JP2023020666A - Blended yarn of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber, and carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellet - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の混紡糸、並びにこの混紡糸から形成される炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットに関する。また、本発明は、それらの製造方法に関する。 The present disclosure relates to blended yarns of recycled carbon fibers and thermoplastic resin fibers, and carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets formed from the blended yarns. The invention also relates to methods for their production.
炭素繊維は、比強度・比弾性率に優れ、軽量であるため、熱可塑性樹脂の強化繊維などとして用いられている。炭素繊維強化樹脂複合材料(又は、炭素繊維強化プラスチック、CFRP)は、スポーツ・一般産業用途だけでなく、航空・宇宙用途、自動車用途など、幅広い用途に利用される。 BACKGROUND ART Carbon fibers are used as reinforcing fibers for thermoplastic resins because they are excellent in specific strength and specific modulus and are lightweight. Carbon fiber reinforced resin composite materials (or carbon fiber reinforced plastics, CFRP) are used not only for sports and general industrial applications, but also for a wide range of applications such as aerospace applications and automobile applications.
炭素繊維強化樹脂複合材料の一つの形態として、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットがある。炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、連続炭素繊維を熱可塑性樹脂で被覆処理した樹脂ストランドをカットすることで製造される長繊維強化ペレットと、不連続炭素繊維を熱可塑性樹脂に混錬分散した樹脂ストランドをカットすることで製造される短繊維強化ペレットの2つがある。長繊維強化ペレットは、短繊維強化ペレットと比較して、比較的繊維長の長い炭素繊維を含むことから、射出成形機等に供給されることで、機械物性等が優れる炭素繊維含有製品を製造することができる。 One form of carbon fiber reinforced resin composite material is carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets. Carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets are made from long fiber reinforced pellets produced by cutting resin strands in which continuous carbon fibers are coated with thermoplastic resin, and resins in which discontinuous carbon fibers are kneaded and dispersed in thermoplastic resin. There are two short fiber reinforced pellets produced by cutting strands. Since long fiber reinforced pellets contain relatively long carbon fibers compared to short fiber reinforced pellets, they are supplied to injection molding machines, etc. to produce carbon fiber-containing products with excellent mechanical properties. can do.
近年、使用済みの炭素繊維含有製品などから回収される再生炭素繊維への需要が高まっている。再生炭素繊維の多くは、不連続に切断された炭素繊維であり、炭素繊維強化樹脂複合材料などの炭素繊維含有製品の原料として、未使用の連続炭素繊維と同様に取り扱うために、再生炭素繊維から紡績糸を製造する方法が検討されてきた。 In recent years, there has been an increasing demand for recycled carbon fibers recovered from used carbon fiber-containing products. Many recycled carbon fibers are discontinuously cut carbon fibers, and as a raw material for carbon fiber-containing products such as carbon fiber reinforced resin composite materials, recycled carbon fibers are treated in the same way as unused continuous carbon fibers. Methods for producing spun yarn from
特許文献1は、炭素繊維強化樹脂複合材料のスクラップを900℃以上の温度にて熱処理することで得られる再生炭素繊維を含む炭化物を、熱可塑性樹脂繊維と混紡して、紡績糸を製造する方法を記載している。 Patent Document 1 discloses a method for producing a spun yarn by blending a carbonized material containing recycled carbon fibers obtained by heat-treating scraps of a carbon fiber reinforced resin composite material at a temperature of 900° C. or higher with thermoplastic resin fibers. is described.
特許文献2は、炭素繊維強化樹脂複合材料の熱処理で回収される再生炭素繊維ではなく、炭化物を含まない再生炭素繊維を模して、切断された未使用の不連続炭素繊維を、合成繊維と混紡した紡績糸の活用方法を記載している。 In Patent Document 2, instead of recycled carbon fibers recovered by heat treatment of a carbon fiber reinforced resin composite material, imitation of recycled carbon fibers that do not contain carbide, cut unused discontinuous carbon fibers are treated as synthetic fibers. It describes how to utilize the blended spun yarn.
特許文献3は、熱可塑繊維と混紡せずに、炭素繊維又は再生炭素繊維のみで紡績糸を製造する方法を記載している。 Patent Literature 3 describes a method for producing spun yarn from carbon fibers or recycled carbon fibers alone without blending with thermoplastic fibers.
使用済みの炭素繊維強化樹脂複合材料を分解し、再生炭素繊維を得る方法には、樹脂成分を、熱処理して分解する方法、溶剤を利用して溶解除去する方法、電気分解する方法等があるが、従来広く普及している方法として、熱処理して分解する方法が挙げられる。 Methods of decomposing a used carbon fiber reinforced resin composite material to obtain recycled carbon fibers include a method of decomposing a resin component by heat treatment, a method of dissolving and removing using a solvent, and a method of electrolysis. However, as a widely used method, there is a method of decomposing by heat treatment.
しかしながら、熱処理して分解する方法で得られる再生炭素繊維を原料として、熱可塑性樹脂繊維との混紡糸を製造できない場合があった。 However, there have been cases where it is not possible to produce blended yarn with thermoplastic resin fibers using recycled carbon fibers obtained by a method of decomposing by heat treatment as a raw material.
本開示は、熱処理して分解する方法で得られる再生炭素繊維を原料として安定的に製造される、熱可塑性樹脂繊維との混紡糸を提供することを目的とする。また、本開示は、その混紡糸から形成される炭素繊維強化熱可塑性樹脂繊維ペレットを提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a blended yarn with a thermoplastic resin fiber that is stably produced using recycled carbon fiber obtained by a method of decomposing by heat treatment as a raw material. Another object of the present disclosure is to provide carbon fiber reinforced thermoplastic resin fiber pellets formed from the blended yarn.
本発明に係る下記の態様によれば、上記の課題を解決することができる:
<態様1>
再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む混紡糸であって、
前記再生炭素繊維が、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有すること、並びに
前記再生炭素繊維が、残留炭素成分を含み、前記残留炭素成分の含有量が、前記再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下であること、
を特徴とする、混紡糸。
<態様2>
前記再生炭素繊維の含有量が、前記混紡糸に対して、50重量%超98重量%以下である、態様1に記載の混紡糸。
<態様3>
前記再生炭素繊維及び前記熱可塑性樹脂繊維の平均長さが、それぞれ、20mm以上80mm以下である、態様1又は2に記載の混紡糸。
<態様4>
前記混紡糸に含有される前記熱可塑性樹脂繊維が、ポリオレフィン樹脂繊維、ポリエステル樹脂繊維、ポリアミド樹脂繊維、ポリエーテルケトン樹脂繊維、ポリカーボネート樹脂繊維、フェノキシ樹脂繊維、及びポリフェニレンスルフィド樹脂繊維、並びにこれらの混合物から選択される、態様1~3のいずれか一項に記載の混紡糸。
<態様5>
芯鞘構造を有しており、
態様1~4のいずれか一項に記載の前記混紡糸が芯成分であること、及び
熱可塑性樹脂が鞘成分であること、
を特徴とする、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
<態様6>
前記鞘成分としての前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノキシ樹脂、及びポリフェニレンスルフィド樹脂、並びにこれらの混合物から選択される、態様5に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
<態様7>
前記鞘成分としての前記熱可塑性樹脂の融点T0(℃)が、前記混紡糸に含有される前記熱可塑性樹脂繊維の融点T1(℃)よりも低く、T1-T0>10を満たすことを特徴とする、態様5又は6に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
<態様8>
カット長が3mm以上10mm以下である、態様5~7のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
<態様9>
炭素繊維含有プラスチック製品に含有されるプラスチック成分を半導体熱活性法によって分解して、再生炭素繊維を製造すること、及び
前記再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混紡すること、
を含む、混紡糸の製造方法。
<態様10>
態様9に記載の方法によって得られた混紡糸を、熱可塑性樹脂で被覆することを含む、芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
According to the following aspects of the present invention, the above problems can be solved:
<Aspect 1>
A blended yarn containing recycled carbon fibers and thermoplastic resin fibers,
The recycled carbon fiber has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape factor of 6.0 or more, and the recycled carbon fiber contains a residual carbon component, and the content of the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber;
A blended yarn characterized by
<Aspect 2>
The blended yarn according to aspect 1, wherein the content of the recycled carbon fiber is more than 50% by weight and not more than 98% by weight with respect to the blended yarn.
<Aspect 3>
The blended yarn according to mode 1 or 2, wherein the recycled carbon fibers and the thermoplastic resin fibers each have an average length of 20 mm or more and 80 mm or less.
<Aspect 4>
The thermoplastic resin fibers contained in the blended yarn are polyolefin resin fibers, polyester resin fibers, polyamide resin fibers, polyetherketone resin fibers, polycarbonate resin fibers, phenoxy resin fibers, polyphenylene sulfide resin fibers, and mixtures thereof. The blended yarn according to any one of aspects 1-3, selected from:
<Aspect 5>
It has a core-sheath structure,
The blended yarn according to any one of aspects 1 to 4 is a core component, and a thermoplastic resin is a sheath component,
A carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellet characterized by:
<Aspect 6>
6. Aspect 5, wherein the thermoplastic resin as the sheath component is selected from polyolefin resins, polyester resins, polyamide resins, polyetherketone resins, polycarbonate resins, phenoxy resins, and polyphenylene sulfide resins, and mixtures thereof. Carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets.
<Aspect 7>
The melting point T0 (° C.) of the thermoplastic resin as the sheath component is lower than the melting point T1 (° C.) of the thermoplastic resin fiber contained in the blended yarn, and T1−T0>10 is satisfied. The carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellet according to aspect 5 or 6.
<Aspect 8>
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellet according to any one of aspects 5 to 7, having a cut length of 3 mm or more and 10 mm or less.
<Aspect 9>
decomposing a plastic component contained in a carbon fiber-containing plastic product by a semiconductor thermal activation method to produce recycled carbon fibers; and blending the recycled carbon fibers and thermoplastic resin fibers;
A method of making a blended yarn, comprising:
<
A method for producing carbon fiber-reinforced thermoplastic resin pellets having a core-sheath structure, comprising coating the blended yarn obtained by the method according to aspect 9 with a thermoplastic resin.
本発明によれば、熱処理して分解する方法で得られる再生炭素繊維を原料として安定的に製造される、熱可塑性樹脂繊維との混紡糸を提供することができる。また、本発明によれば、その混紡糸から形成される炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a blended yarn with a thermoplastic resin fiber that is stably produced using recycled carbon fibers obtained by a method of decomposing by heat treatment as a raw material. Moreover, according to the present invention, it is possible to provide carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets formed from the blended yarn.
本開示に係る再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の混紡糸は、
再生炭素繊維が、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有すること、並びに
再生炭素繊維が、残留炭素成分を含み、残留炭素成分の含有量が、前記再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下であること、
を特徴とする。
The blended yarn of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber according to the present disclosure is
The recycled carbon fiber has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape factor of 6.0 or more, and the recycled carbon fiber contains a residual carbon component, and the content of the residual carbon component is be more than 0% by weight and 5.0% by weight or less with respect to the fiber,
characterized by
本開示に係る混紡糸は、一般的な紡績方法で製造することができる。この紡績方法は、梳綿、練条、粗紡の各工程を含んでよい。ここで、梳綿工程は、不連続な各繊維の集合体を分けほぐして開繊し、混合した単繊維を一方向に配向させて太いスライバーを製造する工程であってよく、練条工程は、数本のスライバーを合糸して、引き伸ばしながら繊維配向度を更に向上させる工程であってよく、粗紡工程は、このスライバーを更に引き伸ばして撚りを与えることによって混紡糸を巻き取る工程でありえる。 The blended yarn according to the present disclosure can be produced by common spinning methods. The spinning process may include carding, drawing and roving steps. Here, the carding step may be a step in which aggregates of discontinuous fibers are separated and opened, and the mixed single fibers are oriented in one direction to produce a thick sliver. The roving step can be a step of winding a blended yarn by further stretching and twisting the sliver.
スライバーの引張強度は、単繊維同士の接触又は絡み合いによる摩擦力で与えられるため、各繊維が良好に開繊し、単繊維同士の接触面積若しくは絡み合いが増えることで引張強度は向上し、また、単繊維切れを抑制して単繊維同士の繋ぎ目を増やさないことで引張強度の低下を抑制できる。撚りを強めることでも、単繊維同士の接触面積が増えるため、引張強度は向上する。摩擦力を補うため、必要に応じて、各繊維、又はスライバーに油剤を塗付してもよい。 The tensile strength of the sliver is given by the frictional force due to the contact or entanglement of the single fibers, so that each fiber spreads well and the contact area or entanglement between the single fibers increases, which improves the tensile strength. A decrease in tensile strength can be suppressed by suppressing single fiber breakage and increasing the number of joints between single fibers. Strengthening the twist also increases the contact area between the single fibers, thereby improving the tensile strength. In order to supplement the frictional force, each fiber or sliver may be oiled as necessary.
一般に、炭素繊維は、捲縮性がなく、表面平滑性も高いため、単繊維同士の絡み合いは弱く、更には、高弾性率低伸度で硬いため、比較的折れて切れ易いという特徴を有する。再生炭素繊維と混紡する熱可塑性樹脂繊維は、単繊維同士の絡み合いを高める効果を担っており、少量の熱可塑性樹脂繊維を混紡することでも、スライバーの引張強度は大きく向上する。 In general, carbon fibers have no crimp and have high surface smoothness, so the entanglement between single fibers is weak, and furthermore, they are hard with high elastic modulus and low elongation, so they are relatively easy to break and cut. . The thermoplastic resin fiber blended with the recycled carbon fiber has the effect of increasing the entanglement of the single fibers, and even by blending a small amount of the thermoplastic resin fiber, the tensile strength of the sliver is greatly improved.
理論によって限定する意図はないが、本開示に係る混紡糸は、再生炭素繊維の単繊維引張強度におけるワイブル形状係数が高いことから、引張強度のばらつきは小さく、同等の引張強度を持つ一般的な未使用の炭素繊維と比較しても、引張強度が低い単繊維が比較的少ないため、再生炭素繊維の単繊維切れが比較的に抑制されると考えられる。 Although not intended to be limited by theory, the blended yarn according to the present disclosure has a high Weibull shape factor in the single fiber tensile strength of the recycled carbon fiber, so the variation in tensile strength is small, and a general Compared to unused carbon fibers, there are relatively few single fibers with low tensile strength, so it is thought that single fiber breakage of recycled carbon fibers is relatively suppressed.
また、熱処理して分解する方法で得られる再生炭素繊維の一般的な特徴として、再生炭素繊維に酸化欠陥が生成することで引張強度が低下し易いこと、及び樹脂成分の炭化物が残留炭素成分として再生炭素繊維に含まれることがある。残留炭素成分は、再生炭素繊維の単繊維同士を強固に結着することがある。紡績糸の製造において、残留炭素成分は、梳綿工程での開繊、及び単繊維同士の絡み合いを妨げると考えられる。 In addition, as a general feature of recycled carbon fibers obtained by a method of heat treatment and decomposition, the tensile strength tends to decrease due to the generation of oxidation defects in the recycled carbon fibers, and the carbide of the resin component serves as a residual carbon component. May be contained in recycled carbon fiber. The residual carbon component may strongly bind the monofilaments of the recycled carbon fibers. In the production of spun yarn, residual carbon content is believed to interfere with fiber opening and entanglement of single fibers during the carding process.
理論によって限定する意図はないが、本開示に係る混紡糸は、残留炭素成分の含有量が比較的低い再生炭素繊維を原料とすることから、単繊維同士の絡み合いが得られ易い。 Although not intending to be limited by theory, the blended yarn according to the present disclosure is made from recycled carbon fibers having a relatively low content of residual carbon components, so that single fibers are easily entangled with each other.
上述の理由から、本開示に係る混紡糸は、単繊維同士の絡み合いによる摩擦力が得られ易いことにより、紡績工程張力に対する糸抜けを起こさずに、安定して製造されるための引張強度が得られ易いと考えられる。 For the reasons described above, the blended yarn according to the present disclosure can easily obtain a frictional force due to the entanglement of the single fibers, so that the yarn is not pulled out due to the tension in the spinning process, and the tensile strength for stable production is high. It is considered to be easy to obtain.
本開示は、上述の混紡糸を有する炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットも含む。この炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、
芯鞘構造を有していること、
混紡糸が芯成分であること、及び
熱可塑性樹脂が鞘成分であること、
を特徴とする。
The present disclosure also includes carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets having the blended yarns described above. This carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellet is
having a core-sheath structure;
The blended yarn is the core component, and the thermoplastic resin is the sheath component,
characterized by
本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、本開示に係る混紡糸を連続炭素繊維の代替物として用いること以外は、一般的な長繊維強化ペレットの製造方法と同様にして、混紡糸を熱可塑性樹脂で被覆処理して得られる樹脂ストランドをカットすることで製造することができることから、不連続炭素繊維を熱可塑性樹脂に混錬分散した樹脂ストランドをカットすることで製造される短繊維強化ペレットと比較して、比較的繊維長の長い再生炭素繊維を含むことができる。すなわち、本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、射出成形機等に供給されることで、機械物性等が優れる炭素繊維含有製品を製造することができる。 The carbon fiber-reinforced thermoplastic resin pellets according to the present disclosure are produced by producing a blended yarn in the same manner as in a general method for producing long fiber-reinforced pellets, except that the blended yarn according to the present disclosure is used as a substitute for continuous carbon fibers. Since it can be produced by cutting resin strands obtained by coating with thermoplastic resin, short fiber reinforcement produced by cutting resin strands in which discontinuous carbon fibers are kneaded and dispersed in thermoplastic resin Compared to pellets, it can contain recycled carbon fibers having a relatively long fiber length. That is, the carbon fiber-reinforced thermoplastic resin pellets according to the present disclosure can be supplied to an injection molding machine or the like to produce a carbon fiber-containing product having excellent mechanical properties and the like.
以下、本開示に係る発明について、さらに詳細に説明する。 Hereinafter, the invention according to the present disclosure will be described in further detail.
<再生炭素繊維>
再生炭素繊維(リサイクルされた炭素繊維)は、炭素繊維成分、及び炭素繊維成分以外の炭素成分(特には残留炭素成分)を含む。通常、再生炭素繊維中で、炭素繊維成分以外の炭素成分は、炭素繊維成分の表面に付着している。
<Recycled Carbon Fiber>
Regenerated carbon fibers (recycled carbon fibers) contain carbon fiber components and carbon components other than the carbon fiber components (in particular, residual carbon components). Generally, in recycled carbon fibers, carbon components other than the carbon fiber components adhere to the surface of the carbon fiber components.
本開示に係る再生炭素繊維は、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有すること、並びに、残留炭素成分を含み、この残留炭素成分の含有量が、再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下であることを、特徴とする。 The recycled carbon fiber according to the present disclosure has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape factor of 6.0 or more, and contains a residual carbon component, and the content of the residual carbon component is It is characterized by being more than 0% by weight and not more than 5.0% by weight with respect to the fiber.
