0.01〜30重量部が付着されてなる強化繊維。 (1) 100 parts by weight of the reinforcing fiber (A), (a) 10 to 50% by weight of an aromatic vinyl monomer unit, (b) 50 to 90% by weight of a (meth) acrylate monomer unit, (C) Reinforcing fiber comprising 0.01 to 30 parts by weight of a copolymer (B) comprising 0 to 30% by weight of another vinyl monomer unit copolymerizable with (a) and (b) .
(2)前記成分(B)がアミノ基で変性されてなる、(1)に記載の強化繊維。 (2) The reinforcing fiber according to (1), wherein the component (B) is modified with an amino group.
(3)前記成分(b)が、エステル末端にアミノ基を含有するビニル系単量体である、(2)に記載の強化繊維。 (3) The reinforcing fiber according to (2), wherein the component (b) is a vinyl monomer containing an amino group at an ester terminal.
(4)前記成分(B)のアミノ基が3級アミンおよび/または4級アンモニウム塩である、(2)または(3)のいずれかに記載の強化繊維。 (4) The reinforcing fiber according to any one of (2) and (3), wherein the amino group of the component (B) is a tertiary amine and / or a quaternary ammonium salt.
(5)前記成分(B)のアミン価が1〜100mg eq/gである、(2)〜(4)のいずれかに記載の強化繊維。 (5) The reinforcing fiber according to any one of (2) to (4), wherein the amine value of the component (B) is 1 to 100 mg eq / g.
(6)前記成分(B)のガラス転移温度が30〜100℃である、(1)〜(5)のいずれかに記載の強化繊維。 (6) The reinforcing fiber according to any one of (1) to (5), wherein the glass transition temperature of the component (B) is 30 to 100 ° C.
(7)前記成分(B)の重量平均分子量が1,000〜500,000である、(1)〜(6)のいずれかに記載の強化繊維。 (7) The reinforcing fiber according to any one of (1) to (6), wherein the component (B) has a weight average molecular weight of 1,000 to 500,000.
(8)前記単量体(b)が、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、およびオクチル(メタ)アクリレートから選択される少なくとも1種を有する、(1)〜(7)のいずれかに記載の強化繊維。 (8) The monomer (b) has at least one selected from ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, and octyl (meth) acrylate, The reinforcing fiber according to any one of (7).
(9)前記成分(A)が、炭素繊維、アラミド繊維、および鉱物繊維から選択される少なくとも1種である、(1)〜(8)のいずれかに記載の強化繊維。 (9) The reinforcing fiber according to any one of (1) to (8), wherein the component (A) is at least one selected from carbon fiber, aramid fiber, and mineral fiber.
(10)前記炭素繊維が、X線光電子分光法によって測定される表面酸素濃度比が0.05〜0.5である、(9)に記載の炭素繊維。 (10) The carbon fiber according to (9), wherein the carbon fiber has a surface oxygen concentration ratio measured by X-ray photoelectron spectroscopy of 0.05 to 0.5.
(11)前記強化繊維が、その単繊維を10,000〜200,000本集束してなる強化繊維である、(1)〜(10)のいずれかに記載の強化繊維。 (11) The reinforcing fiber according to any one of (1) to (10), wherein the reinforcing fiber is a reinforcing fiber formed by bundling 10,000 to 200,000 single fibers.
(12)(1)〜(11)に記載の強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料。 (12) A fiber-reinforced composite material comprising the reinforcing fibers according to (1) to (11) and a matrix resin.
(13)前記マトリックス樹脂がオレフィン系、アミド系、およびエステル系から選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂である(12)に記載の繊維強化複合材料。 (13) The fiber-reinforced composite material according to (12), wherein the matrix resin is at least one thermoplastic resin selected from olefins, amides, and esters.
本発明の強化繊維は、特定の共重合体を用いることにより、強化繊維との接着性、取扱い性に優れ、かつ射出成形時の繊維分散性が良好な強化繊維である。本発明の強化繊維を用いた成形品は力学特性や寸法安定性にも優れることから、自動車、電気・電子機器、家電製品などの各種部品・部材に極めて有用である。 By using a specific copolymer, the reinforcing fiber of the present invention is a reinforcing fiber that is excellent in adhesiveness and handling with the reinforcing fiber and has good fiber dispersibility during injection molding. Since the molded article using the reinforcing fiber of the present invention is excellent in mechanical properties and dimensional stability, it is extremely useful for various parts and members such as automobiles, electrical / electronic devices, and home appliances.
本発明は、強化繊維(A)100重量部に、(a)芳香族ビニル系単量体単位10〜50重量%、(b)(メタ)アクリル酸エステル系単量体単位50〜90重量%、(c)(a)および(b)と共重合可能な他のビニル系単量体単位0〜30重量%からなる共重合体(B)0.1〜30重量部が付着されてなる強化繊維である。 The present invention relates to 100 parts by weight of the reinforcing fiber (A), (a) 10 to 50% by weight of an aromatic vinyl monomer unit, and (b) 50 to 90% by weight of a (meth) acrylic acid ester monomer unit. (C) Reinforcement formed by adhering 0.1 to 30 parts by weight of copolymer (B) consisting of 0 to 30% by weight of other vinyl monomer units copolymerizable with (a) and (b) Fiber.
本発明に係る強化繊維としては、例えば、炭素繊維、鉱物繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維などの高強度、高弾性率繊維が使用でき、これらは1種または2種以上を併用してもよい。中でも、PAN系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が力学特性の向上、成形品の軽量化効果の観点から好ましく、得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、PAN系炭素繊維がさらに好ましい。また、導電性を付与する目的では、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。 As the reinforcing fiber according to the present invention, for example, high-strength and high-modulus fibers such as carbon fiber, mineral fiber, aramid fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, and metal fiber can be used. Two or more kinds may be used in combination. Among these, PAN-based, pitch-based and rayon-based carbon fibers are preferable from the viewpoint of improving the mechanical properties and reducing the weight of the molded product, and from the viewpoint of the balance between the strength and elastic modulus of the molded product obtained. Fiber is more preferred. For the purpose of imparting conductivity, reinforcing fibers coated with a metal such as nickel, copper, or ytterbium can also be used.
