JP2020075493A

JP2020075493A - 再生炭素繊維の製造方法

Info

Publication number: JP2020075493A
Application number: JP2019186943A
Authority: JP
Inventors: 浩二郎増田; Kojiro Masuda; 憲章平城; Noriaki Hiraki
Original assignee: Shinryo Corp
Current assignee: Shinryo Corp
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2020-05-21

Abstract

【課題】厚みのある炭素繊維強化樹脂でも容易に切断でき、再生炭素繊維を生産性よく得ることができる再生炭素繊維の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の再生炭素繊維の製造方法は、炭素繊維およびマトリックス樹脂を含む炭素繊維強化樹脂から炭素繊維を再生炭素繊維として得る方法であり、炭素繊維強化樹脂を加熱することによってマトリックス樹脂を熱分解して、樹脂残渣含有率が０．０１〜３０．０質量％である加熱処理物を得て、加熱処理物を切断する、再生炭素繊維の製造方法である。【選択図】なし

Description

本発明は、再生炭素繊維の製造方法に関する。

使用済の炭素繊維強化樹脂の製品（成形品）、製造工程から発生する炭素繊維強化樹脂の中間製品（プリプレグ、シートモールディングコンパウンド等）の切れ端等から炭素繊維を回収する方法としては、例えば下記の方法が提案されている。
（１）炭素繊維強化プラスチックを鱗片状に粉砕した後、実質的に非酸化性雰囲気下にて３００〜１，０００℃の温度範囲で乾留することによって、多数本の炭素短繊維が熱硬化性樹脂の熱分解物によって一体に結着され、全体として鱗片状をしている炭素繊維塊を得る方法（特許文献１）。
（２）炭素繊維強化プラスチックを実質的に非酸化性雰囲気下にて３００〜１，０００℃の温度範囲で乾留した後、鱗片状に破砕することによって、多数本の炭素短繊維が熱硬化性樹脂の熱分解物によって一体に結着され、全体として鱗片状をしている炭素繊維塊を得る方法（特許文献１）。

特開平７−１１８４４０号公報

しかし、（１）の方法では、マトリックス樹脂を熱分解する前の、非常に強度、剛性の高い炭素繊維強化プラスチックを破砕しなければならない。そのため、厚みのある炭素繊維強化プラスチックの場合、一般的な破砕機では破砕できない。また、得られる再生炭素繊維の形状は鱗片状であり、再生炭素繊維を再利用する際の樹脂への分散性が悪い。
（２）の方法では、炭素繊維がマトリックス樹脂の熱分解物（炭化物等）によって固着した状態にある加熱処理物を破砕する記載があるものの、炭素繊維強化プラスチックを熱分解することによって強度、剛性を低下させ、その後の切断処理を容易にするという着想がない。また、得られる再生炭素繊維の形状は鱗片状であり、再生炭素繊維を再利用する際の樹脂への分散性が悪い。

本発明は、厚みのある炭素繊維強化樹脂でも容易に切断でき、再生炭素繊維を生産性よく得ることができる再生炭素繊維の製造方法を提供する。

本発明は、下記の態様を有する。
＜１＞炭素繊維およびマトリックス樹脂を含む炭素繊維強化樹脂から前記炭素繊維を再生炭素繊維として得る方法であり、前記炭素繊維強化樹脂を加熱することによって前記マトリックス樹脂を熱分解して、樹脂残渣含有率が０．０１〜３０．０質量％である加熱処理物を得て、前記加熱処理物を切断する、再生炭素繊維の製造方法。
＜２＞前記炭素繊維強化樹脂を非酸化性雰囲気下で加熱する、前記＜１＞の再生炭素繊維の製造方法。
＜３＞前記加熱処理物をカッターミルで切断する、前記＜１＞または＜２＞の再生炭素繊維の製造方法。
＜４＞前記加熱処理物中の炭素繊維の平均繊維長が、６０ｍｍ以下である、前記＜１＞〜＜３＞のいずれかの再生炭素繊維の製造方法。
＜５＞前記炭素繊維強化樹脂の厚さが、５０ｍｍ以下である、前記＜１＞〜＜４＞のいずれかの再生炭素繊維の製造方法。
＜６＞前記炭素繊維強化樹脂が、シートモールディングコンパウンドである、前記＜１＞〜＜５＞のいずれかの再生炭素繊維の製造方法。

