JP2024078668A - Carbon fiber reinforced extrusion molding and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを用いて、ペレット化工程を経ずに、優れた機械的強度を有する炭素繊維強化押出成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】炭素繊維強化押出成形体は、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有し、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠して測定されたＭＤ方向の４点曲げ強度が１００ＭＰａ以上であり、ＭＤ方向の４点曲げ弾性率が５．８ＧＰａ以上である。また、炭素繊維強化押出成形体の製造方法は、溶融した熱可塑性樹脂にリサイクル炭素繊維を投入して混錬し、インラインで押出成形する。【選択図】なし[Problem] The objective is to provide a carbon fiber reinforced extrusion molding having excellent mechanical strength, and a manufacturing method thereof, using recycled carbon fiber and thermoplastic resin, without going through a pelletizing process. [Solution] The carbon fiber reinforced extrusion molding contains recycled carbon fiber and thermoplastic resin, and has a four-point bending strength in the MD direction of 100 MPa or more, and a four-point bending modulus in the MD direction of 5.8 GPa or more, measured in accordance with JIS K 7074. The manufacturing method for the carbon fiber reinforced extrusion molding involves adding recycled carbon fiber to molten thermoplastic resin, kneading the mixture, and extruding the mixture in-line. [Selected Figure] None
Description
本発明は、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する炭素繊維強化押出成形体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon fiber reinforced extrusion molding containing recycled carbon fiber and a thermoplastic resin, and a method for producing the same.
炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）は、軽量で優れた強度、および高い耐久性などの特性から、自動車、航空機、土木仮設資材など幅広い分野で利用されている。炭素繊維強化樹脂としては、含浸させる樹脂の性質の違いにより、熱硬化性炭素繊維強化樹脂と、熱可塑性炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＴＰ：Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics）とがある。このうち、熱可塑性炭素繊維強化樹脂は、成形時間が短く、また加熱によってリサイクル利用が可能であるといった利点から、特に自動車用の材料として用いられている。 Carbon fiber reinforced plastics (CFRP) is used in a wide range of fields, including automobiles, aircraft, and civil engineering temporary construction materials, due to its characteristics of light weight, excellent strength, and high durability. Carbon fiber reinforced resins are classified into thermosetting carbon fiber reinforced resins and thermoplastic carbon fiber reinforced resins (CFRTP: Carbon Fiber Reinforced Thermo Plastics), depending on the properties of the resin used for impregnation. Of these, thermoplastic carbon fiber reinforced resins are used particularly as materials for automobiles, due to the advantages of short molding time and the possibility of recycling by heating.
例えば、特許文献１には、炭素繊維が熱可塑性樹脂に配合された炭素繊維複合樹脂材料の押出成形に関する発明が記載されている。押出成形の具体例として、ナイロン中に炭素繊維を含有するチップを、１軸の押出機に投入して混練し、ギアポンプで計量しながらダイスに溶融された炭素繊維複合樹脂材料を流し込み、吐出された樹脂材料をロール圧延して平板シートを得ることが記載されている。 For example, Patent Document 1 describes an invention related to extrusion molding of a carbon fiber composite resin material in which carbon fiber is blended with a thermoplastic resin. As a specific example of extrusion molding, it describes a process in which chips containing carbon fiber in nylon are fed into a single-screw extruder and kneaded, the molten carbon fiber composite resin material is poured into a die while being metered with a gear pump, and the discharged resin material is rolled to obtain a flat sheet.
また、特許文献２には、熱可塑性樹脂と、炭素繊維と、９，９－ビスアリールフルオレン骨格を有する化合物とを含む繊維強化樹脂組成物の射出成形に関する発明が記載されている。射出成形の具体例として、二軸押出機を用いて、ポリエステル樹脂やポリカーボネート樹脂等と、振動フィーダーを用いてサイドフィードした炭素繊維とを混練して、ペレット状の樹脂組成物を予め調製し、これを用いて、射出成型により、成形体を作製することが記載されている。 Patent Document 2 also describes an invention related to injection molding of a fiber-reinforced resin composition containing a thermoplastic resin, carbon fiber, and a compound having a 9,9-bisarylfluorene skeleton. As a specific example of injection molding, it describes a method in which a polyester resin, polycarbonate resin, or the like is kneaded with carbon fiber side-fed using a vibrating feeder using a twin-screw extruder to prepare a pellet-shaped resin composition in advance, and then the pellet-shaped resin composition is used to produce a molded body by injection molding.
しかしながら、成形体の原料として、特許文献１では炭素繊維複合樹脂材料のチップ（ペレット）が用いられ、また特許文献２においても予め調製されたペレット状の繊維強化樹脂組成物が用いられているため、ペレット化工程において炭素繊維長が短くなるおそれがある。この場合、得られる成形体は、繊維にかかるせん断応力の影響が大きくなり、繊維の折損等が生じた場合には、優れた機械的強度が得られないという問題がある。また、製造方法の観点では、ペレット化工程の分だけ工程数が増え、その工程費も必要になる。 However, in Patent Document 1, chips (pellets) of a carbon fiber composite resin material are used as the raw material for the molded body, and in Patent Document 2, a pre-prepared pellet-like fiber-reinforced resin composition is used, so there is a risk that the length of the carbon fibers will be shortened in the pelletizing process. In this case, the molded body obtained will be significantly affected by the shear stress on the fibers, and if the fibers are broken, there is a problem that excellent mechanical strength cannot be obtained. In addition, from the perspective of the manufacturing method, the number of steps increases by the amount of the pelletizing process, and the process costs are also required.
ところで、炭素繊維（ＣＦ）として、新規に製造されたバージン炭素繊維（ＶＣＦ）ではなく、リサイクル炭素繊維（ＲＣＦ）を活用することで、環境負荷と材料コストを低減できる。しかし、リサイクル炭素繊維を用いる場合、短繊維ペレットを製造することは比較的容易であるが、ペレット化工程と成形工程の２工程を経るため、繊維にせん断力がかかり繊維の折損が著しいため、得られる成形体は優れた機械特性が発現し難いという問題がある。 By the way, by using recycled carbon fiber (RCF) as carbon fiber (CF) instead of newly produced virgin carbon fiber (VCF), it is possible to reduce the environmental impact and material costs. However, when using recycled carbon fiber, although it is relatively easy to produce short fiber pellets, there is a problem that the fibers are subjected to shear forces and are significantly broken due to the two steps of pelletization and molding, making it difficult for the resulting molded body to exhibit excellent mechanical properties.
