JP2020063340A - Fiber-reinforced resin and its production method - Google Patents

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Naoki Fujita
直樹 藤田
晋作 西田
Shinsaku Nishida
晋作 西田
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Abstract

To provide a fiber-reinforced resin having more excellent mechanical strength than ever.SOLUTION: A fiber-reinforced rein 10 includes: a resin 1, and an inorganic fiber 2 dispersed in the resin 1, in which at least a part of a surface of the inorganic fiber 2 is covered with a first nano-cellulose 3a, and in the resin 1, a second nano-cellulose 3b is dispersed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、繊維強化樹脂及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a fiber reinforced resin and a method for producing the same.

繊維強化樹脂とは、ガラス繊維やカーボン繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維などの繊維材料を樹脂に配合した複合材料である。このような樹脂は軽量で機械的強度、成形加工性等に優れているため、自動車や航空機といった輸送機械や、各種電気製品の電子部材において、金属の代替品として利用されている。   The fiber reinforced resin is a composite material in which a fiber material such as glass fiber, carbon fiber, alumina fiber or aramid fiber is mixed with resin. Since such a resin is lightweight and excellent in mechanical strength, molding processability, etc., it is used as a substitute for a metal in a transportation machine such as an automobile or an aircraft and an electronic member of various electric products.

特に近年は、繊維強化樹脂の軽量化、機械的強度の更なる向上を目的として、セルロースナノファイバー(以下、ナノセルロースと記載する)を用いた繊維強化樹脂が注目されている(特許文献1)。しかし、ナノセルロースは親水性で比表面積が大きいという特性から、樹脂中での分散性が低く、繊維強化樹脂の粘度を上昇させてしまうため、成形加工性を低下させやすい。このような取り扱いの難しさにより、ナノセルロースの補強効果を十分に発現させた繊維強化樹脂が得にくいという問題がある。   Particularly in recent years, a fiber-reinforced resin using cellulose nanofibers (hereinafter referred to as nanocellulose) has been attracting attention for the purpose of reducing the weight of the fiber-reinforced resin and further improving the mechanical strength (Patent Document 1). . However, since nanocellulose is hydrophilic and has a large specific surface area, it has low dispersibility in the resin and increases the viscosity of the fiber-reinforced resin, so that the moldability tends to be lowered. Due to such difficulty in handling, there is a problem that it is difficult to obtain a fiber reinforced resin in which the reinforcing effect of nanocellulose is sufficiently exhibited.

上記問題を改善するために、例えば、少量のナノセルロースと繊維状強化材を組み合せた繊維強化樹脂が開示されている(特許文献2)。このように、ナノセルロースが繊維状強化材の狭小な空間に入り込むと、マイクロクラックの進展を抑制しやすくなる。   In order to improve the above problems, for example, a fiber-reinforced resin in which a small amount of nanocellulose and a fibrous reinforcing material are combined is disclosed (Patent Document 2). In this way, when nanocellulose enters the narrow space of the fibrous reinforcing material, it becomes easy to suppress the development of microcracks.

特許第5757779号公報Japanese Patent No. 5757779 特開2010−24413号公報JP, 2010-24413, A

図4は従来の繊維強化樹脂を示す説明図である。図4に示すように、従来の繊維強化樹脂10では、繊維状強化材12とナノセルロース3bは互いに独立して存在していた。このような構造ではナノセルロースの補強効果が十分に発現されておらず、更なる機械的強度の向上が難しいという問題があった。   FIG. 4 is an explanatory view showing a conventional fiber reinforced resin. As shown in FIG. 4, in the conventional fiber-reinforced resin 10, the fibrous reinforcing material 12 and the nanocellulose 3b exist independently of each other. In such a structure, the reinforcing effect of nanocellulose is not sufficiently exhibited, and there is a problem that it is difficult to further improve the mechanical strength.

以上に鑑み、本発明は従来よりも機械的強度が優れる繊維強化樹脂を提供することを目的とする。   In view of the above, it is an object of the present invention to provide a fiber reinforced resin having better mechanical strength than conventional ones.

本発明の繊維強化樹脂は、樹脂と、樹脂中に分散している無機繊維とを備えた繊維強化樹脂であって、無機繊維の表面の少なくとも一部が第1のナノセルロースで被覆されており、かつ樹脂中にさらに第2のナノセルロースが分散していることを特徴とする。   The fiber-reinforced resin of the present invention is a fiber-reinforced resin including a resin and inorganic fibers dispersed in the resin, and at least a part of the surface of the inorganic fiber is coated with the first nanocellulose. In addition, the second nanocellulose is further dispersed in the resin.

上記構成では、無機繊維の少なくとも表面の一部が第1のナノセルロースで被覆されており、樹脂中にさらに第2のナノセルロースが分散している。そのため、第1のナノセルロースと第2のナノセルロースが結合しやすくなり、繊維強化樹脂の機械的強度が向上しやすくなる。   In the above configuration, at least a part of the surface of the inorganic fiber is covered with the first nanocellulose, and the second nanocellulose is further dispersed in the resin. Therefore, the first nanocellulose and the second nanocellulose are easily bonded, and the mechanical strength of the fiber-reinforced resin is easily improved.