当該特徴を有する再生炭素繊維であれば、再生方法は特に限定されないが、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)などの炭素繊維含有プラスチック製品を熱処理することによって得られた再生炭素繊維であってよい。 The method of regeneration is not particularly limited as long as the recycled carbon fiber has such characteristics. For example, it may be a recycled carbon fiber obtained by heat-treating a carbon fiber-containing plastic product such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP). .
特に好ましくは、再生炭素繊維は、半導体熱活性法によって得られた再生炭素繊維である。すなわち、本開示の特に好ましい実施態様は、炭素繊維含有プラスチック製品に含有されるプラスチック成分を、半導体熱活性法によって分解して製造された再生炭素繊維を含む。 Particularly preferably, the recycled carbon fiber is a recycled carbon fiber obtained by a semiconductor thermal activation method. That is, a particularly preferred embodiment of the present disclosure includes recycled carbon fibers produced by decomposing plastic components contained in carbon fiber-containing plastic products by a semiconductor thermal activation method.
なお、「半導体熱活性法」(TASC法)は、半導体の熱活性(Thermal Activation of Semi-conductors、TASC)を利用してポリマーなどの被分解化合物を分解する方法である。 The "semiconductor thermal activation method" (TASC method) is a method of decomposing a compound to be decomposed such as a polymer by utilizing the thermal activation of semi-conductors (TASC).
半導体熱活性法を用いて本開示に係る特性を有する再生炭素繊維を得る方法については、後述する。 A method for obtaining recycled carbon fibers having properties according to the present disclosure using the semiconductor thermal activation method is described below.
<単繊維引張強度>
単繊維引張強度は、好ましくは、3.1GPa以上、3.2GPa以上、3.3GPa以上、又は3.4GPa以上である。なお、単繊維引張強度の上限は特に限定されないが、6.0GPa以下であってよい。
<Single fiber tensile strength>
Single fiber tensile strength is preferably 3.1 GPa or more, 3.2 GPa or more, 3.3 GPa or more, or 3.4 GPa or more. Although the upper limit of the single fiber tensile strength is not particularly limited, it may be 6.0 GPa or less.
単繊維引張強度は、JIS R7606に準拠して、下記のとおりにして計測することができる:
繊維束から少なくとも30本の単繊維を採取し、
デジタルマイクロスコープによって撮影した単繊維の側面画像において単繊維の直径を計測して、断面積を算出し、
サンプリングした単繊維を、穴あき台紙に接着剤を用いて固定し、
単繊維を固定した台紙を、引張試験機に取り付け、試長10mm、歪速度1mm/分で引張試験を行って引張破断応力を測定し、
単繊維の断面積及び引張破断応力から引張強度を算出し、
少なくとも30本の単繊維の引張強度の平均を、単繊維引張強度とする。
Single fiber tensile strength can be measured in accordance with JIS R7606 as follows:
taking at least 30 single fibers from the fiber bundle;
Measure the diameter of the single fiber in the side image of the single fiber taken with a digital microscope, calculate the cross-sectional area,
Fixing the sampled single fiber to a perforated mount with an adhesive,
The mount on which the single fibers are fixed is attached to a tensile tester, and a tensile test is performed with a sample length of 10 mm and a strain rate of 1 mm/min to measure the tensile breaking stress.
Calculate the tensile strength from the cross-sectional area and tensile breaking stress of the single fiber,
The average tensile strength of at least 30 single fibers is taken as the single fiber tensile strength.
<ワイブル形状係数>
ワイブル形状係数は、好ましくは、6.5以上、7.0以上、7.5以上、8.0以上、又は8.5以上である。ワイブル形状係数の上限は特に限定されないが、15.0以下であってよい。なお、単繊維引張強度のワイブル形状係数が高いことは、単繊維引張強度のばらつきが小さいことを意味している。
<Weibull Shape Factor>
The Weibull shape factor is preferably 6.5 or greater, 7.0 or greater, 7.5 or greater, 8.0 or greater, or 8.5 or greater. Although the upper limit of the Weibull shape factor is not particularly limited, it may be 15.0 or less. A high Weibull shape factor of the single fiber tensile strength means that the variation of the single fiber tensile strength is small.
ワイブル形状係数は、下記の式に従って算出することができる:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
式中、Fは、対称試料累積分布法により求められる破壊確率、σは、単繊維引張強度(MPa)、mは、ワイブル形状係数、Cは、定数である。
The Weibull shape factor can be calculated according to the following formula:
lnln {1/(1−F)}=m×lnσ+C
In the formula, F is the fracture probability determined by the symmetric sample cumulative distribution method, σ is the single fiber tensile strength (MPa), m is the Weibull shape factor, and C is a constant.
lnln{1/(1-F)}とlnσとでワイブルプロットし、1次近似した傾きから、ワイブル形状係数mを求めることができる。 Weibull plotting is performed with lnln {1/(1−F)} and lnσ, and the Weibull shape factor m can be obtained from the linearly approximated slope.
<炭素繊維成分>
再生炭素繊維中の炭素繊維成分は、通常、再生炭素繊維の原料となった炭素繊維含有製品等に含有されていた炭素繊維に由来する。再生炭素繊維中の炭素繊維成分は、再生炭素繊維の製造の過程で熱処理等を受けることによって改質されていてもよい。
<Carbon fiber component>
The carbon fiber component in the recycled carbon fiber is usually derived from the carbon fiber contained in the carbon fiber-containing product or the like that is the raw material of the recycled carbon fiber. The carbon fiber component in the recycled carbon fiber may be modified by being subjected to heat treatment or the like during the manufacturing process of the recycled carbon fiber.
再生炭素繊維中の炭素繊維成分は、例えば、PAN系炭素繊維、又はピッチ系炭素繊維であってよい。 The carbon fiber component in the recycled carbon fiber may be, for example, PAN-based carbon fiber or pitch-based carbon fiber.
再生炭素繊維中の炭素繊維成分の形態は、特に制限されないが、複数の単糸(単繊維、フィラメント)から構成される炭素繊維束の形態であってよい。炭素繊維束を構成するフィラメントの構成本数は、1,000本~80,000本、又は3,000本~50,000本の範囲であってよい。また、再生炭素繊維中の炭素繊維成分を構成するフィラメントの直径は、0.1μm~30μm、1μm~10μm、又は3μm~8μmであってよい。 The form of the carbon fiber component in the recycled carbon fiber is not particularly limited, but may be in the form of a carbon fiber bundle composed of a plurality of single yarns (single fibers, filaments). The number of filaments constituting the carbon fiber bundle may range from 1,000 to 80,000 or from 3,000 to 50,000. In addition, the diameter of the filaments constituting the carbon fiber component in the recycled carbon fiber may be 0.1 μm to 30 μm, 1 μm to 10 μm, or 3 μm to 8 μm.
<残留炭素成分>
再生炭素繊維に含有される残留炭素成分は、特には、再生炭素繊維を製造する際に原料として用いた炭素繊維含有プラスチック製品に含まれていた樹脂に由来する残留炭素である。
<Residual carbon component>
The residual carbon component contained in the recycled carbon fiber is, in particular, residual carbon derived from the resin contained in the carbon fiber-containing plastic product used as a raw material when producing the recycled carbon fiber.
本開示では、残留炭素成分が、再生炭素繊維に対して、0重量%超5.0重量%以下である。この場合には、紡績工程張力に対する糸抜け耐性が向上した混紡糸を得ることができる。 In the present disclosure, the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber. In this case, it is possible to obtain a blended yarn with improved yarn pull-out resistance against the tension in the spinning process.
また、残留炭素成分が0重量%超5.0重量%以下である場合には、炭素成分(特には炭)が比較的多いことによる汚染を回避することができ、また、混紡糸を材料として炭素繊維含有製品等を製造する際に異物となりうる炭素成分を低減することができる。 In addition, when the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less, contamination due to a relatively large amount of carbon components (especially charcoal) can be avoided, and the blended yarn is used as a material. It is possible to reduce the carbon component that may become a foreign substance when manufacturing a carbon fiber-containing product or the like.
好ましくは、残留炭素成分は、再生炭素繊維に対して、4.0重量%以下、3.0重量%以下、又は2.0重量%以下である。残留炭素成分は、できるだけ低減されていることが好ましいが、炭素繊維に対して、0.1重量%以上、0.2重量%以上、0.4重量%以上、0.6重量%以上、0.8重量%以上、1.0重量%以上、若しくは1.2重量%以上であってもよい。 Preferably, the residual carbon content is 4.0% by weight or less, 3.0% by weight or less, or 2.0% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber. It is preferable that the residual carbon component is reduced as much as possible. 0.8% by weight or more, 1.0% by weight or more, or 1.2% by weight or more.
再生炭素繊維中の残留炭素成分の含有量は、熱重量分析法(TGA法)によって計測することができる。 The content of residual carbon components in the recycled carbon fiber can be measured by thermogravimetric analysis (TGA method).
熱重量分析法による残留炭素成分は、下記の手順で計測することができる:
(i)再生炭素繊維を粉砕して得た1~4mgのサンプル片に対して、熱重量分析計において、0.2L/minの空気供給速度、5℃/minの加熱上昇率、及び1/6sの記録速度で、
室温から100℃への昇温、
30分間にわたる100℃での保持、
100℃から400℃への昇温、及び、
400℃での保持
の工程を有し合計300分間にわたる熱重量分析を行い、
(ii)重量減少率を時間に対してプロットしたグラフにおいて、傾きの変曲点を特定し、当該変曲点における重量減少率の値から、100℃での保持期間における重量減少率を差し引くことによって、残留炭素量を算出する。
The residual carbon content by thermogravimetric analysis can be measured by the following procedure:
(i) A sample piece of 1 to 4 mg obtained by pulverizing recycled carbon fiber was measured with a thermogravimetric analyzer at an air supply rate of 0.2 L / min, a heating rate of 5 ° C / min, and 1/ At a recording speed of 6s,
temperature increase from room temperature to 100° C.,
hold at 100° C. for 30 minutes,
raising the temperature from 100°C to 400°C, and
Perform thermogravimetric analysis with a step of holding at 400 ° C. for a total of 300 minutes,
(ii) In a graph plotting the weight loss rate against time, identify the inflection point of the slope, and subtract the weight loss rate during the holding period at 100 ° C. from the weight loss rate value at the inflection point. Calculate the amount of residual carbon by
なお、上記の条件で傾きの変曲点を特定できない場合には、合計300分間にわたる熱重量分析の代わりに、480分間にわたる400℃での保持を伴う合計約600分間にわたる熱重量分析を行ってもよく、さらには、400℃で480分間にわたって保持する代わりに、400℃超500℃以下の範囲内の特定の温度で、480分間にわたって保持してもよい。 If the inflection point of the slope cannot be specified under the above conditions, instead of thermogravimetric analysis for a total of 300 minutes, thermogravimetric analysis is performed for a total of about 600 minutes accompanied by holding at 400 ° C. for 480 minutes. Further, instead of holding at 400° C. for 480 minutes, it may be held at a specific temperature in the range of greater than 400° C. and up to and including 500° C. for 480 minutes.
また、再生炭素繊維がサイジング剤などに由来する樹脂を有している場合には、当該樹脂を除去した後で、上記の計測を行うことができる。 Further, when the recycled carbon fiber contains a resin derived from a sizing agent or the like, the above measurement can be performed after removing the resin.
<熱可塑性樹脂繊維>
本開示に係る混紡糸に含有される熱可塑性樹脂繊維としては、ポリオレフィン樹脂繊維(例えば、ポリプロピレン樹脂繊維及びポリエチレン樹脂繊維)、ポリエステル樹脂繊維(例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維、ポリブチレンテレフタレート樹脂繊維、及びポリ乳酸樹脂繊維)、ポリアミド樹脂繊維、ポリエーテルケトン樹脂繊維、ポリカーボネート樹脂繊維、フェノキシ樹脂繊維、並びにポリフェニレンスルフィド樹脂繊維が挙げられる。熱可塑性樹脂繊維は、1種のみであってよく、又は、2種以上の熱可塑性樹脂繊維の混合物であってもよい。
<Thermoplastic resin fiber>
The thermoplastic resin fibers contained in the blended yarn according to the present disclosure include polyolefin resin fibers (e.g., polypropylene resin fibers and polyethylene resin fibers), polyester resin fibers (e.g., polyethylene terephthalate resin fibers, polybutylene terephthalate resin fibers, and polylactic acid resin fiber), polyamide resin fiber, polyetherketone resin fiber, polycarbonate resin fiber, phenoxy resin fiber, and polyphenylene sulfide resin fiber. The thermoplastic resin fibers may be of only one type, or may be a mixture of two or more thermoplastic resin fibers.
≪混紡糸≫
混紡糸は、再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む紡績糸である。混紡糸は、例えば、再生炭素繊維に付与されるバインダ等を含むこともできる。また、混紡糸は、実質的に再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維からなる紡績糸であってもよい。
≪Blended Yarn≫
A blended yarn is a spun yarn containing recycled carbon fibers and thermoplastic resin fibers. The blended yarn can also contain, for example, a binder or the like that is applied to the recycled carbon fiber. Also, the blended yarn may be a spun yarn substantially composed of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber.
<再生炭素繊維の含有量>
再生炭素繊維の含有量は、好ましくは、混紡糸に対して、50重量%超98重量%以下である。特に好ましくは、55重量%超、60重量%超、65重量%超、若しくは70重量%超であってよく、かつ/又は、97重量%以下、96重量%以下、95重量%以下、94重量%以下、93重量%以下、92重量%以下、91重量%以下、若しくは90重量%以下であってよい。
<Content of recycled carbon fiber>
The content of the recycled carbon fiber is preferably more than 50% by weight and not more than 98% by weight with respect to the blended yarn. Particularly preferably, it may be more than 55% by weight, more than 60% by weight, more than 65% by weight or more than 70% by weight and/or up to 97% by weight, up to 96% by weight, up to 95% by weight, up to 94% by weight % or less, 93 wt.% or less, 92 wt.% or less, 91 wt.% or less, or 90 wt.% or less.
再生炭素繊維の含有量が50重量%超であれば、この再生炭素繊維を用いて本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造する際に、炭素繊維含有量を高める目的で熱可塑性樹脂での被覆量を少なくする必要がなく、被覆処理の安定性が向上する。再生炭素繊維の含有量が98重量%以下であれば、混紡する熱可塑性樹脂繊維との絡み合いが十分となり、紡績工程張力による糸抜けが起きにくくなる。 If the content of the recycled carbon fiber exceeds 50% by weight, when producing the carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets according to the present disclosure using the recycled carbon fiber, the thermoplastic resin is used for the purpose of increasing the carbon fiber content. There is no need to reduce the coating amount in , and the stability of the coating treatment is improved. If the content of the recycled carbon fiber is 98% by weight or less, the entanglement with the blended thermoplastic resin fiber is sufficient, and the yarn pull-out due to the tension in the spinning process is less likely to occur.
熱可塑性樹脂繊維の含有量は、混紡糸に対して、50重量%以下、40重量%以下、若しくは30重量%以下であってよく、かつ/又は、3重量%超、4重量%超、5重量%超、6重量%超、7重量%超、8重量%超、9重量%超、若しくは10重量%超であってよい。 The content of thermoplastic resin fibers may be 50 wt% or less, 40 wt% or less, or 30 wt% or less, and/or more than 3 wt%, more than 4 wt%, 5 It may be greater than 6 wt%, greater than 7 wt%, greater than 8 wt%, greater than 9 wt%, or greater than 10 wt%.
<繊維の平均長さ>
混紡糸に含有される再生炭素繊維は、20mm以上80mm以下の平均長さを有することができる。この範囲の長さを有する繊維は、例えば、比較的長い寸法を有する繊維を切断処理することによって得ることができる。再生炭素繊維の平均長さは、それぞれ、20mm以上、30mm以上、若しくは40mm以上であってよく、かつ/又は、80mm以下、70mm以下、若しくは60mm以下であってよい。
<Average fiber length>
The recycled carbon fibers contained in the blended yarn may have an average length of 20 mm or more and 80 mm or less. Fibers having lengths in this range can be obtained, for example, by cutting fibers having relatively long dimensions. The average length of the recycled carbon fibers may be 20 mm or more, 30 mm or more, or 40 mm or more, and/or may be 80 mm or less, 70 mm or less, or 60 mm or less, respectively.
混紡糸に含有される熱可塑性樹脂繊維は、20mm以上80mm以下の平均長さを有することができる。この範囲の長さを有する繊維は、例えば、比較的長い寸法を有する繊維を切断処理することによって得ることができる。熱可塑性樹脂繊維の平均長さは、それぞれ、20mm以上、30mm以上、若しくは40mm以上であってよく、かつ/又は、80mm以下、70mm以下、若しくは60mm以下であってよい。 The thermoplastic resin fibers contained in the blended yarn can have an average length of 20 mm or more and 80 mm or less. Fibers having lengths in this range can be obtained, for example, by cutting fibers having relatively long dimensions. The thermoplastic fibers may each have an average length of 20 mm or more, 30 mm or more, or 40 mm or more, and/or may be 80 mm or less, 70 mm or less, or 60 mm or less.
混紡糸の製造において、再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の平均長さが20mm以上の場合は、スライバーの紡績工程張力に対する糸抜け耐性を向上させることができる。
再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の平均長さが80mm以下である場合には、製造設備部品への巻き付きを低減することができる。
In the production of the blended yarn, if the average length of the recycled carbon fiber and the thermoplastic resin fiber is 20 mm or more, it is possible to improve the yarn dropout resistance against the tension during the spinning process of the sliver.
When the average length of the recycled carbon fiber and the thermoplastic resin fiber is 80 mm or less, it is possible to reduce the winding around parts of manufacturing equipment.
再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の平均長さは、それぞれ、目視でノギス等を用いて、又はデジタルカメラ若しくは光学顕微鏡などで取得された画像において、50本の繊維の長さを計測し、計測値を平均することによって、算出することができる。 The average length of the recycled carbon fiber and the thermoplastic resin fiber is measured by visually using a vernier caliper or the like, or by measuring the length of 50 fibers in an image obtained with a digital camera or an optical microscope. It can be calculated by averaging the values.
<混紡糸の製造方法>
上述のとおり、本開示に係る再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の混紡糸は、一般的な紡績方法で製造することができる。すなわち、本開示に係る混紡糸の製造方法は、不連続な各繊維の集合体を分けほぐして開繊し、混合した単繊維を一方向に配向させて太いスライバーを製造する梳綿工程、数本のスライバーを合糸して、引き伸ばしながら繊維配向度を更に向上させる練条工程、このスライバーを更に引き伸ばして撚りを与えることによって混紡糸を巻き取る粗紡工程を含んでよい。
<Method for producing blended yarn>
As described above, the blended yarn of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber according to the present disclosure can be produced by a general spinning method. That is, the method for producing a blended yarn according to the present disclosure includes a carding step of separating and opening aggregates of discontinuous fibers and orienting the mixed single fibers in one direction to produce a thick sliver. It may include a drawing step in which the sliver is combined and stretched to further improve the degree of fiber orientation, and a roving step in which the sliver is further stretched and twisted to wind the blended yarn.
