JP2017075290A - Manufacturing method of carbon fiber reinforced and modified polypropylene resin - Google Patents

Manufacturing method of carbon fiber reinforced and modified polypropylene resin Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To overcome current situation that a polypropylene resin does not reach large adoption because a carbon fiber is expensive and adhesive with nonpolar polypropylene is bad although the polypropylene has light specific gravity of 0.90, is excellent in molding processability, is expected to have higher strength by carbon fiber reinforcement and reduction of weight and recyclability as well as to expand applications as an ocean civil engineering material, a high rise building material, a railway vehicle material, an automobile material and other advanced materials while utilizing characteristics of more corrosion resistance than that of iron or concrete.SOLUTION: A polypropylene resin and a maleic acid compound are modified at high speed by a reaction extrusion method with organic peroxide as a catalyst and mixed with an inexpensive carbon fiber which is largely produced by a large tow method. Further a thermoplastic composite material of a carbon fiber reinforced and modified polypropylene resin is manufactured by using an epoxy resin binder and an organic acid metal catalyst for increasing reduced molecular weight and melting viscosity. Properties of the composite material with ZOLTEK made carbon fiber chip 30% (comparison with raw material polypropylene) is light weight and high rigidity with specific gravity of 1.07 (1.2 times) and flexure elastic modulus of 16 GPa (9 times).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、軽量化、高強度、リサイクル可能の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂を製造する方法を提供することに関する。  The present invention relates to providing a method for producing a lightweight, high-strength, recyclable carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin.

従来ポリプロピレン樹脂は、熱可塑性樹脂としてその成形加工性の良さと軽量性、機械的強度、剛性等に優れた物性を有し、繊維、フィルム、プラスチックス等として広範囲に使用されている。特に、プラスチックス分野では、成形品がボトル、シート、容器、日用品、自動車内装材、機械部品、電気・電子材料、建材、土木材、各種工業用品等に広く活用されている。
また、ポリプロピレン樹脂は、更にガラス繊維または炭素繊維を混合して熱可塑性複合材にする事に依り、機械的強度や耐熱性等の諸特性が改善され、一層高級な用途に使用されて来ている。特に、ガラス繊維が安価であるので、これで強化された複合材が大量に使用されている。一方、炭素繊維は高強度であるがあまりにも高価格であるために、ABS樹脂との複合材として特殊用途に少量にしか使用されて来なかった。
Conventionally, a polypropylene resin is a thermoplastic resin having excellent molding processability, light weight, mechanical strength, rigidity, and the like, and has been widely used as a fiber, film, plastics and the like. In particular, in the plastics field, molded products are widely used for bottles, sheets, containers, daily necessities, automobile interior materials, machine parts, electrical / electronic materials, building materials, earth and wood, various industrial products, and the like.
Polypropylene resin has been used for higher-grade applications because it has improved properties such as mechanical strength and heat resistance by further mixing glass fiber or carbon fiber into a thermoplastic composite material. Yes. In particular, since glass fibers are inexpensive, composite materials reinforced with this are used in large quantities. On the other hand, since carbon fiber has high strength but is too expensive, it has been used only in a small amount for special applications as a composite material with ABS resin.

近年、土木・建築、自動車産業、新幹線車両業、宇宙航空産業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於いては、構成材料の機械的強度の改善による一層の軽量化・省エネルギー化をはじめ、耐食性、電気特性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善が求められている。  In recent years, in the advanced industrial fields such as civil engineering / architecture, automobile industry, Shinkansen vehicle industry, aerospace industry, linear motor car, etc. Further improvements in performance such as corrosion resistance, electrical characteristics, heat resistance, and heat dissipation are required.

本発明者らは、先の先行発明として特許文献1、特許文献2および特許文献3に示される様に、ポリエステル樹脂で末端にカルボキシル基を保有する中分子量体を反応押出法を採用し、エポキシ樹脂系結合剤(鎖延長剤、増粘剤とも称す)および触媒に依り、ポリエステル同士を反応させて数分以下の短時間で高分子量化する高生産性を実現し、コンパクトで安価な設備を使用する反応押出法による製造法を提供した。しかしながら、ポリエステルの溶融張力の増大による成形加工性については画期的な進歩があったが、一方機械的物性の改善については、当初に本発明で期待されていた効果は殆ど見られなかった。
また、本発明者は、特許文献4および特許文献5に示される様に、ポリエチレンテレフタレート(PET)に回収炭素繊維・6mm長の15および30重量%をエポキシ樹脂系結合剤(鎖延長剤)および触媒の存在下に二軸押出機で反応押出法にて反応させて、回収炭素繊維強化・改質ぺっと樹脂とし、それらの機械的強度を引張強度で約2倍から2.4倍および曲げ弾性率で約4倍から6.8倍に大幅改善している。また、本発明者は、特許文献6では、ラージトウのPAN系レーヨンを原糸とした安価な新品炭素繊維・6mm長(ZOLTEK社製)を使用し、同様にしてZOLTEK炭素繊維強化・改質ぺっと樹脂とし、それらの機械的強度を引張強度で約3倍から4倍および曲げ弾性率で約6倍から10倍に一層大幅に改善している。
しかしながら、ぺっと樹脂は、その比重1.35がポリプロピレンの比重0.90に比べると約4割も重いので、高強度ではあるが軽量化には適しないことが指摘された。
As shown in Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3 as the previous prior invention, the present inventors adopted a reactive extrusion method for a middle molecular weight body having a carboxyl group at the terminal with a polyester resin, Depending on resin binder (also called chain extender, thickener) and catalyst, polyester can be reacted with each other to achieve high productivity with high molecular weight in a few minutes or less. The production method by the reactive extrusion method used was provided. However, although there has been a breakthrough in moldability due to an increase in the melt tension of polyester, on the other hand, with respect to the improvement of mechanical properties, the effect that was originally expected in the present invention was hardly seen.
In addition, as shown in Patent Document 4 and Patent Document 5, the present inventor recovered polyethylene fiber terephthalate (PET) with 15% and 30% by weight of 6 mm long recovered carbon fiber and epoxy resin binder (chain extender) and In the presence of a catalyst, the reaction is carried out by a reactive extrusion method using a twin screw extruder to obtain a recovered carbon fiber reinforced / modified pet resin, which has a mechanical strength of about 2 to 2.4 times in tensile strength and flexural elasticity. The rate has greatly improved from about 4 times to 6.8 times. In addition, in the patent document 6, the present inventor uses an inexpensive new carbon fiber 6 mm long (manufactured by ZOLTEK) made of large tow PAN-based rayon, and similarly uses ZOLTEK carbon fiber reinforced / modified pet. Resins are used, and their mechanical strength is further greatly improved from about 3 to 4 times in tensile strength and from about 6 to 10 times in flexural modulus.
However, it has been pointed out that the pet resin has a specific gravity of 1.35, which is about 40% heavier than the specific gravity of polypropylene of 0.90.

第3503952号公告Notice No. 3503952 国際公開WO2009/004745 A1International Publication WO2009 / 004745 A1 米国 8258239B2号登録US 8258239B2 registration 特願2014−179595号Japanese Patent Application No. 2014-179595 特願2014−225597号Japanese Patent Application No. 2014-225597 特願2015−024685号Japanese Patent Application No. 2015-024685

発明が解決しょうとする課題Problems to be solved by the invention

土木・建築、自動車産業、新幹線車両業、航空宇宙産業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於ける構成材料の機械的強度の改善による一層の軽量化・省エネルギー化をはじめ、耐食性、電導性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善をすることが求められている。特に、本発明は、強度の不足している合成木材の強度改善による住宅屋外の構造物、高層建築の軽量化資材、沿岸高速道路の高強度・耐食資材、海洋構築物の耐食・高強度資材などの耐食資材、自動車用途等の用途開発を目的とする。  Corrosion resistance and electrical conductivity, including further weight reduction and energy saving by improving mechanical strength of components in advanced industrial fields such as civil engineering / architecture, automobile industry, Shinkansen vehicle industry, aerospace industry, linear motor car, etc. Further improvements in performance such as heat resistance and heat dissipation are required. In particular, the present invention is an outdoor structure by improving the strength of synthetic timber that lacks strength, lightweight materials for high-rise buildings, high strength and corrosion resistant materials for coastal expressways, corrosion resistant and high strength materials for marine structures, etc. The purpose is to develop applications such as anti-corrosion materials and automobiles.

課題を解決しようとするための手段Means to try to solve the problem

本発明は、軽量で強度の改善された炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂を製造する方法を提供することを目的とする。即ち、本発明は、ポリプロピレン(A)および(B)、改質剤(C)および(D)、展着剤(E)を加熱混合して反応押出させることに依り、改質ポリプロピレン樹脂を製造し、炭素繊維(F)と溶融混合して炭素繊維強化ポリエステル樹脂を製造する方法を提供するものである。  It is an object of the present invention to provide a method for producing a carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin that is lightweight and has improved strength. That is, the present invention produces a modified polypropylene resin by heating and mixing the polypropylenes (A) and (B), the modifiers (C) and (D), and the spreading agent (E). And a method for producing a carbon fiber reinforced polyester resin by melt-mixing with carbon fiber (F).

本発明は、更に詳しくは下記の製造方法を提供するものである。
本発明は、第1に(A)ポリプロピレン系樹脂100重量部、(B)ポリプロピレン系粉体樹脂10−30重量部、(C)有機不飽和酸化合物0.1〜3重量部、(D)有機過酸化物0.01〜0.50重量部、(E)展着剤0.01〜1重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、(F)炭素繊維5〜150重量部と溶融混合させることに依りJIS−K7210法に準拠したMFR(230℃、荷重2.16Kg)を1〜40g/10分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
More specifically, the present invention provides the following production method.
The present invention includes (A) 100 parts by weight of a polypropylene resin, (B) 10-30 parts by weight of a polypropylene powder resin, (C) 0.1-3 parts by weight of an organic unsaturated acid compound, (D) After reacting a mixture composed of 0.01 to 0.50 parts by weight of an organic peroxide and (E) 0.01 to 1 part by weight of a spreading agent at a temperature equal to or higher than the melting point of polypropylene by a reactive extrusion method, (F) Carbon fiber characterized in that MFR (230 ° C., load 2.16 Kg) based on JIS-K7210 method is 1 to 40 g / 10 min by melting and mixing with 5 to 150 parts by weight of carbon fiber. A method for producing a reinforced / modified polypropylene resin is provided.