さらに炭素繊維としては、X線光電子分光法により測定される繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度比[O/C]が0.05〜0.5であるものが好ましく、より好ましくは0.08〜0.4であり、さらに好ましくは0.1〜0.3である。表面酸素濃度比が0.05以上であることにより、炭素繊維表面の官能基量を確保でき、熱可塑性樹脂とより強固な接着を得ることができる。また、表面酸素濃度比の上限には特に制限はないが、炭素繊維の取扱い性、生産性のバランスから一般的に0.5以下とすることが例示できる。 Further, as the carbon fiber, the surface oxygen concentration ratio [O / C], which is the ratio of the number of atoms of oxygen (O) and carbon (C) on the fiber surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy, is 0.05-0. 5 is preferable, more preferably 0.08 to 0.4, and still more preferably 0.1 to 0.3. When the surface oxygen concentration ratio is 0.05 or more, the functional group amount on the surface of the carbon fiber can be secured, and a stronger adhesion to the thermoplastic resin can be obtained. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular in the upper limit of surface oxygen concentration ratio, Generally it can be illustrated to 0.5 or less from the balance of the handleability of carbon fiber, and productivity.
炭素繊維の表面酸素濃度比は、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求めるものである。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着しているサイジング剤などを除去した炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてA1Kα1、2を用い、試料チャンバー中を1×108Torrに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせる。C1sピーク面積をK.E.として1191〜1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。O1sピーク面積をK.E.として947〜959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。 The surface oxygen concentration ratio of the carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, carbon fibers from which the sizing agent and the like adhering to the carbon fiber surface were removed with a solvent were cut to 20 mm, spread on a copper sample support base, and then arranged using an A1Kα1,2 as an X-ray source. Keep 1 × 10 8 Torr in the chamber. The kinetic energy value (KE) of the main peak of C 1s is adjusted to 1202 eV as a peak correction value associated with charging during measurement. C 1s peak area E. Is obtained by drawing a straight base line in the range of 1191 to 1205 eV. O 1s peak area E. Is obtained by drawing a straight base line in the range of 947 to 959 eV.
ここで、表面酸素濃度比とは、上記O1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出する。X線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルES−200を用い、感度補正値を1.74とする。 Here, the surface oxygen concentration ratio is calculated as an atomic number ratio from the ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area using a sensitivity correction value unique to the apparatus. As an X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, model ES-200 manufactured by Kokusai Electric Inc. is used, and the sensitivity correction value is set to 1.74.
表面酸素濃度比[O/C]を0.05〜0.5に制御する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、電解酸化処理、薬液酸化処理および気相酸化処理などの手法をとることができ、中でも電解酸化処理が好ましい。 The means for controlling the surface oxygen concentration ratio [O / C] to 0.05 to 0.5 is not particularly limited. For example, techniques such as electrolytic oxidation, chemical oxidation, and vapor phase oxidation are used. Among these, electrolytic oxidation treatment is preferable.
また、強化繊維の平均繊維径は特に限定されないが、得られる成形品の力学特性と表面外観の観点から、1〜20μmの範囲内であることが好ましく、3〜15μmの範囲内であることがより好ましい。強化繊維の単糸数には、特に制限はなく、100〜350,000本の範囲内で使用することができ、とりわけ1,000〜250,000本の範囲内、より好ましくは10,000〜200,000本の範囲内で使用することが取扱い性の観点から好ましい。 The average fiber diameter of the reinforcing fibers is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 20 μm and in the range of 3 to 15 μm from the viewpoint of mechanical properties and surface appearance of the obtained molded product. More preferred. There is no restriction | limiting in particular in the number of single yarns of a reinforced fiber, It can use within the range of 100-350,000, Especially within the range of 1,000-250,000, More preferably, it is 10,000-200. From the viewpoint of handleability, it is preferable to use within the range of 1,000.
ここで(a)芳香族ビニル系単量体としては、芳香族を有するビニル系単量体であれば特に限定されるものではないが、スチレン、α―メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−エチルスチレン、4−t−ブチルスチレン、3,4−ジメチルスチレン、4−メトキシスチレン、4−エトキシスチレン、4−ヒドロキシメチルスチレン、2−クロロスチレン、3−クロロスチレン、4−クロロスチレン、4−クロロ−3−メチルスチレン、2,4−ジクロロスレン、2,6−ジクロロスチレン、1−ビニルナフタレン等が挙げられる。それぞれを単独でまたは2種以上を混合して使用しても良い。 Here, (a) the aromatic vinyl monomer is not particularly limited as long as it is an aromatic vinyl monomer, but styrene, α-methylstyrene, 2-methylstyrene, 3- Methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-ethylstyrene, 4-t-butylstyrene, 3,4-dimethylstyrene, 4-methoxystyrene, 4-ethoxystyrene, 4-hydroxymethylstyrene, 2-chlorostyrene, 3- Examples include chlorostyrene, 4-chlorostyrene, 4-chloro-3-methylstyrene, 2,4-dichlorosrene, 2,6-dichlorostyrene, 1-vinylnaphthalene and the like. You may use each individually or in mixture of 2 or more types.
(b)(メタ)アクリル酸エステル系単量体とは、アルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレート、フッ素含有(メタ)アクリレート、アミノ基含有(メタ)アクリレート等が挙げられる。 Examples of (b) (meth) acrylic acid ester monomers include alkyl (meth) acrylates, hydroxyl group-containing (meth) acrylates, fluorine-containing (meth) acrylates, amino group-containing (meth) acrylates, and the like.