混紡糸を製造する際に、バインダを適用することができる。バインダは、特には、熱可塑性樹脂繊維に対する再生炭素繊維の結合を促進する役割を有する。バインダを適用するタイミングは特に限定されないが、再生炭素繊維に対して直接に適用してもよく、又は、再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維を含む混紡糸に対して適用してもよい。バインダは、例えば、エポキシ系樹脂であってよい。バインダの適用方法は特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば、バインダの溶液又は分散液中に再生炭素繊維又は混紡糸を浸漬し、乾燥することによって、バインダの適用を行うことができる。なお、バインダの量は、再生炭素繊維に対して、0.1重量%~25重量%、又は1重量%~20重量%であってよい。 A binder can be applied when producing the blended yarn. The binder, in particular, has a role of promoting bonding of the recycled carbon fibers to the thermoplastic resin fibers. The timing of applying the binder is not particularly limited, but it may be applied directly to the recycled carbon fiber, or may be applied to the blended yarn containing the recycled carbon fiber and the thermoplastic resin fiber. The binder may be, for example, an epoxy resin. The method of applying the binder is not particularly limited, and a known method can be used. For example, the binder can be applied by immersing the recycled carbon fiber or blended yarn in a binder solution or dispersion and drying. can. The amount of the binder may be 0.1% to 25% by weight, or 1% to 20% by weight with respect to the recycled carbon fiber.
≪炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット≫
本発明によれば、本開示に係る混紡糸を芯成分、熱可塑性樹脂を鞘成分とする、芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットが提供される。本開示に係るペレットは、再生炭素繊維を熱可塑性樹脂に混錬分散してなる短繊維強化ペレットと比較して、繊維長の比較的長い再生炭素繊維を含むことから、射出成形機等に供給されることで、機械物性等が優れる炭素繊維含有製品を製造することができる。
≪Carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets≫
According to the present invention, carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets having a core-sheath structure are provided, in which the blended yarn according to the present disclosure is used as the core component and the thermoplastic resin is used as the sheath component. The pellets according to the present disclosure contain recycled carbon fibers with a relatively long fiber length compared to short fiber reinforced pellets obtained by kneading and dispersing recycled carbon fibers in a thermoplastic resin, so they are supplied to injection molding machines and the like. By doing so, a carbon fiber-containing product having excellent mechanical properties and the like can be produced.
<炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法>
本開示に係る芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、混紡糸を熱可塑性樹脂で被覆処理することによって炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造すること、及びこのストランドをカットすることを含む方法によって製造することができ、より具体的には、上述のとおり、連続炭素繊維の代わりに本開示に係る混紡糸を用いること以外は、一般的な長繊維強化ペレットの製造方法と同様に、熱可塑性樹脂で被覆処理した樹脂ストランドをカットすることで、製造することができる。すなわち、巻き返しながら連続搬送される混紡糸が、混紡糸とは別の供給口から溶融させた熱可塑性樹脂が連続供給されるダイ中に通糸される被覆工程、ダイから吐出された炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドが冷却された後にカットされる切断工程を含む方法によって、製造することができる。
<Method for producing carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets>
The core-sheath structure carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets according to the present disclosure include producing a carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand by coating a blended yarn with a thermoplastic resin, and cutting the strand. More specifically, as described above, except that the blended yarn according to the present disclosure is used instead of continuous carbon fibers, similar to the method for producing general long fiber reinforced pellets, It can be produced by cutting a resin strand coated with a thermoplastic resin. That is, a coating process in which the blended yarn that is continuously conveyed while being rewound is passed through a die that is continuously supplied with a molten thermoplastic resin from a supply port different from the blended yarn, and a carbon fiber reinforced extruded from the die It can be manufactured by a method that includes a cutting step in which the thermoplastic resin strands are cooled and then cut.
<熱可塑性樹脂>
上記ペレットの製造において被覆処理に用いる熱可塑性樹脂(すなわちペレットの鞘成分を構成する熱可塑性樹脂)としては、ポリオレフィン樹脂(例えば、ポリプロピレン樹脂及びポリエチレン樹脂)、ポリエステル樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、及びポリ乳酸樹脂)、ポリアミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノキシ樹脂、並びにポリフェニレンスルフィド樹脂が挙げられる。この熱可塑性樹脂は、1種のみであってよく、又は、2種以上の熱可塑性樹脂の混合物であってもよい。
<Thermoplastic resin>
The thermoplastic resin used for the coating treatment in the production of the pellets (that is, the thermoplastic resin constituting the sheath component of the pellet) includes polyolefin resins (e.g., polypropylene resins and polyethylene resins), polyester resins (e.g., polyethylene terephthalate resins, poly butylene terephthalate resin, and polylactic acid resin), polyamide resin, polyetherketone resin, polycarbonate resin, phenoxy resin, and polyphenylene sulfide resin. The thermoplastic resin may be of only one type, or may be a mixture of two or more thermoplastic resins.
また、ペレットの鞘成分を構成する熱可塑性樹脂は、本開示に係る混紡糸に含まれる熱可塑性樹脂繊維と同じ種類であってよく、又は、異なる種類であってもよい。特には、ペレットの鞘成分を構成する熱可塑性樹脂の融点(T0(℃))が、本開示に係る混紡糸に含まれる熱可塑性樹脂繊維の融点(T1(℃))よりも、10超低いことが好ましい。この場合は、本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造する際に、混紡糸に含まれる熱可塑性樹脂繊維が溶融することを抑制し、混紡糸を被覆する熱可塑性樹脂のみが溶融する製造条件を設定し易くなるため、混紡糸をダイ中に安定して通糸できることがある。 Also, the thermoplastic resin that constitutes the sheath component of the pellet may be of the same type as the thermoplastic resin fibers contained in the blended yarn according to the present disclosure, or may be of a different type. In particular, the melting point (T0 (°C)) of the thermoplastic resin constituting the sheath component of the pellet is lower than the melting point (T1 (°C)) of the thermoplastic resin fiber contained in the blended yarn according to the present disclosure by more than 10%. is preferred. In this case, when producing the carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets according to the present disclosure, the thermoplastic resin fibers contained in the blended yarn are suppressed from melting, and only the thermoplastic resin covering the blended yarn melts. Since it becomes easier to set the manufacturing conditions, the blended yarn may be stably threaded in the die.
また、被覆処理に用いる上記の熱可塑性樹脂には、流動性、外観光沢、難燃特性、熱安定性、耐候性、耐衝撃性などを向上させる目的で、機械強度を損なわない範囲で、各種ポリマー、充填剤、安定剤、顔料などを配合してもよい。 In addition, various types of thermoplastic resins may be added to the above-mentioned thermoplastic resins used for the coating treatment within the range that does not impair the mechanical strength for the purpose of improving fluidity, appearance gloss, flame retardancy, thermal stability, weather resistance, impact resistance, etc. Polymers, fillers, stabilizers, pigments, etc. may be incorporated.
<ペレットの芯鞘構造>
本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、本開示に係る混紡糸を熱可塑性樹脂で被覆処理して得られる炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドをカット(輪切り)することで製造されるため、混紡糸が芯成分、熱可塑性樹脂が鞘成分となる。
<Core-sheath structure of pellet>
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets according to the present disclosure are produced by cutting (slicing) the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands obtained by coating the blended yarn according to the present disclosure with a thermoplastic resin. The blended yarn is the core component, and the thermoplastic resin is the sheath component.
芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットにおける鞘成分としての熱可塑性樹脂の割合に関して、鞘成分としての熱可塑性樹脂が、混紡糸に含有される再生炭素繊維100重量部に対して、50重量部~1000重量部であることが好ましく、100重量部~750重量部であることがさらに好ましく、250重量部~500重量部であることが最も好ましい。 Regarding the ratio of the thermoplastic resin as the sheath component in the core-sheath structure carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets, the thermoplastic resin as the sheath component is 50 parts by weight per 100 parts by weight of the recycled carbon fiber contained in the blended yarn. It is preferably 100 parts to 1000 parts by weight, more preferably 100 parts to 750 parts by weight, and most preferably 250 parts to 500 parts by weight.
<ペレットのカット長>
ペレットのカット長は、好ましくは、3mm以上10mm以下である。特に好ましくは、5mm以下であってよい。なお、ペレットのカット長は、特には、ペレットの芯構造の軸方向における長さに対応する。
<Cut length of pellet>
The cut length of the pellet is preferably 3 mm or more and 10 mm or less. Particularly preferably, it may be 5 mm or less. The cut length of the pellet particularly corresponds to the length in the axial direction of the core structure of the pellet.
ペレットのカット長が3mm以上であれば、再生炭素繊維の平均長さが比較的長くなるため、ペレットを成形原料とした炭素繊維含有製品の機械物性等がさらに向上しうる。ペレットのカット長が10mm以下であれば、成形加工時に再生炭素繊維が分散し易くなり、炭素繊維含有製品の機械物性等がさらに向上しうる。 If the cut length of the pellet is 3 mm or more, the average length of the recycled carbon fiber is relatively long, so that the mechanical properties of the carbon fiber-containing product using the pellet as a molding raw material can be further improved. If the cut length of the pellet is 10 mm or less, the recycled carbon fiber can be easily dispersed during molding, and the mechanical properties of the carbon fiber-containing product can be further improved.
なお、該芯鞘型ペレットの直径に特に制限はないが、ペレットのカット長の1/10以上2倍以下であってよく、ペレットのカット長の1/4以上かつ1倍以下であることが好ましい。ペレットの直径が小さすぎると、被覆ができない部分が発生することがある。逆に、ペレットの直径が大きすぎる場合、成形機への噛み込み不良が発生し、成形が難しくなることがある。 The diameter of the core-sheath type pellet is not particularly limited, but it may be 1/10 or more and 2 times or less of the cut length of the pellet, and it is preferably 1/4 or more and 1 time or less of the cut length of the pellet. preferable. If the diameter of the pellet is too small, there may be areas that cannot be coated. Conversely, if the diameter of the pellet is too large, it may be difficult to mold because it may not be properly bitten into the molding machine.
ペレットのカット長及び直径は、それぞれ、目視でノギス等を用いて、又はデジタルカメラ若しくは光学顕微鏡などで取得された画像において、30以上のペレットのカット長又は直径を計測し、計測値を平均することによって、算出することができる。 For the cut length and diameter of the pellet, measure the cut length or diameter of 30 or more pellets visually using a vernier caliper or the like, or in an image acquired with a digital camera or an optical microscope, and average the measured values. can be calculated by
図1は、本開示に係る芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット200を模式的に示す概略図である。図は説明のための概略図であり、縮尺どおりではない。芯鞘構造のペレット200は、芯成分210、及び鞘成分220を有する。また、ペレット200は、カット長L及び直径Rを有する。芯鞘構造のペレット200は、混紡糸からなる芯成分110及び熱可塑性樹脂からなる鞘成分120を有する芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド100をカット(切断処理、図1の「C」)することによって製造することができる。
FIG. 1 is a schematic diagram that schematically illustrates a carbon fiber reinforced
≪半導体熱活性法による再生炭素繊維の製造方法≫
半導体熱活性法を用いて本開示に係る特性を有する再生炭素繊維を得る方法について、下記に説明する。下記では、まず、プラスチック含有材料を分解する方法について説明し、そして、この分解方法を用いて、プラスチック及び無機材料(炭素繊維)を含有するプラスチック含有材料から無機材料(炭素繊維)を回収する方法を説明する。
≪Manufacturing method of recycled carbon fiber by semiconductor thermal activation method≫
A method for obtaining recycled carbon fibers having properties according to the present disclosure using the semiconductor thermal activation method is described below. In the following, first, a method for decomposing plastic-containing materials will be described, and then, using this decomposition method, a method for recovering inorganic materials (carbon fibers) from plastic-containing materials containing plastics and inorganic materials (carbon fibers). explain.
<プラスチック含有材料の分解方法>
本開示に係るプラスチック含有材料の分解方法は、
プラスチック含有材料を、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスが導入された加熱炉内の雰囲気中において、半導体材料の存在下、第1表面温度まで加熱して、プラスチック含有材料中のプラスチックを分解すること、
を含む。
<Method for decomposing materials containing plastic>
A method for decomposing a plastic-containing material according to the present disclosure comprises:
The plastic-containing material is heated to a first surface temperature in the presence of a semiconductor material in an atmosphere in a heating furnace into which a low-oxygen gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced, and the plastic in the plastic-containing material is to decompose
including.
図2は、本発明に係る分解方法を説明するための概念的な断面図である。本発明に係るプラスチック含有材料の分解機構について、以下に説明する。なお、理論によって本発明を制限する意図はない。 FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view for explaining the disassembly method according to the present invention. The decomposition mechanism of the plastic-containing material according to the present invention will be described below. No theory is intended to limit the present invention.
酸素雰囲気下で半導体材料11を加熱すると、半導体材料11中に正孔h+及び電子e-が発生し、この電子e-が雰囲気中の酸素O2と反応してO2
-ラジカル(活性酸素)が発生すると考えられる。そして、半導体材料11に隣接して配置されているプラスチック含有材料12において、ラジカル伝播が起こり、プラスチック含有材料12が、低分子成分へと分解され、さらに、CO2、H2O、CH4等の分解ガスへと酸化分解される。ラジカルは、プラスチックから水素を引き抜くことによって、プラスチックの酸化分解を促進すると考えられる。
When the
半導体材料を用いることによって、半導体材料を用いない場合と比較して、プラスチックの分解のために導入する熱を低減することができ、結果として、エネルギー消費量を低減することができる。 By using a semiconductor material, the heat introduced for decomposition of the plastic can be reduced compared to the case where the semiconductor material is not used, and as a result, energy consumption can be reduced.
従来の半導体の熱活性に基づくプラスチック分解法は、加熱処理の過程で過剰な酸化発熱が起こる場合があった。従来の方法では、酸素濃度が制御されていない大気中で加熱処理を行っていたため、過剰なラジカルが発生し、結果として、過剰な酸化発熱が起こっていたと考えられる。 In the conventional plastic decomposition method based on the thermal activation of semiconductors, excessive oxidation heat may occur in the heat treatment process. In the conventional method, the heat treatment was carried out in the air where the oxygen concentration was not controlled, so it is believed that excessive radicals were generated and as a result, excessive oxidation heat was generated.
これに対して、本件発明者らは、半導体材料の存在下であっても、酸素濃度を比較的低い値とすることによって、過剰な酸化発熱を抑制しつつ効率的にプラスチックを熱処理することができることを見出した。 In contrast, the inventors of the present invention have found that even in the presence of a semiconductor material, by setting the oxygen concentration to a relatively low value, it is possible to efficiently heat-treat the plastic while suppressing excessive oxidation heat generation. I found what I can do.
特に、プラスチックの加熱分解における初期段階では、プラスチックの量が比較的多いことに起因して、過剰な酸化発熱が発生するおそれが高い。これに対して、本開示に係る方法によれば、比較的低い酸素濃度で効率的に加熱処理を行うので、分解の初期段階であっても、過剰な酸化発熱の発生を抑制することができる。 Especially in the early stages of the thermal decomposition of plastics, there is a high possibility that excessive oxidation heat will be generated due to the relatively large amount of plastics. On the other hand, according to the method according to the present disclosure, the heat treatment is efficiently performed at a relatively low oxygen concentration, so even in the initial stage of decomposition, excessive oxidation heat generation can be suppressed. .
したがって、本開示に係る方法によれば、半導体材料の存在下で加熱処理を行うので、比較的低い酸素濃度でも良好な分解効率を得ることができ、かつ、加熱炉における酸素濃度を比較的低い値とすることによって、過剰な酸化発熱を抑制し、安定性が向上した分解処理を達成することが可能となっている。 Therefore, according to the method according to the present disclosure, since the heat treatment is performed in the presence of the semiconductor material, good decomposition efficiency can be obtained even with a relatively low oxygen concentration, and the oxygen concentration in the heating furnace is relatively low. By setting the value, it is possible to suppress excessive oxidation heat generation and achieve a decomposition treatment with improved stability.
本発明に係る分解法について、例示的な実施態様を描写した図面を参照して説明する。 The decomposition method according to the invention will now be described with reference to the drawings depicting exemplary embodiments.
図3は、本開示に係る分解方法の1つの実施態様を模式的に示す断面図である。図3に示されている加熱炉20は、熱源(ヒーター)23、ガス供給部24、排気口25、及び内部空間26を有している。加熱炉20の内部空間26に、多孔性の担体21が配置されており、半導体材料が、担体21の表面に担持されている。図3の実施態様では、プラスチック含有材料22が、この担体21に接触して配置されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view that schematically illustrates one embodiment of the disassembly method according to the present disclosure. The
加熱炉20の内部空間26の雰囲気の温度を、加熱炉20の熱源(ヒーター)23を介して制御し、それにより、プラスチック含有材料22の表面温度が特定の温度になるようにすることができる。プラスチック含有材料22の表面から5mm以内に配置された温度センサー27を介して、プラスチック含有材料22の表面温度を計測することができる。
The temperature of the atmosphere in the
酸素濃度10体積%未満の低酸素濃度ガスを、ガス供給部24を通じて、加熱炉20の内部空間26に導入する。炉内容量に応じて低酸素濃度ガスの導入速度を設定することによって、加熱炉20内の雰囲気の酸素濃度を制御することができる。低酸素濃度ガスは、例えば、加熱炉に設けられたガス供給部を介して加熱炉内に押し込むことができ、又は、排気口25に吸引圧を適用することによって、加熱炉内に吸引することができる。
A low oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the
低酸素濃度ガスは、例えば、空気と窒素ガスとの混合ガスである。空気と窒素ガスとの割合を選択することによって、加熱炉内の酸素濃度を制御することができる。 Low oxygen concentration gas is, for example, a mixed gas of air and nitrogen gas. By selecting the ratio of air and nitrogen gas, the oxygen concentration in the furnace can be controlled.
低酸素濃度ガスの導入によって酸素濃度を10体積%未満に制御した雰囲気中において、プラスチック含有材料を、第1表面温度、例えば、300℃~600℃の第1表面温度まで加熱する。これによって、プラスチック含有材料22に含有されるプラスチックが、水蒸気、二酸化炭素、及びメタンなどの分解ガスへと分解され、分解ガスが、加熱炉20の排気口25から排出される。
The plastic-containing material is heated to a first surface temperature, for example, 300° C. to 600° C., in an atmosphere in which the oxygen concentration is controlled to less than 10% by volume by introducing a low oxygen concentration gas. As a result, the plastic contained in the plastic-containing
上記の酸素濃度10体積%未満での加熱処理の後で、酸素濃度を10体積%以上に上昇させた加熱処理を、さらに行うことができる。 After the heat treatment with an oxygen concentration of less than 10% by volume, a heat treatment with an oxygen concentration of 10% by volume or more can be further performed.
また、加熱処理後に、プラスチック含有材料に含まれていた無機材料を回収することができる。 In addition, the inorganic material contained in the plastic-containing material can be recovered after the heat treatment.
以下で、本開示に係る分解方法についてより詳細に説明する。 The decomposition method according to the present disclosure is described in more detail below.
<プラスチック含有材料>
プラスチック含有材料は、プラスチックを含有する。プラスチック含有材料は、プラスチック材料又はプラスチック複合材料であってよい。
<Materials containing plastic>
The plastic-containing material contains plastic. The plastic-containing material may be a plastic material or a plastic composite material.