本発明の繊維強化樹脂は、第1のナノセルロースと、第2のナノセルロースが結合していることが好ましい。このようにすれば、第1のナノセルロースと第2のナノセルロース間で直接ネットワークが形成されるため、機械的強度が向上しやすくなる。   In the fiber-reinforced resin of the present invention, the first nanocellulose and the second nanocellulose are preferably bound. In this case, a network is directly formed between the first nanocellulose and the second nanocellulose, so that the mechanical strength is easily improved.

本発明の無機繊維は、ガラス繊維であることが好ましい。   The inorganic fiber of the present invention is preferably glass fiber.

本発明の繊維強化樹脂の製造方法は、少なくとも表面の一部が第1のナノセルロースで被覆されている無機繊維と、樹脂と、第2のナノセルロースとを同時に混練し、成形する工程を備えることを特徴とする。   The method for producing a fiber-reinforced resin of the present invention includes a step of simultaneously kneading and molding an inorganic fiber whose surface is at least partially covered with the first nanocellulose, a resin, and a second nanocellulose. It is characterized by

本発明の繊維強化樹脂の製造方法は、少なくとも表面の一部が第1のナノセルロースで被覆されている無機繊維と、樹脂を混練することにより、無機繊維を含む第1の樹脂組成物を製造する工程、第2のナノセルロースと樹脂を混練することにより、第2のナノセルロースを含む第2の樹脂組成物を製造する工程、第1の樹脂組成物と、第2の樹脂組成物を混練し、成形する工程を備えることを特徴とする。   In the method for producing a fiber-reinforced resin of the present invention, a first resin composition containing an inorganic fiber is produced by kneading a resin with an inorganic fiber whose surface is at least partially covered with the first nanocellulose. And a step of producing a second resin composition containing the second nanocellulose by kneading the second nanocellulose and the resin, kneading the first resin composition and the second resin composition Then, it is characterized by including a step of molding.

本発明によれば、従来よりも機械的強度が優れる繊維強化樹脂を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a fiber-reinforced resin that has better mechanical strength than conventional ones.

本発明の繊維強化樹脂の一実施形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows one Embodiment of the fiber reinforced resin of this invention. 実施例No.1の繊維強化樹脂における無機繊維の近傍を無機繊維の側面から見た部分断面写真である。Example No. 3 is a partial cross-sectional photograph of the vicinity of the inorganic fiber in the fiber-reinforced resin of No. 1 viewed from the side surface of the inorganic fiber. 実施例No.1の繊維強化樹脂における無機繊維の横断面を見た部分断面写真である。Example No. 2 is a partial cross-sectional photograph showing a cross section of an inorganic fiber in the fiber-reinforced resin of No. 1. 従来の繊維強化樹脂を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the conventional fiber reinforced resin.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

図1は、本発明の繊維強化樹脂の一実施形態を示す説明図である。繊維強化樹脂10は、樹脂1と、樹脂1中に分散している無機繊維2とを備えており、無機繊維2の表面の一部が第1のナノセルロース3aで被覆されている。また、樹脂1中には、さらに第2のナノセルロース3bが分散している。さらに、本実施形態において、第1のナノセルロース3aと、第2のナノセルロース3bは互いに結合している。以下、繊維強化樹脂10を構成する樹脂1、無機繊維2、第1のナノセルロース3a、第2のナノセルロース3bについて詳細に説明する。   FIG. 1 is an explanatory view showing an embodiment of the fiber reinforced resin of the present invention. The fiber-reinforced resin 10 includes a resin 1 and inorganic fibers 2 dispersed in the resin 1, and a part of the surface of the inorganic fiber 2 is covered with the first nanocellulose 3a. In addition, the second nanocellulose 3b is further dispersed in the resin 1. Further, in this embodiment, the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b are bonded to each other. Hereinafter, the resin 1, the inorganic fibers 2, the first nanocellulose 3a, and the second nanocellulose 3b that form the fiber reinforced resin 10 will be described in detail.

(樹脂1)
樹脂1は、一般に市場で入手できるものであれば特に限定されないが、特に耐熱性の高い熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。例えば、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリアセタール系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリアリレート系樹脂、熱可塑性ポリイミド等が挙げられる。また、ポリテトラフロオロエチレン(PTFE)、テトラフロオロエチレン−パーフロオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)、等のフッ素系樹脂を用いることもできる。上記の樹脂はいずれも、単独又は2種以上を混練して使用してもよい。
(Resin 1)
The resin 1 is not particularly limited as long as it is generally available on the market, but it is particularly preferable to use a thermoplastic resin having high heat resistance. For example, polypropylene resin, polyethylene resin, polystyrene resin, acrylic resin, polyamide resin, polycarbonate resin, polybutylene terephthalate resin, polyethylene terephthalate resin, polyacetal resin, modified polyphenylene ether resin, polyether sulfone Examples thereof include resins, polyamideimide resins, polyetherimide resins, polyetheretherketone resins, polyphenylene sulfide resins, polysulfone resins, polyarylate resins, and thermoplastic polyimides. Further, a fluorine-based resin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinylether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), or the like can also be used. Any of the above resins may be used alone or by kneading two or more kinds.

