JP2010126841A - Carbon fiber chop and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱分解ガスの発生量が少なく、集束性に優れる炭素繊維チョップ、及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon fiber chop that generates less pyrolysis gas and is excellent in convergence, and a method for producing the same.
炭素繊維チョップは、繊維束を所定長さに切断してなる、樹脂成型品等の補強用の繊維束である。炭素繊維チョップは、例えば熱硬化性樹脂をマトリックス樹脂とする複合材料の製造等に用いられ、炭素繊維チョップを用いて、シート・モールディング・コンパウンド（ＳＭＣ法）、バルク・モールディング・コンパウンド（ＢＭＣ）法、ハンドレイアップ法等により複合材料が製造される。 The carbon fiber chop is a reinforcing fiber bundle formed by cutting a fiber bundle into a predetermined length, such as a resin molded product. Carbon fiber chops are used, for example, in the manufacture of composite materials using thermosetting resin as a matrix resin, and sheet molding compound (SMC method), bulk molding compound (BMC) method using carbon fiber chops. A composite material is manufactured by a hand lay-up method or the like.
また、炭素繊維チョップは、熱可塑性樹脂、特にエンジニアリングプラスチックをマトリックス樹脂とする複合材料の製造に多用される。 Carbon fiber chops are often used in the production of composite materials using thermoplastic resins, particularly engineering plastics as matrix resins.
上記炭素繊維チョップは、通常、長さ３〜１５ｍｍの単繊維数３，０００本（３Ｋ）乃至５０，０００本（５０Ｋ）程度をサイズ剤で束状に集束されている。 The carbon fiber chop is usually bundled with a sizing agent in the range of about 3,000 (3K) to 50,000 (50K) single fibers having a length of 3 to 15 mm.
炭素繊維チョップは、樹脂ペレットと共に直接射出成型機に投入され、射出成形されたり、或は樹脂ペレットあるいは樹脂パウダーとともに押出機で溶融混練されて予めペレット化され、このペレットを射出成形する等の方法により、複合材料が製造される。 The carbon fiber chop is directly injected into an injection molding machine together with resin pellets and injection molded, or melt-kneaded with an extruder together with resin pellets or resin powder and pre-pelletized, and the pellets are injection molded. Thus, a composite material is manufactured.
炭素繊維チョップは、射出成型機やペレット製造用の押出機等に定量的かつ安定的に供給できるように、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の種々のサイズ剤により集束されている。サイズ剤の付着量は、通常２〜１０質量％の場合が多い。 The carbon fiber chops are bundled with various sizing agents such as an epoxy resin and a urethane resin so that they can be quantitatively and stably supplied to an injection molding machine, an extruder for producing pellets, and the like. The amount of the sizing agent is usually 2 to 10% by mass in many cases.
上記サイズ剤が付着した炭素繊維チョップと熱可塑性樹脂とを用いて、これらを押出し、射出成形する場合、又は上記ペレットを製造する場合、炭素繊維チョップに付着しているサイズ剤が、高温の押出機、射出成形機のシリンダー内部で熱変性され、その結果シリンダー内で熱分解ガスが発生し易い。その結果、成形性、作業性等が悪化する問題がある。 When the carbon fiber chop and thermoplastic resin to which the sizing agent is attached are extruded and injection molded, or when the pellet is produced, the sizing agent attached to the carbon fiber chop is extruded at a high temperature. The heat is denatured inside the cylinder of the machine and the injection molding machine, and as a result, pyrolysis gas is easily generated in the cylinder. As a result, there is a problem that moldability, workability, and the like deteriorate.
この対策として、炭素繊維チョップのサイズ剤付着量を下げると、分解ガスの発生量は低下する。しかし、炭素繊維チョップの集束性が低下して押出機、射出成形機のホッパー内部でファイバーボールを作り、うまくフィードされない問題を新たに生じる。 As a countermeasure, when the amount of sizing agent attached to the carbon fiber chop is lowered, the generation amount of decomposition gas is lowered. However, the convergence property of the carbon fiber chop is lowered, and fiber balls are formed inside the hoppers of the extruder and the injection molding machine.
ファイバーボールの発生を防ぐため、特許文献１には、炭素繊維束にサイズ剤を１〜２０質量％付与した後、炭素繊維束を３〜２０／ｍ撚る技術が開示されている。 In order to prevent the generation of fiber balls, Patent Document 1 discloses a technique of twisting a carbon fiber bundle by 3 to 20 / m after applying a sizing agent to the carbon fiber bundle by 1 to 20% by mass.