本発明の再生炭素繊維の製造方法によれば、厚みのある炭素繊維強化樹脂でも容易に切断でき、再生炭素繊維を生産性よく得ることができる。

加熱処理装置の一例を示す概略構成図である。加熱処理装置の他の例を示す概略構成図である。炭素繊維強化樹脂をトレイに収容した様子の一例を示す斜視図である。

以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「炭素繊維強化樹脂」とは、炭素繊維およびマトリックス樹脂を含むものをいい、成形後の製品および成形前の中間製品を包含する。
「非酸化性雰囲気」とは、酸素ガスを含まない雰囲気、または酸素ガスを実質的に含まない雰囲気をいう。「酸素ガスを実質的に含まない」とは、炭素繊維強化樹脂を加熱する際に雰囲気中に不可避的に酸素ガスが混入したとしても、酸素ガスの量が、酸素ガスによる炭素繊維の酸化による劣化がほとんど見られない範囲の量であることをいう。
「酸化性雰囲気」とは、酸素ガスを含む雰囲気であり、非酸化性雰囲気以外の雰囲気をいう。
「過熱水蒸気」とは、沸点以上の温度に加熱された水蒸気をいう。
加熱処理物の「樹脂残渣含有率」は、式（１）から求めた値である。
（Ｂ−Ａ×Ｘ）／（Ｂ）×１００式（１）
Ａ：加熱処理前の炭素繊維強化樹脂の質量
Ｂ：加熱処理物の質量
Ｘ：加熱処理前の炭素繊維強化樹脂の炭素繊維含有率
本明細書および特許請求の範囲において数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。
図１〜図３における寸法比は、説明の便宜上、実際のものとは異なったものである。

＜炭素繊維強化樹脂＞
本発明における炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維およびマトリックス樹脂を含む。
炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維およびマトリックス樹脂以外の他の材料（炭素繊維以外の強化繊維、無機フィラー等）等を含んでいてもよい。

炭素繊維強化樹脂は、成形後の製品（成形品）であってもよく、成形前の中間製品（プリプレグ、トウプレグ、シートモールディングコンパウンド、スタンパブルシート、バルクモールディングコンパウンド等）であってもよい。
成形前の中間製品を処理する場合、折畳状態や積層状態にして、処理してもよい。
プリプレグ等を処理する場合、プリプレグ等を複数積み重ねた積層物であっても単層であってもよい。炭素繊維強化樹脂としてプリプレグ等を複数積み重ねた積層物を用いた場合、同時に再生処理できるプリプレグ等の量を増やすことができ、低コストで再生処理ができる。
また、炭素繊維強化樹脂は、他の部材（炭素繊維以外の強化繊維を含む繊維強化樹脂、強化繊維を含まない樹脂成形品、金属、セラミックス等）との複合体の状態であってもよい。

炭素繊維強化樹脂としては、シートモールディングコンパウンドが好ましい。炭素繊維強化樹脂としてシートモールディングコンパウンドを用いた場合、加熱処理物の切断の際に、平均繊維長の短いチップ状の基材に解されながら炭素繊維が切断されるため、刃の摩耗が抑えられる。その結果、再生炭素繊維の生産性がさらに高くなる。また、加熱処理物の樹脂残渣含有率を多くでき、加熱処理物を切断して得られた再生炭素繊維が炭素繊維束としての形態を保持しやすい。

炭素繊維強化樹脂の形状は、特に限定されない。炭素繊維強化樹脂の形状としては、シート状、板状、断面Ｌ形状（アングル状）、断面Ｔ形状、断面Ｃ形状（チャンネル状）、断面Ｈ形状、角パイプ状、丸パイプ状、任意の立体形状等が挙げられる。