アルキル(メタ)アクリレート類としては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、i−プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、i−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、n−アミル(メタ)アクリレート、i−アミル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。ヒドロキシル基含有(メタ)アクリレート類としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等を挙げることができる。フッ素含有(メタ)アクリレート類としては、例えば、2,2,2−トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、8,8,8,7,7−ペンタフルオロ−n−オクチル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。アミノ基含有(メタ)アクリレート類としては、例えば、アミノメチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノメチル(メタ)アクリレート、2−アミノエチル(メタ)アクリレート、2−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2−(n−ブチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート等を挙げることができる。また、(メタ)アクリレート類以外の(メタ)アクリレート類として、例えば、ベンジル(メタ)アクリレート、2−フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−アルキルフェノキシ)エチル(メタ)アクリレート、フェノキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシジプロピレングリコール(メタ)アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、フタル酸のモノ(エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート)/2−ヒドロキシエチル混合エステル等を挙げることができる。それぞれを単独でまたは2種以上を混合して使用しても良い。 Examples of alkyl (meth) acrylates include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, i-propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, and i-butyl. (Meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, n-amyl (meth) acrylate, i-amyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) ) Acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, and the like. Examples of hydroxyl group-containing (meth) acrylates include 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, diethylene glycol mono (meth) acrylate, and polyethylene glycol mono (Meth) acrylate, dipropylene glycol mono (meth) acrylate, polypropylene glycol mono (meth) acrylate and the like. Examples of fluorine-containing (meth) acrylates include 2,2,2-trifluoroethyl (meth) acrylate, 8,8,8,7,7-pentafluoro-n-octyl (meth) acrylate, and the like. Can do. Examples of amino group-containing (meth) acrylates include aminomethyl (meth) acrylate, dimethylaminomethyl (meth) acrylate, 2-aminoethyl (meth) acrylate, 2-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, 2- ( and n-butylamino) ethyl (meth) acrylate. Examples of (meth) acrylates other than (meth) acrylates include benzyl (meth) acrylate, 2-phenoxyethyl (meth) acrylate, 2-alkylphenoxy) ethyl (meth) acrylate, and phenoxydiethylene glycol (meth) acrylate. Of phenoxypolyethylene glycol (meth) acrylate, phenoxypropylene glycol (meth) acrylate, phenoxydipropylene glycol (meth) acrylate, phenoxypolypropylene glycol (meth) acrylate, 2-hydroxy-3-phenoxypropyl (meth) acrylate, phthalic acid And mono (ethylene glycol mono (meth) acrylate) / 2-hydroxyethyl mixed ester. You may use each individually or in mixture of 2 or more types.
(c)(a)および(b)と共重合可能なその他のビニル系単量体としては、特に限定されるものではないが、不飽和アミド化合物、シアン化ビニル化合物、不飽和エポキシ化合物、ビニルエステル化合物、カルボニル基含有不飽和化合物、不飽和カルボン酸塩化合物、不飽和スルホン酸塩化合物が挙げられる。不飽和アミド化合物としては、例えば、アクリルアミド、N−メチルアミノアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノアクリルアミド、N,N−ジメチルアミノアクリアミドメチルクロリド4級塩、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドメチルクロリド4級塩、N−メチルアミノプロピルアクリルアミド等を挙げることができる。シアン化ビニル化合物としては、例えば、アクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリル、シアン化ビニリデン等を挙げることができる。また、ハロゲン化ビニル化合物としては、例えば、フッ化ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン等を挙げることができる。ビニルエステル類としては、例えば、酢酸ビニル、脂肪酸ビニルエステル等を挙げることができる。不飽和エポキシ化合物としては、例えば、アリルグリシジルエーテル、グリシジルアクリレート、メチルグリシジルアクリレート等を挙げることができる。また、カルボニル基含有不飽和化合物としては、例えば、アクロレイン、ジアセトンアクリルアミド、2 − アセトキシエチルアクリレート、カプロラクトン変性アセトキシアクリレート等を挙げることができる。それぞれを単独でまたは2種以上を混合して使用しても良い。 (C) Other vinyl monomers copolymerizable with (a) and (b) are not particularly limited, but include unsaturated amide compounds, vinyl cyanide compounds, unsaturated epoxy compounds, vinyls. Examples include ester compounds, carbonyl group-containing unsaturated compounds, unsaturated carboxylate compounds, and unsaturated sulfonate compounds. Examples of the unsaturated amide compound include acrylamide, N-methylaminoacrylamide, N, N-dimethylaminoacrylamide, N, N-dimethylaminoacrylamidomethyl chloride quaternary salt, N, N-dimethylaminopropylacrylamide methyl chloride 4 Examples include grade salts and N-methylaminopropyl acrylamide. Examples of the vinyl cyanide compound include acrylonitrile, α-chloroacrylonitrile, vinylidene cyanide and the like. Examples of the vinyl halide compound include vinyl fluoride, vinyl chloride, and vinylidene chloride. Examples of vinyl esters include vinyl acetate and fatty acid vinyl esters. Examples of the unsaturated epoxy compound include allyl glycidyl ether, glycidyl acrylate, methyl glycidyl acrylate, and the like. Examples of the carbonyl group-containing unsaturated compound include acrolein, diacetone acrylamide, 2-acetoxyethyl acrylate, caprolactone-modified acetoxy acrylate, and the like. You may use each individually or in mixture of 2 or more types.
本発明の共重合体(B)における(a)の含有率は、10〜50重量%であることが必要であり、20〜40重量%であるとより好ましい。10重量%以下では、共重合体のガラス転移温度が低下し、室温で柔軟な共重合体となるため、強化繊維の取扱い性が低下する。また、50重量%以上では、強化繊維表面との接着性が低下し、力学特性が不十分となる場合がある。 The content of (a) in the copolymer (B) of the present invention needs to be 10 to 50% by weight, and more preferably 20 to 40% by weight. If it is 10% by weight or less, the glass transition temperature of the copolymer is lowered, and the copolymer becomes a flexible copolymer at room temperature. On the other hand, if it is 50% by weight or more, the adhesiveness with the reinforcing fiber surface is lowered, and the mechanical properties may be insufficient.
本発明の共重合体(B)における(b)の含有率は、50〜90重量%であることが必要であり、60〜80重量%であるとより好ましい。50重量%以下では、強化繊維表面との接着性が低下し、力学特性が不十分となる。また、90重量%以上では、強化繊維表面との接着性は十分であるが、共重合体のガラス転移温度が低下し、室温で柔軟な共重合体となるため、強化繊維の取扱い性が低下する場合がある。 The content of (b) in the copolymer (B) of the present invention needs to be 50 to 90% by weight, and more preferably 60 to 80% by weight. If it is 50% by weight or less, the adhesion to the surface of the reinforcing fiber is lowered and the mechanical properties become insufficient. On the other hand, if it is 90% by weight or more, the adhesion to the surface of the reinforcing fiber is sufficient, but the glass transition temperature of the copolymer is lowered and the copolymer becomes a flexible copolymer at room temperature. There is a case.