一方、サイズ剤が通常量付着した炭素繊維チョップを、予め押出し、射出成形温度以上の高温で熱処理した炭素繊維チョップが提案されている(特許文献２)。この炭素繊維チョップの場合は、前記分解ガスの発生量は低下する。しかし、この熱処理はかなり長時間を要するため、炭素繊維チョップの生産性は低下する。 On the other hand, there has been proposed a carbon fiber chop obtained by extruding a carbon fiber chop to which a normal amount of sizing agent is adhered in advance and heat-treating it at a high temperature equal to or higher than the injection molding temperature (Patent Document 2). In the case of this carbon fiber chop, the generation amount of the decomposition gas decreases. However, since this heat treatment requires a considerably long time, the productivity of the carbon fiber chop is lowered.
特許文献３には、炭素繊維束を１０〜７０（１／ｍ）の交絡処理をした後、１〜１０％のサイズ剤を付与する炭素繊維チョップの製造方法が開示されている。なお、特許文献３の実施例、比較例に記載されているサイズ剤付着量は、３％のみである。この炭素繊維チョップは、交絡数が少ないので、サイズ剤の付着量を３％よりも少量にすると、押出し機等のホッパー内でばらけてファイバーボールを形成しやすい。従って、実際には、サイズ剤付着量は、３％以上にする必要がある。しかし、この場合は、前記分解ガスの発生量を低減させることは期待できない。
本発明者は、上記問題を解決するために種々検討しているうちに、炭素繊維チョップの交絡数を極端に高くすることに想到した。即ち、本発明者は以下のように考えた。炭素繊維チョップの交絡数が極端に高い場合は、簡単に開繊されたり、ばらけたりし難い。従って、サイズ剤の付着量を低減でき、その結果押出し機等のシリンダー内における分解ガス生成量は低減される。一方、シリンダー内においては、炭素繊維チョップを構成している炭素繊維は押し出される際に機械的に折られて短くなる。これにより、炭素繊維チョップは、短い炭素繊維になり、樹脂中に十分混和されていく。 The present inventor has come up with the idea of extremely increasing the number of entanglements in the carbon fiber chop while studying variously to solve the above problem. That is, the present inventor considered as follows. When the number of entanglements in the carbon fiber chop is extremely high, it is difficult to open or disassemble easily. Therefore, the amount of sizing agent attached can be reduced, and as a result, the amount of cracked gas produced in the cylinder of an extruder or the like is reduced. On the other hand, in the cylinder, the carbon fibers constituting the carbon fiber chop are mechanically folded and shortened when extruded. As a result, the carbon fiber chop becomes short carbon fiber and is sufficiently mixed in the resin.
本発明は、上記発想を基礎として完成するに至ったものである。 The present invention has been completed based on the above idea.
従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決する炭素繊維チョップ、及びその製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a carbon fiber chop that solves the above problems, and a method for producing the same.
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
〔１〕 炭素繊維の単繊維が３０００〜５００００本集束されて交絡されている炭素繊維チョップであって、フリーファイバー率が８％以下であり、サイズ剤の付着量が０．１〜１．５質量％である炭素繊維チョップ。
〔２〕 長さが３〜１５ｍｍである〔１〕に記載の炭素繊維チョップ。
〔３〕 交絡数が８０〜２００／ｍで、３００℃で３０分加熱する際の質量減少率が０．５％以下である〔１〕に記載の炭素繊維チョップ。
〔４〕 炭素繊維ストランド中の炭素繊維同士を交絡数が８０〜２００／ｍで互いに交絡させる交絡工程と、交絡された炭素繊維ストランドに０．１〜１．５質量％のサイズ剤を付与するサイズ剤付与工程と、サイズ剤を付与した炭素繊維ストランドを所定長さに切断する切断工程とを有する〔１〕に記載の炭素繊維チョップの製造方法。
〔５〕 炭素繊維ストランドに０．１〜１．５質量％のサイズ剤を付与するサイズ剤付与工程と、炭素繊維ストランド中の炭素繊維同士を交絡数が８０〜２００／ｍで互いに交絡させる交絡工程と、サイズ剤を付与した炭素繊維ストランドを所定長さに切断する切断工程とを有する〔１〕に記載の炭素繊維チョップの製造方法。
〔６〕 炭素繊維ストランドに０．１〜１．５質量％のサイズ剤を付与しながら交絡数８０〜２００／ｍで交絡するサイズ剤付与交絡工程と、炭素繊維ストランドを所定長さに切断する切断工程を有する〔１〕に記載の炭素繊維チョップの製造方法。
The present invention for achieving the above object is described below.
[1] A carbon fiber chop in which 3000 to 50000 carbon single fibers are bundled and entangled, the free fiber ratio is 8% or less, and the amount of sizing agent attached is 0.1 to 1.5. Carbon fiber chop that is mass%.
[2] The carbon fiber chop according to [1], which has a length of 3 to 15 mm.
[3] The carbon fiber chop according to [1], wherein the number of entanglement is 80 to 200 / m, and the mass reduction rate when heated at 300 ° C. for 30 minutes is 0.5% or less.