そのため、長繊維ペレットを製造することも考えられるが、バージン炭素繊維を用いて長繊維ペレットを製造する場合、ロービングの周りに樹脂を付着させる必要がある。不連続繊維であるリサイクル炭素繊維では、その工程が困難であり、長繊維ペレットの製造がそもそも困難である。また、いずれの炭素繊維を用いる場合でも、工程数が増え、材料も高価である。そして、長繊維ペレットを用いた場合でも、ペレット化工程の後に、樹脂粘度が高い状態から混練を開始する成形工程を経て成形されるため、短繊維ペレットを用いた場合と同様の問題がある。 For this reason, it is possible to produce long fiber pellets, but when producing long fiber pellets using virgin carbon fiber, it is necessary to attach resin around the roving. This process is difficult with recycled carbon fiber, which is a discontinuous fiber, and it is difficult to produce long fiber pellets in the first place. In addition, when any carbon fiber is used, the number of steps increases and the materials are expensive. Furthermore, even when long fiber pellets are used, they are molded through a molding process in which kneading begins when the resin viscosity is high after the pelletizing process, so there are similar problems to when short fiber pellets are used.
なお、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを溶融混練し、塊状態で取り出した熱可塑性炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＴＰ）をプレスで賦形するＬＦＴ－Ｄ（Long Fiber Thermoplastic - Direct）成形も先行技術として知られている。しかし、炭素繊維の配向制御が困難であるため、得られる成形体の物性のばらつきが大きくなるという問題がある。 Long Fiber Thermoplastic - Direct (LFT-D) molding, in which recycled carbon fiber and thermoplastic resin are melt-kneaded and extracted in a block form to form a carbon fiber reinforced thermoplastic resin (CFRTP), is also known as a prior art. However, because it is difficult to control the orientation of the carbon fiber, there is a problem in that the physical properties of the resulting molded product vary greatly.
そこで、本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを用いて、ペレット化工程を経ずに、優れた機械的強度を有する炭素繊維強化押出成形体及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a carbon fiber reinforced extrusion molding that has excellent mechanical strength and is made using recycled carbon fiber and thermoplastic resin without going through a pelletizing process, and a method for producing the same.
本発明者らは、押出成形により繊維配向を樹脂の流れ方向に制御することで、リサイクル炭素繊維を用いた炭素繊維強化押出成形体は、バージン炭素繊維を用いたものと比較して同等に優れた機械特性を発現することを見出した。この製造方法では、ペレット化工程を省略できる。 The inventors discovered that by controlling the fiber orientation in the resin flow direction through extrusion molding, carbon fiber reinforced extrusion moldings using recycled carbon fibers exhibit mechanical properties that are equally excellent compared to those using virgin carbon fibers. With this manufacturing method, the pelletization process can be omitted.
上記目的を達成するために、本発明の炭素繊維強化押出成形体は、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する炭素繊維強化押出成形体であって、ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠して測定されたＭＤ方向の４点曲げ強度が１００ＭＰａ以上であり、ＭＤ方向の４点曲げ弾性率が５．８ＧＰａ以上であることを特徴とする。 To achieve the above object, the carbon fiber reinforced extrusion molding of the present invention is a carbon fiber reinforced extrusion molding containing recycled carbon fiber and a thermoplastic resin, and is characterized in that the four-point bending strength in the MD direction measured in accordance with JIS K 7074 is 100 MPa or more, and the four-point bending modulus in the MD direction is 5.8 GPa or more.
また、本発明の炭素繊維強化押出成形体の製造方法は、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する炭素繊維強化押出成形体の製造方法であって、溶融した前記熱可塑性樹脂に前記リサイクル炭素繊維を投入して混錬し、インラインで押出成形することを特徴とする。ここで、インラインで押出成形するとは、熱可塑性樹脂およびリサイクル炭素繊維を投入し、押出成形するまでの一連の過程を１つの生産ライン上で行うことを意味する。すなわち、本製造方法では、押出成形前に、別のラインで熱可塑性樹脂およびリサイクル炭素繊維をペレット化するなどの過程を必要としない。 The method for producing a carbon fiber reinforced extrusion molding of the present invention is a method for producing a carbon fiber reinforced extrusion molding containing recycled carbon fiber and thermoplastic resin, characterized in that the recycled carbon fiber is added to the molten thermoplastic resin, kneaded, and extruded in-line. Here, in-line extrusion molding means that a series of processes from adding the thermoplastic resin and recycled carbon fiber to extrusion molding is carried out on a single production line. In other words, this manufacturing method does not require a process such as pelletizing the thermoplastic resin and recycled carbon fiber on a separate line before extrusion molding.
本発明によれば、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを用いて、ペレット化工程を経ずに、優れた機械的強度を有する炭素繊維強化押出成形体及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carbon fiber reinforced extrusion molding having excellent mechanical strength and a manufacturing method thereof by using recycled carbon fiber and thermoplastic resin without going through a pelletizing process.
以下、本発明について具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において、適宜変更して適用することができる。 The present invention will be described in detail below. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be modified as appropriate within the scope of the present invention.
＜炭素繊維強化押出成形体＞
炭素繊維強化押出成形体は、その原料にリサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する。すなわち、炭素繊維強化押出成形体は、熱可塑性炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＴＰ）といえる。炭素繊維強化押出成形体では、リサイクル炭素繊維が活用されているため、バージン炭素繊維を用いた従来の成形体と比較して、環境負荷と材料コストが低減される。また、炭素繊維強化押出成形体は、ペレット化工程を経ることなく、インラインで製造することにより、バージン炭素繊維を用いた従来の成形体と同等に機械的強度に優れる。
<Carbon fiber reinforced extrusion molded body>
The carbon fiber reinforced extrusion molding contains recycled carbon fiber and thermoplastic resin as its raw materials. In other words, the carbon fiber reinforced extrusion molding can be said to be a carbon fiber reinforced thermoplastic resin (CFRTP). Since the carbon fiber reinforced extrusion molding utilizes recycled carbon fiber, the environmental load and material cost are reduced compared to conventional moldings using virgin carbon fiber. In addition, the carbon fiber reinforced extrusion molding is manufactured in-line without going through a pelletizing process, and thus has excellent mechanical strength equivalent to conventional moldings using virgin carbon fiber.
（リサイクル炭素繊維）
リサイクル炭素繊維（ＲＣＦ）は、例えば、使用済みの炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）から回収された炭素繊維（ＣＦ）、炭素繊維強化樹脂の製造工程から発生する炭素繊維強化樹脂の中間製品（プリプレグ）等の切れはし等から回収された炭素繊維をいう。リサイクル炭素繊維は一般的に不連続な繊維である。リサイクル炭素繊維は炭素繊維強化樹脂の加熱物（ＣＦＲＰ加熱品）でもよい。また、リサイクル炭素繊維はサイジング剤を含んでいてもよく（用いてもよく）、含まなくてもよい（用いなくてもよい）。リサイクル炭素繊維の具体例としては、例えば後述の実施例に記載のものが挙げられる。
(recycled carbon fiber)
Recycled carbon fiber (RCF) refers to, for example, carbon fiber (CF) recovered from used carbon fiber reinforced resin (CFRP), and carbon fiber recovered from scraps of intermediate products (prepregs) of carbon fiber reinforced resin generated during the manufacturing process of carbon fiber reinforced resin. Recycled carbon fiber is generally a discontinuous fiber. Recycled carbon fiber may be a heated carbon fiber reinforced resin (heated CFRP product). In addition, recycled carbon fiber may contain (may use) a sizing agent, or may not contain (may not use) a sizing agent. Specific examples of recycled carbon fiber include those described in the examples below.