本発明は、第2に(A)ポリプロピレン系樹脂100重量部、(B)ポリプロピレン系粉体樹脂10−30重量部、(C)有機不飽和酸化合物0.1〜3重量部、(D)有機過酸化物0.01〜0.50重量部、(E)展着剤0.01〜1重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、(F)炭素繊維5〜150重量部および(G)分子内に2個以上のエポキシ基を有し、且つ重量平均分子量2.000〜10,000の重量平均分子量を有する多官能エポキシ化合物からなる結合剤0.1〜2重量部、(H)結合反応触媒0.01〜1重量部、と溶融混合させることに依りJIS−K7210法に準拠したMI(230℃、荷重2.16Kg)を0.5〜10g/10分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。The present invention secondly includes (A) 100 parts by weight of a polypropylene resin, (B) 10-30 parts by weight of a polypropylene powder resin, (C) 0.1-3 parts by weight of an organic unsaturated acid compound, (D) After reacting a mixture composed of 0.01 to 0.50 parts by weight of an organic peroxide and (E) 0.01 to 1 part by weight of a spreading agent at a temperature equal to or higher than the melting point of polypropylene by a reactive extrusion method, (F) 5 to 150 parts by weight of carbon fiber and (G) a polyfunctional epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule and having a weight average molecular weight of 2.000 to 10,000. MI (230 ° C., load 2.16 Kg) based on JIS-K7210 method is reduced to 0 by mixing 0.1 to 2 parts by weight of binder and 0.01 to 1 part by weight of (H) binding reaction catalyst. .5-10 g / 10 min There is provided a method of producing a carbon fiber-reinforced-modified polypropylene resin, characterized.

本発明は、第3に前記のポリプロピレン系樹脂(A)およびポリプロピレン系粉体樹脂(B)が、JIS−K7210法に準拠したMI(230℃、荷重2.16Kg)が0.5〜10g/10分であり、ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマー、ポリプロピレン・エチレンスーパーランダムコポリマーまたはそれらの回収された成形品の再循環物からなる群から選択される一種類以上であ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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。In the present invention, thirdly, the polypropylene resin (A) and the polypropylene powder resin (B) have an MI (230 ° C., load 2.16 Kg) in accordance with JIS-K7210 method of 0.5 to 10 g / 10 minutes, one or more selected from the group consisting of polypropylene homopolymer, polypropylene / ethylene block copolymer, polypropylene / ethylene random copolymer, polypropylene / ethylene super random copolymer, or recycled products of these recovered molded articles The method for producing a carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1 or 2 is provided.

本発明は、第4に前記の有機不飽和酸化合物(C)が、無水マレイン酸を含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。4thly, the said organic unsaturated acid compound (C) contains maleic anhydride, The manufacturing method of the carbon fiber reinforced and modified polypropylene resin of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. It is to provide.

本発明は、第5に前記の有機過酸化物(D)が、クミルジパーオキサイトを含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。  5. The method for producing a carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1, wherein the organic peroxide (D) contains cumyl diperoxide. 5. Is to provide.

本発明は、第6に前記の展着剤(E)が、流動パラフィンを含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。  The present invention sixthly provides the method for producing a carbon fiber-reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1 or 2, wherein the spreading agent (E) contains liquid paraffin. It is.

本発明は、第7に前記の炭素繊維(F)が、フィラメント数50,000本以上、比重1.5−2.2、繊維径7−18μm、引張強度580−4,200MPa、引張弾性率35−250GPa、伸び0.3−3%、炭素含有率95%以上を有し、ラージトウ方式で高速度に製造された炭素繊維を含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。  In the present invention, seventhly, the carbon fiber (F) has a number of filaments of 50,000 or more, a specific gravity of 1.5-2.2, a fiber diameter of 7-18 μm, a tensile strength of 580-4,200 MPa, and a tensile modulus. The carbon according to claim 1, comprising carbon fiber having 35 to 250 GPa, elongation of 0.3 to 3%, carbon content of 95% or more, and produced at a high speed by a large tow system. A method for producing a fiber-reinforced / modified polypropylene resin is provided.

本発明は、第8に前記の結合剤(G)が、分子内に2個以上のエポキシ基を有し、且つ重量平均分子量2.000〜10,000の重量平均分子量を有する多官能エポキシ化合物を含有することを特徴とする請求項2に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。  In the present invention, eighthly, the binder (G) has a polyfunctional epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule and a weight average molecular weight of 2.000 to 10,000. The method for producing a carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin according to claim 2, comprising:

本発明は、第8に前記の結合反応触媒(H)が、アルカリ金属のカルボン酸塩、アルカリ土類金属のカルボン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩または炭酸水素塩、またはアルカリ土類金属の炭酸塩または炭酸水素塩からなる群から選択される一種類以上を含有することを特徴とする請求項2に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。  In the present invention, eighthly, the binding reaction catalyst (H) is an alkali metal carboxylate, an alkaline earth metal carboxylate, an alkali metal carbonate or hydrogen carbonate, or an alkaline earth metal carbonate. The method for producing a carbon fiber-reinforced / modified polypropylene resin according to claim 2, comprising at least one selected from the group consisting of a salt or a bicarbonate.

発明の効果Effect of the invention

本発明によれば、ポリプロピレン系樹脂を改質剤(不飽和有機酸化合物と有機過酸化物の触媒)で改質することにより、従来困難であった炭素繊維との密着性を画期的に改善し、複合材の機械的強度も大幅に向上させることが出来た。更に、大量生産とコストダウンが進行しているラージトウ方式の炭素繊維(ZOLTEKチョップ)と改質ポリプロピレン系樹脂から成る複合体を反応押出法により、大量生産できることを実証した。この新素材は、軽量で、高強度で、リサイクルも可能であるので、更になる改善により将来の自動車用途の巨大市場に使用されるものと期待される。耐食性、耐熱性、伝熱性、導電性、耐油性、耐候性等の諸物性にも優れる。また、現在、航空機の組立時に副生する回収炭素繊維および将来航空機機体が大量にスクラップされると予想される時の炭素繊維強化エポキシ樹脂複合材からの再生炭素繊維なども使用することが出来る。  According to the present invention, by modifying a polypropylene resin with a modifier (catalyst of an unsaturated organic acid compound and an organic peroxide), the adhesion with carbon fiber, which has been difficult in the past, is epoch-making. And improved the mechanical strength of the composite. Furthermore, it has been demonstrated that a composite made of a large tow type carbon fiber (ZOLTEK chop), which is undergoing mass production and cost reduction, and a modified polypropylene resin can be mass-produced by a reactive extrusion method. This new material is lightweight, strong and recyclable, and is expected to be used in a huge market for future automotive applications with further improvements. Excellent physical properties such as corrosion resistance, heat resistance, heat transfer, conductivity, oil resistance, and weather resistance. In addition, currently recovered carbon fibers by-produced at the time of assembling the aircraft and recycled carbon fibers from a carbon fiber reinforced epoxy resin composite material when a large amount of future aircraft body is expected to be scrapped can be used.

以下、本発明について詳細に説明する。
[(A)成分のポリプロピレン系樹脂]
本発明における主原料としての(A)成分のポリプロピレン系樹脂は、ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマー、ポリプロピレン・エチレンスーパーランダムコポリマーまたはそれらの回収された成形品の再循環物を使用する事ができる。強度の大きい炭素繊維強化複合材を望む場合は、ポリプロピレン・ホモポリマーを選択する。耐衝撃強度の大きい炭素繊維強化複合材を望む場合は、ポリプロピレン・ブロックコポリマーを選択する。本発明においては、D成分の有機過酸化物の触媒作用により、分子切断による分子量低下が起るので、主原料としては分子量が大きくMIの小さいグレードを選沢することが好ましい。即ち、JIS−K7210法に準拠したMI(230℃、荷重2.16Kg)が0.5〜10g/10分であることが好ましい。中空成形グレードが好ましい、主原料につき、その配合量は、100重量部とする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[(A) component polypropylene resin]
The polypropylene resin of the component (A) as a main raw material in the present invention is a polypropylene homopolymer, a polypropylene / ethylene block copolymer, a polypropylene / ethylene random copolymer, a polypropylene / ethylene superrandom copolymer, or a recycled product of a recovered molded product thereof. Circulating products can be used. If a strong carbon fiber reinforced composite is desired, a polypropylene homopolymer is selected. If a carbon fiber reinforced composite with high impact strength is desired, a polypropylene block copolymer is selected. In the present invention, since the molecular weight is lowered by molecular cleavage due to the catalytic action of the organic peroxide of component D, it is preferable to select a grade having a large molecular weight and a small MI as the main raw material. That is, it is preferable that MI (230 degreeC, load 2.16Kg) based on JIS-K7210 method is 0.5-10 g / 10min. A hollow molding grade is preferable, and the blending amount of the main raw material is 100 parts by weight.

[(B)成分のポリプロピレン系粉体樹脂]
(B)成分は、微量の(C)成分の有機不飽和酸化合物0.1〜3重量部および(D)成分の有機過酸化物0.01〜0.50重量部を均一分散させる助材としての役割を持つ。ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマー、ポリプロピレン・エチレンスーパーランダムコポリマーまたはそれらの回収された成形品の再循環物を粉体状態で使用する事ができる。MIも、0.5〜10g/10分であることが好ましい。助材につき、その配合量は、10−30重量部とする。
[(B) Component Polypropylene Powder Resin]
Component (B) is an auxiliary that uniformly disperses 0.1 to 3 parts by weight of the organic unsaturated acid compound of component (C) and 0.01 to 0.50 parts by weight of organic peroxide of component (D). As a role. Polypropylene homopolymer, polypropylene / ethylene block copolymer, polypropylene / ethylene random copolymer, polypropylene / ethylene super random copolymer, or a recycled product of these recovered molded articles can be used in a powder state. MI is also preferably 0.5 to 10 g / 10 min. The amount of the auxiliary material is 10-30 parts by weight.