プラスチック含有材料に含有されるプラスチックとしては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられる。 The plastics contained in the plastic-containing material include thermoplastic resins and thermosetting resins.
プラスチック含有材料に含有される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)樹脂、ポリスチレン(PS)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、ポリ乳酸(PLA)樹脂、ポリイミド(PI)樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)樹脂、ポリアセタール樹脂、石油樹脂、AS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリブテン(PB)樹脂、フッ素樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂が挙げられる。 Examples of the thermoplastic resin contained in the plastic-containing material include polycarbonate (PC) resin, polyethylene (PE) resin, polypropylene (PP) resin, polyvinyl chloride (PVC) resin, polystyrene (PS) resin, polyethylene terephthalate ( PET) resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polyamide (PA) resin, polylactic acid (PLA) resin, polyimide (PI) resin, polymethyl methacrylate (PMMA) resin, methacrylic resin, polyvinyl alcohol (PVA) resin , polyacetal resin, petroleum resin, AS resin, modified polyphenylene ether resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, polybutene (PB) resin, fluorine resin, polyacrylate resin, polyether ether ketone (PEEK) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin.
プラスチック含有材料に含有される熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ウレタンフォーム樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアネート樹脂が挙げられる。 Examples of thermosetting resins contained in plastic-containing materials include phenol resins, urethane foam resins, polyurethane resins, urea resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, melamine resins, alkyd resins, vinyl ester resins, and cyanate resins. mentioned.
プラスチック含有材料は、上記の熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含有することができる。 The plastic-containing material can contain at least one selected from the group consisting of the above thermoplastic resins and thermosetting resins.
(プラスチック複合材料)
プラスチック含有材料は、特には、プラスチック複合材料である。プラスチック複合材料は、例えば、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Platic)である。繊維強化プラスチックに含有される強化繊維としては、炭素繊維(カーボンファイバー)が挙げられる。
(plastic composite material)
Plastic-containing materials are, in particular, plastic composite materials. The plastic composite material is, for example, fiber reinforced plastic (FRP). Examples of reinforcing fibers contained in fiber-reinforced plastics include carbon fibers.
(炭素繊維強化プラスチック)
プラスチック複合材料は、特には、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)などの炭素繊維含有プラスチック製品である。炭素繊維強化プラスチックは、プラスチック及び炭素繊維材料を含有する。炭素繊維強化プラスチックは、他の部材及び/又は材料(例えば、炭素繊維以外の強化繊維、樹脂成型品、金属、セラミックスなど)を含んでいてもよい。
(carbon fiber reinforced plastic)
Plastic composite materials are in particular carbon fiber-containing plastic products such as carbon fiber reinforced plastics (CFRP). Carbon fiber reinforced plastics contain plastic and carbon fiber material. Carbon fiber reinforced plastics may contain other members and/or materials (for example, reinforcing fibers other than carbon fibers, resin moldings, metals, ceramics, etc.).
炭素繊維強化プラスチックに含有される炭素繊維は、特に限定されないが、PAN系炭素繊維、及びピッチ系炭素繊維が挙げられる。炭素繊維は、1種であってもよく、2種以上から構成されるものであってもよい。 The carbon fibers contained in the carbon fiber reinforced plastic are not particularly limited, but include PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers. The carbon fiber may be of one type or may be composed of two or more types.
炭素繊維強化プラスチックに含有される炭素繊維材料は、任意の形態であってよく、例えば、炭素繊維束、炭素繊維束から形成される織物、又は炭素繊維の不織布であってよい。 The carbon fiber material contained in the carbon fiber reinforced plastic may be in any form, and may be, for example, carbon fiber bundles, woven fabrics formed from carbon fiber bundles, or non-woven fabrics of carbon fibers.
<低酸素濃度ガスの導入>
本開示に係る方法では、
酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスを、加熱炉の雰囲気中に導入する。
<Introduction of low oxygen concentration gas>
In the method according to the present disclosure,
A low oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the atmosphere of the heating furnace.
好ましくは、加熱炉の雰囲気中に導入される低酸素濃度ガスの酸素濃度が、0体積%超、1体積%以上、2体積%以上、3体積%以上、若しくは4体積%以上、かつ/又は、9体積%以下、8体積%以下、若しくは7体積%以下である。 Preferably, the oxygen concentration of the low oxygen concentration gas introduced into the atmosphere of the heating furnace is more than 0% by volume, 1% by volume or more, 2% by volume or more, 3% by volume or more, or 4% by volume or more, and/or , 9% by volume or less, 8% by volume or less, or 7% by volume or less.
加熱炉に低酸素濃度ガスを導入するタイミングは、プラスチック含有材料に含有されるプラスチックの種類、及び当該プラスチックの分解が開始される表面温度などに応じて決定することができる。また、加熱炉に低酸素濃度ガスを導入するタイミングは、プラスチック含有材料の自己発熱に関して事前に取得したデータに基づいて決定することができる。 The timing of introducing the low oxygen concentration gas into the heating furnace can be determined according to the type of plastic contained in the plastic-containing material, the surface temperature at which decomposition of the plastic starts, and the like. In addition, the timing of introducing the low-oxygen concentration gas into the heating furnace can be determined based on previously acquired data regarding the self-heating of the plastic-containing material.
本開示に係る好ましい1つの実施態様では、加熱炉内に保持されているプラスチック含有材料の表面温度が300℃未満である間に、低酸素濃度ガスを、加熱炉の前記雰囲気中に導入する。 In one preferred embodiment of the present disclosure, a hypoxic gas is introduced into the atmosphere of the furnace while the surface temperature of the plastic-containing material held within the furnace is below 300°C.
さらに好ましくは、加熱炉内に保持されているプラスチック含有材料の表面温度が250℃以下、200℃以下、又は150℃以下である間に、加熱炉の雰囲気中に、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスを、導入する。 More preferably, while the surface temperature of the plastic-containing material held in the heating furnace is 250° C. or lower, 200° C. or lower, or 150° C. or lower, in the atmosphere of the heating furnace, the oxygen concentration is less than 10% by volume. A hypoxic gas is introduced.
さらに好ましくは、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスを、表面温度が300℃未満のプラスチック含有材料を保持している加熱炉の雰囲気中に導入し、それによって、加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を10体積%未満にする。 More preferably, a low oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the atmosphere of the furnace holding the plastic-containing material having a surface temperature of less than 300° C., thereby to less than 10% by volume of oxygen.
さらに好ましくは、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスを、表面温度が300℃未満のプラスチック含有材料を保持している加熱炉の雰囲気中に導入し、それによって、加熱炉内の雰囲気中の酸素濃度を、0体積%超、1体積%以上、2体積%以上、3体積%以上、若しくは4体積%以上、かつ/又は、9体積%以下、8体積%以下、若しくは7体積%以下に、制御する。 More preferably, a low oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the atmosphere of the furnace holding the plastic-containing material having a surface temperature of less than 300° C., thereby The oxygen concentration in the Control below.
加熱炉内の酸素濃度は、酸素濃度計(酸素モニター)によって直接測定することもでき、又は、炉内容積及び炉内へのガス導入量に基づいて決定することもできる。加熱炉内の酸素濃度は、好ましくは、加熱処理の間にわたる平均酸素濃度である。 The oxygen concentration in the heating furnace can be directly measured by an oxygen concentration meter (oxygen monitor), or can be determined based on the volume inside the furnace and the amount of gas introduced into the furnace. The oxygen concentration in the furnace is preferably the average oxygen concentration over the course of the heat treatment.
炉内への低酸素濃度ガスの導入は、例えば、加熱炉に設けられたガス供給部を介して低酸素濃度ガスを炉内に押し込むことによって行うことができ、又は、炉に設けられた吸引口(又は排気口)から吸引を行い、それによって、吸引口とは異なる場所に設けられたガス供給部からガスが炉内に流入するようにすることによって、行うことができる。加熱炉のガス供給部は、例えば、開口部を有してよく、かつ/又は、ガス透過性材料を有してよい。 Introduction of the low-oxygen gas into the furnace can be performed, for example, by pushing the low-oxygen gas into the furnace via a gas supply provided in the heating furnace, or a suction provided in the furnace. This can be done by providing suction through a port (or exhaust port) so that gas flows into the furnace from a gas supply provided at a location different from the suction port. The gas supply of the furnace may, for example, have openings and/or comprise a gas permeable material.
炉内へのガスの導入量は、分解される樹脂(例えばエポキシ樹脂)の単位樹脂量に基づき、加熱炉の容量及び所望の酸素濃度などに応じて設定することができる。 The amount of gas introduced into the furnace can be set based on the unit resin amount of the resin (for example, epoxy resin) to be decomposed, depending on the capacity of the heating furnace, the desired oxygen concentration, and the like.
例えば、単位樹脂量あたりの炉内へのガス導入量は、1~1000(L/min)/kg以下の範囲で、好ましくは2~700(L/min)/kg以下の範囲で決定することができる。また、決定されるガス導入量及び使用する加熱炉の容積に基づいて、導入されたガスによって炉内の雰囲気が置換される時間を、決定することができる。 For example, the amount of gas introduced into the furnace per unit amount of resin is in the range of 1 to 1000 (L/min)/kg or less, preferably in the range of 2 to 700 (L/min)/kg or less. can be done. Also, the time for replacing the atmosphere in the furnace with the introduced gas can be determined based on the determined amount of gas to be introduced and the volume of the heating furnace to be used.
特には、炉内容量に対する低酸素濃度ガスの導入量を設定し、それにより、加熱炉内に保持されているプラスチック含有材料の表面温度が300℃未満である間に、加熱炉内の雰囲気が、導入された低酸素濃度ガスによって置換されるようにすることができる。 In particular, the introduction amount of the low oxygen concentration gas is set with respect to the volume of the furnace so that the atmosphere in the heating furnace is maintained while the surface temperature of the plastic-containing material held in the heating furnace is less than 300 ° C. , can be replaced by the introduced hypoxic gas.
加熱炉内に導入される低酸素濃度ガスは、希釈ガスを含むことができ、特には、空気と希釈ガスとの混合ガスである。希釈ガスとしては、例えば、窒素ガス、炭酸ガス、水蒸気、及び過熱水蒸気が挙げられる。なお、過熱水蒸気は、沸点以上の温度に加熱された水蒸気である。過熱水蒸気は、被分解対象物への伝熱性が比較的高いという利点を有する。 The low oxygen concentration gas introduced into the heating furnace may contain a diluent gas, particularly a mixture of air and diluent gas. Examples of the diluent gas include nitrogen gas, carbon dioxide gas, steam, and superheated steam. Note that superheated steam is steam heated to a temperature equal to or higher than the boiling point. Superheated steam has the advantage of relatively high heat transfer to the object to be decomposed.
(加熱炉)
加熱炉は、燃焼炉又は電気炉であってよい。加熱炉は、例えば、プラスチック含有材料及び半導体材料を収容するための内部空間、加熱炉内の雰囲気を加熱するための熱源(ヒーター)、加熱炉内に低酸素濃度ガスを導入するためのガス供給部、分解ガスを排出するための排気口、及び、随意に、加熱炉内部に吸引圧を付与するための吸引口を有することができる。なお、1つの構造を、排気口及び吸引口として使用することもできる。排気口及び/又は吸引口として、例えば、加熱炉に設けられた1又は複数の開口部を用いることができる。
(heating furnace)
The heating furnace may be a combustion furnace or an electric furnace. The heating furnace has, for example, an internal space for containing the plastic-containing material and the semiconductor material, a heat source (heater) for heating the atmosphere in the heating furnace, and a gas supply for introducing a low oxygen concentration gas into the heating furnace. , an exhaust port for discharging cracked gases, and, optionally, a suction port for applying suction pressure to the interior of the furnace. Note that one structure can also be used as an exhaust port and a suction port. As an exhaust port and/or a suction port, for example, one or a plurality of openings provided in the heating furnace can be used.
(表面温度)
プラスチック含有材料の「表面温度」は、加熱処理中のプラスチック含有材料の周囲5mm以内における温度を計測することによって、決定することができる。
(Surface temperature)
The "surface temperature" of the plastic-containing material can be determined by measuring the temperature within 5 mm of the plastic-containing material during heat treatment.
プラスチック含有材料の表面温度は、例えば、加熱炉の熱源を介して加熱炉内の温度を制御することによって制御することができ、かつ/又は、低温ガスを加熱炉内に導入すること、及び/若しくは、酸素濃度を下げて酸化発熱を抑制することによって、制御することができる。 The surface temperature of the plastic-containing material can be controlled, for example, by controlling the temperature in the furnace via the heat source of the furnace, and/or by introducing a cold gas into the furnace, and/ Alternatively, it can be controlled by lowering the oxygen concentration to suppress oxidation heat generation.
また、プラスチック含有材料の表面から5mm以内に配置された温度センサーを介してプラスチック含有材料の表面温度を計測し、この計測値を加熱炉の熱源にフィードバックすることによって、さらに精度高く、表面温度を制御することもできる。 In addition, by measuring the surface temperature of the plastic-containing material via a temperature sensor placed within 5 mm from the surface of the plastic-containing material and feeding back this measured value to the heat source of the heating furnace, the surface temperature can be measured with higher accuracy. can also be controlled.
さらには、例えば、加熱炉内の温度及び/又は熱源の出力と、センサーで計測された表面温度との相関に関するデータをあらかじめ取得しておき、このデータに基づいて、加熱処理を行ってもよい。 Furthermore, for example, data on the correlation between the temperature in the heating furnace and/or the output of the heat source and the surface temperature measured by the sensor is obtained in advance, and the heat treatment may be performed based on this data. .
<加熱処理>
本開示に係る方法は、
プラスチック含有材料を、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスが導入された加熱炉内の雰囲気中において、半導体材料の存在下、第1表面温度まで加熱して、プラスチック含有材料中のプラスチックを分解すること、
を含む。
<Heat treatment>
A method according to the present disclosure includes:
The plastic-containing material is heated to a first surface temperature in the presence of a semiconductor material in an atmosphere in a heating furnace into which a low-oxygen gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced, and the plastic in the plastic-containing material is to decompose
including.
好ましくは、この加熱処理は、低酸素濃度ガスが導入されることによって酸素濃度が10体積%未満となった雰囲気中で行い、特には、0体積%超、1体積%以上、2体積%以上、3体積%以上、若しくは4体積%以上の酸素濃度下で行い、かつ/又は、9体積%以下、8体積%以下、若しくは7体積%以下の酸素濃度下で行う。 Preferably, this heat treatment is performed in an atmosphere in which the oxygen concentration is less than 10% by volume by introducing a low oxygen concentration gas, particularly more than 0% by volume, 1% by volume or more, 2% by volume or more. , at an oxygen concentration of 3% by volume or more, or 4% by volume or more, and/or at an oxygen concentration of 9% by volume or less, 8% by volume or less, or 7% by volume or less.
(第1表面温度)
「第1表面温度」は、プラスチック含有材料の表面温度である。「第1表面温度」は、上記の「表面温度」と同様に、加熱処理中のプラスチック含有材料の周囲5mm以内における温度を計測することによって決定することができる。
(First surface temperature)
"First surface temperature" is the surface temperature of the plastic-containing material. The "first surface temperature" can be determined by measuring the temperature within 5 mm around the plastic-containing material during heat treatment, similarly to the "surface temperature" above.
第1表面温度は、300℃以上、325℃以上、若しくは350℃以上であってよく、かつ/又は、600℃以下、550℃以下、500℃以下、若しくは450℃以下であってよい。第1表面温度は、例えば、300℃~600℃、300℃~550℃、300℃~500℃、又は300℃~450℃である。 The first surface temperature may be 300°C or higher, 325°C or higher, or 350°C or higher, and/or may be 600°C or lower, 550°C or lower, 500°C or lower, or 450°C or lower. The first surface temperature is, for example, 300°C to 600°C, 300°C to 550°C, 300°C to 500°C, or 300°C to 450°C.
第1表面温度が上記の範囲未満であると、プラスチックの分解が起こらないことがある。また、第1表面温度が上記の範囲を超えると、プラスチック含有材料が炭素繊維等の有価物を含有する場合に、酸素存在下での加熱に伴う炭素繊維等の劣化及び/又は焼失が顕著となることがある。第1表面温度を比較的低温とすることによって、過剰な酸化発熱を抑制する効果が、さらに高まる。 If the first surface temperature is less than the above range, decomposition of the plastic may not occur. Further, when the first surface temperature exceeds the above range, when the plastic-containing material contains a valuable substance such as carbon fiber, the deterioration and/or burning of the carbon fiber due to heating in the presence of oxygen is remarkable. can be. By setting the first surface temperature to a relatively low temperature, the effect of suppressing excessive oxidation heat generation is further enhanced.
本開示の好ましい実施態様では、酸素濃度10体積%未満での加熱処理の間に、第1表面温度を、450℃以上の温度にする。加熱温度が比較的低い場合には、プラスチック含有材料の表面に生成した炭化物によってプラスチックのさらなる分解が抑制される場合があるが、表面温度を450℃以上の温度にすることによって、比較的酸素濃度が低くても炭化物を除去することができる。そのため、プラスチックの分解効率をさらに向上することが可能となる。 In a preferred embodiment of the present disclosure, the first surface temperature is brought to a temperature of 450° C. or higher during the heat treatment with an oxygen concentration of less than 10% by volume. When the heating temperature is relatively low, the carbides formed on the surface of the plastic-containing material may inhibit further decomposition of the plastic. Carbide can be removed even if the is low. Therefore, it becomes possible to further improve the decomposition efficiency of the plastic.
好ましくは、低酸素濃度ガス導入下での加熱処理を、所定の時間にわたって行う。この所定の時間は、1分~600分であってよく、好ましくは30分~300分、さらに好ましくは60分~180分である。なお、加熱炉の温度が300℃に達した時点、又はプラスチックの分解の開始が確認された時点を、上記「所定の時間」の始点とすることができる。 Preferably, the heat treatment under the introduction of a low-oxygen concentration gas is performed for a predetermined period of time. This predetermined time may be between 1 minute and 600 minutes, preferably between 30 minutes and 300 minutes, more preferably between 60 minutes and 180 minutes. The time when the temperature of the heating furnace reaches 300° C. or the time when the start of decomposition of the plastic is confirmed can be set as the starting point of the above-mentioned “predetermined time”.
(半導体材料)
半導体材料は、プラスチック含有材料と一緒に加熱炉内に配置してもよく、又は、あらかじめ半導体材料を加熱炉内に配置し、その後に、プラスチック含有材料を、半導体材料に隣接させて若しくは接触させて、配置してもよい。
(semiconductor material)
The semiconductor material may be placed in the furnace together with the plastic-containing material, or the semiconductor material may be placed in the furnace beforehand and the plastic-containing material then placed adjacent to or in contact with the semiconductor material. can be placed.
本開示に係る1つの実施態様では、加熱処理を受けるプラスチック含有材料と半導体材料とを、50mm以下の距離で互いに離して配置する。この目的のために、例えば、プラスチック含有材料と半導体材料との間に配置されるスペーサを用いることができる。 In one embodiment according to the present disclosure, the plastic-containing material and the semiconductor material undergoing heat treatment are spaced apart from each other by a distance of 50 mm or less. For this purpose, for example, spacers arranged between the plastic-containing material and the semiconductor material can be used.