(無機繊維2)
無機繊維2は、ガラス繊維、炭素繊維、タルク、セラミックファイバーから選ばれることが好ましく、ガラス繊維が特に好ましい。ガラス繊維は安価に入手でき、任意の表面修飾剤を塗布することで、様々な樹脂1と混練しやすい。なかでも、ガラス繊維を長さ数mmに切断したチョップドストランドを用いることが好ましい。
(Inorganic fiber 2)
The inorganic fiber 2 is preferably selected from glass fiber, carbon fiber, talc, and ceramic fiber, and glass fiber is particularly preferable. Glass fibers can be obtained at low cost and can be easily kneaded with various resins 1 by applying an arbitrary surface modifier. Above all, it is preferable to use chopped strands obtained by cutting glass fibers into a length of several mm.

無機繊維2の繊維径は1〜30μmが好ましく、3〜30μmがより好ましく、6〜25μmが特に好ましい。繊維径が大きすぎると、第1のナノセルロース3aが第2のナノセルロース3bと結合しにくくなる。一方、繊維径が小さすぎると、所望の機械的強度が得にくくなる。   The fiber diameter of the inorganic fiber 2 is preferably 1 to 30 μm, more preferably 3 to 30 μm, and particularly preferably 6 to 25 μm. If the fiber diameter is too large, it becomes difficult for the first nanocellulose 3a to bond with the second nanocellulose 3b. On the other hand, if the fiber diameter is too small, it becomes difficult to obtain the desired mechanical strength.

無機繊維2の繊維長は、20mm以下が好ましく、15mm以下がより好ましく、11mm以下が特に好ましい。繊維長が長すぎると、樹脂1との混合時に無機繊維2が破断しやすくなり、所望の機械的強度が得にくくなる。なお、繊維長が短すぎても所望の機械的強度が得にくくなるため、繊維長の下限は1μm以上であることが好ましい。   The fiber length of the inorganic fiber 2 is preferably 20 mm or less, more preferably 15 mm or less, and particularly preferably 11 mm or less. If the fiber length is too long, the inorganic fibers 2 are likely to break during mixing with the resin 1, and it becomes difficult to obtain the desired mechanical strength. If the fiber length is too short, it becomes difficult to obtain the desired mechanical strength. Therefore, the lower limit of the fiber length is preferably 1 μm or more.

繊維強化樹脂10における無機繊維2の含有量は、質量%で10〜60%が好ましく、11〜55%がより好ましく、12〜50%が特に好ましい。含有量が少なすぎると、繊維強化樹脂10の曲げ強度、引張強度等の機械的強度が低下しやすくなる。一方、含有量が多すぎると、成形加工性が低下しやすくなる。   The content of the inorganic fibers 2 in the fiber-reinforced resin 10 is preferably 10 to 60% by mass, more preferably 11 to 55%, and particularly preferably 12 to 50%. If the content is too small, the mechanical strength such as bending strength and tensile strength of the fiber reinforced resin 10 is likely to be lowered. On the other hand, if the content is too large, the moldability tends to decrease.

無機繊維2は、表面の少なくとも一部が第1のナノセルロース3aで被覆されている。第1のナノセルロース3aを無機繊維2の表面に被覆する方法は特に限定されないが、例えば、集束剤に第1のナノセルロース3aを添加し、無機繊維2に塗布することにより、無機繊維2の表面の少なくとも一部を第1のナノセルロース3aで被覆することができる。集束剤は、単繊維を集束させるための結束成分と、無機繊維2の表面を化学的に改質するカップリング成分が主性分として含まれていれば特に限定されず、その他にワックス成分や界面活性剤成分、防腐剤や消泡剤等が含まれていてもよい。   At least a part of the surface of the inorganic fiber 2 is covered with the first nanocellulose 3a. The method of coating the surface of the inorganic fiber 2 with the first nanocellulose 3a is not particularly limited, but for example, by adding the first nanocellulose 3a to the sizing agent and applying the sizing agent to the inorganic fiber 2, At least a part of the surface can be coated with the first nanocellulose 3a. The sizing agent is not particularly limited as long as it contains a binding component for bundling the single fibers and a coupling component that chemically modifies the surface of the inorganic fiber 2 as a main component. A surfactant component, a preservative, an antifoaming agent, etc. may be contained.