炭素繊維強化押出成形体の全体（総量１００重量％）に対するリサイクル炭素繊維の含有量（以下「ＣＦ含有量」とも称する）は、成形体の機械的強度の向上を図る観点から、好ましくは５重量％以上、より好ましくは１０重量％以上、さらに好ましくは１５重量％以上である。当該含有量の上限は特に限定されず、好ましくは４０重量％以下、より好ましくは３５重量％以下、さらに好ましくは３０重量％以下である。 The recycled carbon fiber content (hereinafter also referred to as "CF content") of the entire carbon fiber reinforced extrusion molding (total amount 100% by weight) is preferably 5% by weight or more, more preferably 10% by weight or more, and even more preferably 15% by weight or more, from the viewpoint of improving the mechanical strength of the molding. There is no particular upper limit to the content, and it is preferably 40% by weight or less, more preferably 35% by weight or less, and even more preferably 30% by weight or less.
（熱可塑性樹脂）
熱可塑性樹脂は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、フェノキシ樹脂、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂；ナイロン樹脂；ポリエチレン・ポリプロピレン等のオレフィン系樹脂；酸変性オレフィン系樹脂；ポリフェニレンサルファイド樹脂；ポリスルホン樹脂；ポリエーテルエーテルケトン樹脂；ポリイミド樹脂；ポリスチレン樹脂；ＡＢＳ樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂の中では、熱硬化性樹脂に比べて耐衝撃性、耐熱特性、及びリサイクル性に優れ、低コストであるポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、オレフィン系樹脂、フェノキシ樹脂、ポリブチレンテレフタレート及びポリフェニレンサルファイド樹脂が好ましい。なお、熱可塑性樹脂はリサイクル樹脂であってもよい。リサイクル樹脂とは、例えば、ボトル等の各種容器、ディスク、シート等由来のものが挙げられる。
(Thermoplastic resin)
Examples of the thermoplastic resin include polyester resins such as polycarbonate (PC) resin, phenoxy resin, and polybutylene terephthalate; nylon resin; olefin resins such as polyethylene and polypropylene; acid-modified olefin resins; polyphenylene sulfide resin; polysulfone resin; polyether ether ketone resin; polyimide resin; polystyrene resin; and ABS resin. Among the thermoplastic resins, polycarbonate resin, nylon resin, olefin resin, phenoxy resin, polybutylene terephthalate, and polyphenylene sulfide resin are preferred because they are superior in impact resistance, heat resistance, and recyclability and are low cost compared to thermosetting resins. The thermoplastic resin may be a recycled resin. Examples of the recycled resin include those derived from various containers such as bottles, disks, sheets, and the like.
（その他の材料）
炭素繊維強化押出成形体は、その特性を損なわない範囲において、その原料に、リサイクル炭素繊維及び熱可塑性樹脂以外のその他の材料を含有していてもよい。その他の材料としては、例えば、サイジング剤、帯電防止剤、難燃剤、相溶化剤、バージン炭素繊維等が挙げられる。バージン炭素繊維とは、例えば、炭素繊維として一般に販売されている新規に製造された新品の炭素繊維をいう。
(Other materials)
The carbon fiber reinforced extrusion molding may contain other materials than the recycled carbon fiber and the thermoplastic resin as raw materials, as long as the properties of the extrusion molding are not impaired. Examples of the other materials include sizing agents, antistatic agents, flame retardants, compatibilizers, virgin carbon fibers, etc. Virgin carbon fibers refer to, for example, new carbon fibers that are newly manufactured and generally sold as carbon fibers.
＜炭素繊維強化押出成形体の特性＞
（ＭＤ方向の４点曲げ強度、ＭＤ方向の４点曲げ弾性率）
リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する原料を用いて成形される炭素繊維強化押出成形体は、ＪＩＳ Ｋ ７０７４（炭素繊維強化プラスチックの曲げ試験方法）に準拠して測定された、押出成形（Ｔダイキャスト）による樹脂の流れ方向（ＭＤ方向）の４点曲げ強度が１００ＭＰａ以上であり、ＭＤ方向の４点曲げ弾性率が５．８ＧＰａ以上である。炭素繊維強化押出成形体は、リサイクル炭素繊維が用いられているものの、バージン炭素繊維が用いられた従来の成形体と同等の物性を有する。ＭＤ方向における４点曲げ強度と４点曲げ弾性率は、例えば後述の実施例に記載の方法により測定される。
<Characteristics of carbon fiber reinforced extrusion molding>
(4-point bending strength in MD direction, 4-point bending modulus in MD direction)
A carbon fiber reinforced extrusion molded product molded using a raw material containing recycled carbon fiber and a thermoplastic resin has a four-point bending strength in the flow direction (MD direction) of the resin by extrusion molding (T-die casting) of 100 MPa or more and a four-point bending modulus in the MD direction of 5.8 GPa or more, measured in accordance with JIS K 7074 (Bending test method for carbon fiber reinforced plastics). Although the carbon fiber reinforced extrusion molded product uses recycled carbon fiber, it has physical properties equivalent to those of a conventional molded product using virgin carbon fiber. The four-point bending strength and four-point bending modulus in the MD direction are measured, for example, by the method described in the examples below.
炭素繊維強化押出成形体のＭＤ方向の４点曲げ強度は、１００ＭＰａ以上であり、好ましくは１３５ＭＰａ以上、より好ましくは１５０ＭＰａ以上である。 The four-point bending strength in the MD direction of the carbon fiber reinforced extrusion molding is 100 MPa or more, preferably 135 MPa or more, and more preferably 150 MPa or more.
炭素繊維強化押出成形体のＭＤ方向の４点曲げ弾性率は、５．８ＧＰａ以上であり、好ましくは８．０ＧＰａ以上、より好ましくは１０．０ＧＰａ以上である。 The four-point bending modulus in the MD direction of the carbon fiber reinforced extrusion molding is 5.8 GPa or more, preferably 8.0 GPa or more, and more preferably 10.0 GPa or more.
（繊維体積含有率（Ｖｆ））
炭素繊維強化押出成形体において、ＪＩＳ Ｋ ７０７５（炭素繊維強化プラスチックの繊維含有率および空洞率試験方法）の燃焼法に準拠して測定された繊維体積含有率（Ｖｆ）は、成形体の機械的強度の向上を図る観点から、好ましくは６％以上（ＣＦ含有量では１０重量％以上）である。また、その上限値は、炭素繊維の分散不良を抑制し、コストを低減する観点から、好ましくは２３％以下（ＣＦ含有量では３０重量％以下）である。繊維体積含有率（Ｖｆ）は、例えば後述の実施例に記載の方法により算出される。
(Fiber volume content (Vf))
In the carbon fiber reinforced extrusion molding, the fiber volume content (Vf) measured in accordance with the combustion method of JIS K 7075 (Test method for fiber content and void content of carbon fiber reinforced plastics) is preferably 6% or more (CF content: 10% by weight or more) from the viewpoint of improving the mechanical strength of the molding. The upper limit is preferably 23% or less (CF content: 30% by weight or less) from the viewpoint of suppressing poor dispersion of carbon fibers and reducing costs. The fiber volume content (Vf) is calculated, for example, by the method described in the examples below.