プラスチック含有材料と半導体材料との間の距離は、両者が最も近接している場所において計測することができる。 The distance between the plastic-containing material and the semiconductor material can be measured where they are closest together.
また、本開示に係る好ましい別の実施態様では、加熱処理を受けるプラスチック含有材料と半導体材料とを、互いに接触して配置する。 In another preferred embodiment of the present disclosure, a plastic-containing material and a semiconductor material that are to undergo heat treatment are placed in contact with each other.
プラスチック含有材料と半導体材料との接触の様式は、特に制限されない。例えば、半導体材料の上にプラスチック含有材料を配置することによって、両者を接触させることができる。また、担体の表面に担持された半導体材料の上に、プラスチック含有材料を配置してもよい。さらには、プラスチック含有材料の少なくとも一部又は全体を半導体材料で取り囲むこと又は覆うことによって、両者を接触させることもできる。 The mode of contact between the plastic-containing material and the semiconductor material is not particularly limited. For example, the two can be brought into contact by placing a plastic-containing material over the semiconductor material. A plastic-containing material may also be placed over the semiconductor material carried on the surface of the carrier. Furthermore, the two can be brought into contact by surrounding or covering at least a portion or the entirety of the plastic-containing material with a semiconducting material.
半導体材料は、本発明の温度及び酸素濃度において安定であれば特に限定されない。半導体材料は、例えば、下記の物質からなる群から選択される少なくとも1つを含有する:
BeO,MgO,CaO,SrO,BaO,CeO2,ThO2,UO3,U3O8,TiO2,ZrO2,V2O5,Y2O3,Y2O2S,Nb2O5,Ta2O5,MoO3,WO3,MnO2,Fe2O3,MgFe2O4,NiFe2O4,ZnFe2O4,ZnCo2O4,ZnO,CdO,Al2O3,MgAl2O4,ZnAl2O4,Tl2O3,In2O3,SiO2,SnO2,PbO2,UO2,Cr2O3,MgCr2O4,FeCrO4,CoCrO4,ZnCr2O4,WO2,MnO,Mn3O4,Mn2O3,FeO,NiO,CoO,Co3O4,PdO,CuO,Cu2O,Ag2O,CoAl2O4,NiAl2O4,Tl2O,GeO,PbO,TiO,Ti2O3,VO,MoO2,IrO2,RuO2,CdS、CdSe,CdTe、Cu2O、Sb2O3、MnO3、及びCoCrO4。
The semiconductor material is not particularly limited as long as it is stable at the temperature and oxygen concentration of the present invention. The semiconductor material contains, for example, at least one selected from the group consisting of the following substances:
BeO, MgO , CaO , SrO, BaO , CeO2 , ThO2 , UO3 , U3O8 , TiO2 , ZrO2 , V2O5 , Y2O3 , Y2O2S , Nb2O5 , Ta2O5 , MoO3 , WO3 , MnO2 , Fe2O3 , MgFe2O4, NiFe2O4 , ZnFe2O4 , ZnCo2O4 , ZnO , CdO, Al2O3 , MgAl 2O4 , ZnAl2O4 , Tl2O3 , In2O3 , SiO2 , SnO2 , PbO2 , UO2 , Cr2O3 , MgCr2O4 , FeCrO4 , CoCrO4 , ZnCr2O 4 , WO2 , MnO, Mn3O4 , Mn2O3 , FeO, NiO, CoO , Co3O4 , PdO , CuO, Cu2O , Ag2O , CoAl2O4 , NiAl2O4 , Tl2O , GeO, PbO, TiO, Ti2O3 , VO , MoO2 , IrO2, RuO2 , CdS , CdSe, CdTe, Cu2O , Sb2O3 , MnO3 , and CoCrO4 .
好ましくは、半導体材料が、酸化物半導体材料である。好ましい酸化物半導体材料としては、酸化クロム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化鉄、及び酸化銅が挙げられる。 Preferably, the semiconductor material is an oxide semiconductor material. Preferred oxide semiconductor materials include chromium oxide, titanium oxide, zinc oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, cobalt oxide, iron oxide, and copper oxide.
半導体材料の形態は特に制限されず、例えば、板状、粒状、又はハニカム形状であってよい。プラスチックの分解を促進させる観点からは、半導体材料が、通気性を有する担体の表面に担持されていることが好ましい。通気性を有する担体は、セラミクス等からなる多孔体、ハニカム状支持体などであってよい。半導体材料は、半導体の焼結体であってもよい。 The form of the semiconductor material is not particularly limited, and may be plate-like, granular, or honeycomb-like, for example. From the viewpoint of promoting decomposition of the plastic, it is preferable that the semiconductor material is supported on the surface of the air-permeable carrier. The air-permeable carrier may be a porous body made of ceramics or the like, a honeycomb-shaped support, or the like. The semiconductor material may be a semiconductor sintered body.
<二段階加熱>
本開示の1つの好ましい実施態様に係る熱処理方法は、
第1表面温度での加熱処理に供されたプラスチック含有材料を、半導体材料の存在下、酸素濃度10体積%以上の雰囲気中において加熱すること、
を含む。
<Two-step heating>
A heat treatment method according to one preferred embodiment of the present disclosure comprises:
heating the plastic-containing material subjected to the heat treatment at the first surface temperature in the presence of the semiconductor material in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or more;
including.
酸素濃度10体積%以上での加熱処理は、好ましくは、10体積%超、12体積%以上、15体積%以上、若しくは20体積%以上の酸素濃度下で行われ、かつ/又は、30体積%以下、若しくは25体積%以下の酸素濃度で行われる。 Heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more is preferably performed at an oxygen concentration of more than 10% by volume, 12% by volume or more, 15% by volume or more, or 20% by volume or more, and / or 30% by volume. or less, or at an oxygen concentration of 25% by volume or less.
二段階加熱としても言及されるこの態様では、比較的低い酸素濃度で加熱処理されたプラスチック含有材料に対して、増加した酸素濃度の下で、さらに加熱処理を行う。 In this embodiment, also referred to as two-step heating, the plastic-containing material that has been heat treated at a relatively low oxygen concentration is further heat treated under an increased oxygen concentration.
プラスチックの加熱分解における初期段階では、プラスチックの量が比較的多いことに起因して、過剰な酸化発熱が発生するおそれが高い。これに対して、二段階加熱を伴う上記の実施態様では、比較的低い酸素濃度で行われる加熱処理の後で、酸素濃度を上昇させた加熱処理を行う。すなわち、プラスチックの分解が進んでプラスチック量が低減された段階で酸素濃度を高めた加熱を行うので、過剰な酸化発熱の発生を抑制することができる。 During the early stages of the pyrolysis of plastics, due to the relatively large amount of plastics, there is a high likelihood that excessive oxidation heat will be generated. In contrast, in the above-described embodiment involving two-step heating, the heat treatment at relatively low oxygen concentration is followed by the heat treatment with increased oxygen concentration. That is, at the stage when the decomposition of the plastic has progressed and the amount of the plastic has been reduced, the heating is performed with the oxygen concentration increased, so it is possible to suppress the generation of excessive oxidation heat.
また、比較的低い酸素濃度での加熱処理では、プラスチックの一部が気化せずに炭化物として残留する場合がある。これに対して、二段階加熱を伴う上記の実施態様では、酸素濃度を上昇させてさらに加熱処理を行うので、残留した炭化物を効率的に分解・除去することができ、結果として、分解効率をさらに向上させることができる。 Also, in the heat treatment at a relatively low oxygen concentration, part of the plastic may remain as carbide without being vaporized. On the other hand, in the above-described embodiment involving two-step heating, the oxygen concentration is increased and the heat treatment is further performed, so the remaining carbide can be efficiently decomposed and removed, and as a result, the decomposition efficiency is improved. It can be improved further.
低酸素濃度ガス導入下での加熱処理、及び酸素濃度10体積%以上での加熱処理は、同一の加熱炉内において連続的に行うことができる。すなわち、例えば、プラスチック含有材料を第1表面温度まで加熱した後で、同じ加熱炉において、酸素濃度を10体積%以上に上昇させ、さらに加熱処理を行うことができる。従来のプラスチック分解法では、バッチ処理に続いて処理対象物の細断等の処理を行う必要があったが、低酸素濃度ガス導入下での加熱処理、及び酸素濃度10体積%以上での加熱処理を同一の加熱炉内において連続的に行うことによって、工程数を省くことが可能となる。 The heat treatment under introduction of a low oxygen concentration gas and the heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more can be performed continuously in the same heating furnace. That is, for example, after heating the plastic-containing material to the first surface temperature, the oxygen concentration can be increased to 10% by volume or more in the same heating furnace, and heat treatment can be further performed. In the conventional plastic decomposition method, it was necessary to perform processing such as shredding of the processing object following batch processing, but heat processing under the introduction of low oxygen concentration gas and heating at an oxygen concentration of 10% by volume or more The number of steps can be reduced by continuously performing the treatments in the same heating furnace.
酸素濃度10体積%以上の雰囲気は、例えば、酸素濃度10体積%以上の高酸素濃度ガスを加熱炉内に導入することによって形成することができ、特には、加熱炉に空気及び/又は酸素ガスを導入することによって、形成することができる。高酸素濃度ガスの酸素濃度は、10体積%超、12体積%以上、15体積%以上、若しくは20体積%以上であってよく、かつ/又は、30体積%以下、若しくは25体積%以下であってよい。 An atmosphere with an oxygen concentration of 10% by volume or more can be formed, for example, by introducing a high oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 10% by volume or more into the heating furnace, in particular, air and / or oxygen gas into the heating furnace. can be formed by introducing The oxygen concentration of the oxygen-rich gas may be more than 10% by volume, 12% by volume or more, 15% by volume or more, or 20% by volume or more, and/or 30% by volume or less, or 25% by volume or less. you can
酸素濃度10体積%以上での加熱処理では、第1表面温度での加熱処理で用いた半導体材料を、使用することができる。 In the heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more, the semiconductor material used in the heat treatment at the first surface temperature can be used.
(第2表面温度)
特には、第1表面温度での加熱処理に供されたプラスチック含有材料を、半導体材料の存在下、酸素濃度10体積%以上の雰囲気中において、第2表面温度まで加熱する。
(Second surface temperature)
In particular, the plastic-containing material that has been subjected to the heat treatment at the first surface temperature is heated to the second surface temperature in the presence of the semiconductor material in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or more.
「第2表面温度」は、処理対象であるプラスチック含有材料の表面温度である。「第2表面温度」は、上記の「表面温度」及び「第1表面温度」と同様に、加熱処理中のプラスチック含有材料の周囲5mm以内における温度を計測することによって決定することができる。 "Second Surface Temperature" is the surface temperature of the plastic-containing material being treated. The "second surface temperature" can be determined by measuring the temperature within 5 mm around the plastic-containing material during heat treatment, similarly to the above "surface temperature" and "first surface temperature".
第2表面温度は、400℃~600℃の範囲であってよい。さらに好ましくは、第2表面温度は、425℃~575℃、又は450℃~550℃である。 The second surface temperature may range from 400°C to 600°C. More preferably, the second surface temperature is between 425°C and 575°C, or between 450°C and 550°C.
第2表面温度が上記の範囲未満であると、分解効率の向上が見られないことがある。また、第2表面温度が上記の範囲を超えると、プラスチック含有材料が炭素繊維等の有価物を含有する場合に、酸素存在下での加熱に伴う炭素繊維等の劣化及び/又は焼失が顕著となることがある。 If the second surface temperature is less than the above range, the decomposition efficiency may not be improved. Further, when the second surface temperature exceeds the above range, when the plastic-containing material contains a valuable substance such as carbon fiber, the deterioration and/or burning of the carbon fiber, etc. due to heating in the presence of oxygen is significant. can be.
第2表面温度は、第1表面温度と実質的に同じ温度であってよい。 The second surface temperature may be substantially the same temperature as the first surface temperature.
また、第2表面温度が、第1表面温度以上であってもよく、又は、第1表面温度よりも、少なくとも5℃、少なくとも10℃、少なくとも25℃、少なくとも50℃、若しくは少なくとも75℃高くてよい。 Also, the second surface temperature may be greater than or equal to the first surface temperature, or at least 5°C, at least 10°C, at least 25°C, at least 50°C, or at least 75°C higher than the first surface temperature. good.
酸素濃度10体積%以上での加熱処理を、所定の時間にわたって行うことができる。この所定の時間は、例えば、1分~600分、60分~360分、又は90分~300分であってよい。 Heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more can be performed for a predetermined period of time. This predetermined time can be, for example, 1 minute to 600 minutes, 60 minutes to 360 minutes, or 90 minutes to 300 minutes.
<用途>
本開示に係るプラスチック含有材料の分解方法によれば、広範囲な種類のプラスチックを効率的に気化分解することができる。また、本開示に係る分解方法は、揮発性有機化合物(VOC)、排煙、粒子状物質(PM)などにも適用可能であり、排ガス処理にも利用することができる。
<Application>
According to the method for decomposing a plastic-containing material according to the present disclosure, it is possible to efficiently vaporize and decompose a wide variety of plastics. In addition, the decomposition method according to the present disclosure can also be applied to volatile organic compounds (VOC), flue gas, particulate matter (PM), etc., and can be used for exhaust gas treatment.
≪無機材料の回収方法≫
プラスチック複合材料に含有される無機材料を回収する本開示に係る方法について、下記で説明する。
<<Method of collecting inorganic materials>>
Methods according to the present disclosure for recovering inorganic materials contained in plastic composites are described below.
本開示に係る回収方法の1つの実施態様では、プラスチック複合材料であるプラスチック含有材料が、プラスチック及び無機材料を含有しており、この回収方法が、
上記の分解方法によってプラスチック含有材料中のプラスチックを分解して無機材料を回収すること、
を含む。
In one embodiment of the recovery method of the present disclosure, the plastic-containing material, which is a plastic composite material, contains plastic and inorganic material, and the recovery method comprises:
recovering the inorganic material by decomposing the plastic in the plastic-containing material by the decomposition method;
including.
なお、本開示に係る回収方法で用いることができる本開示に係る分解方法及びその詳細については、プラスチック含有材料の分解方法に関する上記の記載を参照することができる。 For the decomposition method according to the present disclosure that can be used in the recovery method according to the present disclosure and details thereof, the above description regarding the decomposition method for plastic-containing materials can be referred to.
既述のとおり、本開示に係る分解方法によれば、効率的にプラスチックを分解することができる。したがって、本開示に係る回収方法によれば、プラスチック複合材料に含有されるプラスチックを効率的にかつ選択的に分解することができるため、良好な物性を有する無機材料を効率的に回収することができる。 As described above, according to the decomposition method according to the present disclosure, it is possible to efficiently decompose plastic. Therefore, according to the recovery method according to the present disclosure, the plastic contained in the plastic composite material can be efficiently and selectively decomposed, so that inorganic materials having good physical properties can be efficiently recovered. can.
また、本開示に係る回収方法では、プラスチック複合材料を破砕することなく、無機材料を回収することができる。なお、プラスチック複合材料を破砕することは、特に排除されず、随意に破砕を行うことができる。 Moreover, in the recovery method according to the present disclosure, the inorganic material can be recovered without crushing the plastic composite material. It should be noted that crushing of the plastic composite material is not specifically excluded and crushing can be carried out at will.
さらに、プラスチック複合材料から無機材料を回収する場合には、回収される無機材料の品質を維持する観点から、無機材料への加熱処理の影響をできる限り抑制する必要がある。この点、本開示に係る分解方法では、比較的低い酸素濃度によって過剰な酸化発熱が抑制されている。そのため、本開示に係る回収方法によれば、比較的良好な物性を有する無機材料を回収することが可能となる。 Furthermore, when recovering an inorganic material from a plastic composite material, it is necessary to suppress the influence of heat treatment on the inorganic material as much as possible from the viewpoint of maintaining the quality of the recovered inorganic material. In this regard, in the decomposition method according to the present disclosure, excessive oxidation heat generation is suppressed due to the relatively low oxygen concentration. Therefore, according to the recovery method according to the present disclosure, it is possible to recover an inorganic material having relatively good physical properties.
(二段階加熱)
本開示に係る回収方法の別の実施態様では、プラスチック複合材料としてのプラスチック含有材料を、二段階加熱に供する。すなわち、プラスチック複合材料を、低酸素濃度ガス導入下での加熱、及び、それに続く、酸素濃度10体積%以上での加熱処理に供することによって、プラスチックを分解して、無機材料を回収する。
(Two-stage heating)
In another embodiment of the recovery method of the present disclosure, the plastic-containing material as a plastic composite is subjected to two-step heating. That is, by subjecting the plastic composite material to heating under the introduction of a low oxygen concentration gas and subsequent heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more, the plastic is decomposed and the inorganic material is recovered.
無機材料を回収する場合には、過剰な酸化発熱による無機材料の物性劣化を抑えることが望ましく、さらに、プラスチックが炭化して無機材料に付着して残留することによる無機材料の物性劣化も抑えることが好ましい。この点、プラスチック複合材料を二段階加熱に供する態様では、過剰な酸化発熱が発生しやすい初期段階で比較的低酸素濃度にしていることで、過剰な酸化発熱に起因する無機材料の物性劣化が抑制されている。さらに、その後に、酸素濃度を上昇させた加熱処理をしているので、無機材料の上に残留した炭化樹脂を効率的に除去することができる。結果として、二段階加熱処理を介した無機材料の回収方法によって、回収される無機材料のさらに良好な物性を確保することができる。 When recovering inorganic materials, it is desirable to suppress deterioration of the physical properties of the inorganic materials due to excessive heat generated by oxidation. Furthermore, it is desirable to suppress deterioration of the physical properties of the inorganic materials due to carbonization of the plastic and remaining attached to the inorganic materials. is preferred. In this regard, in the embodiment in which the plastic composite material is subjected to two-stage heating, the physical property deterioration of the inorganic material due to the excessive oxidation heat generation is prevented by making the oxygen concentration relatively low in the initial stage where excessive oxidation heat generation is likely to occur. suppressed. Furthermore, since heat treatment is performed after that with an increased oxygen concentration, the carbonized resin remaining on the inorganic material can be efficiently removed. As a result, the method of recovering inorganic materials via two-step heat treatment can ensure better physical properties of the recovered inorganic materials.
(無機材料)
無機材料及びプラスチックを含有するプラスチック複合材料としては、炭素繊維強化プラスチックが挙げられる。
(inorganic material)
Plastic composite materials containing inorganic materials and plastics include carbon fiber reinforced plastics.
無機材料は、特には、炭素繊維(炭素繊維材料)である。 The inorganic material is in particular carbon fiber (carbon fiber material).
(炭素繊維)
炭素繊維強化プラスチックに含有される炭素繊維としては、特に限定されないが、PAN系炭素繊維、及びピッチ系炭素繊維が挙げられる。炭素繊維は、1種であってもよく、2種以上から構成されるものであってもよい。
(Carbon fiber)
The carbon fibers contained in the carbon fiber reinforced plastic are not particularly limited, but include PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers. The carbon fiber may be of one type or may be composed of two or more types.