[(C)成分の有機不飽和酸化合物]
(C)成分は、無水マレイン酸およびその誘導体を使用できるが、無水マレイ酸であることが好ましい。その役割は、(D)成分の有機過酸化物がポリプロピレンを攻撃して分子鎖にラジカルを発生させた時に反応して、ポリプロピレンにカルボキシル基を賦与して止まり、本来無極性のポリプロピレンを改質ことにある。その配合量は、0.1〜3重量部であり、0.2〜1重量部が好ましい。0.1重量部以下では、ポリプロピレン系樹脂の改質効果が不充分である。3重量部を越えると反応押出時に未反応物が残留すると共に揮発して人体への障害を引き起こす恐れがあるからである。
[Organic unsaturated acid compound of component (C)]
As the component (C), maleic anhydride and derivatives thereof can be used, but maleic anhydride is preferable. Its role is to react when the organic peroxide of component (D) attacks the polypropylene to generate radicals in the molecular chain, and stops by giving a carboxyl group to the polypropylene, thereby modifying the originally nonpolar polypropylene. There is. The amount is 0.1 to 3 parts by weight, preferably 0.2 to 1 part by weight. If the amount is 0.1 parts by weight or less, the modification effect of the polypropylene resin is insufficient. If the amount exceeds 3 parts by weight, unreacted substances remain during reaction extrusion and volatilize to cause damage to the human body.

[(D)成分の有機過酸化物]
(D)成分の有機過酸化物は、樹脂のメルトフロー改質剤、マレイン化剤およびグラフト化剤として多種類の物、例えば日油(株)のパーヘキサ・シリーズ(HC、C、22、25Bなど)、パーブチル・シリーズ(C、D、Pなど)、パークミル・シリーズ(Dなど)が使用できる。市販品のジクミルジパーオキサイト(Aldrich製)を好適に使用することができた。
配合量は、0.01〜0.50重量部である。0.01重量部以下では、ポリプロピレン系樹脂の改質効果が不充分である。0.50重量部以上では、ポリプロピレン系樹脂の低分子量化が過剰に進行してしまう。
[Organic peroxide of component (D)]
The component (D) organic peroxide can be used as a resin melt flow modifier, maleating agent, and grafting agent, such as Perhexa Series (HC, C, 22, 25B) from NOF Corporation. Etc.), perbutyl series (C, D, P etc.), park mill series (D etc.) can be used. Commercially available dicumyl diperoxide (manufactured by Aldrich) could be suitably used.
The amount is 0.01 to 0.50 parts by weight. If the amount is 0.01 parts by weight or less, the modification effect of the polypropylene resin is insufficient. If it is 0.50 part by weight or more, the lowering of the molecular weight of the polypropylene resin proceeds excessively.

[(E)成分の展着剤]
(E)成分の展着剤の役割は、微量の(C)成分の有機不飽和酸化合物の微粉0.1〜3重量部および(D)成分の有機過酸化物の微粉0.01〜0.50重量部を(B)成分のポリプロピレン系粉体樹脂の表面に均一付着させる役割を持つ。流動パラフィンが好適である。パラフィンオイル、石油ワックスなども使用できる。配合量は、0.01〜1重量部である。
[(E) Component spreading agent]
The component (E) has a role of 0.1 to 3 parts by weight of a fine powder of the organic unsaturated acid compound (C) and a fine powder of the organic peroxide 0.01 to 0 as the component (D). .50 parts by weight have a role of uniformly adhering to the surface of the component (B) polypropylene powder resin. Liquid paraffin is preferred. Paraffin oil and petroleum wax can also be used. A compounding quantity is 0.01-1 weight part.

[(F)成分の炭素繊維]
本発明における(F)成分の炭素繊維は、高強度のPAN系工業製品を使用する事が好ましい。最優先候補としては、米国ZOLTEK社のラージトウ(LT:フィラメント数50,000本)を高速焼成して量産できる安価な炭素繊維チョップ(米国・ZOLTEK社のLT−PAN系炭素繊維「Panex35」6mm長)が特に好ましい。第2優先としては、東レ(株)の航空機機体用の高性能炭素繊維「トレカ」T500、T600、T700シリーズも使用できる。また、産業用途のカットファイバーのT008シリーズ、T010シリーズ、TS12−006(カット長3−12mm)も原料として使用できるが、高価である。一方、「トレカ」ミルドファイバーのMLDシリーズ(繊維長 30−150μm)なども原料として使用できるが、複合材の強度は小さい。他方、一般的にこれらの炭素繊維工業製品は、カルボキシル基の含有量が比較的多く存在する。
第3優先として、(株)クレハおよび大阪ガスケミカル(株)のピッチ系炭素繊維の工業製品も使用することが出来る。これらは比較的に官能基の含有量が多いが、強度がかなり小さい。成形品の強度に等方性の利点を持つので、精密成形分野では、好ましく使用できる。
代表的な工業製品の炭素繊維の仕様を、ガラス繊維と比較して表1に示した。炭素繊維は、大量生産でコストダウン出来れば、安価なガラス繊維に比べても軽量化、高強度、リサイクル性の長所が大いに発揮出来るものと想定できる。
[Carbon fiber of component (F)]
It is preferable to use a high-strength PAN-based industrial product as the (F) component carbon fiber in the present invention. The top priority candidate is an inexpensive carbon fiber chop that can be mass-produced by high-speed firing of large tow (LT: 50,000 filaments) manufactured by ZOLTEK, USA (LT-PAN-based carbon fiber “Panex35” manufactured by ZOLTEK, USA, 6 mm long) Is particularly preferred. As a second priority, Toray Corp.'s high-performance carbon fiber “Torayca” T500, T600, and T700 series for aircraft aircraft can also be used. Also, industrial use cut fibers T008 series, T010 series, and TS12-006 (cut length 3-12 mm) can be used as raw materials, but they are expensive. On the other hand, “Torayca” milled fiber MLD series (fiber length 30-150 μm) can also be used as a raw material, but the strength of the composite material is small. On the other hand, these carbon fiber industrial products generally have a relatively high carboxyl group content.
As a third priority, pitch-based carbon fiber industrial products of Kureha Co., Ltd. and Osaka Gas Chemical Co., Ltd. can also be used. These have a relatively high content of functional groups, but have a considerably low strength. Since the strength of the molded product has an isotropic advantage, it can be preferably used in the precision molding field.
Table 1 shows the specifications of carbon fibers of typical industrial products in comparison with glass fibers. If carbon fiber can be reduced in cost by mass production, it can be assumed that the advantages of weight reduction, high strength, and recyclability can be greatly exhibited compared to cheap glass fiber.

Figure 2017075290
Figure 2017075290

[(G)成分の結合剤]
本発明の(G)成分の結合剤は、重量平均分子量が1,000〜300,000であることが好ましく、該分子内に2〜100個のエポキシ基を含有する高分子型多官能エポキシ化合物を単独または2種類以上の混合体として使用することができる。高分子量の骨格を形成する樹脂にエポキシ環を含むグリシジル基をペンダント状に吊下げたものや分子内にエポキシ基を含むものの市販品、例えば、日油(株)の「マープルーフ」シリーズ、BASFジャパン(株)の「ジョンクリルADR」シリーズを使用することができる。
(G)成分の多官能エポキシ化合物の配合量は、(A)成分のポリエステル100重量部に対して0.1〜5重量部である。それは、((B)成分の増粘効果のある炭素繊維の種類と添加量に依っても大幅に異なる。一般的には、0.1重量部未満では分子量と溶融粘度の増加効果が不充分のため、成形加工性も不充分で成形品の基本物性や機械的特性が劣ることになる。2重量部を越えると逆に成形加工性が悪化し、樹脂の黄変・着色とゲルやフィッシュアイ(FE)が副生したりする。
[Binder for component (G)]
The binder of the component (G) of the present invention preferably has a weight average molecular weight of 1,000 to 300,000, and a polymer type polyfunctional epoxy compound containing 2 to 100 epoxy groups in the molecule. Can be used alone or as a mixture of two or more. A product in which a glycidyl group containing an epoxy ring is suspended in a resin that forms a high molecular weight skeleton in a pendant form, or a product containing an epoxy group in the molecule, such as NOF's "Murproof" series, BASF Japan Co., Ltd.'s “John Krill ADR” series can be used.
The compounding quantity of the polyfunctional epoxy compound of (G) component is 0.1-5 weight part with respect to 100 weight part of polyester of (A) component. It varies greatly depending on the type and amount of carbon fiber that has a thickening effect on component (B) .In general, the effect of increasing molecular weight and melt viscosity is insufficient at less than 0.1 part by weight. Therefore, the molding processability is also insufficient and the basic physical properties and mechanical properties of the molded product are inferior.On the other hand, if it exceeds 2 parts by weight, the molding processability deteriorates, and the yellowing / coloring of the resin and the gel or fish Eye (FE) is a by-product.

[(H)成分の結合反応触媒]
本発明における(H)成分としての結合反応触媒は、(1)アルカリ金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩、(2)アルカリ土類金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩からなる群から選ばれた少なくとも一種類以上を含有する触媒である。有機酸塩としては、カルボン酸塩、酢酸塩等が使用できるが、カルボン酸塩の中で特にステアリン酸塩が好ましい。カルボン酸の金属塩を形成する金属としては、リチウム、ナトリウムおよびカリウムのようなアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムのようなアルカリ土類金属を使用できる。
この結合反応触媒としてのカルボン酸塩の配合量は(A)成分のポリプロピレン100重量部に対して0.01〜1重量部である。特に、0.1〜0.5重量部であることが好ましい。0.01重量部未満では触媒効果が小さく、共重合反応が未達となって分子量が充分増大しないことがある。1重量部を超えると局部反応によるゲル生成や加水分解の促進による溶融粘度の急上昇による押出成形機内のトラブルなどを惹起させる。
[(H) Component Binding Reaction Catalyst]
The coupling reaction catalyst as the component (H) in the present invention includes (1) alkali metal organic acid salts, carbonates and hydrogen carbonates, and (2) alkaline earth metal organic acid salts, carbonates and hydrogen carbonates. A catalyst containing at least one selected from the group consisting of: As the organic acid salt, carboxylate, acetate and the like can be used, but stearates are particularly preferable among the carboxylates. The metal that forms the metal salt of the carboxylic acid can be an alkali metal such as lithium, sodium and potassium; an alkaline earth metal such as magnesium, calcium, strontium and barium.
The compounding amount of the carboxylate as the binding reaction catalyst is 0.01 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the component (A) polypropylene. In particular, the amount is preferably 0.1 to 0.5 part by weight. If the amount is less than 0.01 parts by weight, the catalytic effect is small, the copolymerization reaction is not achieved, and the molecular weight may not be sufficiently increased. If the amount exceeds 1 part by weight, problems such as gel generation due to local reactions and troubles in the extruder due to rapid increase in melt viscosity due to acceleration of hydrolysis are caused.