本発明の共重合体(B)における(c)の含有率は、0〜30重量%であることが必要であり、0〜20重量%であるとより好ましい。30重量%以上では、強化繊維の取扱い性と接着性の両立が難しく、好ましくない。一方、本発明の共重合体(B)における(c)の含有率が0重量%、すなわち、該共重合体(B)が、実質的に(a)と(b)のみからなる共重合体であっても差し支えは無い。 The content of (c) in the copolymer (B) of the present invention needs to be 0 to 30% by weight, and more preferably 0 to 20% by weight. If it is 30% by weight or more, it is difficult to achieve both handleability and adhesion of the reinforcing fiber, which is not preferable. On the other hand, the content of (c) in the copolymer (B) of the present invention is 0% by weight, that is, the copolymer (B) consists essentially of (a) and (b). But there is no problem.
共重合体(B)を、強化繊維に付着させることで、該強化繊維を取り扱う際の集束性がよく、また擦れによる毛羽の発生を抑制することができる。さらにマトリックス樹脂と溶融混練する場合に、マトリックス樹脂と強化繊維との接着性を向上させ、かつ、強化繊維をマトリックス樹脂中へ容易に分散することができる。 By adhering the copolymer (B) to the reinforcing fibers, it is possible to improve the convergence when handling the reinforcing fibers and to suppress the generation of fluff due to rubbing. Furthermore, when melt-kneading with the matrix resin, the adhesion between the matrix resin and the reinforcing fibers can be improved, and the reinforcing fibers can be easily dispersed in the matrix resin.
また、共重合体の強化繊維への付着量、すなわち、共重合体の強化繊維100重量部に対し、0.01〜30重量部である。より好ましくは0.05〜25重量部、さらに好ましくは0.1〜10重量部である。0.01重量部未満の場合は、強化繊維全体に付着できずに、得られる成形品において十分な力学特性が得られない。一方、付着量が30重量部を超えると、成形品の力学特性が低下する場合がある。 Moreover, it is 0.01-30 weight part with respect to the adhesion amount to the reinforced fiber of a copolymer, ie, 100 weight part of reinforced fiber of a copolymer. More preferably, it is 0.05-25 weight part, More preferably, it is 0.1-10 weight part. When the amount is less than 0.01 part by weight, the reinforcing fiber cannot be adhered to the whole and sufficient mechanical properties cannot be obtained in the obtained molded product. On the other hand, when the adhesion amount exceeds 30 parts by weight, the mechanical properties of the molded product may be deteriorated.
ここで、付着量測定は、特に限定されないが、強化繊維を約5g取り、120℃で3時間乾燥、その重量をW1(g)とし、次いで強化繊維を窒素雰囲気中で、450℃で15分間加熱後、室温まで冷却した重量W2(g)を用いて付着量は次式にて算出した。 Here, the adhesion amount measurement is not particularly limited, but about 5 g of the reinforcing fiber is taken, dried at 120 ° C. for 3 hours, the weight is set to W 1 (g), and then the reinforcing fiber is 15% at 450 ° C. in a nitrogen atmosphere. The amount of adhesion was calculated by the following equation using the weight W 2 (g) cooled to room temperature after heating for minutes.
付着量=[(W1−W2)/W1]×100/W1(重量部)。 Adhering amount = [(W 1 −W 2 ) / W 1 ] × 100 / W 1 (parts by weight).
本発明の共重合体(B)は、アミノ基で変性されていることが特に好ましい。アミノ基変性されることにより、取扱い性を維持しつつ、強化繊維との接着性を向上させることができる。アミノ基変性の方法としては、特に制限はしないが、共重合体(B)のアミノ化合物を修飾させることや、共重合体(B)を構成する単量体としてアミノ基変性の単量体を用いても良い。 The copolymer (B) of the present invention is particularly preferably modified with an amino group. By modifying the amino group, it is possible to improve the adhesion with the reinforcing fiber while maintaining the handleability. The amino group modification method is not particularly limited, but the amino compound of the copolymer (B) may be modified, or an amino group modification monomer may be used as a monomer constituting the copolymer (B). It may be used.
アミン化合物修飾の方法としては、特に限定しないが、単軸押出機、同方向回転二軸押出機、異方向回転二軸押出機、加熱ロール、バンバリーミキサー、ブラベンダー、各種ニーダー等の溶融混練機を用いて、共重合体(B)とアミン変性剤とを混練製造することができる。アミン変性剤としては、特に限定しないが、1級または2級のアミンを有するアリルアミンが好ましい。
単量体として、アミノ基変性の単量体を用いる方法としては、(a)、(b)、(c)いずれの成分にアミノ基変性の単量体を用いても良いが、中でも成分(b)に、エステル末端にアミノ基を含有するビニル系単量体を用いることが、射出成形時の繊維分散性を維持しつつ、接着性を向上するため好ましい。
The method for modifying the amine compound is not particularly limited, but is a melt kneader such as a single-screw extruder, a co-rotating twin-screw extruder, a counter-rotating twin-screw extruder, a heating roll, a Banbury mixer, a brabender, and various kneaders. Can be used to knead and produce the copolymer (B) and the amine modifier. Although it does not specifically limit as an amine modifier, The allylamine which has a primary or secondary amine is preferable.
As a method of using an amino group-modified monomer as a monomer, an amino group-modified monomer may be used for any of the components (a), (b), and (c). For b), it is preferable to use a vinyl-based monomer containing an amino group at the ester terminal in order to improve adhesiveness while maintaining fiber dispersibility during injection molding.
また、本発明における共重合体(B)のアミン価は1〜100mg eq/gことが好ましく、より好ましくは10〜80mg eq/gである。1〜100mg eq/gであると、取扱い性や射出成形時の繊維分散性を維持しつつ、接着性を向上する。 The amine value of the copolymer (B) in the present invention is preferably 1 to 100 mg eq / g, more preferably 10 to 80 mg eq / g. Adhesiveness is improved, maintaining a handleability and the fiber dispersibility at the time of injection molding as it is 1-100 mg eq / g.