[4] Entangling process of intermingling carbon fibers in carbon fiber strands at an entangling number of 80 to 200 / m, and adding 0.1 to 1.5% by mass of sizing agent to the entangled carbon fiber strands The method for producing a carbon fiber chop according to [1], including a sizing agent applying step and a cutting step of cutting the carbon fiber strand to which the sizing agent has been applied into a predetermined length.
[5] A sizing agent applying step for applying a sizing agent of 0.1 to 1.5% by mass to the carbon fiber strand, and an entanglement in which the carbon fibers in the carbon fiber strand are entangled with each other at an intertwining number of 80 to 200 / m. The method for producing a carbon fiber chop according to [1], including a step and a cutting step of cutting the carbon fiber strand to which the sizing agent has been added into a predetermined length.
[6] A sizing agent application entanglement step of entanglement at a entanglement number of 80 to 200 / m while applying a sizing agent of 0.1 to 1.5% by mass to the carbon fiber strand, and the carbon fiber strand is cut into a predetermined length. The manufacturing method of the carbon fiber chop as described in [1] which has a cutting process.
本発明の炭素繊維チョップは、耐熱性が高く、且つ集束性が高く、フリーファイバー率８％以下で、成形性、作業性に優れる炭素繊維チョップである。本炭素繊維チョップは、高温時においてサイズ剤の分解に基因して生成する熱分解ガスの量が少ない。従って、本炭素繊維チョップを補強材とする複合材料を高温の押出機、射出成形機等を用いて製造する場合に、シリンダー内部で熱分解ガスの発生が少なく、高品位の複合材料を簡単に製造できる。本発明の製造方法によれば、上記優れた特性を有する炭素繊維チョップを安価に製造することができる。 The carbon fiber chop of the present invention is a carbon fiber chop that has high heat resistance, high convergence, a free fiber ratio of 8% or less, and excellent moldability and workability. The present carbon fiber chop generates a small amount of pyrolysis gas due to decomposition of the sizing agent at high temperatures. Therefore, when a composite material using the carbon fiber chop as a reinforcing material is manufactured using a high-temperature extruder, injection molding machine, etc., there is little generation of pyrolysis gas inside the cylinder, and a high-quality composite material can be easily obtained. Can be manufactured. According to the production method of the present invention, the carbon fiber chop having the above-described excellent characteristics can be produced at low cost.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明の炭素繊維チョップは、複数の炭素繊維の単繊維が集束されてなる、炭素繊維ストランドを所定長さに切断したチョップである。 The carbon fiber chop of the present invention is a chop obtained by cutting a carbon fiber strand into a predetermined length, in which a plurality of carbon fibers are bundled.
炭素繊維チョップの長さは、３〜１５ｍｍで、３〜１０ｍｍが好ましい。長さが３ｍｍ未満の炭素繊維チョップは、複合材料を製造する場合、補強性能が不足する。１５ｍｍを超える炭素繊維チョップは、ホッパーからシリンダーへの供給安定性が低下するため好ましくない。 The length of the carbon fiber chop is 3 to 15 mm, preferably 3 to 10 mm. A carbon fiber chop having a length of less than 3 mm has insufficient reinforcing performance when a composite material is produced. A carbon fiber chop exceeding 15 mm is not preferable because the supply stability from the hopper to the cylinder is lowered.
炭素繊維チョップを構成する単繊維は、特に制限がなく、各種の公知の炭素繊維を用いることが出来る。例えば、レーヨン、ポリアクリロニトリル、ピッチ、リグニン、炭化水素ガスを用いて製造された炭素繊維や黒鉛質繊維等が例示される。これらの中でも、ポリアクリロニトリルを原料とするアクリル系炭素繊維が、強度、弾性率等の物性の良さ、及び入手の容易さの点で好ましい。 The single fiber constituting the carbon fiber chop is not particularly limited, and various known carbon fibers can be used. Examples thereof include carbon fibers and graphite fibers produced using rayon, polyacrylonitrile, pitch, lignin, and hydrocarbon gas. Among these, acrylic carbon fibers using polyacrylonitrile as a raw material are preferable in terms of good physical properties such as strength and elastic modulus, and availability.
炭素繊維径は特に限定されないが、汎用性、製造コスト、性能の点で４〜１０μｍが好ましく、４〜８μｍがより好ましい。
炭素繊維チョップを構成する単繊維の集束数は３０００〜５００００本が好ましく、１２０００〜２４０００本がより好ましい。
The carbon fiber diameter is not particularly limited, but is preferably 4 to 10 μm and more preferably 4 to 8 μm from the viewpoint of versatility, production cost, and performance.
The number of single fibers constituting the carbon fiber chop is preferably 3000 to 50000, and more preferably 12000 to 24000.