（炭素繊維）
炭素繊維の形態は、繊維束、織物等の炭素繊維基材であってもよく、炭素繊維基材を構成していない炭素繊維（ミルド炭素繊維等）であってもよい。炭素繊維の形態としては、炭素繊維強化樹脂から再生炭素繊維として回収しやすい点から、炭素繊維基材が好ましい。
炭素繊維強化樹脂に含まれる炭素繊維基材の層数は、炭素繊維強化樹脂の用途、特性等に応じて適宜設定され、特に限定されない。
炭素繊維基材は、シート状であってもよく、チップ状であってもよい。

シート状の炭素繊維基材の形態としては、複数の炭素繊維を一方向に引き揃えた繊維束（トウ）、炭素繊維の繊維束を経糸および緯糸に用いた織物、炭素繊維の不織布等が挙げられる。
チップ状の炭素繊維基材の形態としては、繊維束を切断したチョップド炭素繊維、チップ状の織物等が挙げられる。

繊維束としては、炭素繊維強化樹脂の長手方向に沿って配置された長繊維束；炭素繊維強化樹脂の幅方向、または炭素繊維強化樹脂の長手方向に対して斜め方向に沿って配置された短繊維束等が挙げられる。
炭素繊維強化樹脂に含まれる炭素繊維基材の形態は、１種類のみであってもよく、２種類以上であってもよい。炭素繊維強化樹脂に含まれる複数の炭素繊維基材は、例えば、長繊維束と短繊維束との組み合わせ、長繊維束と短繊維束と織物との組み合わせ、長繊維束と短繊維束とチップとの組み合わせ等からなる。

炭素繊維としては、ポリアクリロニトリルを原料に用いたＰＡＮ系炭素繊維、石炭ピッチまたは石油ピッチを原料に用いたピッチ系炭素繊維等が挙げられ、再生炭素繊維の機械特性が良好である点から、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。
炭素繊維は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

繊維束を構成する炭素繊維の本数は、炭素繊維強化樹脂の用途、特性等に応じて適宜設定され、特に限定されない。
炭素繊維の長さおよび繊維径は、炭素繊維強化樹脂の用途、特性等に応じて適宜設定され、特に限定されない。炭素繊維の長さは、加熱処理物の切断の際の刃の摩耗を抑える点からは、６０ｍｍ以下であることが好ましい。
炭素繊維強化樹脂に含まれる炭素繊維の割合は、炭素繊維強化樹脂の用途、特性等に応じて適宜設定され、特に限定されない。

（マトリックス樹脂）
マトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂であってもよく、熱可塑性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂は、未硬化のものであってもよく、硬化物であってもよい。

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、アルキド樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリルテレフタレート、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。
熱硬化性樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

熱可塑性樹脂としては、ポリアミド（ナイロン等）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリカーボネート、アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリエーテルニトリル、フェノキシ樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリイソプレン系樹脂、熱可塑エラストマー、これらの共重合体、変性体、ブレンド樹脂等が挙げられる。さらに、エラストマーやゴム成分を添加した樹脂であってもよい。
熱可塑性樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

マトリックス樹脂は、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、硬化剤、硬化助剤、内部離型剤、難燃剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤等が挙げられる。
炭素繊維強化樹脂に含まれるマトリックス樹脂の割合は、炭素繊維強化樹脂の用途、特性等に応じて適宜設定され、特に限定されない。

＜再生炭素繊維の製造方法＞
本発明の再生炭素繊維の製造方法は、炭素繊維強化樹脂から炭素繊維を回収して再生炭素繊維として再生させる方法である。
本発明の再生炭素繊維の製造方法は、具体的には下記の工程を有する。
工程（ａ）：必要に応じて、炭素繊維強化樹脂を切断する工程。
工程（ｂ）：炭素繊維強化樹脂を加熱することによってマトリックス樹脂を熱分解して加熱処理物を得る工程。
工程（ｃ）：加熱処理物を切断することによって、再生炭素繊維を含む加熱処理物片を回収する工程。
工程（ｄ）：必要に応じて、加熱処理物片を酸化性雰囲気下でさらに加熱して樹脂残渣を低減する工程。
工程（ｅ）：必要に応じて、加熱処理物片を加工する工程。