ここでアミン価は、ASTM D2074に従って測定する1,2,3級アミンの総数を示す指標で、成分1gを中和するのにようする塩酸に等量のKOHのmg数で表す。 Here, the amine value is an index showing the total number of 1,2,3 amines measured according to ASTM D2074, and is expressed in mg of KOH equivalent to hydrochloric acid to neutralize 1 g of component.
本発明の共重合体(B)は、強化繊維の取扱い性の観点から、共重合体(B)のガラス転移温度は30〜100℃であることが好ましく、より好ましくは、40〜90℃である。共重合体(B)のガラス転移温度が30℃〜100℃であると、取扱い性が良好であり、かつ射出成形時の繊維分散性と力学特性のバランスが良く好ましい。 In the copolymer (B) of the present invention, the glass transition temperature of the copolymer (B) is preferably 30 to 100 ° C., more preferably 40 to 90 ° C., from the viewpoint of the handleability of the reinforcing fibers. is there. When the glass transition temperature of the copolymer (B) is from 30 ° C. to 100 ° C., the handleability is good and the balance between fiber dispersibility and mechanical properties during injection molding is good.
共重合体(B)は得られる成形品の力学特性の観点から、共重合体(B)の重量平均分子量は1,000〜500,000であることが好ましく、より好ましくは10,000〜400,000である。重量平均分子量を上記範囲とすることで、成形品の力学特性を良好に保てるために好ましい。なお重量平均分子量の測定は一般公知のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することから得る。 From the viewpoint of the mechanical properties of the resulting molded article, the copolymer (B) preferably has a weight average molecular weight of 1,000 to 500,000, more preferably 10,000 to 400. , 000. By setting the weight average molecular weight within the above range, it is preferable for maintaining good mechanical properties of the molded product. In addition, the measurement of a weight average molecular weight is obtained from measuring using a general well-known gel permeation chromatography (GPC).
共重合体(B)における前記単量体繰り返し単位の同定には、IR、NMR、質量分析および元素分析等の通常の高分子化合物の分析手法を用いて行うことができる。 Identification of the monomer repeating unit in the copolymer (B) can be carried out by using ordinary polymer compound analysis techniques such as IR, NMR, mass spectrometry and elemental analysis.
ここで、本発明の共重合体(B)における(b)としては、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレートの中から選ばれる少なくとも1種用いることが、接着性と成形時の強化繊維の流動性のバランスが良く、好ましい。なお、それぞれを単独でまたは2種以上を混合して使用しても良い。 Here, (b) in the copolymer (B) of the present invention is at least one selected from ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, and octyl (meth) acrylate. It is preferable to use it because of the good balance between the adhesiveness and the fluidity of the reinforcing fiber during molding. In addition, you may use each individually or in mixture of 2 or more types.
強化繊維に付着させる方法については、特に制限はないが、均一に単繊維間に付着させやすいという観点から、共重合体の溶液、もしくはエマルジョンを強化繊維に付与したのちに乾燥させる方法が好ましい。強化繊維にエマルジョンを付与する方法としては、ローラー浸漬法、ローラー転写法、スプレー法などの既存の手法により付与する方法を用いることができる。 The method for adhering to the reinforcing fibers is not particularly limited, but from the viewpoint of easily adhering between the single fibers, a method of drying after applying the solution or emulsion of the copolymer to the reinforcing fibers is preferable. As a method of applying an emulsion to the reinforcing fiber, a method of applying by an existing method such as a roller dipping method, a roller transfer method, or a spray method can be used.
本発明の強化繊維には、共重合体(B)の他に、本発明の効果を損なわない範囲で他の成分が付着していても良い。例えば、共重合体(B)をエマルジョン形態として強化繊維に付与する場合は、エマルジョンを安定化させる界面活性剤などを別途加えていても良い。 In addition to the copolymer (B), other components may be attached to the reinforcing fiber of the present invention as long as the effects of the present invention are not impaired. For example, when the copolymer (B) is applied to the reinforcing fiber in the form of an emulsion, a surfactant or the like for stabilizing the emulsion may be added separately.
本発明における強化繊維の好ましい形状の一つとして、連続繊維であるロービング、ロービングを所定の長さにカットしたチョップド糸、粉砕したミルド糸が挙げられる。チョップド糸における繊維長さは特に限定されるものでは無いが、集束性を十分に発揮しカットされたあとの形状を十分に維持しつつ、押出機への供給性が良好なことから1〜30mmの範囲が好ましく、2〜15mmの範囲がより好ましい。 As a preferable shape of the reinforcing fiber in the present invention, there are a roving which is a continuous fiber, a chopped yarn obtained by cutting the roving into a predetermined length, and a pulverized milled yarn. Although the fiber length in the chopped yarn is not particularly limited, it is 1 to 30 mm because the supply property to the extruder is good while fully converging and maintaining the shape after being cut sufficiently. The range of 2-15 mm is more preferable.
