JP2013064106A - 炭素繊維強化樹脂組成物およびその成形品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
(A)熱可塑性ポリアミド樹脂100重量部に対して、(B)炭素繊維10〜300重量部を配合してなる炭素繊維強化樹脂組成物であって、示差走査熱量計(DSC)を用いた熱分析により得られる(A)熱可塑性ポリアミド樹脂の融点(Tm)と降温結晶化の発熱ピーク温度(Tc)との差が0℃以上50℃以下であることを特徴とする炭素繊維強化樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
(1)(A)熱可塑性ポリアミド樹脂100重量部に対して、(B)炭素繊維10〜300重量部を配合してなる炭素繊維強化樹脂組成物であって、示差走査熱量計(DSC)を用いた熱分析により得られる(A)熱可塑性ポリアミド樹脂の融点(Tm)と降温結晶化の発熱ピーク温度(Tc)との差が0℃以上50℃以下であることを特徴とする炭素繊維強化樹脂組成物。
(2)(B)炭素繊維配合量が50〜150重量部であることを特徴とする(1)記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
(3)(A)熱可塑性ポリアミド樹脂100重量部に対して、さらに(C)粒状充填材1〜40重量部を配合してなることを特徴とする(1)または(2)記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
(4)(B)炭素繊維のストランド強度が1〜5GPaであることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
(5)(1)〜(4)のいずれかに記載の炭素繊維強化樹脂組成物を成形してなる成形品。
(6)うねり曲線の算術平均高さ(Wa)値が3.0μm以下であることを特徴とする(5)記載の成形品。
(重量平均繊維長(Lw))=Σ(Wi×Li)/ΣWi
=Σ(π×ri2×Li×ρ×ni×Li)/Σ(π×ri2×Li×ρ×ni)(式1)
ここでLi、ni、Wi、ri、ρ、πはそれぞれ以下の通りであり、炭素繊維の断面形状を繊維径riの真円と近似している。
(Li:炭素繊維の繊維長、ni:繊維長Liの炭素繊維の本数、Wi:繊維長Liの炭素繊維の重量、ri:繊維長Liの炭素繊維の繊維径、ρ:炭素繊維の密度、π:円周率)
繊維径ri、および密度ρが一定である場合、上式1は以下の通りに近似され、式2により重量平均繊維長を求めることができる。
(重量平均繊維長(Lw))=Σ(Li2×ni)/Σ(Li×ni)(式2)
(重量平均繊維長(Lw))=Σ(Wi×Li)/ΣWi
=Σ(π×ri2×Li×ρ×ni×Li)/Σ(π×ri2×Li×ρ×ni)(式1)
ここでLi、ni、Wi、ri、ρ、πはそれぞれ以下の通りであり、炭素繊維の断面形状を繊維径riの真円と近似している。
(Li:炭素繊維の繊維長、ni:繊維長Liの炭素繊維の本数、Wi:繊維長Liの炭素繊維の重量、ri:繊維長Liの炭素繊維の繊維径、ρ:炭素繊維の密度、π:円周率)
繊維径ri、および密度ρが一定である場合、上式1は以下の通りに近似され、式2により重量平均繊維長を求めることができる。
(重量平均繊維長(Lw))=Σ(Li2×ni)/Σ(Li×ni)(式2)
<A1>ナイロン9T/8MT樹脂“ジェネスタ”(登録商標)N1001D(株式会社クラレ製)(Tm:262℃、Tc:228℃)
<A2>ナイロン9T/8MT樹脂“ジェネスタ”(登録商標)N1000A(株式会社クラレ製)(Tm:306℃、Tc:264℃)
<A3>ポリアミド10T/66(モル比93/7)(Tm:294℃、Tc:263℃)
<A4>ポリアミド10T(Tm:314℃、Tc:283℃)
<A5>ポリアミドMXD6樹脂“レニー”(登録商標)#6002(三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製)(Tm:238℃、Tc:161℃)
<A6>ポリアミド6“アミラン”(登録商標)CM1001(東レ株式会社製)(Tm:222℃、Tc:167℃)
<B1>PAN系炭素繊維“トレカ”(登録商標)カットファイバーTV14−006(東レ株式会社製、原糸T700SC−12K:引張強度4.9GPa、引張弾性率230GPa)を使用した。
<B2>PAN系炭素繊維“トレカ”(登録商標)原糸T800SC−24K(東レ株式会社製、引張強度5.9GPa、引張弾性率294GPa)をロータリーカッターで繊維長6.0mmにカットしたカットファイバーを使用した。
<B3>PAN系炭素繊維“トレカ”(登録商標)カットファイバーTS15−006(東レ株式会社製、原糸S300C−48K:引張強度3.4GPa、引張弾性率230GPa)を使用した。
<C1>マイカ:A−11(ヤマグチマイカ製、平均粒子径3μm)