炭素繊維チョップを構成する単繊維は、炭素繊維チョップ内で単繊維相互間で交絡されている。交絡数は、８０〜２００／ｍで、１００〜１８０／ｍがより好ましい。交絡数が８０／ｍ未満の場合は、集束性が不足し、押出し機等のホッパー内でばらけてファイバーボールを形成しやすくなる。交絡数が２００／ｍを超える場合は、特に問題は生じないが、交絡数を増やす利点が無い。 The single fibers constituting the carbon fiber chop are entangled between the single fibers in the carbon fiber chop. The number of entanglements is 80 to 200 / m, more preferably 100 to 180 / m. When the number of entanglements is less than 80 / m, the convergence is insufficient, and it becomes easy to form fiber balls in a hopper such as an extruder. When the confounding number exceeds 200 / m, no particular problem occurs, but there is no advantage of increasing the confounding number.
炭素繊維チョップには、サイズ剤が付着している。サイズ剤の付着量はサイズ剤の正味の量として０．１〜１．５質量％であり、０．１〜１．２質量％が好ましく、０．１〜１質量％未満がより好ましい。サイズ剤の付着量は、可能な限り少ない方が好ましい。成型時の熱分解ガスの発生量を低減できるからである。 A sizing agent is attached to the carbon fiber chop. The adhesion amount of the sizing agent is 0.1 to 1.5% by mass as the net amount of the sizing agent, preferably 0.1 to 1.2% by mass, and more preferably less than 0.1 to 1% by mass. The amount of sizing agent attached is preferably as small as possible. This is because the amount of pyrolysis gas generated during molding can be reduced.
ここで炭素繊維チョップを用いる複合材料の成型時に発生する分散ガスの発生量は、炭素繊維チョップを加熱した際に生じる炭素繊維チョップの質量減少率に比例すると言える。このため、本明細書においては、質量減少率を用いて分解ガス発生量の指標とする。 Here, it can be said that the amount of the dispersion gas generated when molding the composite material using the carbon fiber chop is proportional to the mass reduction rate of the carbon fiber chop generated when the carbon fiber chop is heated. For this reason, in this specification, the mass reduction rate is used as an index of the amount of cracked gas generation.
サイズ剤は、複合材料を製造する際に用いるマトリックス樹脂との相溶性の高いものが好ましい。サイズ剤はマトリックス樹脂の種類に応じ適宜選択することが好ましい。 The sizing agent preferably has high compatibility with the matrix resin used when producing the composite material. The sizing agent is preferably selected as appropriate according to the type of matrix resin.
サイズ剤としては特に制限がなく、公知のサイズ剤を使用できる。公知のサイズ剤としては、エポキシ樹脂系、ポリアミド樹脂系、ウレタン樹脂系、ポリエステル樹脂系、ポリイミド樹脂系、フェノール樹脂系等が例示される。ポリアミド樹脂は、高靭性で集束性に優れ、また通常融点を持つため、マトリックス樹脂への炭素繊維チョップの分散性を良好にする。 There is no restriction | limiting in particular as a sizing agent, A well-known sizing agent can be used. Examples of known sizing agents include epoxy resin systems, polyamide resin systems, urethane resin systems, polyester resin systems, polyimide resin systems, and phenol resin systems. The polyamide resin has high toughness, excellent convergence, and usually has a melting point, so that the dispersibility of the carbon fiber chop in the matrix resin is improved.
サイズ剤は耐熱性の高いものが好ましい。サイズ剤は３００℃で３０分間大気中で加熱する場合、その質量減少率が３０質量％以下のものが好ましく、２０質量％以下のものがより好ましい。 The sizing agent preferably has high heat resistance. When the sizing agent is heated in the atmosphere at 300 ° C. for 30 minutes, the mass reduction rate is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less.
本炭素繊維チョップは、耐熱性が高く、大気中で３００度で３０分間加熱したときの質量減少率が、０．５％以下である。嵩密度は高く、２５０ｇ／Ｌ以上で、好ましくは３５０ｇ／Ｌである。更に、交絡数が高いので、フリーファイバー率は８％以下、好ましくは２％以下で、より好ましくは１％以下である。 This carbon fiber chop has high heat resistance, and the mass reduction rate when heated at 300 ° C. for 30 minutes in the air is 0.5% or less. The bulk density is high, 250 g / L or more, preferably 350 g / L. Furthermore, since the number of entanglements is high, the free fiber rate is 8% or less, preferably 2% or less, more preferably 1% or less.
上記炭素繊維チョップは、何れの方法で製造しても良いが、以下に示す方法で製造することが好ましい。 The carbon fiber chop may be manufactured by any method, but is preferably manufactured by the following method.