上記成形材料を構成するマトリックス樹脂としては、特に制限されるものではなく、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂いずれでも良い。例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱効果性樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂(PPS樹脂)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(変性PPE樹脂)、ポリアセタール樹脂(POM樹脂)、液晶ポリエステル、ポリアリーレート、ポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)などのアクリル樹脂、塩化ビニル、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂、さらにはエチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/ジエン共重合体、エチレン/一酸化炭素/ジエン共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸エチル共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸グリシジル、エチレン/酢酸ビニル/(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、ポリエーテルエステルエラストマー、ポリエーテルエーテルエラストマー、ポリエーテルエステルアミドエラストマー、ポリエステルアミドエラストマー、ポリエステルエステルエラストマーなどの各種エラストマー類などが挙げられ、これらの1種または2種以上を併用しても良い。リサイクル性の観点から熱可塑性樹脂が好ましく、特に汎用性の高い、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリエステル系の樹脂が好ましい。中でもコスト、成形品の軽量性の観点から、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、より好ましくはポリプロピレンあるいは変性ポリプロピレン樹脂、特に酸変性ポリプロピレン樹脂が好ましい。 The matrix resin constituting the molding material is not particularly limited, and may be either a thermosetting resin or a thermoplastic resin. For example, epoxy resin, urethane resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin and other heat-effective resins, polycarbonate resin, styrene resin, polyamide resin, polyester resin, polyphenylene sulfide resin (PPS resin), modified Acrylic resins such as polyphenylene ether resin (modified PPE resin), polyacetal resin (POM resin), liquid crystal polyester, polyarylate, polymethyl methacrylate resin (PMMA), vinyl chloride, polyimide (PI), polyamideimide (PAI), poly Polyethers such as etherimide (PEI), polysulfone, polyethersulfone, polyketone, polyetherketone, polyetheretherketone (PEEK) polyethylene, polypropylene, modified poly Thermoplastic resins such as olefin, phenol resin, phenoxy resin, ethylene / propylene copolymer, ethylene / 1-butene copolymer, ethylene / propylene / diene copolymer, ethylene / carbon monoxide / diene copolymer , Ethylene / ethyl (meth) acrylate copolymer, ethylene / glycidyl (meth) acrylate, ethylene / vinyl acetate / glycidyl (meth) acrylate copolymer, polyether ester elastomer, polyether ether elastomer, polyether ester Various elastomers such as an amide elastomer, a polyesteramide elastomer, and a polyester ester elastomer may be used, and one or more of these may be used in combination. From the viewpoint of recyclability, a thermoplastic resin is preferable, and polyolefin-based, polyamide-based, and polyester-based resins that are particularly versatile are preferable. Among these, from the viewpoints of cost and lightness of molded products, polyolefin resins are preferable, and polypropylene or modified polypropylene resins, particularly acid-modified polypropylene resins are more preferable.
本発明で得られる成形品は、優れた力学特性を活かし種々の用途に展開できる。特にインストルメントパネル、ドアビーム、アンダーカバー、ランプハウジング、ペダルハウジング、ラジエータサポート、スペアタイヤカバー、フロントエンドなどの各種モジュール等の自動車部品、ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラ、PDA、プラズマディスプレーなどの電気・電子部品、電話、ファクシミリ、VTR、コピー機、テレビ、電子レンジ、音響機器、トイレタリー用品、レーザーディスク、冷蔵庫、エアコンなどの家庭・事務電気製品部品に好適である。 The molded product obtained by the present invention can be developed for various uses by taking advantage of excellent mechanical properties. Especially automotive parts such as instrument panel, door beam, under cover, lamp housing, pedal housing, radiator support, spare tire cover, various modules such as front end, notebook computer, mobile phone, digital still camera, PDA, plasma display, etc. Suitable for household and office electrical product parts such as electric / electronic parts, telephones, facsimiles, VTRs, copiers, televisions, microwave ovens, audio equipment, toiletries, laser discs, refrigerators, air conditioners.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(1)共重合体(B)の重量平均分子量測定
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて測定した。GPCカラムにはポリスチレン架橋ゲルを充填したものを用いた。溶媒に1,2,4−トリクロロベンゼンを用い、150℃にて測定した。分子量は標準ポリスチレン換算にて算出した。
(1) Weight average molecular weight measurement of copolymer (B) It measured with the gel permeation chromatography (GPC). A GPC column packed with polystyrene cross-linked gel was used. Measurement was performed at 150 ° C. using 1,2,4-trichlorobenzene as a solvent. The molecular weight was calculated in terms of standard polystyrene.
(2)曲げ特性評価
ASTM D−790の規格に従い、3点曲げ試験冶具(圧子10mm、支点10mm)を用いて支持スパンを100mmに設定し、クロスヘッド速度5.3mm/分で曲げ強度を測定した。試験機として、“インストロン”(登録商標)万能試験機4201型(インストロン社製)を用いた。測定数は、n=5とし、平均値を曲げ強度および曲げ弾性率とした。試験片の水分率0.1%以下、雰囲気温度23℃、および湿度50重量%の条件下において、曲げ特性を求めた。
(2) Bending characteristic evaluation According to the standard of ASTM D-790, using a three-point bending test jig (indenter 10 mm, fulcrum 10 mm), the support span is set to 100 mm, and the bending strength is measured at a crosshead speed of 5.3 mm / min. did. As a testing machine, “Instron” (registered trademark) universal testing machine 4201 type (manufactured by Instron) was used. The number of measurements was n = 5, and the average values were the bending strength and bending elastic modulus. The bending characteristics were determined under the conditions that the moisture content of the test piece was 0.1% or less, the ambient temperature was 23 ° C., and the humidity was 50 wt%.
(3)Izod衝撃特性評価
ASTM D256規格に従い、ノッチ付きIzod衝撃試験を行った。試験片の水分率0.1%以下、雰囲気温度23℃、湿度50重量%の条件下において、ノッチ付きIzod衝撃強度(J/m)を求めた。測定数は8回とし、その平均をIzod衝撃強度とした。
(3) Izod Impact Characteristic Evaluation A notched Izod impact test was conducted according to ASTM D256 standard. The notched Izod impact strength (J / m) was determined under conditions of a moisture content of 0.1% or less, an ambient temperature of 23 ° C., and a humidity of 50% by weight. The number of measurements was 8 times, and the average was taken as the Izod impact strength.
(4)強化繊維の取扱い性評価
強化繊維をジグザグに配置したステンレス製のドラム3本を介し、30m/minの早さにて引き出した際に、毛羽発生が全く見られない、もしくは、数本の毛羽が見られる場合には○(取扱い性良好である)、毛羽立ちが多く、著しい単糸切れが見られる場合には×(取扱い性が悪い)とした。
(4) Evaluation of handling properties of reinforcing fibers When pulling out the reinforcing fibers through three stainless steel drums arranged in a zigzag manner at a speed of 30 m / min, no fluff is observed or several When the fluff was observed, it was marked as ◯ (good handleability), and when there was a lot of fluff and significant single yarn breakage was observed, it was marked as x (poor handleability).
以下、実施例にて使用した材料について参考例として示す。 The materials used in the examples are shown as reference examples below.