[配合方法、反応押出方法]
次に、本発明のポリプロピレン樹脂等を配合する方法に付いて説明する。各成分をタンブラーやヘンシェルミキサー等の混合機で混和させてから、トップフィード法として押出装置に供給する。加熱溶融する温度は、ポリプロピレンの融点以上の220℃から240℃であることが反応押出法の観点から望ましい。特に、250℃以下が好ましく、特に好ましくは230℃である。250℃を越えると炭素繊維の表面処理剤やサイジング剤の変質およびポリプロピレンの変色や熱分解が生じることがある。
上記の同時に混合する方法以外に、サイドフィード法として二軸押出装置に(A)成分のポリロピレン、(B)成分、(C)成分、(D)成分の混合物を供給して反応押出をしながら、二軸押出装置の出口部分に(F)成分の炭素繊維を注入する事に依り炭素繊維の切断を防いで複合材を生産することが出来る。炭素繊維がチョップ状の場合に適する。
反応押出装置としては、単軸押出機、二軸押出機、それらの組合せの二段押出機等を使用することができる。単軸押出機は、安価であり、炭素繊維が粉体状か短い場合に適する。二軸押出機は、高価であるが、チョップ状炭素繊維をサイドフィードする場合に適する。
[Formulation method, reactive extrusion method]
Next, a method for blending the polypropylene resin of the present invention will be described. Each component is mixed with a mixer such as a tumbler or a Henschel mixer, and then supplied to the extrusion apparatus as a top feed method. The heating and melting temperature is desirably 220 ° C. to 240 ° C. above the melting point of polypropylene from the viewpoint of the reactive extrusion method. In particular, it is preferably 250 ° C. or lower, particularly preferably 230 ° C. If the temperature exceeds 250 ° C., the surface treatment agent or sizing agent of the carbon fiber may change, and the discoloration or thermal decomposition of polypropylene may occur.
In addition to the above simultaneous mixing method, as a side feed method, a mixture of (A) polypropylene, (B) component, (C) component, and (D) component is supplied to a twin-screw extruder while performing reactive extrusion. The composite material can be produced by preventing the carbon fiber from being cut by injecting the carbon fiber of the component (F) into the outlet portion of the twin-screw extruder. Suitable when the carbon fiber is chopped.
As the reactive extrusion apparatus, a single screw extruder, a twin screw extruder, a two-stage extruder of a combination thereof, or the like can be used. Single screw extruders are inexpensive and are suitable when the carbon fiber is powdery or short. The twin screw extruder is expensive, but is suitable for side-feeding chopped carbon fibers.

本発明の高強度・軽量の複合体の用途例としては、当面は住宅の屋外デッキ資材および海洋構築物資材が想定される。特に、米国と欧州における住宅の屋外デッキ資材は年間260万トンに達する。従来は、天然木材に依存して来たが、南洋材や南米材の資源枯渇に直面して回復の見通しが無い。現在、木粉/ポリエチレンと木粉/ポリプロピレンの合成木材が使用されている。しかしながら、天然木材の高い強度(曲げ弾性率6−14GPa)に比べると、木粉/ポリエチレン(1−3GPa)と木粉/ポリプロピレン(約5GPa)の合成木材の強度が弱すぎる。しかしながら、北米の合成木材の市場は約69万トン(2013年)で木粉/ポリエチレン83パーセント、木粉/ポリプロピレン9%、木粉/塩化ビニル7%、その他1%とされている。
本発明の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂は、固体成形体の強度が大きい(ZOLTEK30%で曲げ弾性率16GPa)ので、合成木材への添加に依る強度アップが期待されている。
As an application example of the high-strength and lightweight composite of the present invention, for the time being, residential outdoor deck materials and offshore construction materials are assumed. In particular, the outdoor deck materials for houses in the US and Europe reach 2.6 million tons per year. Traditionally, it has relied on natural timber, but there is no prospect of recovery in the face of depletion of South and South American wood resources. Currently, wood flour / polyethylene and wood flour / polypropylene synthetic wood are used. However, compared to the high strength of natural wood (flexural modulus 6-14 GPa), the strength of synthetic wood of wood flour / polyethylene (1-3 GPa) and wood flour / polypropylene (about 5 GPa) is too weak. However, the synthetic wood market in North America is about 690,000 tons (2013), with wood flour / polyethylene 83%, wood flour / polypropylene 9%, wood flour / vinyl chloride 7%, and others 1%.
The carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin of the present invention has a high strength of a solid molded body (ZOLTEK 30% and a flexural modulus of 16 GPa), so that an increase in strength due to addition to synthetic wood is expected.

次に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。本発明のポリプロピレンおよび炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂についての評価方法は以下の通りである。
(1)メルトインデックス(MI)の測定法
JIS K7210(ISO 1133、ASTM D 1238)の条件に従い、温度230℃、荷重2.16kgの条件で測定した。但し、樹脂は予め80℃×2時間、熱風乾燥または真空乾燥したものを使用した。または、メーカーのカタログ値を採用した。
(2)比重の測定法
JIS K7112のA法(水中置換法)に従い、樹脂ペレットまたは成形体の小片についてアルコールを液体として測定した。または、JIS K7222の寸法測定法でも測定した。
(3)機械的強度の測定法
▲1▼試作ペレットが1Kg以下の少量の場合は小型試験片を作成して実施した。
例えば、住友重機械工業(株)製の射出成形機SE18DUZ(型締め圧18トン、スクリュー径16mm)を使用し、成形温度270℃、金型温度35℃、冷却時間15−20秒の条件で成形した。
試験片の形状:引張試験片 JIS K7162 5A型(厚み2mm)
曲げ試験片 短冊型 80mm×10mm(厚み4mm)
▲2▼試作ペレットが多量の場合(3Kg以上)は多目的試験片を作成して実施した。
試験片の形状:ISO 20753、JIS K7139 A1型
全長さ120mm、厚み4mm、チャック部幅20mm、くびれ部幅1 0mm、同その長さ80mm(Zランナー方式)
引張試験:引張強度は、試験速度2mm/分にて実施し、3−5点の平均値で評価した。ヤング率は、最大荷重の25%と75%の直線回帰により算出した(JIS K7073ほか)。
曲げ試験:曲げ強度は、3点曲げを試験速度5mm/分にて実施し、3−5点の平均値で評価した。曲げ弾性率は、最大荷重の25%と75%の直線回帰により算出した(JIS K7074ほか)。
(4)炭素繊維の酸性官能基量およびカルボキシル基量の測定法
JIS K 0070に準じ、Boehm法で測定した。炭素繊維のサンプルに水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウムを個々に加え、電位差自動測定装置を使用して塩酸溶液を用いて逆滴定をした。全酸性官能基量(全酸量)を水酸化ナトリウム添加後の塩酸溶液による逆滴定で、また強酸性官能基量(カルボキシル基量)を炭酸水素ナトリウム添加後の塩酸溶液による逆滴定で測定した。なお、弱酸性官能基量(フェノール系水酸基量)は、全酸量―カルボキシル基量から求めた。
Next, the present invention will be described in detail based on examples. Evaluation methods for the polypropylene and the carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin of the present invention are as follows.
(1) Measurement method of melt index (MI) According to the conditions of JIS K7210 (ISO 1133, ASTM D 1238), the measurement was performed under the conditions of a temperature of 230 ° C. and a load of 2.16 kg. However, the resin used was previously dried in hot air or vacuum at 80 ° C. for 2 hours. Or, the manufacturer's catalog value was adopted.
(2) Measuring method of specific gravity According to JIS K7112 method A (submerged in water method), resin pellets or small pieces of molded articles were measured as alcohol as a liquid. Or it measured also by the dimension measuring method of JISK7222.
(3) Measuring method of mechanical strength (1) When the prototype pellet was a small amount of 1 kg or less, a small test piece was prepared and carried out.
For example, using an injection molding machine SE18DUZ manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. (with a clamping pressure of 18 tons and a screw diameter of 16 mm), the molding temperature is 270 ° C., the mold temperature is 35 ° C., and the cooling time is 15-20 seconds. Molded.
Shape of test piece: Tensile test piece JIS K7162 5A type (thickness 2 mm)
Bending specimen strip type 80mm x 10mm (thickness 4mm)
(2) When a large amount of prototype pellets (3 kg or more), a multi-purpose test piece was prepared and carried out.
Shape of test piece: ISO 20753, JIS K7139 A1 type
Length 120mm, thickness 4mm, chuck width 20mm, constriction width 10mm, length 80mm (Z runner method)
Tensile test: The tensile strength was measured at a test speed of 2 mm / min, and evaluated by an average value of 3-5 points. Young's modulus was calculated by linear regression of 25% and 75% of the maximum load (JIS K7073 and others).
Bending test: The bending strength was evaluated by an average value of 3 to 5 points by carrying out 3 point bending at a test speed of 5 mm / min. The flexural modulus was calculated by linear regression of 25% and 75% of the maximum load (JIS K7074 et al.).
(4) Measuring method of amount of acidic functional group and amount of carboxyl group of carbon fiber Measurement was performed by Boehm method according to JIS K 0070. Sodium hydroxide and sodium hydrogen carbonate were individually added to the carbon fiber samples, and back titration was performed using a hydrochloric acid solution using an automatic potentiometer. Total acidic functional group amount (total acid amount) was measured by back titration with hydrochloric acid solution after addition of sodium hydroxide, and strong acidic functional group amount (carboxyl group amount) was measured by back titration with hydrochloric acid solution after addition of sodium bicarbonate. . The weakly acidic functional group amount (phenolic hydroxyl group amount) was determined from the total acid amount-carboxyl group amount.

本発明の主たる構成要素である(A)および(B)成分のポリプロピレン並びに(F)成分の炭素繊維については、それらの密着性を向上して強度をあげるために酸性官能基およびカルボキシル基を含有させることが好ましい。なお、炭素繊維には、大小はあるが酸性官能基およびカルボキシル基が含有されている。  The main constituent elements of the present invention, (A) and (B) component polypropylene, and (F) component carbon fiber contain acidic functional groups and carboxyl groups in order to improve their adhesion and increase strength. It is preferable to make it. Carbon fibers contain acidic functional groups and carboxyl groups, though large and small.