(第１の製造方法)
上記本発明の炭素繊維チョップの第１の製造方法は、炭素繊維ストランドに０．１〜１．５質量％のサイズ剤を付与するサイズ剤付与工程と、前記サイズ剤を付与した炭素繊維ストランドの炭素繊維同士を互いに交絡する交絡工程と、前記交絡工程で得られる炭素繊維ストランドを所定長さに切断する切断工程と、を有する。
(First manufacturing method)
The first method for producing the carbon fiber chop of the present invention includes a sizing agent applying step of applying a sizing agent of 0.1 to 1.5% by mass to the carbon fiber strand, and a carbon fiber strand to which the sizing agent is applied. An entanglement step of entanglement of the carbon fibers with each other, and a cutting step of cutting the carbon fiber strand obtained in the entanglement step into a predetermined length.
サイズ剤付与工程においては、炭素繊維ストランドにサイズ剤が付着しる。 In the sizing agent application step, the sizing agent adheres to the carbon fiber strand.
出発原料の炭素繊維ストランドは、前記炭素繊維チョップの説明において既に述べたように、種々の原料で製造された長尺の炭素繊維からなる単繊維を、３０００〜５００００本集束してなる連続した炭素繊維ストランドである。この炭素繊維ストランドにサイズ剤が付着しる。サイズ剤の付着量は、０．１〜１．５質量％であり、０．１〜１．２質量％が好ましく、０．１〜１質量％未満がより好ましい。 The carbon fiber strand of the starting material is a continuous carbon formed by bundling 3000 to 50000 single fibers composed of long carbon fibers produced from various raw materials, as already described in the description of the carbon fiber chop. It is a fiber strand. A sizing agent adheres to the carbon fiber strands. The adhesion amount of the sizing agent is 0.1 to 1.5% by mass, preferably 0.1 to 1.2% by mass, and more preferably less than 0.1 to 1% by mass.
サイズ剤の付与方法は、スプレー法、液浸法、転写法等の既知の方法を採択し得るが、液浸法が汎用性、効率性、付着の均一性に優れるので好ましい。 As a method for applying the sizing agent, known methods such as a spray method, a liquid immersion method, and a transfer method can be adopted. However, the liquid immersion method is preferable because it is excellent in versatility, efficiency, and uniformity of adhesion.
液浸法においては、炭素繊維ストランドをサイズ剤液に浸漬する際に、サイズ剤液中に設けられた液没ローラ又は液浸ローラを用いて開繊と絞りが繰り返され、ストランドの中心部までサイズ剤が含浸されるようにすることが好ましい。 In the immersion method, when the carbon fiber strand is immersed in the sizing liquid, the opening and squeezing are repeated using the immersion roller or the immersion roller provided in the sizing liquid until the center of the strand is reached. It is preferred to be impregnated with a sizing agent.
サイズ剤の形態には、エマルジョン形態と溶剤形態とがある。エマルジョン形態のサイズ剤は、水にサイズ剤がエマルジョンの形態で分散されたものである。
溶剤形態のサイズ剤としては、アセトン、ＭＥＫ等のケトン類、メタノール、エタノール等のアルコール類、メチレンクロライド等の有機塩素化合物等にサイズ剤が溶解されたものがある。
There exist an emulsion form and a solvent form in the form of a sizing agent. The sizing agent in the form of an emulsion is a sizing agent dispersed in water in the form of an emulsion.
Solvent-type sizing agents include those in which sizing agents are dissolved in ketones such as acetone and MEK, alcohols such as methanol and ethanol, and organic chlorine compounds such as methylene chloride.
人体への安全性の面及び自然環境を汚さない環境対策の面からエマルジョン形態のサイズ剤が好ましい。 From the viewpoint of safety to the human body and environmental measures that do not pollute the natural environment, an emulsion size is preferred.
サイズ剤が水エマルジョン形態の場合、炭素繊維ストランドに付着されるサイズ量を適正化する上で、サイズ剤の濃度は１〜１００g/L、２５℃での溶液粘度は０．１〜１００ポアズに調節されることが好ましい。サイズ剤が付着しる際のサイズ剤浴温度は０〜５０℃が好ましい。サイズ剤の付着量を制御するため、サイズ剤の付着した後、スクイズ処理工程が設けられていても良い。 When the sizing agent is in the form of a water emulsion, in order to optimize the size amount attached to the carbon fiber strand, the concentration of the sizing agent is 1 to 100 g / L, and the solution viscosity at 25 ° C. is 0.1 to 100 poise. Preferably it is adjusted. The sizing agent bath temperature when the sizing agent adheres is preferably 0 to 50 ° C. In order to control the adhesion amount of the sizing agent, a squeeze treatment step may be provided after the sizing agent is adhered.
サイズ剤は、単独で付着しても良い。または二種類以上のサイズ剤が、二段階以上に分けて付着しても良い。 The sizing agent may be attached alone. Alternatively, two or more kinds of sizing agents may be attached in two or more stages.