(第1のナノセルロース3a、第2のナノセルロース3b)
第1のナノセルロース3aと第2のナノセルロース3bは、セルロースナノファイバー、セルロースミクロフィブリル、セルロースミクロフィブリル束、ミクロフィブリル化セルロース等の名称で一般に呼称される、セルロース分子から構成されるナノ構造体を含む繊維材料からなる。その繊維長により、セルロースナノファイバー(繊維長5μm〜)、セルロースナノウィスカー(繊維長100〜500nm)、セルロースナノクリスタル(繊維長100〜500nm)等に分類される。特にセルロースナノファイバーは、高いアスペクト比を有しており、繊維強化樹脂10の機械的強度が向上しやすくなるため好ましい。なお、これらのナノセルロースは、単独または2種以上を混練して使用してもよい。
(First nanocellulose 3a, second nanocellulose 3b)
The first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b are nanostructures composed of cellulose molecules, which are generally called by the names such as cellulose nanofiber, cellulose microfibril, cellulose microfibril bundle, and microfibrillated cellulose. It is made of a fiber material containing. Depending on the fiber length, it is classified into cellulose nanofibers (fiber length 5 μm to), cellulose nanowhiskers (fiber length 100 to 500 nm), cellulose nanocrystals (fiber length 100 to 500 nm) and the like. Cellulose nanofibers are particularly preferable because they have a high aspect ratio and the mechanical strength of the fiber-reinforced resin 10 is easily improved. In addition, you may use these nanocellulose individually or in mixture of 2 or more types.

第1のナノセルロース3aと第2のナノセルロース3bは、繊維強化樹脂10中で互いに結合していることが好ましい。このようにすれば、第1のナノセルロース3a及び第2のナノセルロース3bの間で直接ネットワークが形成されるため、繊維強化樹脂10の機械的強度がさらに向上しやすくなる。具体的には、第1のナノセルロース3aと第2のナノセルロース3bが、少なくとも一つ以上の交点で互いに接触していることが好ましい。   The first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b are preferably bonded to each other in the fiber reinforced resin 10. By doing so, a network is directly formed between the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b, so that the mechanical strength of the fiber-reinforced resin 10 is likely to be further improved. Specifically, it is preferable that the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b are in contact with each other at at least one intersection.

第1のナノセルロース3a及び第2のナノセルロース3bの繊維径は3〜150nmが好ましく、5〜130nmがより好ましく、5〜100nmが特に好ましい。このような繊維径であれば、第1のナノセルロース3a及び第2のナノセルロース3bの比表面積が大きくなり、機械的強度が向上しやすくなる。また、第1のナノセルロース3a及び第2のナノセルロース3bの平均繊維長は0.1μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましく、5μm以上が特に好ましい。このようにすれば、第1のナノセルロース3aと第2のナノセルロース3bが結合しやすくなり、機械的強度が向上しやすくなる。繊維長が短すぎると、第1のナノセルロース3aと第2のナノセルロース3bが結合しにくくなる。   The fiber diameter of the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b is preferably 3 to 150 nm, more preferably 5 to 130 nm, and particularly preferably 5 to 100 nm. With such a fiber diameter, the specific surface areas of the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b are increased, and the mechanical strength is easily improved. The average fiber length of the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, and particularly preferably 5 μm or more. This makes it easier for the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b to bond with each other, and thus the mechanical strength is likely to be improved. When the fiber length is too short, it becomes difficult for the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b to bond with each other.

無機繊維2に対する第1のナノセルロース3aの含有量は、無機繊維2に対して0.05〜10質量%であることが好ましく、0.1〜8質量%であることがより好ましく、0.5〜5質量%であることが特に好ましい。第1のナノセルロース3aの含有量が少なすぎると、第1のナノセルロース3aが無機繊維2の表面を十分に被覆できなくなり、第2のナノセルロース3bと結合しにくくなる。一方、第1のナノセルロース3aの含有量が多すぎると、繊維強化樹脂10の粘度が高くなりすぎてしまい、成形加工性が低下しやすくなる。   The content of the first nanocellulose 3a with respect to the inorganic fiber 2 is preferably 0.05 to 10 mass% with respect to the inorganic fiber 2, more preferably 0.1 to 8 mass%, and 0.1. It is particularly preferably 5 to 5% by mass. If the content of the first nanocellulose 3a is too small, the first nanocellulose 3a cannot sufficiently cover the surface of the inorganic fiber 2 and it becomes difficult to bond with the second nanocellulose 3b. On the other hand, when the content of the first nanocellulose 3a is too large, the viscosity of the fiber reinforced resin 10 becomes too high, and the moldability tends to be lowered.