<C2>マイカ:A−21(ヤマグチマイカ製、平均粒子径22μm)
<C3>マイカ:A−51S(ヤマグチマイカ製、平均粒子径52μm)
<C4>タルク:P−6(日本タルク製、平均粒子径4μm)
<C5>ガラスフレーク:REFG101(日本板硝子社製)
ガラス繊維:T−249(日本電気硝子社製)
シリンダー温度を表1〜2に示す温度に設定し、スクリュー回転数を200rpmに設定した二軸押出機(日本製鋼所製TEX30α)を用い、主ホッパーから熱可塑性ポリアミド樹脂、(C)粒状充填材を表1〜2に示す配合で供給し、サイドフィーダーを用いて(B)炭素繊維またはガラス繊維を表1〜2に示す配合で溶融樹脂中に供給し、ダイから吐出されたストランドを水中にて冷却、ストランドカッターにより長さ3.0mm長にカットしてペレット化を実施し、炭素繊維またはガラス繊維強化樹脂組成物ペレットを得た。
前記で用いた(A)熱可塑性ポリアミド樹脂について、セイコーインスツルメンツ株式会社製EXSTAR DSC6000を用い、30℃から10℃/分の速度で昇温して測定したときの融解吸熱ピーク温度から融点(Tm)を求め、熱可塑性ポリアミド樹脂が完全に溶解した状態から10℃/分の速度で降温したときの結晶化発熱ピークの頂点の温度から、降温結晶化温度(Tc)を求め、各々の測定値よりTm−Tcを算出した。
ISO179に従い23℃でシャルピー衝撃強さ(ノッチ付き)を評価した。
ISO178に従い23℃で曲げ強度および曲げ弾性率を評価した。
ISO178に従って射出成形機によりダンベル試験片を成形し、その試験片をISO1183に従って室温(23℃)にて比重測定を行った。
射出成形で得られた80mm×80mm×2mmの角板を使用し、表面粗さ測定装置(ACCRTECH社製)を用いて、評価長さ8mm、試験速度0.6mm/secの測定条件で成形品表面の算術平均粗さ(Ra)値を評価した。
射出成形で得られた80mm×80mm×2mmの角板を使用し、表面粗さ測定装置(ACCRTECH社製)を用いて、評価長さ20mm、試験速度0.6mm/secの測定条件で成形品表面のうねり曲線の算術平均高さ(Wa)値を評価した。
上記(4)で作製したダンベル試験片を用いて、80℃、95%RH環境下にて静置して重量の経時変化を測定する吸水試験を行い、以下の式より吸水率を求めた。なお、以下の式において、乾燥時重量とは、吸水試験に供する前のダンベル試験片の初期の重量のことである。
吸水率(%)=〔(95%RH1000時間経過後の重量−乾燥時重量)/乾燥時重量〕×100
上記(7)の吸水試験後のダンベル試験片を用いて、ISO178に従い23℃で曲げ強度を評価した。そして、以下の式より強度低下率を求めた。なお、以下の式において、乾燥時強度とは、吸水試験に供する前のダンベル試験片の曲げ強度のことである。
強度低下率(%)=〔乾燥時曲げ強度−吸水試験後の曲げ強度)/乾燥時曲げ強度〕×100
上記(4)で作製したダンベル試験片を用いて、試験片の一部を10g程度切り出し、ルツボに入れ電気コンロにて可燃性ガスが発生しなくなるまで蒸し焼きにした後、500℃に設定した電気炉内でさらに1時間焼成することにより炭素繊維の残渣のみを得た。その残渣を光学顕微鏡にて50〜100倍に拡大した画像を観察し、無作為に選んだ1000本の長さを測定し、その測定値(mm)を用いて、以下の式に基づいて重量平均繊維長(Lw)を計算した。
Lw(mm)=Σ(Li2×ni)/Σ(Li×ni)
ここでLi、niはそれぞれ、炭素繊維の繊維長、繊維長Liの炭素繊維の本数をそれぞれ示す。
Claims (6)
- (A)熱可塑性ポリアミド樹脂100重量部に対して、(B)炭素繊維10〜300重量部を配合してなる炭素繊維強化樹脂組成物であって、示差走査熱量計(DSC)を用いた熱分析により得られる(A)熱可塑性ポリアミド樹脂の融点(Tm)と降温結晶化の発熱ピーク温度(Tc)との差が0℃以上50℃以下であることを特徴とする炭素繊維強化樹脂組成物。
- (B)炭素繊維配合量が50〜150重量部であることを特徴とする請求項1記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- (A)熱可塑性ポリアミド樹脂100重量部に対して、さらに(C)粒状充填材1〜40重量部を配合してなることを特徴とする請求項1または2に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- (B)炭素繊維のストランド強度が1〜5GPaであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の炭素繊維強化樹脂組成物を成形してなる成形品。
- うねり曲線の算術平均高さ(Wa)値が3.0μm以下であることを特徴とする請求項5記載の成形品。
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