サイズ剤が付着した上記炭素繊維ストランドは次いで交絡処理される。交絡処理は、繊維束に対して直角方向から空気等の流体を高速で吹き付けることにより行われる。交絡処理により、サイズ剤を付着した炭素繊維ストランドは、前述のように、交絡数が８０〜２００／ｍになる。 The carbon fiber strand to which the sizing agent is attached is then entangled. The entanglement process is performed by spraying a fluid such as air at a high speed from a direction perpendicular to the fiber bundle. The carbon fiber strand to which the sizing agent is attached by the entanglement treatment has an entanglement number of 80 to 200 / m as described above.
本発明においては、交絡数は、フックドロップ法による交絡値（ＣＦ値）で定義される。フックドロップ法による交絡値の測定方法は以下の通りである。
すなわち、炭素繊維ストランドの下端に２００ｇの重りを付けて垂下げる。この炭素繊維ストランドに１０ｇの重りを付けた鉤針を刺し、落下する距離を測定する。５０回測定し、最大の値から大きい順に１０個、最小の値から小さい順に１０個を除き、残る３０個の測定値の平均値をＸ（ｃｍ）とする。下式（１）より交絡値（ＣＦ値）が算出される。
In the present invention, the number of confounding is defined by a confounding value (CF value) by the hook drop method. The measurement method of the confounding value by the hook drop method is as follows.
That is, a weight of 200 g is attached to the lower end of the carbon fiber strand and hung. The carbon fiber strand is stabbed with a spear needle with a weight of 10 g, and the falling distance is measured. Measure 50 times, remove 10 from the largest value in descending order and 10 from the smallest value to smallest, and let the average value of the remaining 30 measured values be X (cm). The confounding value (CF value) is calculated from the following equation (1).
ＣＦ値＝１００／Ｘ（１／ｍ） （１）
上記交絡された炭素繊維ストランドは、切断工程に送られ、この工程で所定の長さに切断され、本発明の炭素繊維チョップが製造される。
CF value = 100 / X (1 / m) (1)
The entangled carbon fiber strands are sent to a cutting step, where they are cut to a predetermined length to produce the carbon fiber chop of the present invention.
切断長さは、３〜１５ｍｍで、３〜１０ｍｍが好ましい。 The cutting length is 3 to 15 mm, preferably 3 to 10 mm.
切断方法としては、ロービングカッター等のロータリー式カッターや、ギロチンカッター等の通常用いられているカッターを適宜用いることが出来る。 As a cutting method, a rotary cutter such as a roving cutter or a commonly used cutter such as a guillotine cutter can be appropriately used.
なお、第１の製造方法においては、炭素繊維ストランドにサイズ剤を付与した後、交絡を行った。しかし、これに限られず、炭素繊維ストランドを交絡した後、サイズ剤を付与するようにしても良い。その他の条件は上記方法と同様である。 In addition, in the 1st manufacturing method, after giving the sizing agent to the carbon fiber strand, it entangled. However, the present invention is not limited to this, and a sizing agent may be applied after the carbon fiber strands are entangled. Other conditions are the same as the above method.
(第２の製造方法)
第２の製造方法は、炭素繊維ストランドに０．１〜１．５質量％のサイズ剤を付与しながら、交絡を同時に行うサイズ剤付与交絡工程と、前記サイズ剤付与交絡工程で得られる炭素繊維ストランドを所定長さに切断する切断工程を有する。
(Second manufacturing method)
The second production method includes a sizing agent-entanglement step in which tangling is simultaneously performed while applying a sizing agent of 0.1 to 1.5% by mass to carbon fiber strands, and a carbon fiber obtained by the sizing agent-entranting step. A cutting step of cutting the strand into a predetermined length.
サイズ剤付与交絡工程は、サイズ浴中のサイズ剤液に浸漬しながら、サイズ液材の液流を炭素繊維ストランドに噴射することにより行われる。その他の構成は、第１の製造方法と同様である。 The sizing agent application entanglement step is performed by spraying a liquid flow of the sizing liquid material onto the carbon fiber strand while being immersed in the sizing liquid in the size bath. Other configurations are the same as those of the first manufacturing method.
本発明の炭素繊維チョップは、各種熱可塑性樹脂と混練してペレット化し、これを成形することにより各種複合材料を製造できる。或は、炭素繊維チョップとマトリックスになる熱可塑性樹脂とを、成型機のホッパーに直接供給し、成型することにより、複合材料を製造できる。 The carbon fiber chop of the present invention can be kneaded with various thermoplastic resins, pelletized, and molded into various composite materials. Alternatively, the composite material can be manufactured by directly supplying a carbon fiber chop and a thermoplastic resin as a matrix to a hopper of a molding machine and molding.