繊維強化樹脂10における第2のナノセルロース3bの含有量は、質量%で、0.1〜30%未満であることが好ましく、1〜20%であることがより好ましく、2〜15%が特に好ましい。含有量が少なすぎると、第1のナノセルロース3aと第2のナノセルロース3bが結合しにくくなり、機械的強度が向上しにくくなる。一方、含有量が多すぎると、繊維強化樹脂10の粘度が高くなりすぎてしまい、成形加工性が低下しやすくなる。   The content of the second nanocellulose 3b in the fiber-reinforced resin 10 is, by mass%, preferably 0.1 to less than 30%, more preferably 1 to 20%, and particularly 2 to 15%. preferable. If the content is too small, it becomes difficult for the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b to bond with each other, and it becomes difficult to improve the mechanical strength. On the other hand, if the content is too large, the viscosity of the fiber reinforced resin 10 becomes too high, and the moldability tends to be lowered.

第1のナノセルロース3a及び第2のナノセルロース3bは、パルプなどの植物原料を解繊することにより得ることが好ましい。具体的な解繊方法としては、強せん断混練機やボールミル粉砕機などの解繊機を用いて行う機械的解繊、TEMPO触媒酸化等を用いた化学的解繊、または両者を組み合わせた解繊のいずれかを用いることが好ましい。例えば、機械的解繊を用いると、繊維径を大きくしやすくなる。また、化学的解繊を用いると、繊維径を小さく、繊維長を短くしやすくなる。   The first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b are preferably obtained by defibrating a plant material such as pulp. Specific defibration methods include mechanical defibration using a defibration machine such as a strong shear kneader or a ball mill grinder, chemical defibration using TEMPO-catalyzed oxidation, or defibration in which both are combined. It is preferable to use either one. For example, when mechanical defibration is used, it is easy to increase the fiber diameter. Further, when chemical defibration is used, the fiber diameter can be reduced and the fiber length can be shortened easily.

なお、第1のナノセルロース3a及び/又は第2のナノセルロース3bには、所定の変性処理がなされていることが好ましい。このようにすれば、第1のナノセルロース3a及び第2のナノセルロース3bの分散性や樹脂1との密着性を向上させやすくなる。変性処理の例としては、アセチル化変性、カルボン酸変性などが挙げられる。   It is preferable that the first nanocellulose 3a and / or the second nanocellulose 3b be subjected to a predetermined modification treatment. This makes it easier to improve the dispersibility of the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b and the adhesion to the resin 1. Examples of the modification treatment include acetylation modification and carboxylic acid modification.

(繊維強化樹脂の製造方法)
第1実施形態にかかる製造方法では、樹脂1と、少なくとも表面の一部が第1のナノセルロース3aで被覆されている無機繊維2と、第2のナノセルロース3bとを同時に混練することで、繊維強化樹脂10を得ることができる。具体的には、樹脂1、少なくとも表面の一部が第1のナノセルロース3aで被覆されている無機繊維2、第2のナノセルロース3bを所望の混練比で押出機の材料供給口へ供給し、溶融混練しながら押出成形した後、得られた棒状成形物を一定間隔で切断することにより、ペレット状の繊維強化樹脂10を製造することができる。ペレットの大きさは特に限定されないが、一般に直径1〜10mm程度である。
(Method for producing fiber reinforced resin)
In the manufacturing method according to the first embodiment, by kneading the resin 1, the inorganic fiber 2 at least a part of the surface of which is coated with the first nanocellulose 3a, and the second nanocellulose 3b at the same time, The fiber reinforced resin 10 can be obtained. Specifically, the resin 1, the inorganic fibers 2 at least a part of the surface of which is coated with the first nanocellulose 3a, and the second nanocellulose 3b are supplied to the material supply port of the extruder at a desired kneading ratio. The pellet-shaped fiber-reinforced resin 10 can be manufactured by extrusion-molding while melt-kneading and then cutting the obtained rod-shaped molded product at regular intervals. The size of the pellet is not particularly limited, but is generally about 1 to 10 mm in diameter.

この製造方法では、無機繊維2と、第2のナノセルロース3bを同時に樹脂1中へ分散させるため、無機繊維2と第2のナノセルロース3bの偏在を抑制しやすくなる。また、製造工程数を削減することができるため、製造コストを低減しやすくなる。   In this manufacturing method, since the inorganic fiber 2 and the second nanocellulose 3b are dispersed in the resin 1 at the same time, uneven distribution of the inorganic fiber 2 and the second nanocellulose 3b can be easily suppressed. Moreover, since the number of manufacturing steps can be reduced, the manufacturing cost can be easily reduced.

第2実施形態にかかる製造方法では、樹脂1と、少なくとも表面の一部が第1のナノセルロース3aで被覆されている無機繊維2を混練し、無機繊維2を含む第1の樹脂組成物、樹脂1と第2のナノセルロース3bと混練し、第2のナノセルロース3bを含む第2の樹脂組成物をそれぞれ製造した後、第1及び第2の樹脂組成物を混練することで繊維強化樹脂10を得ることができる。以下、第1の樹脂組成物の製造工程(工程1)、第2の樹脂組成物の製造工程(工程2)、第1及び第2の樹脂組成物を用いた繊維強化樹脂10の製造工程(工程3)について、具体的に記載する。   In the manufacturing method according to the second embodiment, a resin 1 and a first resin composition containing the inorganic fiber 2 by kneading the inorganic fiber 2 at least a part of the surface of which is coated with the first nanocellulose 3a, The resin 1 and the second nanocellulose 3b are kneaded to produce a second resin composition containing the second nanocellulose 3b, and then the first and second resin compositions are kneaded to obtain a fiber-reinforced resin. 10 can be obtained. Hereinafter, the first resin composition manufacturing step (step 1), the second resin composition manufacturing step (step 2), and the fiber reinforced resin 10 manufacturing step using the first and second resin compositions ( The step 3) will be specifically described.