炭素繊維強化プラスチックに含有される炭素繊維は、任意の形態であってよく、例えば、炭素繊維束、炭素繊維束から形成される織物、又は炭素繊維の不織布であってよい。 The carbon fibers contained in the carbon fiber reinforced plastic may be in any form, such as carbon fiber bundles, woven fabrics formed from carbon fiber bundles, or carbon fiber non-woven fabrics.
(回収物)
本開示に係る回収方法の1つの実施態様によれば、無機材料と共に回収されるプラスチック由来の残留炭素が低減されており、特には、当該残留炭素が、回収される無機材料の5重量%以下である。好ましくは、当該残留炭素が、回収される無機材料の、4重量%以下、3重量%以下、2重量%以下、1重量%以下、0.9重量%以下、0.5重量%以下、又は0.1重量%以下である。なお、残留炭素はできるだけ低減されていることが好ましいが、その下限が0.001重量%以上であってよい。
(Recovered material)
According to one embodiment of the recovery method according to the present disclosure, the plastic-derived residual carbon recovered together with the inorganic material is reduced, and in particular, the residual carbon is 5% by weight or less of the recovered inorganic material. is. Preferably, the residual carbon is 4 wt% or less, 3 wt% or less, 2 wt% or less, 1 wt% or less, 0.9 wt% or less, 0.5 wt% or less, or It is 0.1% by weight or less. The residual carbon content is preferably reduced as much as possible, but the lower limit may be 0.001% by weight or more.
さらに、本開示に係る回収方法によれば、炭素繊維強化プラスチックを製造する前の炭素繊維材料よりも優れた物性を有する炭素繊維材料を回収することができる。 Furthermore, according to the recovery method according to the present disclosure, it is possible to recover a carbon fiber material having physical properties superior to those of the carbon fiber material before manufacturing the carbon fiber reinforced plastic.
特に、本開示に係る回収方法によれば、炭素繊維強化プラスチックから、無機材料として、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有する炭素繊維を得ることができる。 In particular, according to the recovery method according to the present disclosure, carbon fibers having a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape factor of 6.0 or more can be obtained as inorganic materials from carbon fiber reinforced plastics.
(単繊維引張強度)
単繊維引張強度は、好ましくは、3.1GPa以上、3.2GPa以上、3.3GPa以上、又は3.4GPa以上である。なお、単繊維引張強度の上限は特に限定されないが、6.0GPa以下であってよい。
(single fiber tensile strength)
Single fiber tensile strength is preferably 3.1 GPa or more, 3.2 GPa or more, 3.3 GPa or more, or 3.4 GPa or more. Although the upper limit of the single fiber tensile strength is not particularly limited, it may be 6.0 GPa or less.
単繊維引張強度は、JIS R7606に準拠して、下記のとおりにして計測することができる:
繊維束から少なくとも30本の単繊維を採取し、
デジタルマイクロスコープによって撮影した単繊維の側面画像において単繊維の直径を計測して、断面積を算出し、
サンプリングした単繊維を、穴あき台紙に接着剤を用いて固定し、
単繊維を固定した台紙を、引張試験機に取り付け、試長10mm、歪速度1mm/分で引張試験を行って引張破断応力を測定し、
単繊維の断面積及び引張破断応力から引張強度を算出し、
少なくとも30本の単繊維の引張強度の平均を、単繊維引張強度とする。
Single fiber tensile strength can be measured in accordance with JIS R7606 as follows:
taking at least 30 single fibers from the fiber bundle;
Measure the diameter of the single fiber in the side image of the single fiber taken with a digital microscope, calculate the cross-sectional area,
Fixing the sampled single fiber to a perforated mount with an adhesive,
The mount on which the single fibers are fixed is attached to a tensile tester, and a tensile test is performed with a sample length of 10 mm and a strain rate of 1 mm/min to measure the tensile breaking stress.
Calculate the tensile strength from the cross-sectional area and tensile breaking stress of the single fiber,
The average tensile strength of at least 30 single fibers is taken as the single fiber tensile strength.
(ワイブル形状係数)
ワイブル形状係数は、好ましくは、6.5以上、7.0以上、7.5以上、8.0以上、又は8.5以上である。なお、ワイブル形状係数の上限は特に限定されないが、15.0以下であってよい。
(Weibull shape factor)
The Weibull shape factor is preferably 6.5 or greater, 7.0 or greater, 7.5 or greater, 8.0 or greater, or 8.5 or greater. Although the upper limit of the Weibull shape factor is not particularly limited, it may be 15.0 or less.
ワイブル形状係数は、下記の式に従って算出することができる:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
式中、Fは、対称試料累積分布法により求められる破壊確率、σは、単繊維引張強度(MPa)、mは、ワイブル形状係数、Cは、定数である。
The Weibull shape factor can be calculated according to the following formula:
lnln {1/(1−F)}=m×lnσ+C
In the formula, F is the fracture probability determined by the symmetric sample cumulative distribution method, σ is the single fiber tensile strength (MPa), m is the Weibull shape factor, and C is a constant.
lnln{1/(1-F)}とlnσとでワイブルプロットし、1次近似した傾きから、ワイブル形状係数mを求めることができる。 Weibull plotting is performed with lnln {1/(1−F)} and lnσ, and the Weibull shape factor m can be obtained from the linearly approximated slope.
<用途>
本開示に係る回収方法によれば、例えば、繊維強化プラスチック(FRP)、太陽電池パネル、電子回路等のマトリックス樹脂のみを効率的に分解し、強化繊維及びレアメタルなどの有価物を効率的に回収することができる。
<Application>
According to the recovery method according to the present disclosure, for example, only matrix resins such as fiber reinforced plastics (FRP), solar cell panels, and electronic circuits are efficiently decomposed, and valuables such as reinforcing fibers and rare metals are efficiently recovered. can do.
≪再生炭素繊維材料≫
本開示に係る再生炭素繊維材料(再生炭素繊維)は、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維材料を回収することによって、製造することができる。本開示の1つの実施態様では、この再生炭素繊維材料は、炭素繊維強化プラスチックを製造する前の炭素繊維よりも優れた物性を有することができる。
≪Recycled carbon fiber materials≫
The recycled carbon fiber material (recycled carbon fiber) according to the present disclosure can be produced by recovering the carbon fiber material from carbon fiber reinforced plastic. In one embodiment of the present disclosure, this recycled carbon fiber material can have physical properties that are superior to those of the carbon fiber before manufacturing the carbon fiber reinforced plastic.
再生炭素繊維材料を製造する方法は、特に限定されない。例えば、再生炭素繊維材料は、本開示に係る回収方法によって炭素繊維強化プラスチックから再生炭素繊維材料を回収することによって、製造することができる。 The method for producing the recycled carbon fiber material is not particularly limited. For example, the recycled carbon fiber material can be produced by recovering the recycled carbon fiber material from the carbon fiber reinforced plastic by the recovery method according to the present disclosure.
1つの実施態様では、再生炭素繊維材料が、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有する。単繊維引張強度及びワイブル形状係数は、既述の方法によって計測及び決定することができる。 In one embodiment, the recycled carbon fiber material has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or greater and a Weibull shape factor of 6.0 or greater. Single fiber tensile strength and Weibull shape factor can be measured and determined by the methods previously described.
再生炭素繊維材料の単繊維引張強度は、好ましくは、3.1GPa以上、3.2GPa以上、3.3GPa以上、又は3.4GPa以上である。 Single fiber tensile strength of the recycled carbon fiber material is preferably 3.1 GPa or more, 3.2 GPa or more, 3.3 GPa or more, or 3.4 GPa or more.
再生炭素繊維材料のワイブル形状係数は、好ましくは、6.5以上、7.0以上、7.5以上、8.0以上、又は8.5以上である。 The Weibull shape factor of the recycled carbon fiber material is preferably 6.5 or higher, 7.0 or higher, 7.5 or higher, 8.0 or higher, or 8.5 or higher.
(再生炭素繊維材料の製造方法)
特には、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有し、かつ残留炭素成分の含有量が再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下である再生炭素繊維材料を製造するための方法が、
プラスチック含有材料を、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスが導入された加熱炉内の雰囲気中において、半導体材料の存在下、第1表面温度まで加熱して、プラスチック含有材料中のプラスチックを分解すること、
を含み、
ここで、プラスチック含有材料が、炭素繊維材料を含有している炭素繊維強化プラスチックである。
(Method for producing recycled carbon fiber material)
In particular, it has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape factor of 6.0 or more, and the content of the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber. A method for producing a recycled carbon fiber material comprising:
The plastic-containing material is heated to a first surface temperature in the presence of a semiconductor material in an atmosphere in a heating furnace into which a low-oxygen gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced, and the plastic in the plastic-containing material is to decompose
including
Here, the plastic-containing material is carbon fiber reinforced plastic containing carbon fiber material.
また、特には、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有し、かつ残留炭素成分の含有量が再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下である再生炭素繊維を製造する方法が、
プラスチック含有材料を、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスが導入された加熱炉内の雰囲気中において、半導体材料の存在下、第1表面温度まで加熱し、かつ、前記第1表面温度での加熱処理に供されたプラスチック含有材料を、半導体材料の存在下、酸素濃度10体積%以上の雰囲気中において加熱することによって、プラスチック含有材料中のプラスチックを分解すること、
を含み、
ここで、プラスチック含有材料が、炭素繊維を含有している炭素繊維強化プラスチックである。
In particular, it has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape factor of 6.0 or more, and the content of the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight with respect to the recycled carbon fiber. A method for producing recycled carbon fiber is
A plastic-containing material is heated to a first surface temperature in the presence of a semiconductor material in an atmosphere in a heating furnace into which a low oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced, and the first surface temperature is Decomposing the plastic in the plastic-containing material by heating the plastic-containing material subjected to the heat treatment in the presence of the semiconductor material in an atmosphere with an oxygen concentration of 10% by volume or more,
including
Here, the plastic-containing material is carbon fiber reinforced plastic containing carbon fibers.
本開示に係る再生炭素繊維材料の製造方法の好ましい1つの実施態様では、低酸素濃度ガスを、プラスチック含有材料の表面温度が300℃未満である間に、加熱炉の雰囲気中に導入する。 In one preferred embodiment of the method for producing a recycled carbon fiber material according to the present disclosure, a hypoxic gas is introduced into the furnace atmosphere while the surface temperature of the plastic-containing material is below 300°C.
(残留炭素)
好ましくは、本開示に係る再生炭素繊維材料では、残留炭素の量が低減されており、特には、残留炭素が、再生炭素繊維材料に対して、5重量%以下である。さらに好ましくは、当該残留炭素が、再生炭素繊維材料に対して、4重量%以下、3重量%以下、2重量%以下、1重量%以下、0.9重量%以下、0.5重量%以下、又は0.1重量%以下である。
(residual carbon)
Preferably, the recycled carbon fiber material according to the present disclosure has a reduced amount of residual carbon, in particular, the residual carbon is 5% by weight or less relative to the recycled carbon fiber material. More preferably, the residual carbon is 4% by weight or less, 3% by weight or less, 2% by weight or less, 1% by weight or less, 0.9% by weight or less, or 0.5% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber material. , or 0.1% by weight or less.
なお、「残留炭素」は、再生炭素繊維材料を製造する際の原料である炭素繊維強化プラスチックに含有されていたプラスチックに由来する炭化成分である。 “Residual carbon” is a carbonized component derived from plastic contained in the carbon fiber reinforced plastic, which is the raw material for manufacturing the recycled carbon fiber material.
再生炭素繊維材料における残留炭素の量は、熱重量分析法(TGA)によって決定することができる。 The amount of residual carbon in recycled carbon fiber materials can be determined by thermogravimetric analysis (TGA).
熱重量分析法による残留炭素量の決定は、下記の手順で行うことができる:
(i)再生炭素繊維材料を粉砕して得た1~4mgのサンプル片に対して、熱重量分析計において、0.2L/minの空気供給速度、5℃/minの加熱上昇率、及び1/6sの記録速度で、
室温から100℃への昇温、
30分間にわたる100℃での保持、
100℃から400℃への昇温、及び、
400℃での保持
の工程を有し合計300分間にわたる熱重量分析を行い、
(ii)重量減少率を時間に対してプロットしたグラフにおいて、傾きの変曲点を特定し、当該変曲点における重量減少率の値から、100℃での保持期間における重量減少率を差し引くことによって、残留炭素量を算出する。
Determination of residual carbon content by thermogravimetric analysis can be performed by the following procedure:
(i) For a sample piece of 1 to 4 mg obtained by pulverizing a recycled carbon fiber material, in a thermogravimetric analyzer, an air supply rate of 0.2 L / min, a heating rate of 5 ° C. / min, and 1 /6s recording speed,
temperature increase from room temperature to 100° C.,
hold at 100° C. for 30 minutes,
raising the temperature from 100°C to 400°C, and
Perform thermogravimetric analysis with a step of holding at 400 ° C. for a total of 300 minutes,
(ii) In a graph plotting the weight loss rate against time, identify the inflection point of the slope, and subtract the weight loss rate during the holding period at 100 ° C. from the weight loss rate value at the inflection point. Calculate the amount of residual carbon by
上記の条件で傾きの変曲点を特定できない場合には、合計300分間にわたる熱重量分析の代わりに、480分間にわたる400℃での保持を伴う合計約600分間にわたる熱重量分析を行ってもよく、さらには、400℃で480分間にわたって保持する代わりに、400℃超500℃以下の範囲内の特定の温度で、480分間にわたって保持してもよい。 If the inflection point of the slope cannot be identified under the above conditions, instead of the thermogravimetric analysis for a total of 300 minutes, a thermogravimetric analysis for a total of about 600 minutes with a hold at 400° C. for 480 minutes may be performed. Furthermore, instead of holding at 400° C. for 480 minutes, a specific temperature in the range of greater than 400° C. and up to and including 500° C. may be held for 480 minutes.
以下で実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例は例示的なものであり、本願はこれに限定されない。 EXAMPLES The present invention will be described more specifically below using examples. It should be noted that the examples are illustrative, and the present application is not limited thereto.
≪実施例1≫
<材料の調製>
(再生炭素繊維)
実施例1では、再生炭素繊維として、本開示に係る方法によって、CFRPを原料として半導体熱活性法によって再生された、平均長さ50mm、平均単繊維直径6.7μm、単繊維引張強度4.7GPa、ワイブル形状係数7.0、残留炭素量0.6重量%の再生炭素繊維を用いた。
<<Example 1>>
<Preparation of materials>
(recycled carbon fiber)
In Example 1, as the recycled carbon fiber, by the method according to the present disclosure, CFRP was used as a raw material and regenerated by the semiconductor thermal activation method. , a Weibull shape factor of 7.0 and a residual carbon content of 0.6% by weight.
(単繊維引張強度)
単繊維引張強度は、JIS R7606に準拠して、下記のとおりにして計測した:
繊維束から少なくとも30本の単繊維を採取し、
デジタルマイクロスコープによって撮影した単繊維の側面画像において単繊維の直径を計測して、断面積を算出し、
サンプリングした単繊維を、穴あき台紙に接着剤を用いて固定し、
単繊維を固定した台紙を、引張試験機に取り付け、試長10mm、歪速度1mm/分で引張試験を行って引張破断応力を測定し、
単繊維の断面積及び引張破断応力から引張強度を算出し、
少なくとも30本の単繊維の引張強度の平均を、単繊維引張強度とした。
(single fiber tensile strength)
The single fiber tensile strength was measured according to JIS R7606 as follows:
taking at least 30 single fibers from the fiber bundle;
Measure the diameter of the single fiber in the side image of the single fiber taken with a digital microscope, calculate the cross-sectional area,
Fixing the sampled single fiber to a perforated mount with an adhesive,
The mount on which the single fibers are fixed is attached to a tensile tester, and a tensile test is performed with a sample length of 10 mm and a strain rate of 1 mm/min to measure the tensile breaking stress.
Calculate the tensile strength from the cross-sectional area and tensile breaking stress of the single fiber,
The average tensile strength of at least 30 single fibers was taken as the single fiber tensile strength.
(ワイブル形状係数)
ワイブル形状係数は、下記の式に従って算出した:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
(式中、Fは、対称試料累積分布法により求められる破壊確率、σは、単繊維引張強度(MPa)、mは、ワイブル形状係数、Cは、定数である。)。
lnln{1/(1-F)}とlnσとでワイブルプロットし、1次近似した傾きから、ワイブル形状係数mを求めた。
(Weibull shape factor)
The Weibull shape factor was calculated according to the following formula:
lnln {1/(1−F)}=m×lnσ+C
(Wherein, F is the fracture probability determined by the symmetric sample cumulative distribution method, σ is the single fiber tensile strength (MPa), m is the Weibull shape factor, and C is a constant.).
Weibull plotting was performed with lnln {1/(1−F)} and lnσ, and the Weibull shape factor m was obtained from the linearly approximated slope.
(残留炭素量)
再生炭素繊維における残留炭素成分の量は、熱重量分析(TGA法)によって、下記のとおりにして決定した:
(i)再生炭素繊維を粉砕して得た4mgのサンプル片に対して、熱重量分析計において、0.2L/minの空気供給速度、5℃/minの加熱上昇率、及び1/6sの記録速度で、室温から100℃への昇温、30分間にわたる100℃での保持、100℃から400℃への昇温、及び480分間にわたる400℃での保持からなる工程を有する熱重量分析を、合計約600分間にわたって行い、
(ii)重量減少率を時間に対してプロットしたグラフにおいて、傾きの変曲点を特定し、当該変曲点における重量減少率の値から、100℃での保持期間における重量減少率を差し引くことによって、残留炭素の量を算出した。
(Residual carbon content)
The amount of residual carbon components in the recycled carbon fiber was determined by thermogravimetric analysis (TGA method) as follows:
(i) For a 4 mg sample piece obtained by pulverizing recycled carbon fiber, in a thermogravimetric analyzer, an air supply rate of 0.2 L / min, a heating rate of 5 ° C. / min, and a heating rate of 1/6 s Thermogravimetric analysis was performed with the steps of ramping from room temperature to 100° C., holding at 100° C. for 30 minutes, ramping from 100° C. to 400° C., and holding at 400° C. for 480 minutes at recording speed. , for a total of about 600 minutes,
(ii) In a graph plotting the weight loss rate against time, identify the inflection point of the slope, and subtract the weight loss rate during the holding period at 100 ° C. from the weight loss rate value at the inflection point. The amount of residual carbon was calculated by
上記の再生炭素繊維をエポキシ系樹脂の水分散体に浸漬して引き上げた後、乾燥機中で乾燥し、再生炭素繊維に対して、熱可塑性樹脂とのバインダとして、2重量%のエポキシ系樹脂を塗付した。 After the above recycled carbon fiber is immersed in an aqueous dispersion of epoxy resin and pulled out, it is dried in a dryer. was applied.