分析例1Analysis example 1

(F)成分の炭素繊維の酸性官能基およびカルボキシル基の分析
炭素繊維1gを各200ccの三角フラスコに秤量し、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液または炭酸水素ナトリウム水溶液の各50mLに浸漬させた。栓をしてからその2体を24時間浸透機にかけた。各容器の上澄み液5mLを0.05mol/L塩酸水溶液で滴定し、全酸量とカルボキシル基量とを同定した。このBoehm法に依る分析を焼成後の再生炭素繊維と新品炭素繊維についても実施し、その結果を比較して以下に示す。

Figure 2017075290
カルボキシル基は、新品炭素繊維には極めて微量にしか存在しないが、約500℃焼成後の再生炭素繊維には0.03−0.05mmol/gも存在し、電解酸化後の再生炭素繊維にはその2−3倍の0.10mmol/g にまで増加していた。Analysis of acidic functional group and carboxyl group of component (F) carbon fiber 1 g of carbon fiber is weighed in each 200 cc Erlenmeyer flask and immersed in 50 mL of 0.1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution or sodium hydrogen carbonate aqueous solution. It was. After plugging, the two bodies were put on a permeator for 24 hours. The supernatant of each container (5 mL) was titrated with 0.05 mol / L hydrochloric acid aqueous solution to identify the total acid amount and the carboxyl group amount. The analysis based on the Boehm method was also performed on the regenerated carbon fiber and the new carbon fiber after firing, and the results are compared and shown below.
Figure 2017075290
Carboxyl groups are present in a very small amount in new carbon fibers, but 0.03-0.05 mmol / g is present in regenerated carbon fibers after firing at about 500 ° C., and in regenerated carbon fibers after electrolytic oxidation, It increased to 0.10 mmol / g 2 to 3 times that.

[改質ポリプロピレン系樹脂P1、P2、P3およびP4の製造例]
[製造例1]A成分としてポリプロピレン・ホモポリマーのペレット(中空グレード、MI 0.5:曲げ弾性率1.8GPa、シャルピー衝撃強度9.0KJ/m)100重量部、B成分としてポリプロピレン・粉体(サンアロマー(株)製、MI 0.3)20重量部、C成分として無水マレイン酸(試薬1級)1重量部、D成分としてジクミルパーオキサイド(ALDLICH社製)0.100重量部、E成分として流動パラフィン0.2重量部を使用した。
まず、ポリプロピレン・粉体Bをタンブラーに投入し、ついで流動パラフィンEを追加して5分間攪拌してから微粉砕したジクミルパーオキサイドDを入れて更に5分間攪拌した。次いで、やはり微粉砕した無水マレイン酸Cを入れて更に5分間攪拌した。最後に、ポリプロピレン・ホモポリマーのペレットAを投入し、10分間攪拌することにより、均一混合した。
東芝機械(株)製の単軸押出機(口径65mm、L/D30、改造・1ベント式、改造・圧縮式スクリュー)を使用し、この押出機の7ブロックから成るシリンダーとダイスの設定温度を170−280℃とした。前記のA、B、C、DおよびE成分の混合組成物を原料供給ホッパーに投入し、容量式計量フィーダーで計量しながら押出して反応押出を行うことにより、改質ポリプロピレン樹脂P1の製造を実施した。樹脂温度244℃、樹脂圧力10MPaであった。
ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットP1約20Kgを製造した。金型出口から水盤中へのストランドは弓なり状であり溶融張力が非常に低下していた。そのペレット形状は、円柱状で直径約2.5mm×長さ約3mmであった。
[Production Examples of Modified Polypropylene Resin P1, P2, P3 and P4]
[Production Example 1] Polypropylene homopolymer pellets (hollow grade, MI 0.5: flexural modulus 1.8 GPa, Charpy impact strength 9.0 KJ / m 2 ) 100 parts by weight as component A, polypropylene / powder as component B 20 parts by weight (manufactured by Sun Allomer Co., Ltd., MI 0.3), 1 part by weight of maleic anhydride (reagent grade 1) as C component, 0.100 part by weight of dicumyl peroxide (manufactured by ALDLICH) as D component, As an E component, 0.2 part by weight of liquid paraffin was used.
First, polypropylene powder P was charged into a tumbler, and then liquid paraffin E was added and stirred for 5 minutes, and then finely pulverized dicumyl peroxide D was added and stirred for another 5 minutes. Then, finely pulverized maleic anhydride C was added and stirred for another 5 minutes. Finally, the polypropylene homopolymer pellet A was added and stirred for 10 minutes for uniform mixing.
Using a single-screw extruder (65 mm diameter, L / D30, modified / single vent type, modified / compressed screw) manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd., set the cylinder and die set temperature consisting of 7 blocks of this extruder. It was set to 170-280 degreeC. The modified polypropylene resin P1 is manufactured by putting the mixed composition of the above-mentioned A, B, C, D and E components into a raw material supply hopper, extruding while measuring with a capacity-type measuring feeder and performing reactive extrusion. did. The resin temperature was 244 ° C. and the resin pressure was 10 MPa.
The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm, and cut with a rotary cutter to produce about 20 kg of translucent white resin pellets P1. The strand from the mold outlet to the water basin was bow-shaped and the melt tension was very low. The pellet shape was cylindrical and had a diameter of about 2.5 mm and a length of about 3 mm.

[製造例2]A成分のポリプロピレン・ホモポリマーのペレット、B成分のポリプロピレン・粉体、C成分の無水マレイン酸およびE成分の流動パラフィンは、同一物で同一比率であるが、D成分のジクミルパーオキサイドの比率のみを0.050重量部と半減させて、製造例1と同様条件にて改質ポリプロピレン樹脂P2の製造を実施した。樹脂温度241℃、樹脂圧力16MPaであった。ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットP2約20Kgを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはほぼ直線状であり溶融張力がかなり保持されていた。そのペレット形状は、円柱状で直径約2.5mm×長さ約3mmであった。  [Production Example 2] The component A polypropylene / homopolymer pellets, component B polypropylene / powder, component C maleic anhydride and component E liquid paraffin are the same and in the same ratio, but the component D The modified polypropylene resin P2 was produced under the same conditions as in Production Example 1, with only the ratio of the mill peroxide being halved to 0.050 part by weight. The resin temperature was 241 ° C. and the resin pressure was 16 MPa. The strand was continuously extruded into water from a diagonally downward nozzle having a diameter of 3 mm, and cut with a rotary cutter to produce about 20 kg of translucent white resin pellets P2. The strand from the mold outlet to the basin was almost linear, and the melt tension was fairly maintained. The pellet shape was cylindrical and had a diameter of about 2.5 mm and a length of about 3 mm.

[製造例3]A成分のポリプロピレン・ホモポリマーのペレット、B成分のポリプロピレン・粉体、およびE成分の流動パラフィンは、同一物で同一比率であるが、C成分の無水マレイン酸の比率を2重量部に倍増させ、またD成分のジクミルパーオキサイドの比率を0.075重量部と製造例1および2の中間とし、製造例1と同様条件にて改質ポリプロピレン樹脂P3の製造を実施した。樹脂温度238℃、樹脂圧力14MPaであった。ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットP3約20Kgを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはやや弓なり状であり溶融張力がかなり低下したが、水冷されたストランドは未改質のポリプロピレンとは異なり、無水マレイン酸の倍増添加で保水性が著しく改善された。そのペレット形状は、円柱状で直径約2.5mm×長さ約3mmであった。  [Production Example 3] The component A polypropylene / homopolymer pellets, component B polypropylene / powder, and component E liquid paraffin are the same and in the same ratio, but the ratio of component C maleic anhydride is 2. The modified polypropylene resin P3 was produced under the same conditions as in Production Example 1, with the ratio of the D component dicumyl peroxide being 0.075 parts by weight and intermediate between Production Examples 1 and 2. . The resin temperature was 238 ° C. and the resin pressure was 14 MPa. The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm and cut with a rotary cutter to produce about 20 kg of translucent white resin pellets P3. The strand from the mold outlet to the basin was somewhat bowed and melt tension was considerably reduced, but the water-cooled strand was significantly improved by double addition of maleic anhydride, unlike unmodified polypropylene. It was. The pellet shape was cylindrical and had a diameter of about 2.5 mm and a length of about 3 mm.

[製造例4]A成分としてポリプロピレン・ブロックコポリマーのペレット(中空グレード、MI0.7:曲げ弾性率1.1GPa、シャルピー衝撃強度91KJ/m)100重量部、B成分としてポリプロピレン・粉体(サンアロマー(株)製、MI 0.3)20重量部、C成分として無水マレイン酸(試薬1級)2重量部、D成分としてジクミルパーオキサイド0.075重量部、E成分として流動パラフィン0.2重量部を使用した。
製造例1と同様条件にて改質ポリプロピレン樹脂P4の製造を実施した。樹脂温度238℃、樹脂圧力16MPaであった。ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットP4約20Kgを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはやや弓なり状であり溶融張力がかなり低下したが、水冷されたストランドは未改質のポリプロピレンとは異なり、無水マレイン酸の倍増添加に依り保水性が著しく改善された。そのペレット形状は、円柱状で直径約2.5mm×長さ約3mmであった。
[Production Example 4] Polypropylene block copolymer pellets as the A component (hollow grade, MI 0.7: flexural modulus 1.1 GPa, Charpy impact strength 91 KJ / m 2 ) 100 parts by weight, B component as the polypropylene powder (Sun Aroma) Manufactured by Co., Ltd., MI 0.3) 20 parts by weight, maleic anhydride (reagent grade 1) 2 parts by weight as C component, dicumyl peroxide 0.075 parts by weight as D component, liquid paraffin 0.2 as E component Part by weight was used.
The modified polypropylene resin P4 was produced under the same conditions as in Production Example 1. The resin temperature was 238 ° C. and the resin pressure was 16 MPa. The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm and cut with a rotary cutter to produce about 20 kg of translucent white resin pellets P4. The strand from the mold outlet to the basin is slightly bowed and melt tension is considerably reduced, but the water-cooled strand is significantly improved in water-retaining properties due to the double addition of maleic anhydride, unlike unmodified polypropylene. It was done. The pellet shape was cylindrical and had a diameter of about 2.5 mm and a length of about 3 mm.