（数平均繊維長（Ｌｎ））
炭素繊維強化押出成形体において、残存するリサイクル炭素繊維の数平均繊維長（Ｌｎ）は、残存繊維長を長く残存させることで成形体の機械的強度の向上を図る観点から、好ましくは０．１５ｍｍ以上、より好ましくは０．２０ｍｍ以上である。なお、炭素繊維強化押出成形体の製造方法では、ペレット化工程を経ないため、ペレット化工程におけるさらなる繊維の折損がなく、より長い残存繊維長を有する炭素繊維強化押出成形体が得られる。リサイクル炭素繊維の数平均繊維長（Ｌｎ）は、例えば後述の実施例に記載の方法により算出される。
(Number average fiber length (Ln))
In the carbon fiber reinforced extrusion molding, the number average fiber length (Ln) of the remaining recycled carbon fibers is preferably 0.15 mm or more, more preferably 0.20 mm or more, from the viewpoint of improving the mechanical strength of the molding by leaving the remaining fiber length long. In addition, since the manufacturing method of the carbon fiber reinforced extrusion molding does not go through the pelletizing process, there is no further fiber breakage in the pelletizing process, and a carbon fiber reinforced extrusion molding having a longer remaining fiber length is obtained. The number average fiber length (Ln) of the recycled carbon fibers is calculated, for example, by the method described in the examples below.
（分散度（Ｌｗ／Ｌｎ））
炭素繊維強化押出成形体において、残存するリサイクル炭素繊維の分散度（Ｌｗ／Ｌｎ）は、成形体の機械的強度の向上を図る観点から、好ましくは１．２５以上２．２５以下である。分散度が１に近いものは、炭素繊維の繊維長が均一であること意味する。一方、分散度が１よりも大きいものは、炭素繊維の繊維長が長いものと短いものとが混ざり、繊維長のばらつきが大きいことを意味する。繊維長が短い炭素繊維の割合が多くなり繊維長の分布が広くなると、成形体の機械的強度が弱まるため、分散度は適切な範囲に設定する必要がある。分散度（Ｌｗ／Ｌｎ）は、例えば後述の実施例に記載の方法により算出される。
(Dispersity (Lw / Ln))
In the carbon fiber reinforced extrusion molded body, the dispersion degree (Lw/Ln) of the remaining recycled carbon fibers is preferably 1.25 or more and 2.25 or less from the viewpoint of improving the mechanical strength of the molded body. A dispersion degree close to 1 means that the fiber length of the carbon fibers is uniform. On the other hand, a dispersion degree greater than 1 means that the fiber lengths of the carbon fibers are mixed with long and short ones, and the fiber lengths vary greatly. If the proportion of carbon fibers with short fiber lengths increases and the fiber length distribution becomes wider, the mechanical strength of the molded body will be weakened, so the dispersion degree needs to be set in an appropriate range. The dispersion degree (Lw/Ln) is calculated, for example, by the method described in the examples below.
（配向係数（η０））
炭素繊維強化押出成形体において、成形体の平面に対するその測定軸への繊維の寄与率を表す指標として配向係数（η０）がある。配向係数（η０）は０以上１以下の数値を取る。配向係数（η０）が小さすぎると、繊維量を多くしようとも、または残存繊維長が長くしようとも、優れた曲げ強度が発現しない。一方、配向係数（η０）が大きすぎると、複合材料の弾性率が高くなりすぎて加熱賦形が困難になる問題がある。配向係数（η０）は、例えば後述の実施例に記載の方法により算出される。
(Orientation Coefficient (η 0 ))
In carbon fiber reinforced extrusion moldings, the orientation coefficient (η 0 ) is an index that indicates the contribution rate of the fibers to the measurement axis relative to the plane of the molding. The orientation coefficient (η 0 ) is a value between 0 and 1. If the orientation coefficient (η 0 ) is too small, excellent bending strength will not be achieved even if the amount of fiber is increased or the remaining fiber length is increased. On the other hand, if the orientation coefficient (η 0 ) is too large, the elastic modulus of the composite material becomes too high, which makes it difficult to perform thermal shaping. The orientation coefficient (η 0 ) is calculated, for example, by the method described in the examples below.
＜炭素繊維強化押出成形体の製造＞
炭素繊維強化押出成形体は、例えば、Ｔダイ押出し法によって製造される。この製造方法では、熱可塑性樹脂中にリサイクル炭素繊維を含有するペレットを原料に用いず、且つ溶融した熱可塑性樹脂にリサイクル炭素繊維を投入し混錬してペレットを予め調製するペレット化工程を経ない。具体的には、溶融した熱可塑性樹脂にリサイクル炭素繊維を投入して混錬し、そのまま押出成形することにより、炭素繊維強化押出成形体を製造する。すなわち、炭素繊維強化押出成形体の製造方法は、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを混錬する混錬工程と、混錬した溶融物を押出して所望の形状に成形する押出成形工程とを備え、且つ混錬工程と押出成形工程とをインラインで行う。より具体的には、混錬工程において粘度が低下した溶融状態の熱可塑性樹脂にサイドフィーダーを用いてリサイクル炭素繊維を投入し、１軸（単軸）の押出機で溶融混練し、押出成形工程において押出成形と同時にインライン加工（押出し成形ライン上で同時に行う加工）を実施する。このとき、押出成形（Ｔダイキャスト）により、押出成形樹脂の流れ方向（ＭＤ方向）にリサイクル炭素繊維の配向を制御することで、炭素繊維強化押出成形体は優れた機械特性を発現する。この製造方法では、一連の工程において、後述する押出機の温度を所定範囲内に調整し、熱可塑性樹脂の粘度を十分に低下させるため、リサイクル炭素繊維にかかるせん断力が抑制される。また、ペレット化工程を省略したことにより、リサイクル炭素繊維にかかるせん断力が抑制され、その折損が抑制されるため、リサイクル炭素繊維はその繊維長が長いまま残り易い。リサイクル炭素繊維の繊維長が長い状態で成形体中に残存することは、炭素繊維強化押出成形体が優れた機械特性を発現する要因の一つとなる。
<Production of carbon fiber reinforced extrusion molded body>
The carbon fiber reinforced extrusion molding is manufactured, for example, by a T-die extrusion method. In this manufacturing method, pellets containing recycled carbon fibers in a thermoplastic resin are not used as a raw material, and a pelletization process in which recycled carbon fibers are introduced into a molten thermoplastic resin and kneaded to prepare pellets in advance is not performed. Specifically, a carbon fiber reinforced extrusion molding is manufactured by introducing recycled carbon fibers into a molten thermoplastic resin, kneading the mixture, and extruding the mixture as is. That is, the manufacturing method of a carbon fiber reinforced extrusion molding includes a kneading process in which recycled carbon fibers and a thermoplastic resin are kneaded, and an extrusion molding process in which the kneaded molten mixture is extruded and molded into a desired shape, and the kneading process and the extrusion molding process are performed inline. More specifically, recycled carbon fibers are introduced into the molten thermoplastic resin whose viscosity has been reduced in the kneading process using a side feeder, and the mixture is melt-kneaded in a single-axis (single-axis) extruder, and inline processing (processing performed simultaneously on the extrusion molding line) is performed simultaneously with extrusion molding in the extrusion molding process. At this time, the orientation of the recycled carbon fibers is controlled in the flow direction (MD direction) of the extrusion resin by extrusion molding (T-die casting), so that the carbon fiber reinforced extrusion molded body exhibits excellent mechanical properties. In this manufacturing method, in a series of steps, the temperature of the extruder described later is adjusted within a predetermined range to sufficiently reduce the viscosity of the thermoplastic resin, so that the shear force applied to the recycled carbon fibers is suppressed. In addition, by omitting the pelletizing step, the shear force applied to the recycled carbon fibers is suppressed, and the breakage of the recycled carbon fibers is suppressed, so that the recycled carbon fibers tend to remain with their fiber length long. The fact that the recycled carbon fibers remain in the molded body with their fiber length long is one of the factors that causes the carbon fiber reinforced extrusion molded body to exhibit excellent mechanical properties.