(熱可塑性樹脂繊維)
実施例1では、熱可塑性樹脂繊維として、平均長さ38mmのポリアミド66樹脂繊維(PA66樹脂繊維(東レ株式会社製、1401-1.3T-38 E9)、単糸繊度1.3dtex、捲縮数17山/25mm、融点265℃)を用いた。
(Thermoplastic resin fiber)
In Example 1, as the thermoplastic resin fiber, polyamide 66 resin fiber (PA66 resin fiber (manufactured by Toray Industries, Inc., 1401-1.3T-38 E9) with an average length of 38 mm, single yarn fineness 1.3 dtex, number of crimps 17 crests/25 mm, melting point 265°C) was used.
<混紡糸の製造>
バインダを付与した上記再生炭素繊維を80重量%、上記PA66樹脂繊維を20重量%の比率で混合し、梳綿、練条、粗紡の各工程を経て紡績することによって、0.86g/mで連続する混紡糸(実施例1に係る混紡糸)を製造することができた。なお、粗紡工程では200回/mの撚りを与えた。
<Production of blended yarn>
80% by weight of the recycled carbon fiber with a binder and 20% by weight of the PA66 resin fiber are mixed and spun through each process of carding, drawing, and roving to obtain a weight of 0.86 g / m. A continuous blended yarn (blended yarn according to Example 1) could be produced. A twist of 200 turns/m was applied in the roving process.
<炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造>
次に、上記で得られた混紡糸を、出口径3mmの電線被覆用クロスヘッドダイを用いて、ポリアミド6(DSM製:Akulon(登録商標)F-X9182、融点220℃)で被覆し、これを長さ3mmに切断し、炭素繊維含有率が17質量%(炭素繊維100質量部あたり、ポリアミド6が463質量部)、直径2.6mm、カット長3mmの、射出成形に適した芯鞘型ペレット(実施例1に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット)を得た。
<Production of carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets>
Next, the blended yarn obtained above is coated with polyamide 6 (manufactured by DSM: Akulon (registered trademark) FX9182,
<射出成形評価>
得られた炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを原料として、110ton電動射出成形機(日本製鋼所製、J110AD)を用いて、シリンダー温度C1/C2/C3/C4/N=265℃/270℃/280℃/280℃/280℃(C1~C4はキャビティ、Nはノズル)にて成形サイクル40秒で射出成形し、肉厚4mmの引張試験用ダンベル(実施例1に係る成形体)を得た。得られた成形体は、分散不良による繊維状物質の塊や気泡は見られず、外観は良好であった。
<Injection molding evaluation>
Using the obtained carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets as a raw material, a 110-ton electric injection molding machine (manufactured by Japan Steel Works, Ltd., J110AD) was used to set cylinder temperatures C1 / C2 / C3 / C4 / N = 265 ° C. / 270 ° C. / 280. C./280.degree. C./280.degree. C. (where C1 to C4 are cavities and N is a nozzle), and injection molding was performed with a molding cycle of 40 seconds to obtain a dumbbell for tensile test (molded article according to Example 1) having a thickness of 4 mm. The resulting molded product had a good appearance without any lumps of fibrous substances or air bubbles due to poor dispersion.
得られたダンベルを試験片として、ISO 527(JIS K7161)に準拠して、引張強度の測定を行った。引張強度は200MPaと優れた機械物性を示した。 Using the obtained dumbbell as a test piece, the tensile strength was measured according to ISO 527 (JIS K7161). The tensile strength was 200 MPa, showing excellent mechanical properties.
また、成形体中に含まれる再生炭素繊維の平均繊維長は、0.33mmであった。 Further, the average fiber length of the recycled carbon fibers contained in the compact was 0.33 mm.
成形体中の再生炭素繊維の平均繊維長の評価は、下記のとおりにして行った:
得られた成形体から20mm×10mmの試験片を切り出し、550℃にて1.5時間有酸素雰囲気下で加熱し樹脂成分を燃焼除去した。残った炭素繊維を水に投入し、超音波振動により十分に攪拌させた。攪拌させた分散液を計量スプーンによりランダムに採取し評価用サンプルを得て、ニレコ社製画像解析装置Luzex APにて、繊維数3000本の長さを計測し、長さ平均を算出し、成形体中における炭素繊維の平均繊維長を求めた。
Evaluation of the average fiber length of the recycled carbon fibers in the compact was carried out as follows:
A test piece of 20 mm×10 mm was cut out from the obtained molded article and heated at 550° C. for 1.5 hours in an oxygen atmosphere to burn off the resin component. The remaining carbon fibers were put into water and sufficiently stirred by ultrasonic vibration. The stirred dispersion is randomly collected with a measuring spoon to obtain a sample for evaluation, and the length of 3000 fibers is measured with an image analysis device Luzex AP manufactured by Nireco, the length average is calculated, and the molding is performed. The average fiber length of carbon fibers in the body was determined.
実施例1に係る結果を下記の表1に示す。 The results for Example 1 are shown in Table 1 below.
≪比較例1≫
残留炭素量7.1重量%の再生炭素繊維を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、混紡糸の製造を試みた。なお、再生炭素繊維における単繊維引張強度、ワイブル形状係数は、残留炭素による単繊維同士の結着が強固であり、単繊維を分離採取することができなかったため、評価できなかった。
<<Comparative Example 1>>
An attempt was made to produce a blended yarn in the same manner as in Example 1, except that recycled carbon fibers with a residual carbon content of 7.1% by weight were used. The single fiber tensile strength and Weibull shape factor of the recycled carbon fibers could not be evaluated because the single fibers were strongly bound to each other by the residual carbon and the single fibers could not be separated and collected.
比較例1では、梳綿工程で、再生炭素繊維の単繊維同士の結着が十分に開繊されないこと、単繊維同士の絡み合いが少ないことが観察され、糸抜けが発生したため、連続する混紡糸を製造することはできなかった。結果を下記の表1に示す。 In Comparative Example 1, in the carding process, it was observed that the binding between the single fibers of the recycled carbon fibers was not sufficiently opened, and the entanglement between the single fibers was small, and the yarn came off. could not be manufactured. The results are shown in Table 1 below.
≪参考実施例1~3及び参考比較例1≫
参考実施例1~3及び参考比較例1では、プラスチック含有材料としての炭素繊維強化プラスチック(CFRP)板を加熱処理し、プラスチック分解効率を評価した。
<<Reference Examples 1 to 3 and Reference Comparative Example 1>>
In Reference Examples 1 to 3 and Reference Comparative Example 1, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) plate as a plastic-containing material was heat-treated to evaluate the plastic decomposition efficiency.
<参考実施例1>
参考実施例1は、下記のとおりにして行った。
<Reference Example 1>
Reference Example 1 was carried out as follows.
(材料の提供及び配置)
半導体材料としては、ハニカム構造を有する担体の表面に酸化クロム(Cr2O3、純度99%以上、純正化学社製)を適用したものを用いた。ハニカム構造を有する担体は、13セル/25mmであった。
(Provision and arrangement of materials)
As the semiconductor material, a carrier having a honeycomb structure and chromium oxide (Cr 2 O 3 , purity of 99% or more, manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) applied to the surface was used. The carrier with honeycomb structure had 13 cells/25 mm.
プラスチック含有材料としては、エポキシ樹脂含有比率41重量%のCFRP板を使用した。 A CFRP plate with an epoxy resin content of 41% by weight was used as the plastic-containing material.
加熱炉の炉内容積は、9Lであった。加熱炉の内部において、半導体材料としての酸化クロムを担持している担体の上に、CFRP板を配置した。担体とCFRP板とは、互いに接触して配置した。 The furnace internal volume of the heating furnace was 9L. Inside the heating furnace, a CFRP plate was placed on a carrier carrying chromium oxide as a semiconductor material. The carrier and CFRP plate were placed in contact with each other.
CFRP板の表面温度は、CFRP板の表面から5mm内に配置されたセンサーによって計測した。 The surface temperature of the CFRP plate was measured by a sensor arranged within 5 mm from the surface of the CFRP plate.
(加熱処理)
加熱炉のヒーター出力を介して加熱炉の内部温度を制御して、加熱炉の内部温度を上昇させた。
(Heat treatment)
The internal temperature of the furnace was increased by controlling the internal temperature of the furnace via the heater output of the furnace.
CFRP板の表面温度が300℃に到達する前に、酸素濃度6体積%の空気及び窒素ガスの混合ガスを、加熱炉内に導入した。混合ガスの加熱炉内への導入は、加熱炉の上方部に設けられた吸引口からガス導入量70L/minで吸引を行い、加熱炉の下方部に設けられたガス供給口から混合ガスを流入させることによって行った。加熱炉内の酸素濃度を、酸素モニターによって計測した。 Before the surface temperature of the CFRP plate reached 300° C., a mixed gas of air and nitrogen gas with an oxygen concentration of 6% by volume was introduced into the heating furnace. The mixed gas is introduced into the heating furnace by sucking from the suction port provided in the upper part of the heating furnace at a gas introduction rate of 70 L / min, and the mixed gas is introduced from the gas supply port provided in the lower part of the heating furnace. This was done by inflowing The oxygen concentration in the heating furnace was measured by an oxygen monitor.
上記混合ガスの導入によって酸素濃度6体積%に制御された雰囲気下で、30分間にわたって、加熱処理を行った。加熱処理の間に、加熱炉のヒーター出力を調節して、CFRP板の表面温度を376℃の第1表面温度にまで上昇させた。 Heat treatment was performed for 30 minutes in an atmosphere in which the oxygen concentration was controlled to 6% by volume by introducing the mixed gas. During the heat treatment, the heater power of the heating furnace was adjusted to raise the surface temperature of the CFRP plate to a first surface temperature of 376°C.
(評価)
参考実施例1に係る方法におけるプラスチック分解効率の評価は、加熱処理前のCFRP板の重量と加熱処理後のCFRP板の重量との差から重量減少率(wt%)を算出することによって行った。結果を表2に示す。
(evaluation)
Evaluation of the plastic decomposition efficiency in the method according to Reference Example 1 was performed by calculating the weight reduction rate (wt%) from the difference between the weight of the CFRP plate before heat treatment and the weight of the CFRP plate after heat treatment. . Table 2 shows the results.
<参考実施例2>
加熱炉において、担体とCFRP板とを30mmで互いに離して配置したこと、及び、加熱処理の間にCFRP板の表面温度を377℃まで上昇させたことを除いて、参考実施例1と同様にして、参考実施例2の加熱処理及び評価を行った。結果を表2に示す。
<Reference Example 2>
The same as Reference Example 1 except that the carrier and the CFRP plate were separated from each other by 30 mm in the heating furnace, and the surface temperature of the CFRP plate was raised to 377° C. during the heat treatment. Then, the heat treatment and evaluation of Reference Example 2 were performed. Table 2 shows the results.
<参考実施例3>
加熱処理の時間を60分間としたこと、及び、加熱処理の間にCFRP板の表面温度を371℃まで上昇させたことを除いて、参考実施例1と同様にして、参考実施例3の加熱処理及び評価を行った。結果を表2に示す。
<Reference Example 3>
Heating of Reference Example 3 in the same manner as in Reference Example 1, except that the heat treatment time was 60 minutes and the surface temperature of the CFRP plate was increased to 371 ° C. during the heat treatment. Processing and evaluation were carried out. Table 2 shows the results.
<参考比較例1>
半導体材料を用いなかったこと、及び、加熱処理の間にCFRP板の表面温度を370℃まで上昇させたことを除いて、参考実施例1と同様にして、参考比較例1の加熱処理及び評価を行った。結果を表2に示す。
<Reference Comparative Example 1>
Heat treatment and evaluation of Reference Comparative Example 1 were performed in the same manner as in Reference Example 1, except that no semiconductor material was used and the surface temperature of the CFRP plate was raised to 370 ° C. during the heat treatment. did Table 2 shows the results.
表2で見られるとおり、半導体材料の存在下、酸素濃度6体積%の低酸素濃度ガス導入下において、371℃~377℃の表面温度にまで加熱した参考実施例1~3は、半導体材料を用いない参考比較例1と比較して、プラスチック含有材料の分解効率が高かった。 As can be seen in Table 2, Reference Examples 1 to 3, which were heated to a surface temperature of 371° C. to 377° C. in the presence of a semiconductor material and under the introduction of a low oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 6 vol. The decomposition efficiency of the plastic-containing material was higher than that of Reference Comparative Example 1, which did not use the material.
なお、参考実施例3では、処理時間を60分間に延長したが、処理時間が30分間であった参考実施例1と比較して、重量減少率の増加は限定的であった。これは、加熱処理の間にサンプル表面が炭化物で覆われ、その結果として、分解効率が減少したものと考えられる。 In Reference Example 3, the treatment time was extended to 60 minutes, but the increase in the weight reduction rate was limited compared to Reference Example 1 in which the treatment time was 30 minutes. This is believed to be due to the fact that the sample surface was covered with carbides during the heat treatment, resulting in reduced decomposition efficiency.
≪参考実施例4及び参考比較例2≫
<参考実施例4>
表面温度500℃で60分間の加熱を行ったこと以外は、参考実施例1と同様にして、参考実施例4に係る処理及び評価を行った。結果を下記の表3に示す。
<<Reference Example 4 and Reference Comparative Example 2>>
<Reference Example 4>
The treatment and evaluation according to Reference Example 4 were performed in the same manner as in Reference Example 1, except that heating was performed at a surface temperature of 500° C. for 60 minutes. The results are shown in Table 3 below.
<参考比較例2>
半導体材料を用いなかったこと以外は、参考実施例4と同様にして、参考比較例2に係る処理及び評価を行った。結果を下記の表3に示す。
<Reference Comparative Example 2>
Processing and evaluation according to Reference Comparative Example 2 were performed in the same manner as in Reference Example 4, except that no semiconductor material was used. The results are shown in Table 3 below.
参考実施例4及び参考比較例2に係る処理を経た後のサンプルの写真を、それぞれ、図5及び図6に示す。また、処理前のサンプルの写真を、図4に示す。 Photographs of the samples after the treatments according to Reference Example 4 and Reference Comparative Example 2 are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. Also, a photograph of the sample before treatment is shown in FIG.
表3で見られるように、酸素濃度6体積%の低酸素濃度ガス導入下において半導体材料下で加熱処理を行った参考実施例4は、酸素濃度6体積%の低酸素濃度ガス導入下において半導体材料なしで加熱処理を行った参考比較例2と比較して、高いプラスチック分解効率を示した。 As can be seen in Table 3, Reference Example 4, in which heat treatment was performed under a semiconductor material under the introduction of a low oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 6% by volume, is a semiconductor material under the introduction of a low oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 6% by volume. Compared to Reference Comparative Example 2 in which heat treatment was performed without any material, high plastic decomposition efficiency was exhibited.
また、図6で見られるように、参考比較例2に係る処理後のサンプルの表面には、プラスチック由来の残留炭素が塊状に付着しており、一方で、図5で見られるように、参考実施例4に係る処理後のサンプルでは、そのような残留炭素の付着は確認されず、図4に示す処理前のサンプルの表面と同様に、比較的なめらかで均一性の高い表面を有していた。 In addition, as can be seen in FIG. 6, residual carbon derived from plastic adheres to the surface of the sample after the treatment according to Reference Comparative Example 2 in a lump. In the sample after the treatment according to Example 4, such attachment of residual carbon was not confirmed, and the surface was relatively smooth and highly uniform, similar to the surface of the sample before treatment shown in FIG. rice field.
≪参考実施例5~9≫
参考実施例5~9では、プラスチック含有材料としてのCFRP板又は圧力容器に対して、二段階加熱処理を行った。そして、分解効率を評価し、かつ、加熱処理によって得られた炭素繊維材料の物性を評価した。
<<Reference Examples 5 to 9>>
In Reference Examples 5 to 9, the CFRP plate or pressure vessel as the plastic-containing material was subjected to two-step heat treatment. Then, the decomposition efficiency was evaluated, and the physical properties of the carbon fiber material obtained by the heat treatment were evaluated.
<参考実施例5>
参考実施例5は、下記のとおりにして行った。
<Reference Example 5>
Reference Example 5 was carried out as follows.
(材料の提供及び配置)
半導体材料としては、ハニカム構造を有する担体の表面に酸化クロム(Cr2O3、純度99%以上、純正化学社製)を適用したものを用いた。ハニカム構造を有する担体は、13セル/25mmであった。
(Provision and arrangement of materials)
As the semiconductor material, a carrier having a honeycomb structure and chromium oxide (Cr 2 O 3 , purity of 99% or more, manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) applied to the surface was used. The carrier with honeycomb structure had 13 cells/25 mm.
プラスチック含有材料としては、エポキシ樹脂含有比率41重量%のCFRP板を使用した。処理前のCFRP板に含まれる炭素繊維材料の物性を、参考例1として、表4に示す。 A CFRP plate with an epoxy resin content of 41% by weight was used as the plastic-containing material. Table 4 shows the physical properties of the carbon fiber material contained in the CFRP plate before treatment as Reference Example 1.
加熱炉の炉内容積は、0.0525m3であった。加熱炉の内部で、半導体材料としての酸化クロムを担持している担体の上に、CFRP板を配置した。担体とCFRP板とは、互いに接触して配置した。 The furnace internal volume of the heating furnace was 0.0525 m 3 . Inside the heating furnace, a CFRP plate was placed on a carrier carrying chromium oxide as a semiconductor material. The carrier and CFRP plate were placed in contact with each other.
CFRP板の表面温度を、CFRP板の表面から5mm内に配置されたセンサーによって、計測した。 The surface temperature of the CFRP plate was measured by a sensor placed within 5 mm from the surface of the CFRP plate.
(加熱処理)
加熱炉のヒーター出力を介して加熱炉の内部温度を制御して、加熱炉の内部温度を上昇させた。そして、CFRP板の表面温度が300℃に到達する前に、酸素濃度8体積%の空気及び窒素ガスの混合ガスを、加熱炉内に導入した。加熱炉内への混合ガスの導入は、ガス導入量190L/minで吸引を行い、加熱炉に設けられたガス供給部から混合ガスを流入させることによって行った。
(Heat treatment)
The internal temperature of the furnace was increased by controlling the internal temperature of the furnace via the heater output of the furnace. Then, before the surface temperature of the CFRP plate reached 300° C., a mixed gas of air and nitrogen gas with an oxygen concentration of 8% by volume was introduced into the heating furnace. The mixed gas was introduced into the heating furnace by sucking at a gas introduction rate of 190 L/min and allowing the mixed gas to flow from a gas supply section provided in the heating furnace.
なお、参考実施例5、並びに下記の参考実施例6及び参考比較例4では、加熱炉内に設置した酸素モニターによって、加熱炉内の酸素濃度を測定した。参考実施例7~9に関しては、炉内容積及びガス導入量に基づいて炉内酸素濃度を決定した。 In Reference Example 5, and Reference Example 6 and Reference Comparative Example 4 below, the oxygen concentration in the heating furnace was measured by an oxygen monitor installed in the heating furnace. Regarding Reference Examples 7 to 9, the in-furnace oxygen concentration was determined based on the in-furnace volume and the amount of gas introduced.
CFRP板の表面温度が300℃の時点で、分解ガスの発生を確認した。 When the surface temperature of the CFRP plate reached 300°C, generation of cracked gas was confirmed.