複合材料のマトリックス樹脂として用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール等の汎用エンジニアリングプラスチックが多く採用される。また、ポリプロピレンやＡＢＳ等の汎用プラスチックやポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、液晶性の芳香族ポリエステル等の耐熱性ポリマー類も使用される。本発明の炭素繊維チョップが補強材として使用できるマトリックス樹脂は特に限定されないが、成型温度の高い汎用エンジニアリングプラスチックが特に好ましい。 As the thermoplastic resin used as the matrix resin of the composite material, general-purpose engineering plastics such as polyamide, polycarbonate and polyacetal are often used. Further, general-purpose plastics such as polypropylene and ABS, and heat-resistant polymers such as polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyethersulfone, polyetheretherketone, and liquid crystalline aromatic polyester are also used. The matrix resin that the carbon fiber chop of the present invention can be used as a reinforcing material is not particularly limited, but a general-purpose engineering plastic having a high molding temperature is particularly preferable.
本炭素繊維チョップの、マトリックス樹脂に対する配合量は、特に制限が無く、製造される複合材料に応じて、通常の公知の配合量が適宜選択される。一般的には、マトリックス樹脂１００質量％に対して炭素繊維チョップは５〜３０質量％が配合される。 There is no restriction | limiting in particular in the compounding quantity with respect to matrix resin of this carbon fiber chop, A normal well-known compounding quantity is suitably selected according to the composite material manufactured. Generally, 5-30 mass% of carbon fiber chops are blended with respect to 100 mass% of the matrix resin.
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
各測定値は、下記方法により求めた。 Each measured value was determined by the following method.
（サイズ剤付着量）
サイズ剤を付与した炭素繊維チョップを約５ｇ採取し、質量（Ｗ１）を測定した。予め恒量にした坩堝の質量（Ｗ２）を量った後、前記炭素繊維チョップを坩堝に入れ、窒素雰囲気下４５０℃±５℃に保たれた熱風循環式乾燥機内で３０分熱処理を行った。坩堝ごとデシケーターに入れ室温まで冷却し、炭素繊維チョップが入った坩堝の質量（Ｗ３）を測定した。サイズ剤付着量を次式（１）により求めた。
(Amount of sizing agent attached)
About 5 g of a carbon fiber chop to which a sizing agent was added was collected and the mass (W1) was measured. After measuring the mass (W2) of the crucible made constant in advance, the carbon fiber chop was put into the crucible, and heat treatment was performed for 30 minutes in a hot air circulating dryer maintained at 450 ° C. ± 5 ° C. in a nitrogen atmosphere. The crucible was placed in a desiccator and cooled to room temperature, and the mass (W3) of the crucible containing the carbon fiber chop was measured. The amount of sizing agent attached was determined by the following formula (1).
サイズ剤付着量（％）＝（W1＋W2−W3）／（W3−W2）×100 （１）
（分解ガス発生量）
予め乾燥してあるルツボの質量を測定し（Ｗ1 ｍｇ）、これに約１０ｇの炭素繊維チョップを入れて、その質量を測定した（Ｗ2 ｍｇ）。この炭素繊維チョップを入れたルツボを予め３００℃に加温した熱風循環式の乾燥器（ＴＡＢＡＩＥＳＰＥＣ ＣＯＲＰ．製ＳＴＲＨ−１００）の中に入れ、３０分間熱処理した後、乾燥器から取り出した。このルツボをシリカゲル入りのデシケ−タ−中で室温まで自然冷却させた後、このルツボの質量を測定し（Ｗ3 ｍｇ）、質量減少率を次の式（２）により算出した。
Amount of sizing agent (%) = (W1 + W2-W3) / (W3-W2) x 100 (1)
(Amount of cracked gas generated)
The mass of the crucible that had been dried in advance was measured (W 1 mg), and about 10 g of carbon fiber chop was added thereto, and the mass was measured (W 2 mg). The crucible containing the carbon fiber chop was placed in a hot air circulating dryer (STRA-100 manufactured by TABAIESPEC CORP.) Preheated to 300 ° C., heat-treated for 30 minutes, and then taken out from the dryer. After this crucible was naturally cooled to room temperature in a desiccator containing silica gel, the mass of this crucible was measured (W 3 mg), and the mass reduction rate was calculated by the following equation (2).
質量減少率（％）＝［（Ｗ2 −Ｗ3）／（Ｗ2−Ｗ1）］×１００ （２）
この質量減少率を、分解ガス発生量とした。
Mass reduction rate (%) = [(W 2 −W 3 ) / (W 2 −W 1 )] × 100 (2)
This mass reduction rate was taken as the amount of cracked gas generation.