（工程（ａ））
炭素繊維強化樹脂が大型の成形品等である場合、そのままでは後述する工程（ｂ）における加熱処理装置に入らなかったり、工程（ｃ）における切断機に通らなかったりする場合があるため、必要に応じて炭素繊維強化樹脂を切断機、破砕機、プレス機等で適当な大きさに減容化する。

（工程（ｂ））
炭素繊維強化樹脂を加熱することによってマトリックス樹脂を熱分解（ガス化、炭化等）して加熱処理物を得る。
加熱処理物は、複数の炭素繊維間がマトリックス樹脂の熱分解物（炭化物等）等の樹脂残渣によって固着したものである。加熱処理によって、加熱処理物の炭素繊維の間に空隙が生じ、通常、加熱処理後の処理物の厚さは加熱処理前と比べて増大する。

炭素繊維強化樹脂の加熱は、例えば、加熱炉を備えた加熱処理装置を用いて行う。加熱処理装置としては、バッチ式、連続式いずれも用いることができる。
バッチ式加熱処理装置としては、例えば、下記のものが挙げられる。
図１は、加熱処理装置の一例を示す概略構成図である。加熱処理装置１は、炭素繊維強化樹脂１００の搬入および加熱処理物１０２の搬出を行う窒素ガスで置換された搬入室兼徐冷室１０と、炭素繊維強化樹脂１００の加熱を行う加熱炉１２とを備える。
図２は、加熱処理装置の他の例を示す概略構成図である。加熱処理装置２は、炭素繊維強化樹脂１００の搬入を行う窒素ガスで置換された搬入室２０と、炭素繊維強化樹脂１００の加熱を行う加熱炉２２と、加熱処理物１０２の搬出を行う窒素ガスで置換された徐冷室２４とを備える。

炭素繊維強化樹脂１００は、例えば、図３に示すように、メッシュトレイ３０の中に載置された状態にて加熱処理装置内に搬入される。
加熱炉としては、電気炉のようなバッチ式加熱炉；プッシャー搬送やベルト搬送の連続式加熱炉等が挙げられる。
加熱炉には、窒素ガスの供給源、過熱水蒸気発生装置等が接続される。
徐冷室、搬入室には、窒素ガスの供給源等が接続される。
加熱処理装置は、加熱炉から排出される排気ガスを燃焼処理するバーナー等を備えていてもよい。

加熱炉内は酸化性雰囲気、非酸化性雰囲気のいずれかとされる。炭素繊維表面の酸化による劣化を抑制できる点から、非酸化性雰囲気が好ましい。非酸化性雰囲気としては、酸素ガスを含まない雰囲気、または酸素ガスを実質的に含まない雰囲気であればいずれも採用できる。酸素ガスを含まない、または酸素ガスを実質的に含まない不活性ガスを適宜、加熱炉内に導入してもよい。不活性ガスとしては、マトリックス樹脂を十分に熱分解でき、経済性、安全性の点から、窒素ガス雰囲気または過熱水蒸気雰囲気が好ましい。

炭素繊維強化樹脂を加熱するときの温度は、３００〜１０００℃の範囲で適宜設定すればよい。加熱温度は、３００〜７００℃が好ましく、４００〜７００℃がより好ましく、５００〜７００℃がさらに好ましい。加熱温度が前記範囲の下限値以上であれば、マトリックス樹脂を十分に熱分解できる。加熱温度が前記範囲の上限値以下であれば、エネルギーコストを抑えられ、設備仕様も安価にできる。加熱温度は、加熱炉内の雰囲気における温度である。