工程1では、樹脂1と、少なくとも表面の一部が第1のナノセルロース3aで被覆されている無機繊維2を所望の混練比で押出機の材料供給口へ供給し、溶融混練しながら押出成形した後、得られた棒状成形物を一定間隔で切断することにより、ペレット状の第1の樹脂組成物を製造することができる。ペレットの大きさは特に限定されないが、一般に直径1〜10mm程度である。なお、工程1では一軸押出機を使用することが好ましい。一軸押出機は緩やかなせん断力で第1の樹脂組成物を混練できるため、無機繊維2の破断を防ぎやすくなり、所望の機械的強度が得やすくなる。   In step 1, the resin 1 and the inorganic fiber 2 at least a part of the surface of which is coated with the first nanocellulose 3a are supplied to the material supply port of the extruder at a desired kneading ratio, and extrusion molding is performed while melt-kneading. After that, the pellet-shaped first resin composition can be manufactured by cutting the obtained rod-shaped molded product at regular intervals. The size of the pellet is not particularly limited, but is generally about 1 to 10 mm in diameter. In addition, it is preferable to use a single screw extruder in the step 1. Since the uniaxial extruder can knead the first resin composition with a gentle shearing force, breakage of the inorganic fiber 2 is easily prevented, and desired mechanical strength is easily obtained.

工程2では、樹脂1と、第2のナノセルロース3bを所望の混練比で押出機の材料供給口へ供給し、溶融混練しながら押出成形した後、得られた棒状成形物を一定間隔で切断することにより、ペレット状の第2の樹脂組成物を製造することができる。ペレットの大きさは特に限定されないが、一般に直径1〜10mm程度である。なお、工程2では二軸押出機を用いることが好ましい。二軸押出機は混練・分散能力が高いため、第2のナノセルロース3bを均一に混練しやすくなり、所望の機械的強度が得やすくなる。   In step 2, the resin 1 and the second nanocellulose 3b are supplied to the material supply port of the extruder at a desired kneading ratio, extrusion-molded while melt-kneading, and then the obtained rod-shaped molded product is cut at regular intervals. By doing so, a pellet-shaped second resin composition can be produced. The size of the pellet is not particularly limited, but is generally about 1 to 10 mm in diameter. In step 2, it is preferable to use a twin-screw extruder. Since the twin-screw extruder has a high kneading / dispersing ability, it becomes easy to uniformly knead the second nanocellulose 3b, and it becomes easy to obtain a desired mechanical strength.

工程3では、第1及び第2の樹脂組成物を所望の混練比で押出機の材料供給口へ供給し、溶融混練しながら棒状に押出成形した後、得られた棒状成形物を一定間隔で切断することにより、ペレット状の繊維強化樹脂10を製造することができる。ペレットの大きさは特に限定されないが、一般に直径1〜10mm程度である。   In step 3, the first and second resin compositions were supplied to the material supply port of the extruder at a desired kneading ratio, extruded into a rod shape while melt-kneading, and then the obtained rod-shaped molded article was formed at regular intervals. The pelletized fiber-reinforced resin 10 can be manufactured by cutting. The size of the pellet is not particularly limited, but is generally about 1 to 10 mm in diameter.

この製造方法では、無機繊維2及び第2のナノセルロース3bを樹脂1と混練する際に、それぞれ最適な混練方法を選択できるため、無機繊維2の破断や第2のナノセルロース3bの凝集を防ぎやすくなり、所望の機械的強度が得やすくなる。   In this manufacturing method, when the inorganic fiber 2 and the second nanocellulose 3b are kneaded with the resin 1, it is possible to select the optimum kneading method, so that the breakage of the inorganic fiber 2 and the aggregation of the second nanocellulose 3b are prevented. The desired mechanical strength can be easily obtained.

このように、製造コストや所望の機械的強度に応じて、望ましい繊維強化樹脂10の製造方法を決定することができる。   In this way, a desirable method for producing the fiber-reinforced resin 10 can be determined according to the production cost and the desired mechanical strength.

以下、本発明の繊維強化樹脂について実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the fiber-reinforced resin of the present invention will be described in detail using examples, but the present invention is not limited to the following examples.

表1は本発明の実施例(No.1)及び比較例(No.2、3)を示す。   Table 1 shows examples (No. 1) and comparative examples (Nos. 2 and 3) of the present invention.