（混錬工程）
炭素繊維強化押出成形体をＴダイ押出し法によって製造する方法をより詳細に説明する。まず、単軸押出機のシリンダー温度とダイス温度を、熱可塑性樹脂のガラス転移点よりも５０℃から１５０℃高い温度に設定する。単軸押出機の上記温度としては、例えば２２０℃以上３００℃以下程度である。上記範囲内に温度管理された押出機に熱可塑性樹脂を投入して溶融させ、樹脂粘度を下げる。
(Kneading process)
A method for producing a carbon fiber reinforced extrusion molded body by the T-die extrusion method will be described in more detail. First, the cylinder temperature and die temperature of the single screw extruder are set to a temperature 50°C to 150°C higher than the glass transition point of the thermoplastic resin. The above temperature of the single screw extruder is, for example, about 220°C to 300°C. The thermoplastic resin is fed into the extruder with the temperature controlled within the above range, melted, and the resin viscosity is reduced.
続いて、リサイクル炭素繊維を押出機に投入して混錬する。リサイクル炭素繊維の投入には、サイドフィーダーを利用する。具体的には、熱可塑性樹脂が十分に溶融した部位に、リサイクル炭素繊維をサイドフィーダーから投入する。 Next, the recycled carbon fiber is fed into the extruder and kneaded. A side feeder is used to feed the recycled carbon fiber. Specifically, the recycled carbon fiber is fed from the side feeder into the area where the thermoplastic resin is sufficiently melted.
サイドフィードしたリサイクル炭素繊維と混熱可塑性樹脂とを溶融混錬する。このときのスクリュー回転数は、例えば３０ｒｐｍ以上７８ｒｐｍ以下程度である。 The recycled carbon fiber and the mixed thermoplastic resin are melted and kneaded together. The screw rotation speed at this time is, for example, about 30 rpm or more and 78 rpm or less.
（押出成形工程）
最後に、Ｔダイからインラインで押出成形することにより、例えば、厚さ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度の平板状の炭素繊維強化押出成形体（ＣＦＲＴＰ板）を得ることができる。厚さの下限は特に限定されず、２ｍｍ以上であってもよい。なお、炭素繊維強化押出成形体の形状は平板状に限定されず、種々の形状に成形できる。
(Extrusion molding process)
Finally, by in-line extrusion molding from a T-die, a flat carbon fiber reinforced extrusion molded product (CFRTP plate) having a thickness of, for example, about 1 mm to 10 mm can be obtained. The lower limit of the thickness is not particularly limited, and may be 2 mm or more. The shape of the carbon fiber reinforced extrusion molded product is not limited to a flat plate shape, and various shapes can be formed.
押出機は、樹脂の流れ方向（ＭＤ方向）にリサイクル炭素繊維の配向を制御する観点から、１軸（単軸）の押出機が好ましいが、２軸押出機を用いてもよい。 From the viewpoint of controlling the orientation of the recycled carbon fiber in the resin flow direction (MD direction), a single-screw (single-screw) extruder is preferred, but a twin-screw extruder may also be used.
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、これらの実施例を本発明の趣旨に基づいて変形、変更することが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。 The present invention will be described below based on examples. Note that the present invention is not limited to these examples, and these examples can be modified or changed based on the spirit of the present invention, and are not excluded from the scope of the present invention.
（実施例１シリーズ）
＜炭素繊維強化押出成形体（混練押出板）の製造＞
シリンダー温度とダイス温度を２２０～３００℃に設定した単軸押出機に、熱可塑性樹脂として表１～３に記載のポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を投入して溶融させた。続いて、ポリカーボネート樹脂が溶融した部位に、表１～３に記載のリサイクル炭素繊維（ＲＣＦ、繊維長：３ｍｍ～６ｍｍ）を表１～３に記載の含有量（表中の「ＣＦ含有量」参照）で、サイドフィーダーから供給した。その後、表１～３に記載のスクリュー回転数３０～７８ｒｐｍで溶融混練し、Ｔダイから押出すことにより、厚さが２ｍｍ程度の平板状の炭素繊維強化押出成形体（ＣＦＲＴＰ板）を得た。なお、必要に応じて、得られたＣＦＲＴＰ板中の空隙を減らすために、２００℃の温度、５ＭＰａの圧力で１０分間、ＣＦＲＴＰ板の熱プレス処理（表中の「プレス」参照）を行った。以上の工程により、厚さが１．６ｍｍ～２．４ｍｍ（ＪＩＳ Ｋ ７０７４準拠）の評価用ＣＦＲＴＰ板を得た。なお、参考例１はバージン炭素繊維（ＶＣＦ）含有ポリカーボネート樹脂ペレットを用いた射出成型体、参考例２は熱可塑性樹脂（炭素繊維なし）の射出成形体である。
(Example 1 Series)
<Production of carbon fiber reinforced extrusion molded product (kneaded extrusion plate)>
In a single-screw extruder with cylinder and die temperatures set to 220 to 300°C, polycarbonate (PC) resins shown in Tables 1 to 3 were charged as thermoplastic resins and melted. Subsequently, recycled carbon fibers (RCF, fiber length: 3 mm to 6 mm) shown in Tables 1 to 3 were fed from a side feeder to the site where the polycarbonate resin was melted, at the content shown in Tables 1 to 3 (see "CF content" in the table). Thereafter, the mixture was melt-kneaded at a screw rotation speed of 30 to 78 rpm shown in Tables 1 to 3, and extruded from a T-die to obtain a flat carbon fiber reinforced extrusion molded product (CFRTP plate) with a thickness of about 2 mm. If necessary, the CFRTP plate was subjected to a hot press treatment (see "press" in the table) at a temperature of 200°C and a pressure of 5 MPa for 10 minutes in order to reduce voids in the obtained CFRTP plate. Through the above steps, CFRTP plates for evaluation having a thickness of 1.6 mm to 2.4 mm (based on JIS K 7074) were obtained. Note that Reference Example 1 is an injection molded article using polycarbonate resin pellets containing virgin carbon fiber (VCF), and Reference Example 2 is an injection molded article of thermoplastic resin (without carbon fiber).