[改質ポリプロピレン系樹脂P1−P4とZOLTEK製炭素繊維チョップ23%とから成る炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットZP1−4の製造例]
米国・ZOLTEK社製のPAN系炭素繊維「Panex35」(6mm長チョップ:フィラメント数50,000本のLarge Towから製造された。比重1.81、引張強度4,137MPa、引張弾性率242GPa、破断伸度1.5%)を選択した。
[製造例5]原材料組成物をトップフィードするために、予め以下の操作で均一配合した。ポリエチレン袋に、ZOLTEK6mmチョップ300g(23.1%)を入れ、流動パラフィン3gを加えて表面を濡らした。次いで、ポリプロピレン粉体200gを加えて混合した。最後に、改質ポリプロピレンのペレットP1を800g(一方、比較例1の場合はポリプロピレン・ホモポリマーのペレットのみ)を加えて均一混合した。
テクノベル(株)製の同方向2軸押出機(口径15mm、L/D30、1ベント式)を使用し、この押出機の4ブロックから成るシリンダ−とダイスの温度を160−280℃およびスクリュー回転数150−200rpmに設定した。前記の組成物をホッパーに投入し、容量式計量フィーダーを使用して、押出装置に安定して供給した。ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットZP1約1.2Kgを製造した。樹脂圧力は、0.2MPaでありやや低かった。金型出口から水盤中へのストランドは、太めであったが下方に弓なり状であり、溶融張力がやや低下傾向であった。ペレットの形状は、円柱状で直径約2.5mm×長さ約3mmであった。また、MFR(230℃、荷重2.16Kg)は、23g/10分であった。射出成形グレードに適する・
[Production Example of Carbon Fiber Reinforced / Modified Polypropylene Resin Pellets ZP1-4 Consisting of Modified Polypropylene Resin P1-P4 and ZOLTEK Carbon Fiber Chop 23%]
PAN-based carbon fiber “Panex 35” (6 mm long chop: manufactured from Large Tow with 50,000 filaments. Specific gravity 1.81, tensile strength 4,137 MPa, tensile modulus 242 GPa, elongation at break Degree 1.5%) was selected.
[Production Example 5] In order to top feed the raw material composition, it was uniformly blended in advance by the following operation. In a polyethylene bag, 300 g (23.1%) of ZOLTEK 6 mm chop was put, and 3 g of liquid paraffin was added to wet the surface. Next, 200 g of polypropylene powder was added and mixed. Finally, 800 g of modified polypropylene pellets P1 (on the other hand, in the case of Comparative Example 1, only polypropylene homopolymer pellets) were added and mixed uniformly.
Using the same-direction twin screw extruder (caliber 15 mm, L / D30, 1 vent type) manufactured by Technobel Co., Ltd., the cylinder and die temperatures of 160 to 280 ° C. and screw rotation It was set to several 150-200 rpm. The above composition was put into a hopper and stably supplied to an extrusion apparatus using a capacity-type weighing feeder. The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm and cut with a rotary cutter to produce about 1.2 kg of black resin pellets ZP1. The resin pressure was 0.2 MPa, which was slightly low. The strand from the mold outlet to the water basin was thick but bowed downward, and the melt tension tended to decrease slightly. The shape of the pellet was cylindrical and had a diameter of about 2.5 mm and a length of about 3 mm. Moreover, MFR (230 degreeC, load 2.16Kg) was 23 g / 10min. Suitable for injection molding grade

[製造例6]前記の製造例5と同様な操作で実施した。但し、改質ポリプロピレンのペレットP2を800g使用した。ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットZP2約1.2Kgを製造した。樹脂圧力は、0.4MPaと倍増した。金型出口から水盤中へのストランドは直線状であり溶融張力がやや高い傾向であった。また、MFR(230℃、荷重2.16Kg)は、9.8g/10分であり、押出成形に適する。  [Production Example 6] The same operation as in Production Example 5 was performed. However, 800 g of modified polypropylene pellets P2 was used. The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm, and cut with a rotary cutter to produce about 1.2 kg of black resin pellets ZP2. The resin pressure doubled to 0.4 MPa. The strand from the mold outlet to the water basin was linear and had a slightly high melt tension. Moreover, MFR (230 degreeC, load 2.16Kg) is 9.8g / 10min, and is suitable for extrusion molding.

[製造例7]前記の製造例5と同様な操作で実施した。但し、改質ポリプロピレンのペレットP3を800g使用した。ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットZP3約1.2Kgを製造した。樹脂圧力は、0.3MPaであった。金型出口から水盤中へのストランドは下方にやや弓なり状であり溶融張力がやや低い傾向であった。また、MFR(230℃、荷重2.16Kg)は、16g/10分であり、射出成形に適する。  [Production Example 7] The same operation as in Production Example 5 was performed. However, 800 g of modified polypropylene pellets P3 was used. The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm, and cut with a rotary cutter to produce about 1.2 kg of black resin pellets ZP3. The resin pressure was 0.3 MPa. The strand from the mold outlet to the water basin was slightly bowed downward and the melt tension tended to be slightly lower. Moreover, MFR (230 degreeC, load 2.16Kg) is 16 g / 10min, and is suitable for injection molding.

[製造例8]前記の製造例5と同様な操作で実施した。但し、改質ポリプロピレンのペレットP4を800g使用した。ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットZP3約1.2Kgを製造した。樹脂圧力は、0.3MPaであった。金型出口から水盤中へのストランドはほぼ直線状であり溶融張力がほぼ良好であった。また、MFR(230℃、荷重2.16Kg)は、11g/10分であり、射出成形に適する。
以上の実施例2の結果を表2にまとめて示した。
[Production Example 8] The same operation as in Production Example 5 was performed. However, 800 g of modified polypropylene pellets P4 was used. The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm, and cut with a rotary cutter to produce about 1.2 kg of black resin pellets ZP3. The resin pressure was 0.3 MPa. The strand from the mold outlet to the basin was almost linear and the melt tension was almost good. Moreover, MFR (230 degreeC, load 2.16Kg) is 11 g / 10min, and is suitable for injection molding.
The results of Example 2 are summarized in Table 2.

Figure 2017075290
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[改質ポリプロピレン系樹脂P1−P4とZOLTEK製炭素繊維チョップ23%とから成る炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットZP1−4の物性評価]
前記の実施例2で製造した炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットZP1−4の物性評価を、比較例1および2と共に実施した。厚み4.2mm×20cm角のスベーサーと油圧式熱プレス機を使用し、各ペレットを230℃×7分間の熱プレス法により平板(4mm厚×20cm角)を成形した。
電動ノコギリで巾10mmに裁断し、各種評価試験を実施した。その結果を表3に示した。製造例5のZP1は、最高の機械的強度値を実証した。即ち、ZP1の引張強度71MPaは、比較例1のブレンドの3.2倍、比較例2のポリプロピレン・ホモポリマーの2.5倍である。また、曲げ弾性率8.5GPaは、比較例1のブレンドの3.1倍、比較例2のポリプロピレン・ホモポリマーの7.1倍である。また、その他のZP2、ZP3およびZP4も、比較例1のブレンドと比較例2のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。
[Physical property evaluation of carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin pellets ZP1-4 consisting of modified polypropylene resins P1-P4 and ZOLTEK carbon fiber chops 23%]
The physical properties of the carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin pellets ZP1-4 produced in Example 2 were evaluated together with Comparative Examples 1 and 2. A flat plate (4 mm thickness × 20 cm square) was molded from each pellet by a hot pressing method at 230 ° C. × 7 minutes using a 4.2 mm × 20 cm square sbaser and a hydraulic hot press.
The sheet was cut to a width of 10 mm with an electric saw and various evaluation tests were performed. The results are shown in Table 3. ZP1 of Production Example 5 demonstrated the highest mechanical strength value. That is, the tensile strength 71 MPa of ZP1 is 3.2 times that of the blend of Comparative Example 1 and 2.5 times that of the polypropylene homopolymer of Comparative Example 2. The flexural modulus of 8.5 GPa is 3.1 times that of the blend of Comparative Example 1 and 7.1 times that of the polypropylene homopolymer of Comparative Example 2. The other ZP2, ZP3 and ZP4 also showed superior physical properties compared to the blend of Comparative Example 1 and the polypropylene homopolymer of Comparative Example 2.

Figure 2017075290
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比較例1Comparative Example 1

実施例2の製造例5とほぼ同じ操作にて、ZOLTEK炭素繊維(23.1%)とポリプロピレン・ホモポリマーのブレンドを製造した。ポリエチレン袋に、ZOLTEK6mmチョップ300g(23.1%)を入れ、流動パラフィン3gを加えて表面を濡らした。次いで、ポリプロピレン粉体200gを加えて混合した。最後に、ポリプロピレン・ホモポリマーのペレット(実施例1の製造例1と同じもの)800gを加えて均一混合した。ほぼ同じ操作にて2軸押出機で混練りした。実施例3と同様にして、熱プレス板(4mm厚×20cm角)を成形し、また物性試験を実施した。  A blend of ZOLTEK carbon fiber (23.1%) and polypropylene homopolymer was produced in substantially the same manner as in Production Example 5 of Example 2. In a polyethylene bag, 300 g (23.1%) of ZOLTEK 6 mm chop was put, and 3 g of liquid paraffin was added to wet the surface. Next, 200 g of polypropylene powder was added and mixed. Finally, 800 g of polypropylene homopolymer pellets (the same as in Production Example 1 of Example 1) were added and mixed uniformly. It knead | mixed with the twin-screw extruder by substantially the same operation. In the same manner as in Example 3, a hot press plate (4 mm thick × 20 cm square) was molded and a physical property test was performed.

比較例2Comparative Example 2

ポリプロピレン・ホモポリマーのペレット(実施例1の製造例1と同じもの)を、厚み4.2mm×20cm角のスベーサーと油圧式熱プレス機を使用し、熱プレス板(4mm厚×20cm角)を成形した。220℃×7分では、半透明乳白色板の一部に気泡が残存したので、230℃×7分で実施した。また、物性試験は、実施例3と同様にして実施した。  Polypropylene homopolymer pellets (the same as in Production Example 1 of Example 1) were used, using a 4.2 mm x 20 cm square baser and a hydraulic heat press machine, and a hot press plate (4 mm thickness x 20 cm square) Molded. At 220 ° C. × 7 minutes, bubbles remained in a part of the translucent milky white plate, and therefore, the test was performed at 230 ° C. × 7 minutes. The physical property test was conducted in the same manner as in Example 3.