炭素繊維強化樹脂を加熱する時間は、加熱温度に応じて１０〜１８０分の範囲で適宜設定すればよい。加熱時間は、１０〜１８０分が好ましく、１０〜１２０分がより好ましく、１０〜６０分がさらに好ましい。加熱時間が前記範囲の下限値以上であれば、マトリックス樹脂を十分に熱分解できる。加熱時間が前記範囲の上限値以下であれば、スループットを高めることでき、低コストで再生処理ができる。

加熱処理物の樹脂残渣含有率は、加熱処理物の１００質量％のうち、０．０１〜３０．０質量％であり、５〜２８質量％が好ましく、１０〜２５質量％がより好ましい。加熱処理物の樹脂残渣含有率が前記範囲の下限値以上であれば、加熱処理物が炭素繊維束としての形態を十分に保持でき、加熱処理物の取扱性がよくなる。そのため、加熱処理物を切断しやすくなり、再生炭素繊維の生産性がさらに高くなる。また、加熱処理物を切断して得られた再生炭素繊維が炭素繊維束としての形態を十分に保持できる。加熱処理物の樹脂残渣含有率が前記範囲の上限値以下であれば、加熱処理物が硬すぎることがない。そのため、加熱処理物を切断しやすくなり、再生炭素繊維の生産性がさらに高くなる。

加熱処理物中の炭素繊維の平均繊維長は、６０ｍｍ以下が好ましく、５〜６０ｍｍがより好ましく、１０〜３０ｍｍがさらに好ましい。加熱処理物中の炭素繊維の平均繊維長が前記範囲の下限値以上であれば、再生炭素繊維を樹脂の強化繊維に再利用した際に高い強度を得やすい。加熱処理物中の炭素繊維の平均繊維長が前記範囲の上限値以下であれば、加熱処理物の切断の際の刃の摩耗が抑えられる。その結果、再生炭素繊維の生産性がさらに高くなる。

（工程（ｃ））
炭素繊維強化樹脂を加熱処理したままの加熱処理物を、解砕等の前処理を施すことなく、切断することによって、加熱処理物片として回収する。

加熱処理物の切断を行う切断機としては、例えば、カッターミル、スリッター、ギロチンカッター、ロービングカッター、フライングシャー、超音波カッター、レーザーカッター、ウォータージェットカッター等が挙げられる。切断機としては、連続して多量の加熱処理物を切断でき、再生炭素繊維の生産性がさらに高くなる点から、カッターミルが好ましい。
切断処理は、単独で行ってもよいし、複数種類を組み合わせて行ってもよい。複数種類の切断処理を組み合わせて切断処理を行うことで、切断時の刃の摩耗を抑制できる。また、切断処理の時間を短縮でき、綿状物（切断処理中に加熱処理物から得られる再生炭素繊維束が解繊されて綿状になったもの）や粉状物（切断処理中に加熱処理物から脱落した炭化物や繊維長が非常に短い再生炭素繊維）の発生を抑制できる。
綿状物の発生が多い場合、再生炭素繊維束を移送したり、樹脂等に混錬したりする際に機械が詰まる。また、粉状物の発生が多い場合、粉塵の浮遊や飛散により作業環境が悪化する。

カッターミルは、カッターミル内部の円筒形室内の内壁に固定された固定刃と、円筒状室内の中心軸を中心に回転する回転体に取り付けられた回転刃とを備える。円筒形室内の下部はスクリーンメッシュとなっており、スクリーンメッシュの開口径を適宜設定することにより、所望のサイズの再生炭素繊維を得ることができる。

加熱処理物を切断して得られた加熱処理物片には樹脂残渣が少し含まれているため、複数の炭素繊維間が樹脂残渣によって固着した状態にある。そのため、加熱処理物片は、炭素繊維束、織物、不織布等としての形態を保持できる。よって、加熱処理物片は、それぞれの形態に応じた用途に再利用できる。例えば、チップ状の炭素繊維束は、チョップド再生炭素繊維束として再利用できる。