＜炭素繊維強化押出成形体（混練押出板）の評価１＞
≪繊維体積含有率（Ｖｆ）の算出≫
ＪＩＳ Ｋ ７０７５の燃焼法に準拠して、各評価用ＣＦＲＴＰ板の繊維体積含有率（Ｖｆ）を算出した。具体的には、電気炉および電子天秤を用いて、測定試料である各評価用ＣＦＲＴＰ板の質量を測定した後、るつぼ中、窒素雰囲気下で、２０℃／分の昇温速度で、室温から加熱し、５５０℃に達したところで、１０分間、焼却して、試料中の樹脂分を灰化した。なお、炭素繊維は、窒素雰囲気下での加熱では分解しないため、５５０℃の時の重量を炭素繊維重量とし、比重で乗じたものを炭素繊維体積とした。また、灰化重量を樹脂重量として、樹脂比重を乗じたものを樹脂体積とした。そして、ＪＩＳ Ｋ ７０７５における式（３）を用いて繊維体積含有率（Ｖｆ）［％］を算出した。その結果を表１～３に示す。
<Evaluation of carbon fiber reinforced extrusion molded product (kneaded extrusion plate) 1>
<Calculation of fiber volume content (Vf)>
The fiber volume content (Vf) of each CFRTP sheet for evaluation was calculated according to the combustion method of JIS K 7075. Specifically, the mass of each CFRTP sheet for evaluation, which is a measurement sample, was measured using an electric furnace and an electronic balance, and then the sheet was heated from room temperature in a crucible under a nitrogen atmosphere at a temperature increase rate of 20°C/min, and when the temperature reached 550°C, the sheet was incinerated for 10 minutes to incinerate the resin in the sample. Since carbon fiber does not decompose when heated under a nitrogen atmosphere, the weight at 550°C was taken as the carbon fiber weight, and the value multiplied by the specific gravity was taken as the carbon fiber volume. The weight of the incinerated resin was taken as the resin weight, and the value multiplied by the specific gravity was taken as the resin volume. The fiber volume content (Vf) [%] was then calculated using formula (3) in JIS K 7075. The results are shown in Tables 1 to 3.
≪ＭＤ方向の曲げ強度、ＭＤ方向の曲げ弾性率の測定≫
ＪＩＳ Ｋ ７０７４に従い、４点曲げ試験を行い、各評価用ＣＦＲＴＰ板のＭＤ方向における曲げ強度、および曲げ弾性率を測定した。具体的には、各評価用ＣＦＲＴＰ板から、幅が１５ｍｍ、長さが１００ｍｍとなるように切り出したサンプルを作製した。続いて、４点曲げ治具を設置した引張試験機（島津製作所社製、商品名：オートグラフ５０００）を用いて、クロスヘッド速度が５ｍｍ／分、支点スパンが８１ｍｍ、圧子スパンが２７ｍｍ、支点径が４ｍｍ、および圧子径が１０ｍｍの条件で、上記サンプルの４点曲げ測定を行ない、ＭＤ方向において、４点曲げ強度［ＭＰａ］と４点曲げ弾性率［ＧＰａ］を測定した。なお、炭素繊維を含まない熱可塑性樹脂の射出成形体である参考例２は、ＪＩＳ Ｋ ７１７１に準拠して、３点曲げ試験を行った。具体的には、参考例２の評価用ＣＦＲＴＰ板から、長さが８０ｍｍ、幅が１０ｍｍ、厚さが４ｍｍとなるように切り出した試験片を作製した。続いて、３点曲げ治具を設置した上記引張試験機を用いて、クロスヘッド速度が２ｍｍ／分、支点スパンが６４ｍｍ、支点径が５ｍｍ、および圧子径が５ｍｍの条件で、上記試験片の３点曲げ測定を行ない、ＭＤ方向において、３点曲げ強度［ＭＰａ］と３点曲げ弾性率［ＧＰａ］を測定した。その結果を表１～３に示す。
<Measurement of bending strength in MD direction and bending modulus in MD direction>
A four-point bending test was performed according to JIS K 7074 to measure the bending strength and bending modulus in the MD direction of each evaluation CFRTP plate. Specifically, a sample was cut out from each evaluation CFRTP plate so as to have a width of 15 mm and a length of 100 mm. Next, using a tensile tester (manufactured by Shimadzu Corporation, product name: Autograph 5000) equipped with a four-point bending jig, a four-point bending measurement of the above sample was performed under the conditions of a crosshead speed of 5 mm/min, a support span of 81 mm, an indenter span of 27 mm, a support diameter of 4 mm, and an indenter diameter of 10 mm, and the four-point bending strength [MPa] and the four-point bending modulus [GPa] were measured in the MD direction. Note that, for Reference Example 2, which is an injection molded body of a thermoplastic resin not containing carbon fiber, a three-point bending test was performed in accordance with JIS K 7171. Specifically, a test piece was prepared by cutting out from the evaluation CFRTP plate of Reference Example 2 so as to have a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 4 mm. Next, using the above-mentioned tensile tester equipped with a three-point bending jig, three-point bending measurement of the above-mentioned test piece was performed under conditions of a crosshead speed of 2 mm/min, a support span of 64 mm, a support diameter of 5 mm, and an indenter diameter of 5 mm, and the three-point bending strength [MPa] and three-point bending modulus [GPa] were measured in the MD direction. The results are shown in Tables 1 to 3.
前記で測定されたＭＤ方向の曲げ強度［ＭＰａ］とＭＤ方向の曲げ弾性率［ＧＰａ］を、以下の評価基準に基づいてそれぞれ評価した。なお、「△」以上で使用可能（合格）な強度または弾性率を有する。「○」は充分な強度または弾性率を有する。「◎」はバージン炭素繊維（ＶＣＦ）含有ポリカーボネート樹脂ペレットの射出成形体と同等に優れた強度または弾性率を有する。その結果を表１～３に示す。
（ＭＤ方向の曲げ強度［ＭＰａ］の評価基準）
◎：１５０ＭＰａ以上。
○：１３５ＭＰａ以上１５０ＭＰａ未満。
△：１００ＭＰａ以上１３５ＭＰａ未満。
×：１００ＭＰａ未満。
（ＭＤ方向の曲げ弾性率［ＧＰａ］の評価基準）
◎：１０．０ＧＰａ以上。
○：８．０ＧＰａ以上１０．０ＧＰａ未満。
△：５．８ＧＰａ以上８．０ＧＰａ未満。
×：５．８ＧＰａ未満。
The bending strength [MPa] in the MD direction and the bending modulus [GPa] in the MD direction measured above were evaluated based on the following evaluation criteria. "△" or higher indicates usable (acceptable) strength or modulus. "◯" indicates sufficient strength or modulus. "◎" indicates excellent strength or modulus equivalent to that of an injection molded article of polycarbonate resin pellets containing virgin carbon fiber (VCF). The results are shown in Tables 1 to 3.