[改質ポリプロピレン系樹脂P1−P4にZOLTEK製炭素繊維チョップ30%をサイドフィード方式で混合した炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットNZP1−4の製造と評価]
[製造例9−12]日立造船(株)製の同方向2軸押出機(口径35mm、L/D30:サイドフィーダー付きに改造)を使用し、この押出機の8ブロックから成るシリンダ−とダイスの設定温度を150−260℃およびスクリュー回転数150rpmとした。容量式計量フィーダーを使用し、第1ホッパーから改質ポリプロピレン系樹脂ペレットP1−P4をそれぞれのケースで押出し、また第2ホッパーからZOLTEK炭素繊維チョップを炭素繊維の含有量が30%になる速度で連続的にサイドフィードした。
ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットをそれぞれのケース約5Kgを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはほぼ直線状であり溶融張力が増加していた。その形状は、円柱状で直径約3.4mm×長さ約6mmであった。また、MFR(230℃、荷重2.16Kg)は、1.1−4.8g/10分であった。いずれも、押出成形に適している。
[射出成形片の成形例]この炭素繊維強化・改質ペット樹脂の黒色ペレットNZP1−4を80℃2時間熱風乾燥し、日精樹脂工業(株)製のハイブリッド式射出成形機FNZ140(型締め圧140トン、スクリュー径40mm)を使用し、成形温度230℃、金型温度67−68℃、射出圧力30−40MPa、射出速度160mm/s、スクリュー回転数80rpmおよび冷却時間15秒の条件にて、下記の射出成形体を成形した。
多目的試験片の形状:ISO 7139、JIS K7139 A1型
全長さ120mm、厚み4mm、チャック部の幅20mm、くびれ部の幅10mm、
同その長さ80mm(Zランナー方式)
尚、このZOITEK炭素繊維(CF30%)強化・改質ペット樹脂ペレット4種は、バリの副生が少くて良好な射出成型性を示した。試験片の表面は平滑であった。引張速度2mm/分および曲げ速度5mm/分での機械的強度の試験等を実施した。このペレットの物性値を表4に示した。
本実施例4は、ZOLTEK30%のサイド・フィード方式で炭素繊維の割れが少なく、射出成形片は炭素繊維が整列しやすいため、実施例2−3のZOLTEK23%のトップ・フィード方式で炭素繊維の割れが多く、熱プレス板で炭素繊維が整列し難いケースに比べて機械的強度が大きく観測された。
製造例9のNZP1は、更に高い最高の機械的強度値を実証した。即ち、NZP1の引張強度94MPaは、比較例3のブレンドの2.4倍、比較例1のポリプロピレン・ホモポリマーの3.1倍である。また、曲げ弾性率15.8GPaは、比較例3のブレンドの1.1倍、比較例2のポリプロピレン・ホモポリマーの13.2倍である。また、その他のNZP2、NZP3およびNZP4も、比較例3のブレンドと比較例2のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。また、釣り具リールのキョウ体を連続30ショットで成形できた。
[Production and Evaluation of Carbon Fiber Reinforced / Modified Polypropylene Resin Pellets NZP1-4 Mixed with Modified Polypropylene Resin P1-P4 with 30% ZOLTEK Carbon Fiber Chop by Side Feed Method]
[Production Example 9-12] Using the same direction twin screw extruder (35 mm diameter, L / D30: modified with side feeder) manufactured by Hitachi Zosen Corporation, cylinder and die comprising 8 blocks of this extruder Were set to 150 to 260 ° C. and the screw rotation speed to 150 rpm. Using a capacity-type weighing feeder, the modified polypropylene resin pellets P1-P4 were extruded from the first hopper in each case, and the ZOLTEK carbon fiber chop was extruded from the second hopper at a rate that the carbon fiber content was 30%. Side fed continuously.
The strand was continuously extruded into water from a diagonally downward nozzle having a diameter of 3 mm and cut with a rotary cutter to produce about 5 kg of black resin pellets in each case. The strand from the mold outlet to the basin was almost linear, and the melt tension increased. The shape was cylindrical and the diameter was about 3.4 mm × length was about 6 mm. Moreover, MFR (230 degreeC, load 2.16Kg) was 1.1-4.8 g / 10min. Both are suitable for extrusion molding.
[Example of Injection Molding Piece] This carbon fiber reinforced / modified pet resin black pellet NZP1-4 was dried with hot air at 80 ° C. for 2 hours to produce a hybrid injection molding machine FNZ140 (mold clamping pressure) manufactured by Nissei Plastic Industry Co., Ltd. 140 tons, screw diameter 40 mm), molding temperature 230 ° C., mold temperature 67-68 ° C., injection pressure 30-40 MPa, injection speed 160 mm / s, screw rotation speed 80 rpm and cooling time 15 seconds, The following injection molded body was molded.
Multi-purpose test piece shape: ISO 7139, JIS K7139 A1 type, total length 120 mm, thickness 4 mm, chuck portion width 20 mm, constriction portion width 10 mm,
Same length 80mm (Z runner method)
The four kinds of ZOITEK carbon fiber (CF 30%) reinforced / modified pet resin pellets showed good injection moldability with few burrs. The surface of the test piece was smooth. A test of mechanical strength at a tensile speed of 2 mm / min and a bending speed of 5 mm / min was performed. Table 4 shows the physical property values of the pellets.
In this example 4, the side feed method of ZOLTEK 30% has few carbon fiber cracks, and the carbon fiber is easily aligned in the injection molded piece. Therefore, the top feed method of ZOLTEK 23% of Example 2-3 is used. Compared to the case where there were many cracks and it was difficult to align the carbon fibers on the hot press plate, the mechanical strength was observed to be large.
NZP1 of Preparation Example 9 demonstrated even higher maximum mechanical strength values. That is, the tensile strength of 94 MPa of NZP1 is 2.4 times that of the blend of Comparative Example 3 and 3.1 times that of the polypropylene homopolymer of Comparative Example 1. The flexural modulus 15.8 GPa is 1.1 times that of the blend of Comparative Example 3 and 13.2 times that of the polypropylene homopolymer of Comparative Example 2. The other NZP2, NZP3 and NZP4 also showed superior physical properties compared to the blend of Comparative Example 3 and the polypropylene homopolymer of Comparative Example 2. In addition, the fishing body reel body was formed in 30 consecutive shots.

Figure 2017075290
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本例では、改質ポリプロピレンと炭素繊維複合材を別々にオフラインで製造したが、サイドフィーダー付き押出機では、インライン式に連続製造が出来る。In this example, the modified polypropylene and the carbon fiber composite material were separately manufactured off-line, but in an extruder with a side feeder, continuous production can be performed in-line.

比較例3Comparative Example 3

実施例4の製造例9−12とほぼ同じ操作にて、サイドフィード方式でZOLTEK炭素繊維(30%)とポリプロピレン・ホモポリマーのブレンドを製造した。但し、再生ポリプロピレン・ホモポリマー(MI 1.5)とポリプロピレン・ホモポリマー(MI 30: ノバテック)の等量混合ペレットを使用した。また、ほぼ同じ操作にて、射出試験片を作製し、機械的評価等の試験を実施した。  A blend of ZOLTEK carbon fiber (30%) and polypropylene homopolymer was produced by the side feed method in substantially the same manner as in Production Example 9-12 of Example 4. However, an equal amount of mixed pellets of recycled polypropylene homopolymer (MI 1.5) and polypropylene homopolymer (MI 30: Novatec) was used. Moreover, the injection test piece was produced in substantially the same operation, and tests, such as mechanical evaluation, were implemented.

[改質ポリプロピレン系樹脂P1−P4とZOLTEK製炭素繊維チョップ23%と改質剤から成る高粘度・炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットVZP1−4の製造例と評価]
改質ポリプロピレン系樹脂は、有機過酸化物の添加により分子量が低下する。ただし、反応したマレイン酸が化学結合されており、カルボキシル基を含有するので、特殊エポキシ化合物と触媒を添加し反応押出法にて分子量と溶融粘度を増大させた実施例を示す。例えば、射出グレードを押出グレードや発泡グレードに格上げすることが出来る。
[製造例13−16]実施例1と同様に、原材料組成物をトップフィードするために、予め以下の操作で均一配合した。ポリエチレン袋に、ZOLTEK6mmチョップ150g(23.1%)を入れ、流動パラフィン1.5gを加えて表面を濡らした。次いで、ポリプロピレン粉体100gを加えて混合した。更に、増粘剤0.75−3gを加えて攪拌した。最後に、改質ポリプロピレンのペレットP1−P4を400g加えて均一混合した。
テクノベル(株)製の同方向2軸押出機(口径15mm、L/D30、1ベント式)を使用し、この押出機の4ブロックから成るシリンダーとダイスの温度を160−280℃およびスクリュー回転数150−200rpmに設定した。前記の組成物をホッパーに投入し、容量式計量フィーダーを使用して、押出装置に安定して供給した。ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッターで切断して黒色樹脂ペレットVZP1−VZP4約500gを製造した。樹脂圧力は、0.6−0.8MPaに高まった。金型出口から水盤中へのストランドは、ほぼ直線状であり、溶融張力がかなり増大した。MFR(230℃、荷重2.16Kg)は、2.4−12g/10分であった。押出成形グレードに適する・
以上の実施例5の結果を表5にまとめて示した。
[Production Examples and Evaluation of High Viscosity / Carbon Fiber Reinforced / Modified Polypropylene Resin Pellets VZP1-4 Consisting of Modified Polypropylene Resin P1-P4, ZOLTEK Carbon Fiber Chop 23%, and Modifier]
The molecular weight of the modified polypropylene resin is reduced by the addition of an organic peroxide. However, since the reacted maleic acid is chemically bonded and contains a carboxyl group, an example in which a special epoxy compound and a catalyst are added and the molecular weight and melt viscosity are increased by a reactive extrusion method is shown. For example, the injection grade can be upgraded to an extrusion grade or a foam grade.
[Production Examples 13-16] In the same manner as in Example 1, in order to top-feed the raw material composition, it was uniformly blended by the following operation in advance. In a polyethylene bag, 150 g (23.1%) of ZOLTEK 6 mm chop was put, and 1.5 g of liquid paraffin was added to wet the surface. Next, 100 g of polypropylene powder was added and mixed. Furthermore, 0.75-3 g of thickener was added and stirred. Finally, 400 g of modified polypropylene pellets P1-P4 were added and mixed uniformly.
Using the same-direction twin-screw extruder (caliber 15 mm, L / D30, 1 vent type) manufactured by Technobel Co., Ltd., the temperature of the cylinder and die consisting of 4 blocks of this extruder was 160-280 ° C and the screw rotation speed Set to 150-200 rpm. The above composition was put into a hopper and stably supplied to an extrusion apparatus using a capacity-type weighing feeder. The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm and cut with a rotary cutter to produce about 500 g of black resin pellets VZP1-VZP4. The resin pressure increased to 0.6-0.8 MPa. The strand from the mold exit into the basin was almost linear and the melt tension increased considerably. MFR (230 degreeC, load 2.16Kg) was 2.4-12 g / 10min. Suitable for extrusion grade
The results of Example 5 are summarized in Table 5.