(試料の作製)
試料の作製にあたり以下の原料を用いた。樹脂には、ポリアミド樹脂PA−6(DSM社製 Novamid1013J)を用いた。無機繊維には、ガラスチョップドストランド(日本電気硝子社製 ECS03T−249H)を用いた。ガラスチョップドストランドの平均繊維長は3mm、繊維径は10.5μmだった。また、第1のナノセルロース及び第2のナノセルロースには、ビンフィス(スギノマシン社 WFo−10002)を用いた。なお、ビンフィスはナノセルロースが水中に分散したものである。第1のナノセルロース及び第2のナノセルロースの平均繊維長は5〜10μm、平均繊維径は10〜50nmだった。
(Preparation of sample)
The following raw materials were used for the preparation of the sample. As the resin, polyamide resin PA-6 (Novamid 1013J manufactured by DSM) was used. Glass chopped strands (ECS03T-249H manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.) were used as the inorganic fibers. The glass chopped strand had an average fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 10.5 μm. In addition, Vinfys (WFo-10002 from Sugino Machine Limited) was used for the first nanocellulose and the second nanocellulose. Vinfys is a dispersion of nanocellulose in water. The average fiber length of the first nanocellulose and the second nanocellulose was 5 to 10 μm, and the average fiber diameter was 10 to 50 nm.

少なくとも表面の一部が第1のナノセルロースで被覆された無機繊維は、上記のナノセルロースを添加した集束剤を、無機繊維の表面に塗布することにより得た。なお、第1のナノセルロースの含有量は、無機繊維に対して0.8質量%であった。第1のナノセルロースの被覆状態は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、被覆された無機繊維の断面を観察することにより確認した。実施例No.1の繊維強化樹脂における無機繊維の近傍を無機繊維の側面から見た部分断面写真を図2に示す。また、実施例No.1の繊維強化樹脂における無機繊維の横断面を見た部分断面写真を図3に示す。   The inorganic fiber at least a part of the surface of which was coated with the first nanocellulose was obtained by applying the above-mentioned sizing agent containing nanocellulose to the surface of the inorganic fiber. The content of the first nanocellulose was 0.8% by mass with respect to the inorganic fiber. The coating state of the first nanocellulose was confirmed by observing the cross section of the coated inorganic fiber using a scanning electron microscope (SEM). Example No. FIG. 2 shows a partial cross-sectional photograph of the vicinity of the inorganic fiber in the fiber-reinforced resin of No. 1 viewed from the side surface of the inorganic fiber. In addition, Example No. A partial cross-sectional photograph of the cross section of the inorganic fiber in the fiber-reinforced resin of No. 1 is shown in FIG.

No.1の試料は以下のように作製した。まず、ポリアミド樹脂と少なくとも表面の一部が第1のナノセルロースで被覆された無機繊維を一軸押出機(住友重機械工業社製)で混練し棒状に成形した後、一定間隔で切断することにより、ポリアミド樹脂と少なくとも表面の一部が第1のナノセルロースで被覆された無機繊維からなるペレットを作製した。   No. Sample No. 1 was prepared as follows. First, a polyamide resin and an inorganic fiber at least a part of the surface of which is coated with the first nanocellulose are kneaded by a uniaxial extruder (Sumitomo Heavy Industries, Ltd.) to form a rod, and then cut at regular intervals. A pellet made of a polyamide resin and inorganic fibers at least a part of the surface of which was coated with the first nanocellulose was prepared.

次に、ポリアミド樹脂と第2のナノセルロースを二軸押出機(東芝機械社製)で混練し、押出成形した後、一定間隔で切断することにより、ポリアミド樹脂と第2のナノセルロースからなるペレットを作製した。   Next, the polyamide resin and the second nanocellulose are kneaded by a twin-screw extruder (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd.), extrusion-molded, and then cut at regular intervals to form a pellet composed of the polyamide resin and the second nanocellulose. Was produced.

最後に、表1に記載の各試料の調合比になるように、2種類のペレット及び追加のポリアミド樹脂を秤量し、混練した後、射出成形機(住友重機械工業社製)で所望の板状形状に成形した。   Finally, the two types of pellets and the additional polyamide resin were weighed and kneaded so that the mixing ratios of the respective samples shown in Table 1 were obtained, and then the desired plate was prepared with an injection molding machine (Sumitomo Heavy Industries, Ltd.). It was formed into a shape.

No.2の試料は、表面が第1のナノセルロースで被覆されていない無機繊維を用いることを除いて、実施例No.1と同様にして試料を作製した。   No. The sample of Example 2 was the same as Example No. 2 except that the inorganic fiber whose surface was not coated with the first nanocellulose was used. A sample was prepared in the same manner as in 1.