(Evaluation criteria for bending strength in MD direction [MPa])
◎: 150 MPa or more.
○: 135 MPa or more and less than 150 MPa.
△: 100 MPa or more and less than 135 MPa.
×: Less than 100 MPa.
(Evaluation criteria for bending modulus in MD direction [GPa])
◎: 10.0 GPa or more.
◯: 8.0 GPa or more and less than 10.0 GPa.
△: 5.8 GPa or more and less than 8.0 GPa.
×: Less than 5.8 GPa.
炭素繊維強化押出成形体の製造に使用した表１～３に記載の各種材料を以下に示す。
≪ポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂、熱可塑性樹脂）≫
・ＰＣ３００－８：住化ポリカーボネート（株）製。
・ＰＣ３０１－３０：住化ポリカーボネート（株）製。
・ＰＣＸ－１０３２３Ｂ：住化ポリカーボネート（株）製。
≪リサイクル炭素繊維（ＲＣＦ）≫
・ＣＦ－Ｎ Ｃ６：日本ポリマー産業（株）製、繊維長：６ｍｍ、サイジング材：無し。
・ＣＦＲＰ加熱品：カーボンファイバーリサイクル工業（株）製、繊維長：３ｍｍ、サイジング材：無し。
・ＣＦＥＰＵ－ＨＣ Ｃ６：日本ポリマー産業（株）製、繊維長：６ｍｍ、サイジング材：有り。
≪バージン炭素繊維（ＶＣＦ）含有ポリカーボネート樹脂≫
・ＰＣ－Ｃ－２０：三菱ケミカル（株）製、パイロフィル（登録商標）ペレット（炭素繊維ペレット）。
The various materials used in the manufacture of the carbon fiber reinforced extrusions are shown below in Tables 1 to 3.
<Polycarbonate resin (PC resin, thermoplastic resin)>
- PC300-8: Manufactured by Sumika Polycarbonate Co., Ltd.
- PC301-30: Manufactured by Sumika Polycarbonate Co., Ltd.
・PCX-10323B: Manufactured by Sumika Polycarbonate Co., Ltd.
<Recycled Carbon Fiber (RCF)>
CF-N C6: manufactured by Nippon Polymer Industries Co., Ltd., fiber length: 6 mm, sizing material: none.
Heated CFRP product: manufactured by Carbon Fiber Recycle Industry Co., Ltd., fiber length: 3 mm, sizing material: none.
CFEPU-HC C6: manufactured by Nippon Polymer Industries Co., Ltd., fiber length: 6 mm, sizing material: available.
<Virgin carbon fiber (VCF)-containing polycarbonate resin>
PC-C-20: Pyrofil (registered trademark) pellets (carbon fiber pellets) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
（実施例１シリーズのまとめ）
・各実施例の炭素繊維強化押出成形体は、不連続繊維であるリサイクル炭素繊維が用いられているものの、バージン炭素繊維を用いた参考例１（バージン炭素繊維含有ポリカーボネート樹脂ペレットの射出成形体）と同等の物性（ＭＤ方向の４点曲げ強度が１００ＭＰａ以上且つＭＤ方向の４点曲げ弾性率が５．８ＧＰａ以上）を達成した。
・この要因としては、各実施例の炭素繊維強化押出成形体の製造方法ではペレット化工程がないため、リサイクル炭素繊維にかかるせん断力が抑制され、その結果、繊維の折損が抑制されたためと考えられる。また、ペレット化せずにリサイクル炭素繊維の繊維長が長いまま成形体中に残存していることも一つの要因と考えられる。
・また、各実施例の炭素繊維強化押出成形体の製造方法は、ペレット化工程を省略して、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とをダイレクトで混錬し、インラインで押出成形するため、炭素繊維を混錬した樹脂を一度ペレット化するペレット化工程を必須とする従来の製造方法と比較して、工程数と工程費を低減できる。
(Summary of Example 1 Series)
Although the carbon fiber reinforced extrusion moldings in each Example use recycled carbon fiber, which is a discontinuous fiber, they achieved physical properties (MD four-point bending strength of 100 MPa or more and MD four-point bending modulus of 5.8 GPa or more) equivalent to those of Reference Example 1 (injection molded body of polycarbonate resin pellets containing virgin carbon fiber) which uses virgin carbon fiber.
This is probably because the manufacturing method of the carbon fiber reinforced extrusion molding in each example does not include a pelletizing process, so the shear force applied to the recycled carbon fiber is suppressed, and as a result, fiber breakage is suppressed. Another factor is that the recycled carbon fiber remains in the molding with its long fiber length without being pelletized.
In addition, the manufacturing method of the carbon fiber reinforced extrusion molding in each embodiment omits the pelletizing process, directly mixes the recycled carbon fiber and the thermoplastic resin, and extrudes them in-line. This reduces the number of steps and the process costs compared to conventional manufacturing methods that require a pelletizing process in which the resin mixed with the carbon fiber is once pelletized.
（実施例２シリーズ）
実施例１シリーズで得られた各実施例の評価用ＣＦＲＴＰ板を用いて、以下の物性を算出した。その結果を表４に示す。
(Example 2 Series)
The following physical properties were calculated using the CFRTP sheets for evaluation of each Example obtained in the Example 1 series. The results are shown in Table 4.