上記混合ガスの導入によって酸素濃度8体積%に制御された雰囲気中で、120分間にわたって加熱処理を行った。加熱処理の間に、加熱炉のヒーター出力を調節して、CFRP板の表面温度を450℃の第1表面温度にまで上昇させた。 Heat treatment was performed for 120 minutes in an atmosphere in which the oxygen concentration was controlled to 8% by volume by introducing the mixed gas. During the heat treatment, the heater power of the heating furnace was adjusted to raise the surface temperature of the CFRP plate to a first surface temperature of 450°C.
(二次加熱処理)
そして、ガス吸引圧は保持したままで窒素ガスの供給を停止して空気のみを供給し、加熱炉内の酸素濃度が10体積%以上になったことを確認し、さらに加熱処理を行った。260分間にわたる加熱処理の間に、CFRP板の表面温度を500℃にまで上昇させた。なお、260分間にわたる平均酸素濃度は14体積%、最大酸素濃度は18体積%であった。
(Secondary heat treatment)
Then, while maintaining the gas suction pressure, the supply of nitrogen gas was stopped and only air was supplied. After confirming that the oxygen concentration in the heating furnace reached 10% by volume or more, heat treatment was further performed. The surface temperature of the CFRP plate was raised to 500° C. during the heat treatment for 260 minutes. The average oxygen concentration over 260 minutes was 14% by volume, and the maximum oxygen concentration was 18% by volume.
参考実施例5では、0.8kgのCFRP板を処理した。炉内容積に対する処理量は、15.2kg/m3であった。 In Reference Example 5, a 0.8 kg CFRP plate was treated. The throughput to the furnace internal volume was 15.2 kg/m 3 .
(残留炭素量)
加熱処理後に回収した炭素繊維材料におけるプラスチック由来の残留炭素量を、熱重量分析によって決定した。
(Residual carbon content)
The amount of residual plastic-derived carbon in the carbon fiber material recovered after heat treatment was determined by thermogravimetric analysis.
熱重量分析は、下記のとおりにして行った:
(i)回収した炭素繊維材料を粉砕して得た1~4mgのサンプル片に対して、熱重量分析計において、0.2L/minの空気供給速度、5℃/minの加熱上昇率、及び1/6sの記録速度で、室温から100℃への昇温、30分間にわたる100℃での保持、100℃から400℃への昇温、及び400℃での保持からなる工程を有する熱重量分析を、合計300分間にわたって行い、
(ii)重量減少率を時間に対してプロットしたグラフにおいて、傾きの変曲点を特定し、当該変曲点における重量減少率の値から、100℃での保持期間における重量減少率を差し引くことによって、残留炭素量を算出した。
Thermogravimetric analysis was performed as follows:
(i) For a sample piece of 1 to 4 mg obtained by pulverizing the recovered carbon fiber material, in a thermogravimetric analyzer, an air supply rate of 0.2 L / min, a heating rise rate of 5 ° C. / min, and Thermogravimetric analysis with the steps of ramping from room temperature to 100°C, holding at 100°C for 30 minutes, ramping from 100°C to 400°C, and holding at 400°C at a recording speed of 1/6 s. for a total of 300 minutes,
(ii) In a graph plotting the weight loss rate against time, identify the inflection point of the slope, and subtract the weight loss rate during the holding period at 100 ° C. from the weight loss rate value at the inflection point. The amount of residual carbon was calculated by
また、加熱処理の後に回収された炭素繊維材料について、繊維単糸径、及び単繊維引張強度を計測し、かつ、ワイブル形状係数を算出した。 Further, for the carbon fiber material recovered after the heat treatment, the fiber single yarn diameter and single fiber tensile strength were measured, and the Weibull shape factor was calculated.
(単繊維引張強度)
単繊維引張強度は、JIS R7606に準拠して、下記のとおりにして計測した:
繊維束から少なくとも30本の単繊維を採取し、
デジタルマイクロスコープによって撮影した単繊維の側面画像において単繊維の直径を計測して、断面積を算出し、
サンプリングした単繊維を、穴あき台紙に接着剤を用いて固定し、
単繊維を固定した台紙を、引張試験機に取り付け、試長10mm、歪速度1mm/分で引張試験を行って引張破断応力を測定し、
単繊維の断面積及び引張破断応力から引張強度を算出し、
少なくとも30本の単繊維の引張強度の平均を、単繊維引張強度とした。
(single fiber tensile strength)
The single fiber tensile strength was measured according to JIS R7606 as follows:
taking at least 30 single fibers from the fiber bundle;
Measure the diameter of the single fiber in the side image of the single fiber taken with a digital microscope, calculate the cross-sectional area,
Fixing the sampled single fiber to a perforated mount with an adhesive,
The mount on which the single fibers are fixed is attached to a tensile tester, and a tensile test is performed with a sample length of 10 mm and a strain rate of 1 mm/min to measure the tensile breaking stress.
Calculate the tensile strength from the cross-sectional area and tensile breaking stress of the single fiber,
The average tensile strength of at least 30 single fibers was taken as the single fiber tensile strength.
(ワイブル形状係数)
ワイブル形状係数は、下記の式に従って算出した:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
(式中、Fは、対称試料累積分布法により求められる破壊確率、σは、単繊維引張強度(MPa)、mは、ワイブル形状係数、Cは、定数である。)
(Weibull shape factor)
The Weibull shape factor was calculated according to the following formula:
lnln {1/(1−F)}=m×lnσ+C
(Wherein, F is the fracture probability determined by the symmetric sample cumulative distribution method, σ is the single fiber tensile strength (MPa), m is the Weibull shape factor, and C is a constant.)
lnln{1/(1-F)}とlnσとでワイブルプロットし、1次近似した傾きから、ワイブル形状係数mを求めた。 Weibull plotting was performed with lnln {1/(1−F)} and lnσ, and the Weibull shape factor m was obtained from the linearly approximated slope.
評価結果を、表4に示す。なお、繊維単糸径は、上記のとおりにして少なくとも30本の単繊維に関して計測した単繊維の直径の平均である。 Table 4 shows the evaluation results. The fiber single yarn diameter is the average diameter of the single fibers measured for at least 30 single fibers as described above.
<参考実施例6> <Reference Example 6>
プラスチック含有材料として圧力容器を用いたこと、ガス導入量127L/minで混合ガスを吸引したこと、並びに、酸素濃度、表面温度、及び加熱処理の時間を下記の表4のとおりとしたことを除いて、参考実施例5と同様にして、処理を行った。 Except that a pressure vessel was used as the plastic-containing material, the mixed gas was sucked at a gas introduction rate of 127 L / min, and the oxygen concentration, surface temperature, and heat treatment time were as shown in Table 4 below. Then, the treatment was carried out in the same manner as in Reference Example 5.
参考実施例6で処理した圧力容器は、アルミライナー及び44重量%のFRP(繊維強化プラスチック)を有しており、FRPは、31重量%の強化繊維及び13%のエポキシ樹脂を含有していた。強化繊維は、主に炭素繊維から構成され、少量のガラス繊維を含んでいた。圧力容器の容量は、2.0Lであった。 The pressure vessel treated in Reference Example 6 had an aluminum liner and 44 wt% FRP (fiber reinforced plastic), which contained 31 wt% reinforcing fibers and 13% epoxy resin. . The reinforcing fibers consisted primarily of carbon fibers with minor amounts of glass fibers. The volume of the pressure vessel was 2.0L.
参考実施例6で処理したFRP量は、0.47kgであった。炉内容積に対する処理量は、9.0kg/m3であった。 The amount of FRP treated in Reference Example 6 was 0.47 kg. The processing amount with respect to the furnace internal volume was 9.0 kg/m 3 .
参考実施例6に関するプラスチック分解効率の評価結果、及び、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。なお、二次加熱処理180分間にわたる平均酸素濃度は18体積%、最大酸素濃度は20体積%であった。 Table 4 shows the evaluation results of the plastic decomposition efficiency and the evaluation results of the physical properties of the recovered carbon fiber material in Reference Example 6. The average oxygen concentration over 180 minutes of secondary heat treatment was 18% by volume, and the maximum oxygen concentration was 20% by volume.
なお、処理前の上記の圧力容器に含まれる炭素繊維材料の物性を、参考例2として、表4に示す。 Table 4 shows the physical properties of the carbon fiber material contained in the pressure vessel before treatment as Reference Example 2.
<参考実施例7>
加熱炉の炉内容積が0.1435m3であったこと、過熱水蒸気と空気との混合ガスをガス導入量29L/minで加熱炉に導入したこと、並びに、表面温度及び加熱処理の時間を下記の表4のとおりとしたことを除いて、参考実施例5と同様にして、加熱処理を行った。
<Reference Example 7>
The furnace volume of the heating furnace was 0.1435 m 3 , the mixed gas of superheated steam and air was introduced into the heating furnace at a gas introduction rate of 29 L / min, and the surface temperature and heat treatment time were as follows. Heat treatment was performed in the same manner as in Reference Example 5, except that it was as shown in Table 4.
なお、加熱炉の内部温度及びサンプルの表面温度は、加熱炉のヒーター出力及び過熱水蒸気の温度を介して制御した。 The internal temperature of the heating furnace and the surface temperature of the sample were controlled via the heater output of the heating furnace and the temperature of the superheated steam.
参考実施例7では、1.0kgのCFRP板を処理した。炉内容積に対する処理量は、7.0kg/m3であった。 In Reference Example 7, a 1.0 kg CFRP plate was treated. The throughput for the volume inside the furnace was 7.0 kg/m 3 .
参考実施例7に関するプラスチック分解効率の評価結果、及び、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。なお、二次加熱処理では、空気のみを29L/minで炉内に押し込んだ。 Table 4 shows the evaluation results of the plastic decomposition efficiency and the physical property evaluation results of the recovered carbon fiber material in Reference Example 7. In the secondary heat treatment, only air was forced into the furnace at 29 L/min.
<参考実施例8>
プラスチック含有材料として圧力容器を用いたこと、並びに、表面温度及び加熱処理の時間を下記の表4のとおりとしたことを除いて、参考実施例7と同様にして、処理を行った。
<Reference Example 8>
The treatment was carried out in the same manner as in Reference Example 7, except that a pressure vessel was used as the plastic-containing material, and the surface temperature and heat treatment time were as shown in Table 4 below.
参考実施例8で用いた圧力容器は、参考実施例6で用いた圧力容器と同様である。 The pressure vessel used in Reference Example 8 is the same as the pressure vessel used in Reference Example 6.
参考実施例8で処理されたFRP量は、0.47kgであった。炉内容積に対する処理量は、3.3kg/m3であった。 The amount of FRP treated in Reference Example 8 was 0.47 kg. The throughput for the volume inside the furnace was 3.3 kg/m 3 .
参考実施例8に関するプラスチック分解効率の評価結果、及び、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。なお、二次加熱処理では、空気のみを29L/minで炉内に押し込んだ。 Table 4 shows the evaluation results of the plastic decomposition efficiency and the evaluation results of the physical properties of the recovered carbon fiber material in Reference Example 8. In the secondary heat treatment, only air was forced into the furnace at 29 L/min.
<参考実施例9>
加熱炉の炉内容積が0.049m3であったこと、過熱水蒸気と空気との混合ガスをガス導入量25L/minで加熱炉に導入したこと、表面温度及び加熱処理の時間を下記の表4のとおりとしたことを除いて、参考実施例7と同様にして、処理を行った。
<Reference Example 9>
The furnace volume of the heating furnace was 0.049 m 3 , the mixed gas of superheated steam and air was introduced into the heating furnace at a gas introduction rate of 25 L / min, the surface temperature and the heat treatment time are shown in the table below. Processing was carried out in the same manner as in Reference Example 7, except that 4 was used.
参考実施例9では、エポキシ樹脂比率38%のCFRP板を処理した。炉内容積に対する処理量は、1.6kg/m3であった。 In Reference Example 9, a CFRP plate with an epoxy resin ratio of 38% was treated. The throughput for the volume inside the furnace was 1.6 kg/m 3 .
参考実施例9に関するプラスチック分解効率の評価結果、及び、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。なお、二次加熱処理では、過熱水蒸気の供給を継続しつつ、空気量を増やし、酸素濃度11体積%のガスを38L/minで炉内に押し込んだ。 Table 4 shows the evaluation results of the plastic decomposition efficiency and the physical property evaluation results of the recovered carbon fiber material in Reference Example 9. In the secondary heat treatment, while continuing to supply superheated steam, the amount of air was increased, and gas with an oxygen concentration of 11% by volume was forced into the furnace at 38 L/min.
処理前の参考実施例9に係る上記のCFRP板に含まれる炭素繊維材料の物性を、参考例3として、表4に示す。 Table 4 shows the physical properties of the carbon fiber material contained in the above CFRP plate according to Reference Example 9 before treatment as Reference Example 3.
≪参考比較例3≫
参考比較例3では、材料の提供及び配置までは参考実施例5と同様に行い、その後に、加熱炉内の雰囲気の酸素濃度の調節を行わずに、加熱炉の内部温度を上昇させた。
<<Reference Comparative Example 3>>
In Reference Comparative Example 3, materials were provided and arranged in the same manner as in Reference Example 5, and then the internal temperature of the heating furnace was raised without adjusting the oxygen concentration of the atmosphere in the heating furnace.
その結果、CFRP板の表面温度が300℃に到達した時点でのヒーター出力のままで、過剰な自己発熱が発生し、CFRP板の表面の温度が485℃にまで上昇した。結果を表4に記載する。 As a result, when the surface temperature of the CFRP plate reached 300.degree. The results are listed in Table 4.
参考比較例3では、0.8kgのCFRP板を処理した。炉内容積に対する処理量は、15.2kg/m3であった。 In Reference Comparative Example 3, a 0.8 kg CFRP plate was treated. The throughput to the furnace internal volume was 15.2 kg/m 3 .
≪参考比較例4≫ <<Reference Comparative Example 4>>
半導体材料を用いなかったことを除いて、参考実施例6と同様にして、処理を行った。 Processing was carried out in the same manner as in Reference Example 6, except that no semiconductor material was used.
参考比較例4で処理されたFRP量は、0.47kgであった。炉内容積に対する処理量は、9.0kg/m3であった。 The amount of FRP processed in Reference Comparative Example 4 was 0.47 kg. The processing amount with respect to the furnace internal volume was 9.0 kg/m 3 .
参考比較例4に関して、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。二次加熱処理180分間にわたる平均酸素濃度は18体積%、最大酸素濃度は20体積%であった。 Regarding Reference Comparative Example 4, Table 4 shows the evaluation results of physical properties of the recovered carbon fiber material. The average oxygen concentration over 180 minutes of secondary heat treatment was 18% by volume, and the maximum oxygen concentration was 20% by volume.
表4で見られるとおり、酸素濃度6~8体積%の低酸素濃度ガスを導入し、半導体材料の存在下で1次加熱処理を行い、そして、上昇した酸素濃度の下で2次加熱処理をさらに行った参考実施例5~9は、残留炭素量が低く、非常に優れたプラスチック分解効率を示した。 As can be seen in Table 4, a low oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 6-8% by volume was introduced, a primary heat treatment was performed in the presence of the semiconductor material, and a secondary heat treatment was performed under an increased oxygen concentration. Reference Examples 5 to 9, which were further carried out, showed low residual carbon content and excellent plastic decomposition efficiency.
また、酸素濃度の制御を行わなかった参考比較例3では、過剰な自己発熱が生じたのに対して、酸素濃度6~8体積%の低酸素濃度ガスを加熱炉に導入した参考実施例5~9では、過剰な自己発熱は観察されなかった。参考比較例3では、酸素濃度をあらかじめ下げずに分解処理を開始したことで、酸素濃度が過剰となり、結果として、半導体材料の存在下での分解温度の制御を適切に行うことができなかったと考えられる。 In addition, in Reference Comparative Example 3 in which the oxygen concentration was not controlled, excessive self-heating occurred, whereas Reference Example 5 in which a low oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 6 to 8% by volume was introduced into the heating furnace. ~9, no excessive self-heating was observed. In Reference Comparative Example 3, the oxygen concentration was excessive because the decomposition treatment was started without lowering the oxygen concentration in advance, and as a result, it was not possible to appropriately control the decomposition temperature in the presence of the semiconductor material. Conceivable.
さらに、参考実施例5~9で回収された炭素繊維材料は、処理前の炭素繊維材料(参考例1~参考例3)と比較して、繊維単糸径及び単繊維引張強度が同程度に保持されており、かつ、単繊維引張強度のワイブル形状係数が高くなっていた。すなわち、参考実施例5~9では、炭素繊維強化プラスチックを製造する前の炭素繊維材料よりも優れた物性を有する炭素繊維材料が回収された。 Furthermore, the carbon fiber materials recovered in Reference Examples 5 to 9 have comparable fiber single yarn diameters and single fiber tensile strengths compared to the carbon fiber materials before treatment (Reference Examples 1 to 3). In addition, the Weibull shape factor of the single fiber tensile strength was increased. That is, in Reference Examples 5 to 9, carbon fiber materials having physical properties superior to those of carbon fiber materials before production of carbon fiber reinforced plastics were recovered.
さらに、半導体材料下での加熱処理を伴う参考実施例6で回収された炭素繊維材料は、半導体材料なしで加熱処理を行った参考比較例4で回収された炭素繊維材料よりも、特に単繊維引張強度及びワイブル形状係数の点で、優れた品質を有していた。 Furthermore, the carbon fiber material recovered in Reference Example 6 with heat treatment in the presence of a semiconductor material was found to be particularly monofilamentary compared to the carbon fiber material recovered in Reference Comparative Example 4 in which heat treatment was performed without a semiconductor material. It had excellent quality in terms of tensile strength and Weibull shape factor.
100 炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド
110 ストランドの芯成分
120 ストランドの鞘成分
200 炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット
210 ペレットの芯成分
220 ペレットの鞘成分
L ペレットのカット長
R ペレットの直径
C 切断処理
11 半導体材料
12 プラスチック含有材料
20 加熱炉
21 半導体材料を有する担体
22 プラスチック含有材料
23 熱源(ヒーター)
24 ガス供給部
25 排気口
26 加熱炉の内部空間
27 温度センサー
100 carbon fiber reinforced
24
Claims (10)
前記再生炭素繊維が、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有すること、並びに
前記再生炭素繊維が、残留炭素成分を含み、前記残留炭素成分の含有量が、前記再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下であること、
を特徴とする、混紡糸。 A blended yarn containing recycled carbon fibers and thermoplastic resin fibers,
The recycled carbon fiber has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape factor of 6.0 or more, and the recycled carbon fiber contains a residual carbon component, and the content of the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber;
A blended yarn characterized by
請求項1~4のいずれか一項に記載の前記混紡糸が芯成分であること、及び
熱可塑性樹脂が鞘成分であること、
を特徴とする、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。 It has a core-sheath structure,
The blended yarn according to any one of claims 1 to 4 is a core component, and a thermoplastic resin is a sheath component,
A carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellet characterized by:
前記再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混紡すること、
を含む、混紡糸の製造方法。 decomposing a plastic component contained in a carbon fiber-containing plastic product by a semiconductor thermal activation method to produce recycled carbon fibers; and blending the recycled carbon fibers and thermoplastic resin fibers;
A method of making a blended yarn, comprising:
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