（工程（ｄ））
加熱処理物片には、樹脂残渣が含まれる。樹脂残渣が低減された再生炭素繊維を得るために、加熱処理物片を酸化性雰囲気下でさらに加熱して樹脂残渣を酸化し、低減してもよい。酸化性雰囲気としては、酸素ガスを含む雰囲気であれば、いずれも採用できる。酸素ガスの濃度としては、０．１〜２５体積％が好ましい。
酸化性雰囲気下で加熱された加熱処理物片は、樹脂残渣の除去が不十分な場合は炭素繊維束となり、樹脂残渣の除去が十分な場合は、綿状炭素繊維となる。

加熱処理物片を加熱するときの温度は、３００〜１０００℃の範囲で適宜設定すればよい。加熱温度は、３００〜７００℃が好ましく、４００〜６００℃がより好ましく、４５０〜５５０℃がさらに好ましい。加熱温度が前記範囲の下限値以上であれば、樹脂残渣を十分に除去できる。加熱温度が前記範囲の上限値以下であれば、再生炭素繊維が酸化によって劣化しにくく、再生炭素繊維の機械特性等が低下しにくい。

加熱処理物片を加熱する時間は、加熱温度に応じて１０〜１８０分の範囲で適宜設定すればよい。加熱時間は、１０〜１８０分が好ましく、１０〜１２０分がより好ましく、１０〜６０分がさらに好ましい。加熱時間が前記範囲の下限値以上であれば、樹脂残渣を十分に除去できる。加熱温度が前記範囲の上限値以下であれば、スループットを高めることができる。

（工程（ｅ））
加熱処理物片を、公知の粉砕機を用いて細かく粉砕して、ミルド再生炭素繊維を得てもよい。

（作用機序）
以上説明した本発明の再生炭素繊維の製造方法にあっては、強度、剛性の高い炭素繊維強化樹脂を加熱することによってマトリックス樹脂を熱分解して強度、剛性の低い加熱処理物を得て、加熱処理物を切断して再生炭素繊維を得ているため、切断機の負荷が小さく、厚みのある炭素繊維強化樹脂でも切断できる。そのため、再生炭素繊維を生産性よく得ることができる。また、加熱処理物の樹脂残渣含有率が０．０１〜３０質量％であるため、加熱処理物を切断しやすくなり、再生炭素繊維の生産性がさらに高くなる。

＜再生炭素繊維の利用方法＞
再生炭素繊維は、炭素繊維強化樹脂の炭素繊維として再利用できる。
炭素繊維強化樹脂を製造する具体的な方法としては、下記の方法（α）が挙げられる。方法（α）：再生炭素繊維および熱可塑性樹脂を混練して混練物を得て、混練物をペレットに加工する方法。

方法（α）に用いることができる再生炭素繊維の形態は、長繊維束、短繊維束、炭素繊維織物、チップ状炭素繊維束、綿状炭素繊維、ミルド炭素繊維等が挙げられる。
方法（α）に用いることができる熱可塑性樹脂としては、ポリアミド（ナイロン等）、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等）、ポリカーボネート、アクリル樹脂（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリオキシメチレン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリエーテルニトリル、フェノキシ樹脂、ポリブタジエン系樹脂、ポリイソプレン系樹脂、熱可塑エラストマー、これらの共重合体、変性体、ブレンド樹脂等が挙げられる。さらに、エラストマーやゴム成分を添加した樹脂であってもよい。

方法（α）においては、例えば、再生炭素繊維および熱可塑性樹脂を押出機で混練し、混練物をダイからストランドとして押し出し、ストランドを冷却した後、ペレタイザで切断することによって、ペレットを得る。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜測定、評価＞
（加熱処理物の樹脂残渣含有率）
加熱処理物の樹脂残渣含有率は、加熱処理前の炭素繊維強化樹脂に含まれる炭素繊維質量を炭素繊維含有率から算出し、式（１）から求めた。

（加熱処理物中の炭素繊維の平均繊維長）
加熱処理物中の炭素繊維の平均繊維長は、加熱処理物を、二軸ローラー式解砕機等を用いて個々のチップ状基材に分離し、分離したチップ状基材の中から任意の３０個を抽出し、個々のチップ状基材の繊維長方向の２辺の長さを測定して平均値を求め、任意の３０個の平均値を算出することにより求めた。