＜炭素繊維強化押出成形体（混練押出板）の評価２＞
≪重量平均繊維長（Ｌｗ）と数平均繊維長（Ｌｎ）の算出≫
重量平均繊維長（Ｌｗ）と数平均繊維長（Ｌｎ）は、以下の方法により求めた。まず、各評価用ＣＦＲＴＰ板を、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂を溶解する溶剤にて溶かした後、濾過を行い、リサイクル炭素繊維（ＲＣＦ）の残渣を得た。その残渣を光学顕微鏡にて５０～１００倍に拡大した画像を観察し、無作為に選んだ１０００本の長さを測定し、その測定値（ｍｍ）（小数点２桁が有効数字）を用いて以下の数式に基づき算出した。
［数１］
重量平均繊維長（Ｌｗ）＝Σ（Ｗｉ×Ｌｉ）／ΣＷｉ
＝Σ（πｒｉ２×Ｌｉ×ρ×ｎｉ×Ｌｉ）／Σ（πｒｉ２×Ｌｉ×ρ×ｎｉ）〔ｒｉ、およびρが一定である場合、上式は簡略化され、以下の数式となる。〕
≒Σ（Ｌｉ２×ｎｉ）／Σ（Ｌｉ×ｎｉ） （１）。
［数２］
数平均繊維長（Ｌｎ）＝Σ（Ｌｉ×ｎｉ）／Σｎｉ （２）。
〔数式中の各記号について〕
・Ｌｉ：繊維状充填材の繊維長。
・ｎｉ：繊維長Ｌｉの繊維状充填材の本数。
・Ｗｉ：繊維状充填材の重量。
・ｒｉ：繊維状充填材の繊維径。
・ρ ：繊維状充填材の密度。
<Evaluation of carbon fiber reinforced extrusion molded product (kneaded extrusion plate) 2>
<Calculation of weight average fiber length (Lw) and number average fiber length (Ln)>
The weight average fiber length (Lw) and number average fiber length (Ln) were determined by the following method. First, each CFRTP plate for evaluation was dissolved in a solvent that dissolves polycarbonate (PC) resin, and then filtered to obtain a residue of recycled carbon fiber (RCF). The residue was observed under an optical microscope at 50 to 100 times magnification, and the lengths of 1,000 randomly selected fibers were measured, and the measured values (mm) (two decimal places are significant figures) were used to calculate the length based on the following formula.
[Equation 1]
Weight average fiber length (Lw) = Σ (Wi × Li) / ΣWi
=Σ(πri 2 ×Li×ρ×ni×Li)/Σ(πri 2 ×Li×ρ×ni) (When ri and ρ are constant, the above formula is simplified to the following formula.)
≈Σ( Li2 ×ni)/Σ(Li×ni) (1).
[Equation 2]
Number average fiber length (Ln) = Σ(Li × ni) / Σni (2).
[About each symbol in the formula]
Li: fiber length of fibrous filler.
ni: number of fibrous fillers of fiber length Li.
Wi: weight of fibrous filler.
ri: fiber diameter of fibrous filler.
ρ: density of fibrous filler.
≪分散度（Ｌｗ／Ｌｎ）の算出≫
分散度（Ｌｗ／Ｌｎ）は、前記で算出した重量平均繊維長（Ｌｗ）と数平均繊維長（Ｌｎ）を用いて以下の数式に基づき算出した。
［数３］
分散度（Ｌｗ／Ｌｎ）＝重量平均繊維長（Ｌｗ）／数平均繊維長（Ｌｎ） （３）。
<Calculation of dispersibility (Lw/Ln)>
The degree of dispersion (Lw/Ln) was calculated based on the following formula using the weight average fiber length (Lw) and number average fiber length (Ln) calculated above.
[Equation 3]
Dispersity (Lw/Ln) = weight average fiber length (Lw) / number average fiber length (Ln) (3).
≪配向係数（η０）の算出≫
配向係数（η０）は、各評価用ＣＦＲＴＰ板の曲げ弾性率を求め、以下の数式に基づき算出した。
［数４］
配向係数（η０）＝（Ｅ－Ｅｍ（１－Ｖｆ））／（Ｅｆ×Ｖｆ） （４）。
〔数式中の各記号について〕
・Ｅ ：複合材の弾性率（ＧＰａ）、表１～３中の各実施例の「曲げ弾性率（ＭＤ）」欄参照。
・Ｅｍ：樹脂の弾性率（ＧＰａ）、実施例２シリーズでは２．３［ＧＰａ］（表３中の参考例２の「曲げ弾性率（ＭＤ）」参照）。
・Ｖｆ：繊維体積含有率、表１～３中の各実施例の「繊維体積含有率（Ｖｆ）」欄参照。
・Ｅｆ：繊維の弾性率（ＧＰａ）、実施例２シリーズでは２３０［ＧＰａ］。
<Calculation of Orientation Coefficient (η 0 )>
The orientation coefficient (η 0 ) was calculated based on the following formula by determining the flexural modulus of each CFRTP plate for evaluation.
[Equation 4]
Orientation coefficient (η 0 )=(E−Em(1−Vf))/(Ef×Vf) (4).
[About each symbol in the formula]
E: Elastic modulus of the composite material (GPa). See the "Flexural modulus (MD)" column for each example in Tables 1 to 3.
Em: Elastic modulus of resin (GPa), 2.3 [GPa] in the Example 2 series (see "Flexural modulus (MD)" of Reference Example 2 in Table 3).
Vf: fiber volume content, see the "fiber volume content (Vf)" column of each example in Tables 1 to 3.
Ef: Elastic modulus of fiber (GPa), 230 [GPa] in Example 2 series.
（実施例２シリーズのまとめ）
バージン炭素繊維を用いた成形体と同様の物性を示すために適切なリサイクル炭素繊維の残存繊維長、分散度、配向係数などを測定した。分散度は２．２５以下の範囲が好ましく、押出成形体におけるリサイクル炭素繊維の数平均繊維長は０．１５ｍｍ以上であることが好ましいことが確認された。
(Summary of Example 2 Series)
In order to exhibit the same physical properties as those of a molded product using virgin carbon fibers, the residual fiber length, dispersity, orientation coefficient, etc. of the appropriate recycled carbon fibers were measured. It was confirmed that the dispersity is preferably in the range of 2.25 or less, and the number average fiber length of the recycled carbon fibers in the extrusion molded product is preferably 0.15 mm or more.
以上説明したように、本発明は、リサイクル炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含有する炭素繊維強化押出成形体に適している。
As described above, the present invention is suitable for a carbon fiber reinforced extrusion molding containing recycled carbon fiber and a thermoplastic resin.
Claims (5)
ＪＩＳ Ｋ ７０７４に準拠して測定されたＭＤ方向の４点曲げ強度が１００ＭＰａ以上であり、ＭＤ方向の４点曲げ弾性率が５．８ＧＰａ以上であることを特徴とする炭素繊維強化押出成形体。 A carbon fiber reinforced extrusion molding containing recycled carbon fiber and a thermoplastic resin,
A carbon fiber reinforced extrusion molded product, characterized in that the four-point bending strength in the MD direction measured in accordance with JIS K 7074 is 100 MPa or more, and the four-point bending modulus in the MD direction is 5.8 GPa or more.
溶融した前記熱可塑性樹脂に前記リサイクル炭素繊維を投入して混錬し、インラインで押出成形することを特徴とする炭素繊維強化押出成形体の製造方法。 A method for producing a carbon fiber reinforced extrusion molding containing recycled carbon fiber and a thermoplastic resin, comprising:
A method for producing a carbon fiber reinforced extrusion molded product, comprising adding the recycled carbon fibers to the molten thermoplastic resin, kneading the mixture, and extruding the mixture in-line.
5. The method for producing a carbon fiber reinforced extrusion molded product according to claim 4, characterized in that the orientation of the recycled carbon fibers is controlled in the flow direction (MD direction) of the thermoplastic resin by extrusion molding.
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