参考例1.強化繊維
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、表面酸化処理を行い、総単糸数12,000本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
Reference Example 1 Reinforcing fiber Spinning, firing treatment, and surface oxidation treatment were carried out from a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component to obtain continuous carbon fibers having a total number of 12,000 single yarns. The characteristics of this continuous carbon fiber were as follows.
単繊維径:7μm
単位長さ当たりの質量:0.8g/m
比重:1.8
表面酸素濃度比 [O/C]:0.06
引張強度:4600MPa
引張弾性率:220GPa。
ここで表面酸素濃度比は、表面酸化処理を行ったあとの炭素繊維を用いて、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求めた。まず、炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてA1Kα1、2を用い、試料チャンバー中を1×108Torrに保った。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせた。C1sピーク面積をK.E.として1191〜1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。O1sピーク面積をK.E.として947〜959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。O1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出した。X線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルES−200を用い、感度補正値を1.74とした。
Single fiber diameter: 7μm
Mass per unit length: 0.8 g / m
Specific gravity: 1.8
Surface oxygen concentration ratio [O / C]: 0.06
Tensile strength: 4600 MPa
Tensile modulus: 220 GPa.
Here, the surface oxygen concentration ratio was determined according to the following procedure by X-ray photoelectron spectroscopy using the carbon fiber after the surface oxidation treatment. First, the carbon fibers were cut to 20 mm, spread and arranged on a copper sample support, and then A1Kα1,2 was used as an X-ray source, and the inside of the sample chamber was kept at 1 × 10 8 Torr. The kinetic energy value (KE) of the main peak of C 1s was adjusted to 1202 eV as a peak correction value associated with charging during measurement. C 1s peak area E. As a linear base line in the range of 1191 to 1205 eV. O 1s peak area E. As a linear base line in the range of 947 to 959 eV. The atomic ratio was calculated from the ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area using the sensitivity correction value unique to the apparatus. As an X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, Kokusai Denki Co., Ltd. model ES-200 was used, and the sensitivity correction value was set to 1.74.
参考例2.共重合体(A−1)エマルジョン
ガラス製反応容器に、攪拌しながらイオン交換水 150重量部にラウリル硫酸ナトリウム 1重量部を添加し、反応容器内の温度を65℃まで昇温した。
Reference Example 2 Copolymer (A-1) Emulsion While stirring, 1 part by weight of sodium lauryl sulfate was added to 150 parts by weight of ion-exchanged water in a glass reaction vessel, and the temperature in the reaction vessel was raised to 65 ° C.
また、スチレン 40重量部、n−ブチルアクリレート 30重量部、及びN、N−ジメチルアミノエチルアクリレート 20重量部、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドメチルクロリド4級塩 10重量部からなる単量体混合液を調整した。この単量体混合液の一部を、重合開始剤の添加前開始前に添加を行った。反応容器内で十分攪拌した後、クメンハイドロパーオキサイドのオレイン酸カリウム水溶液を3時間にわたって連続滴下して重合を完結させた。また、残りの短慮唄い混合液は開始剤の添加開始から2時間にわたって連続滴下し、共重合体(A−1)エマルジョンを得た。このときの重合転化率は98%以上であり、重合中凝固物の発生はほとんどみられなかった。エマルジョンを100メッシュの金網で過し、残存物は認められなかった。 A monomer mixture comprising 40 parts by weight of styrene, 30 parts by weight of n-butyl acrylate, 20 parts by weight of N, N-dimethylaminoethyl acrylate, and 10 parts by weight of N, N-dimethylaminopropylacrylamide methyl chloride quaternary salt. The liquid was adjusted. A part of this monomer mixture was added before the start of the polymerization initiator. After sufficiently stirring in the reaction vessel, a potassium oleate aqueous solution of cumene hydroperoxide was continuously added dropwise over 3 hours to complete the polymerization. Moreover, the remaining brief mixed liquid was continuously dripped over 2 hours from the start of addition of an initiator, and the copolymer (A-1) emulsion was obtained. The polymerization conversion rate at this time was 98% or more, and almost no solidified product was observed during the polymerization. The emulsion was passed through a 100 mesh wire mesh and no residue was observed.
重量平均分子量 100,000
固形分濃度 40重量%
参考例3.共重合体(A−2)エマルジョン
単量体として、スチレン 20重量部、n−ブチルアクリレート 80重量部を用いた以外は、参考例2と同様にして、共重合体(A−2)エマルジョンを得た。
Weight average molecular weight 100,000
Solid content 40% by weight
Reference Example 3. Copolymer (A-2) Emulsion Copolymer (A-2) emulsion was prepared in the same manner as in Reference Example 2 except that 20 parts by weight of styrene and 80 parts by weight of n-butyl acrylate were used as monomers. Obtained.
重量平均分子量 400,000
固形分濃度 40重量%
参考例4.付着化合物(B−1)
付着化合物(B−1)は、ビスフェノール型エポキシ樹脂(油化シェル(株)製“EP8007”(登録商標)、平均分子量2900) 50重量部、ビスフェノール型エポキシ樹脂(油化シェル(株)製“EP834”(登録商標)、平均分子量380) 50重量部、1,3−フェニレンビス−2−オキサゾリン 5重量部を混合し、メチルエチルケトンにて、10重量%に希釈した。
Weight average molecular weight 400,000
Solid content 40% by weight
Reference Example 4 Adhesive compound (B-1)
The adhering compound (B-1) is 50 parts by weight of a bisphenol type epoxy resin (“EP8007” (registered trademark), manufactured by Yuka Shell Co., Ltd., average molecular weight 2900), “bisphenol type epoxy resin (manufactured by Yuka Shell Co., Ltd.)” EP834 "(registered trademark), average molecular weight 380) 50 parts by weight and 1,3-phenylenebis-2-oxazoline 5 parts by weight were mixed and diluted to 10% by weight with methyl ethyl ketone.
参考例5.付着化合物(B−2)
付着化合物(B−2)は、ポリスチレン(日本ポリスチレン(株)製“G120K”(登録商標))を、メチルエチルケトンにて、10重量%に希釈した。
Reference Example 5 Adhesive compound (B-2)
As the adhesion compound (B-2), polystyrene (“G120K” (registered trademark) manufactured by Nippon Polystyrene Co., Ltd.) was diluted to 10% by weight with methyl ethyl ketone.