（切断性）
加熱処理物をカッターミルに通した際の切断可否を評価した。
○：切断できた。
×：切断できなかった。

（切断刃の寿命）
処理能力２０ｋｇ／時間のカッターミルで加熱処理物を１０時間処理し、切断刃の摩耗状態を、加熱処理物の切断状態、機械音、スクリーン上に滞留している未切断の加熱処理物の量から判定した。
○：加熱処理物の切断状態、機械音、スクリーン上に滞留した未切断の加熱処理物の量のいずれも処理開始時と比べて変化なし。
△：（ｉ）処理開始時に比べて、加熱処理物の切断状態が悪化し、加熱処理物片に綿状のものが多く含まれる、（ｉｉ）機械音が大きくなる、（ｉｉｉ）スクリーン上に滞留している未切断の加熱処理物の量が増えてくる、のうちの１つ以上が確認された。

（処理速度）
カッターミルに供給した加熱処理物の重量を、切断処理に要した時間で除した値を処理速度として評価した。

（綿状物の含有量）
加熱処理物をカッターミルで切断処理して得られた再生炭素繊維束の集合体に含まれる綿状物の含有量を目視観察により評価した。
〇：綿状物の発生が少ない。
△：綿状物の発生が多く、再生炭素繊維束を移送したり、樹脂等に混錬したりする際に機械が詰まるおそれがある。

（粉状物の含有量）
加熱処理物をカッターミルで切断処理して得られた再生炭素繊維束の集合体に含まれる粉状物の含有量を目視観察により評価した。
〇：粉状物の発生が少ない。
△：粉状物の発生が多く、粉塵の浮遊や飛散による作業環境悪化のおそれがある。

＜炭素繊維強化樹脂＞
（ＣＦＲＰ）
炭素繊維強化樹脂として、厚さ約１０ｍｍの板状の炭素繊維強化樹脂の成形品（炭素繊維の種類：ＰＡＮ系炭素繊維、炭素繊維基材の積層状態：±４５°配向繊維束／０°配向繊維束／９０°配向繊維束／平織の織物が設計された所定の順序で積層、マトリックス樹脂の種類：エポキシ樹脂の硬化物）を用意した。
これを長さ５０ｃｍ×幅５ｃｍに切断し、処理用炭素繊維強化樹脂（以下、「ＣＦＲＰ」とも記す。）を得た。

（ＳＭＣ）
炭素繊維強化樹脂として、厚さ約２ｍｍのシートモールディングコンパウンド（炭素繊維の種類：ＰＡＮ系炭素繊維、炭素繊維基材の積層状態：平均繊維長：２５．４ｍｍのチョップド炭素繊維がランダムに積層、マトリックス樹脂の種類：未硬化の不飽和ポリエステル樹脂）を用意した。
これを長さ５０ｃｍ×幅５ｃｍに切断し、処理用炭素繊維強化樹脂（以下、「ＳＭＣ」とも記す。）を得た。

（ＳＭＣ（折畳品））
炭素繊維強化樹脂として、厚さ約２ｍｍのシートモールディングコンパウンド（炭素繊維の種類：ＰＡＮ系炭素繊維、炭素繊維基材の積層状態：平均繊維長：２５．４ｍｍのチョップド炭素繊維がランダムに積層、マトリックス樹脂の種類：未硬化の不飽和ポリエステル樹脂）の端材を折り畳んで、厚さ約４０ｍｍの積層物（長さ約４０ｃｍ、幅約１２ｃｍ）とし、処理用炭素繊維強化樹脂（以下、「ＳＭＣ（折畳品）」とも記す。）を得た。

＜実施例１＞
電気炉内にＣＦＲＰを入れ、電気炉から排気ガスを排出しながら電気炉に過熱水蒸気を連続的に供給して電気炉内の過熱水蒸気雰囲気を維持しつつ、処理用炭素繊維強化樹脂を６００℃で１２０分間加熱し、加熱処理物を得た。加熱処理物をカッターミルにて切断し、再生炭素繊維を含む加熱処理物片を得た。結果を表１に示す。