（フリーファイバー率)
５００ｍｌのビーカーに、その上方３０ｃｍの高さより、炭素繊維チョップを落としてビーカー上端を超えて山盛り状態になるまで充填した。その後、５００ｍｌのビーカーの上端以上に盛上がっている炭素繊維チョップをガラス棒を用いてすり切りまで除去し、このときの炭素繊維チョップ（Ｗ6 ｇ）の質量を測定した。さらに、この炭素繊維チョップを２０００ｍｌのメスシリンダーに移し、密閉し、メスシリンダーの軸を中心軸として、２０分間２５ｒｐｍで回転した。メスシリンダーの回転を停止し、試料を篩（チョップ長が１〜５mmの場合は５メッシュ、チョップ長が６〜10mmの場合は４メッシュ）に移し、試料が篩の目から落下しなくなるまで前後左右に動かして篩分けした。篩に残ったフリーファイバーを採取し、その質量（Ｗ7 ｇ）を測定し、フリーファイバー発生率を次の式（３）により算出した。
(Free fiber rate)
A 500 ml beaker was filled with a carbon fiber chop from the height of 30 cm above it until it reached a heaped state beyond the top of the beaker. Thereafter, the carbon fiber chops that were raised above the upper end of the 500 ml beaker were removed until they were ground using a glass rod, and the mass of the carbon fiber chops (W 6 g) at this time was measured. Further, this carbon fiber chop was transferred to a 2000 ml measuring cylinder, sealed, and rotated at 25 rpm for 20 minutes with the axis of the measuring cylinder as the central axis. Stop the rotation of the graduated cylinder and move the sample to a sieve (5 mesh if the chop length is 1 to 5 mm, 4 mesh if the chop length is 6 to 10 mm) and back and forth until the sample no longer drops from the sieve eyes. Sifted by moving left and right. The free fiber remaining on the sieve was collected, its mass (W 7 g) was measured, and the free fiber generation rate was calculated by the following equation (3).
フリーファイバー発生率（％）＝（Ｗ7／Ｗ6）×１００ （３）
実施例１〜８
第１の製造方法により、本発明の炭素繊維チョップを製造した。表１に記載するように、炭素繊維径が７μｍ、２４ｋ(２４０００本の単繊維を集束)の炭素繊維ストランドにウレタン系サイズ剤を付与した。
Free fiber generation rate (%) = (W 7 / W 6 ) × 100 (3)
Examples 1-8
The carbon fiber chop of the present invention was manufactured by the first manufacturing method. As described in Table 1, a urethane-based sizing agent was applied to carbon fiber strands having a carbon fiber diameter of 7 μm and 24 k (24,000 single fibers were bundled).
次に、高圧空気を用いてサイズ剤を付与した炭素繊維ストランドの交絡処理をした。 Next, the entanglement process of the carbon fiber strand which provided the sizing agent using the high pressure air was performed.
ドーナツ状のリングの内周面に直径２mmの穴を内周に沿って６０度離れて６箇配置した交絡処理器のリング中を耐炎化繊維束を通過させ、圧力０．４ｋｇｆ／ｍｍ２の空気を吹き付けて、交絡処理を行った。得られた炭素繊維ストランドを表１に記載の繊維長に切断し、炭素繊維チョップを製造した。 The flame-resistant fiber bundle is passed through the ring of a confounding device in which six holes having a diameter of 2 mm are arranged 60 degrees apart along the inner periphery on the inner peripheral surface of the donut-shaped ring, and the pressure is 0.4 kgf / mm 2 . The entanglement process was performed by blowing air. The obtained carbon fiber strand was cut into fiber lengths listed in Table 1 to produce a carbon fiber chop.
製造した炭素繊維チョップを用いて、フリーファイバー率（％）、質量減少率（質量％）を測定した。結果を表１にまとめた。 Using the produced carbon fiber chop, the free fiber rate (%) and the mass reduction rate (% by mass) were measured. The results are summarized in Table 1.
比較例１〜２
実施例を同様にして、フリーファイバー率（％）と質量減少率（質量％）を測定した。結果を表１にまとめた。
Comparative Examples 1-2
The free fiber rate (%) and the mass reduction rate (% by mass) were measured in the same manner as in the example. The results are summarized in Table 1.
実施例９
第２の製造方法により本発明の炭素繊維チョップを製造した。
Example 9
The carbon fiber chop of the present invention was manufactured by the second manufacturing method.
ウレタン系サイズ剤の２質量％水エマルジョンをサイズ剤浴中で圧力０．０５Ｐａで炭素繊維に吹き付けて交絡とサイズ剤付与を同時に行った。その他の操作は実施例１と同様であった。交絡数１７５ １／ｍ、サイズ剤付着量０．８質量％の炭素繊維チョップが得られた。質量減少率は０．３質量％であった。 A 2% by mass water emulsion of urethane-based sizing agent was sprayed onto the carbon fiber at a pressure of 0.05 Pa in a sizing agent bath, and confounding and sizing agent application were simultaneously performed. Other operations were the same as in Example 1. A carbon fiber chop having an entanglement number of 175 1 / m and a sizing agent adhesion amount of 0.8% by mass was obtained. The mass reduction rate was 0.3% by mass.
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