参考例6.付着化合物(B−3)
付着化合物(B−3)は、ポリメチルメタクリレート(旭化成ケミカルズ(株)製“560F”(登録商標))を、メチルエチルケトンにて、10重量%に希釈した。
Reference Example 6 Adhesive compound (B-3)
As the adhesion compound (B-3), polymethyl methacrylate (“560F” (registered trademark) manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation) was diluted to 10% by weight with methyl ethyl ketone.
実施例1.
参考例1で得られた連続炭素繊維を、参考例2で調整した共重合体エマルジョン(A−1)を固形分濃度40重量%に浸漬し、150℃で30分間乾燥し、水分を除去した。カートリッジカッターを用いて該連続炭素繊維を6mm長のチョップド炭素繊維にカットし、共重合体(A−1)が10重量%付着したチョップド炭素繊維を得た。
Example 1.
The continuous carbon fiber obtained in Reference Example 1 was immersed in the copolymer emulsion (A-1) prepared in Reference Example 2 in a solid content concentration of 40% by weight and dried at 150 ° C. for 30 minutes to remove moisture. . The continuous carbon fibers were cut into 6 mm long chopped carbon fibers using a cartridge cutter, to obtain chopped carbon fibers having 10% by weight of copolymer (A-1) attached thereto.
得られたチョップド炭素繊維を31重量部(炭素繊維のみの含有率が30重量部となるように設定した、共重合体(A−1)は1重量部)と、未変性ポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ(株)製“ノバックPP”MA3(登録商標))のペレット39重量部と、酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製“アドマー”QE800(登録商標))のペレット30重量部とを、V型混合機を用いて、仕込量5kg、回転30rpmで120秒間混合し成形材料とした。 31 parts by weight of the chopped carbon fiber obtained (copolymer (A-1) is 1 part by weight, set so that the content of carbon fiber alone is 30 parts by weight) and unmodified polypropylene resin (Nippon Polypropylene) 39 parts by weight of pellets of “NOBAK PP” MA3 (registered trademark) manufactured by Co., Ltd. and 30 parts by weight of pellets of acid-modified polypropylene resin (“Admer” QE800 (registered trademark) manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) Using a mold mixer, mixing was performed for 120 seconds at a charge of 5 kg and a rotation of 30 rpm to obtain a molding material.
得られた成形材料を、日本製鋼所(株)製J350ELIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度230℃、金型温度60℃にて特性評価用試験片を成形した。射出成形機のノズル、スクリュー、シリンダーは汎用仕様のもので、成形条件は背圧0.3MPa、スクリュー回転数25rpm、軽量時間は20秒以内とした。特性評価結果はまとめて表1に記載した。 A test piece for property evaluation was molded from the obtained molding material at a cylinder temperature of 230 ° C. and a mold temperature of 60 ° C. using a J350 ELIII type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Works. The nozzle, screw, and cylinder of the injection molding machine were of general-purpose specifications, the molding conditions were a back pressure of 0.3 MPa, the screw rotation speed was 25 rpm, and the lightweight time was within 20 seconds. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
実施例2.
参考例2で調整した共重合体エマルジョン(A−2)の炭素繊維への付着量を3重量部としたこと以外は、実施例1と同様にして射出成形品を作成した。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
Example 2
An injection molded article was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of the copolymer emulsion (A-2) prepared in Reference Example 2 was 3 parts by weight. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
比較例1.
参考例1で得られた連続炭素繊維をそのまま、チョップド炭素繊維を作成した以外は、実施例1と同様にして射出成形品を作成した。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
Comparative Example 1
An injection-molded product was prepared in the same manner as in Example 1 except that the continuous carbon fiber obtained in Reference Example 1 was used as it was to create a chopped carbon fiber. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
比較例2.
参考例4に記載したエポキシを用い、炭素繊維への付着量を3重量部とした以外は、実施例1と同様にして射出成形品を作成した。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
Comparative Example 2
An injection molded product was prepared in the same manner as in Example 1 except that the epoxy described in Reference Example 4 was used and the amount of adhesion to the carbon fiber was 3 parts by weight. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
比較例3.
参考例5に記載したポリスチレンを用い、炭素繊維への付着量を3重量部とした以外は、実施例1と同様にして射出成形品を作成した。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
Comparative Example 3
An injection molded product was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polystyrene described in Reference Example 5 was used and the amount of adhesion to carbon fiber was 3 parts by weight. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
比較例4.
参考例6に記載したポリメチルメタクリレートを用い、炭素繊維への付着量を10重量部とした以外は、実施例1と同様にして射出成形品を作成した。特性評価結果はまとめて表1に記載した。
なお、表1において、(B)成分の付着量は、(A)成分100重量部に対する(B)成分の付着量[重量部]を表している。
Comparative Example 4
An injection molded product was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polymethyl methacrylate described in Reference Example 6 was used and the amount of adhesion to carbon fiber was 10 parts by weight. The characteristic evaluation results are collectively shown in Table 1.
In Table 1, the adhesion amount of the component (B) represents the adhesion amount [parts by weight] of the component (B) with respect to 100 parts by weight of the component (A).
以上のように、実施例1〜2においては、強化繊維は取扱い性に優れ、射出成形品にした際の繊維分散性が良好であり、力学特性に優れた成形品を得ることができた。 As described above, in Examples 1 and 2, the reinforcing fiber was excellent in handleability, had good fiber dispersibility when formed into an injection molded product, and was able to obtain a molded product having excellent mechanical properties.
一方比較例1においては、炭素繊維に何も付着させておらず、毛羽が多く発生し、取扱い性が極めて悪い状態であり、成形不可能であった。また、比較例2では強化繊維の取扱い性および繊維分散性は良好であったが、力学特性が劣る結果となった。 On the other hand, in Comparative Example 1, nothing was adhered to the carbon fiber, a lot of fluff was generated, the handleability was extremely poor, and molding was impossible. In Comparative Example 2, the handleability and fiber dispersibility of the reinforcing fibers were good, but the mechanical properties were inferior.
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