No.3の試料は、はじめにポリアミド樹脂と表面が第1のナノセルロースで被覆されていない無機繊維を一軸押出機(住友重機械工業社製)で混練し押出成形した後、一定間隔で切断することにより、ポリアミド樹脂と無機繊維からなるペレットを作製した。その後、射出成形機(住友重機械工業社製)で所望の板状形状に成形した。   No. Sample No. 3 was prepared by first kneading a polyamide resin and an inorganic fiber whose surface was not coated with the first nanocellulose with a uniaxial extruder (Sumitomo Heavy Industries, Ltd.), extruding the mixture, and then cutting it at regular intervals. A pellet made of polyamide resin and inorganic fiber was prepared. After that, it was molded into a desired plate-like shape with an injection molding machine (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.).

(物性の評価)
作製した試験試料について、引張強度、曲げ強度を測定した。なお、引張強度は、ASTM D−638(Type−1)に準じ、曲げ強度は、ASTM D790に準じて測定した。比較例2に比べて機械的強度が高いものを○、低いものを×と評価した。
(Evaluation of physical properties)
Tensile strength and bending strength were measured for the manufactured test samples. The tensile strength was measured according to ASTM D-638 (Type-1), and the bending strength was measured according to ASTM D790. Those having higher mechanical strength than Comparative Example 2 were evaluated as ◯, and those having lower mechanical strength were evaluated as x.

表1から明らかなように、実施例(No.1)は、比較例(No.2、3)に比べて、引張強度、曲げ強度が大きくなった。   As is clear from Table 1, the example (No. 1) had higher tensile strength and bending strength than the comparative examples (No. 2, 3).

また、図2に示す部分断面写真において、実施例No.1の繊維強化樹脂10では、樹脂1中の無機繊維2の近傍を無機繊維2の側面から見ると、第1のナノセルロース3aと、第2のナノセルロース3bが互いに結合していた。   In the partial cross-sectional photograph shown in FIG. In the fiber-reinforced resin 10 of No. 1, when the vicinity of the inorganic fiber 2 in the resin 1 is viewed from the side surface of the inorganic fiber 2, the first nanocellulose 3a and the second nanocellulose 3b are bonded to each other.

さらに、図3に示す部分断面写真において、実施例No.1の繊維強化樹脂10では、無機繊維2の表面が集束剤と第1のナノセルロース3aで覆われていた。   Further, in the partial sectional photograph shown in FIG. In the fiber-reinforced resin 10 of No. 1, the surface of the inorganic fiber 2 was covered with the sizing agent and the first nanocellulose 3a.

1 樹脂
2 無機繊維
3a 第1のナノセルロース
3b 第2のナノセルロース
10 繊維強化樹脂
12 繊維状強化材
1 Resin 2 Inorganic Fiber 3a First Nano Cellulose 3b Second Nano Cellulose 10 Fiber Reinforced Resin 12 Fibrous Reinforcement Material

Claims (5)

樹脂と、樹脂中に分散している無機繊維とを備えた繊維強化樹脂であって、
無機繊維の表面の少なくとも一部が第1のナノセルロースで被覆されており、
かつ樹脂中にさらに第2のナノセルロースが分散していることを特徴とする、繊維強化樹脂。
A resin and a fiber reinforced resin comprising inorganic fibers dispersed in the resin,
At least a part of the surface of the inorganic fiber is coated with the first nanocellulose,
A fiber reinforced resin, wherein the second nanocellulose is further dispersed in the resin.
第1のナノセルロースと、第2のナノセルロースが結合していることを特徴とする、請求項1に記載の繊維強化樹脂。   The fiber-reinforced resin according to claim 1, wherein the first nanocellulose and the second nanocellulose are bound to each other. 無機繊維がガラス繊維であることを特徴とする、請求項1または2に記載の繊維強化樹脂。   The fiber reinforced resin according to claim 1 or 2, wherein the inorganic fiber is a glass fiber. 少なくとも表面の一部が第1のナノセルロースで被覆されている無機繊維と、樹脂と、第2のナノセルロースとを同時に混練し、成形する工程を備えることを特徴とする、繊維強化樹脂の製造方法。   Production of a fiber-reinforced resin, comprising a step of simultaneously kneading and molding an inorganic fiber whose surface is at least partially coated with the first nanocellulose, a resin, and a second nanocellulose. Method. 少なくとも表面の一部が第1のナノセルロースで被覆されている無機繊維と、樹脂を混練することにより、無機繊維を含む第1の樹脂組成物を製造する工程、
第2のナノセルロースと樹脂を混練することにより、第2のナノセルロースを含む第2の樹脂組成物を製造する工程、
第1の樹脂組成物と、第2の樹脂組成物を混練し、成形する工程を備えることを特徴とする、繊維強化樹脂の製造方法。
A step of producing a first resin composition containing inorganic fibers by kneading a resin with an inorganic fiber at least a part of the surface of which is coated with the first nanocellulose,
A step of producing a second resin composition containing the second nanocellulose by kneading the second nanocellulose and the resin,
A method for producing a fiber-reinforced resin, comprising a step of kneading and molding a first resin composition and a second resin composition.
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