Figure 2017075290
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[高粘度・炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットVZP1−4の物性評価]
前記の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットZP1−4の物性評価を、実施例3と同様に実施した。厚み4.2mm×20cm角のスベーサーと油圧式熱プレス機を使用し、各ペレットを230℃×7分間の熱プレス法により平板(4mm厚×20cm角)に成形した。
電動ノコギリで巾10mmに裁断し、各種評価試験を実施した。その結果を表6に示した。製造例14のVZP2は、最高の機械的強度値を実証した。即ち、曲げ弾性率5.7GPaは、比較例1のブレンドの1.6倍、比較例2のポリプロピレン・ホモポリマーの4.8倍である。また、その他のVZP2、VZP3およびVZP4も、比較例1のブレンドと比較例2のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。特に、製造例16のVZP4は、ポリプロピレン・ブロックポリマーを原料とするために、強度はホモポリマーに比べて全体に小さいが、シャルピー衝撃強度7.3KJ/mは、比較例1のブレンドの1.2倍、比較例2のポリプロピレン・ホモポリマーの6倍である。大型コンテナーの成形に適する。
[Physical property evaluation of high viscosity, carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin pellets VZP1-4]
The physical properties of the carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin pellets ZP1-4 were evaluated in the same manner as in Example 3. Each pellet was formed into a flat plate (4 mm thickness × 20 cm square) by a hot press method of 230 ° C. × 7 minutes using a 4.2 mm × 20 cm square sbaser and a hydraulic hot press.
The sheet was cut to a width of 10 mm with an electric saw and various evaluation tests were performed. The results are shown in Table 6. VZP2 of Production Example 14 demonstrated the highest mechanical strength value. That is, the flexural modulus 5.7 GPa is 1.6 times that of the blend of Comparative Example 1 and 4.8 times that of the polypropylene homopolymer of Comparative Example 2. The other VZP2, VZP3 and VZP4 also showed superior physical properties compared to the blend of Comparative Example 1 and the polypropylene homopolymer of Comparative Example 2. In particular, VZP4 of Production Example 16 uses polypropylene block polymer as a raw material, so its strength is generally smaller than that of homopolymer, but Charpy impact strength of 7.3 KJ / m 2 is 1 of the blend of Comparative Example 1 2 times, 6 times that of the polypropylene homopolymer of Comparative Example 2. Suitable for molding large containers.

Figure 2017075290
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本発明により、ポリプロピレン系樹脂を改質剤(不飽和有機酸化合物と有機過酸化物の触媒)で改質することにより、従来困難であった炭素繊維との密着性を画期的に改善し、複合材の機械的強度も大幅に向上させることが出来た。更に、大量生産とコストダウンが進行しているラージトウ方式の炭素繊維(ZOLTEKチョップ)と改質ポリプロピレン系樹脂から成る複合体を反応押出法により、大量生産できることを実証した。この新素材は、軽量で、高強度で、リサイクルも可能である。耐食性、耐熱性、伝熱性、導電性、耐油性、耐候性等の諸物性にも優れる。また、将来、回収炭素繊維および炭素繊維強化エポキシ樹脂複合材からの再生炭素繊維なども使用することが出来る。
本発明は、当面は土木・建築資材の用途を対象とする。近い将来は鉄道車両、自動車産業、新幹線車両業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於ける内装材料や構成材料の強度改善による一層の軽量化・省エネルギー化の用途を対象とする。また、電波吸収性、導電性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善ができるので、この機能性材料分野の利用可能性が大きい。
According to the present invention, by modifying a polypropylene resin with a modifier (catalyst of unsaturated organic acid compound and organic peroxide), the adhesion to carbon fiber, which has been difficult in the past, has been dramatically improved. The mechanical strength of the composite material was also greatly improved. Furthermore, it has been demonstrated that a composite made of a large tow type carbon fiber (ZOLTEK chop), which is undergoing mass production and cost reduction, and a modified polypropylene resin can be mass-produced by a reactive extrusion method. This new material is lightweight, strong and recyclable. Excellent physical properties such as corrosion resistance, heat resistance, heat transfer, conductivity, oil resistance, and weather resistance. In the future, recycled carbon fibers from recovered carbon fibers and carbon fiber reinforced epoxy resin composites can also be used.
The present invention is intended for civil engineering and building materials for the time being. In the near future, it will be targeted for further lightening and energy-saving applications by improving the strength of interior materials and components in advanced industries such as the railway vehicle, automobile industry, Shinkansen vehicle industry, and linear motor cars. Moreover, since further performance improvements such as radio wave absorption, conductivity, heat resistance, and heat dissipation can be achieved, the applicability in this functional material field is great.

Claims (9)

(A)ポリプロピレン系樹脂100重量部、(B)ポリプロピレン系粉体樹脂10−30重量部、(C)有機不飽和酸化合物0.1〜3重量部、(D)有機過酸化物0.01〜0.50重量部、(E)展着剤0.01〜1重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、(F)炭素繊維5〜150重量部と溶融混合させることに依りJIS−K7210法に準拠したMFR(230℃、荷重2.16Kg)を1〜40g/10分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。(A) 100 parts by weight of polypropylene resin, (B) 10-30 parts by weight of polypropylene powder resin, (C) 0.1-3 parts by weight of organic unsaturated acid compound, (D) 0.01% of organic peroxide -0.50 parts by weight, and (E) a mixture composed of 0.01-1 part by weight of a spreading agent is reacted at a temperature equal to or higher than the melting point of polypropylene by a reactive extrusion method. A carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin characterized in that MFR (230 ° C., load 2.16 Kg) based on JIS-K7210 method is 1 to 40 g / 10 min by melt mixing with 150 parts by weight. Production method. (A)ポリプロピレン系樹脂100重量部、(B)ポリプロピレン系粉体樹脂10−30重量部、(C)有機不飽和酸化合物0.1〜3重量部、(D)有機過酸化物0.01〜0.50重量部、(E)展着剤0.01〜1重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、(F)炭素繊維5〜150重量部および(G)分子内に2個以上のエポキシ基を有し、且つ重量平均分子量2.000〜10,000の重量平均分子量を有する多官能エポキシ化合物からなる結合剤0.1〜2重量部、(H)結合反応触媒0.01〜1重量部、と溶融混合させることに依りJIS−K7210法に準拠したMI(230℃、荷重2.16Kg)を0.5〜10g/10分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。(A) 100 parts by weight of polypropylene resin, (B) 10-30 parts by weight of polypropylene powder resin, (C) 0.1-3 parts by weight of organic unsaturated acid compound, (D) 0.01% of organic peroxide -0.50 parts by weight, and (E) a mixture composed of 0.01-1 part by weight of a spreading agent is reacted at a temperature equal to or higher than the melting point of polypropylene by a reactive extrusion method. 0.1 to 2 binders comprising 150 parts by weight and (G) a polyfunctional epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule and having a weight average molecular weight of 2.000 to 10,000. MI (230 ° C., load 2.16 Kg) based on JIS-K7210 method by 0.5 to 10 g / 10 minutes by melting and mixing with parts by weight, 0.01 to 1 part by weight of (H) binding reaction catalyst Carbon characterized by Method for producing a fiber-reinforced-modified polypropylene resin. 前記のポリプロピレン系樹脂(A)およびポリプロピレン系粉体樹脂(B)が、JIS−K7210法に準拠したMI(230℃、荷重2.16kg)が0.5〜10g/10分であり、ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマー、ポリプロピレン・エチレンスーパーランダムコポリマーまたはそれらの回収された成形品の再循環物からなる群から選択される一種類以上であ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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。  The polypropylene resin (A) and the polypropylene powder resin (B) have an MI (230 ° C., load 2.16 kg) in accordance with the JIS-K7210 method of 0.5 to 10 g / 10 min. It is at least one selected from the group consisting of homopolymers, polypropylene / ethylene block copolymers, polypropylene / ethylene random copolymers, polypropylene / ethylene super random copolymers, or recycled products of these recovered molded articles. A method for producing a carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1. 前記の有機不飽和酸化合物(C)が、無水マレイン酸を含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。  The method for producing a carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1 or 2, wherein the organic unsaturated acid compound (C) contains maleic anhydride. 前記の有機過酸化物(D)が、クミルジパーオキサイトを含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。  The method for producing a carbon fiber-reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1 or 2, wherein the organic peroxide (D) contains cumyl diperoxide. 前記の展着剤(E)が、流動パラフィンを含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。  The method for producing a carbon fiber-reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1 or 2, wherein the spreading agent (E) contains liquid paraffin. 前記の炭素繊維(F)が、フィラメント数50,000本以上、比重1.5−2.2、繊維径7−18μm、引張強度580−4,200MPa、引張弾性率35−250GPa、伸び0.3−3%、炭素含有率95%以上を有し、ラージトウ方式で高速度に製造された炭素繊維を含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。  The carbon fiber (F) has a filament number of 50,000 or more, a specific gravity of 1.5-2.2, a fiber diameter of 7-18 μm, a tensile strength of 580-4,200 MPa, a tensile elastic modulus of 35-250 GPa, and an elongation of 0. The carbon fiber-reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1 or 2, comprising carbon fiber having a 3-3% and carbon content of 95% or more, and produced at a high speed by a large tow system. Manufacturing method. 前記の結合剤(G)が、分子内に2個以上のエポキシ基を有し、且つ重量平均分子量2.000〜10,000の重量平均分子量を有する多官能エポキシ化合物を含有す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・改質ポリプロピレ樹脂の製造方法。  The binder (G) contains a polyfunctional epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule and a weight average molecular weight of 2.000 to 10,000. A method for producing a carbon fiber reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1 or 2. 前記の結合反応触媒(H)が、アルカリ金属のカルボン酸塩、アルカリ土類金属のカルボン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩または炭酸水素塩、またはアルカリ土類金属の炭酸塩または炭酸水素塩からなる群から選択される一種類以上を含有す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・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。  The binding reaction catalyst (H) comprises an alkali metal carboxylate, an alkaline earth metal carboxylate, an alkali metal carbonate or hydrogen carbonate, or an alkaline earth metal carbonate or hydrogen carbonate. The method for producing a carbon fiber-reinforced / modified polypropylene resin according to claim 1, comprising at least one selected from the group.
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