＜実施例２＞
電気炉内にＳＭＣを入れ、電気炉から排気ガスを排出しながら電気炉に過熱水蒸気を連続的に供給して電気炉内の過熱水蒸気雰囲気を維持しつつ、処理用炭素繊維強化樹脂を６００℃で１２０分間加熱し、加熱処理物を得た。加熱処理物をカッターミルにて切断し、再生炭素繊維を含む加熱処理物片を得た。結果を表１に示す。

＜実施例３＞
連続式加熱炉内にＣＦＲＰを入れ、加熱炉から排気ガスを排出しながら加熱炉に窒素を連続的に供給して加熱炉内の窒素雰囲気を維持しつつ、処理用炭素繊維強化樹脂を７００℃で４５分間加熱し、加熱処理物を得た。加熱処理物をカッターミルにて切断し、再生炭素繊維を含む加熱処理物片を得た。結果を表１に示す。

＜実施例４＞
連続式加熱炉内にＳＭＣを入れ、加熱炉から排気ガスを排出しながら加熱炉に窒素を連続的に供給して加熱炉内の窒素雰囲気を維持しつつ、処理用炭素繊維強化樹脂を７００℃で４５分間加熱し、加熱処理物を得た。加熱処理物をカッターミルにて切断し、再生炭素繊維を含む加熱処理物片を得た。結果を表１に示す。

＜実施例５＞
連続式加熱炉内にＳＭＣ（折畳品）を入れ、加熱炉から排気ガスを排出しながら加熱炉に窒素を連続的に供給して加熱炉内の窒素雰囲気を維持しつつ、処理用炭素繊維強化樹脂を７００℃で４５分間加熱し、加熱処理物を得た。加熱処理物をカッターミルにて切断し、再生炭素繊維を含む加熱処理物片を得た。結果を表１に示す。

＜比較例１＞
実施例１の処理用炭素繊維強化樹脂を加熱処理する前にカッターミルで処理しようと試みたが、硬さが硬く切断できなかった。

＜比較例２＞
実施例２の処理用炭素繊維強化樹脂を加熱処理する前にカッターミルで処理しようと試みたが、マトリックス樹脂が未硬化のため、刃にマトリックス樹脂が付着して、うまく切断できなかった。

＜比較例３＞
実施例５の処理用炭素繊維強化樹脂を加熱処理する前にカッターミルで処理しようと試みたが、マトリックス樹脂が未硬化のため、刃にマトリックス樹脂が付着して、うまく切断できなかった。

本発明の再生炭素繊維の製造方法は、炭素繊維強化樹脂から炭素繊維を再生炭素繊維として回収する方法として有用である。

１加熱処理装置、２加熱処理装置、１０搬入室兼徐冷室、１２加熱炉、２０搬入室、２２加熱炉、２４徐冷室、３０メッシュトレイ、１００炭素繊維強化樹脂、１０２加熱処理物。

Claims

炭素繊維およびマトリックス樹脂を含む炭素繊維強化樹脂から前記炭素繊維を再生炭素繊維として得る方法であり、
前記炭素繊維強化樹脂を加熱することによって前記マトリックス樹脂を熱分解して、樹脂残渣含有率が０．０１〜３０．０質量％である加熱処理物を得て、
前記加熱処理物を切断する、再生炭素繊維の製造方法。
前記炭素繊維強化樹脂を非酸化性雰囲気下で加熱する、請求項１に記載の再生炭素繊維の製造方法。
前記加熱処理物をカッターミルで切断する、請求項１または２に記載の再生炭素繊維の製造方法。
前記加熱処理物中の炭素繊維の平均繊維長が、６０ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の再生炭素繊維の製造方法。
前記炭素繊維強化樹脂の厚さが、５０ｍｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の再生炭素繊維の製造方法。
前記炭素繊維強化樹脂が、シートモールディングコンパウンドである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の再生炭素繊維の製造方法。