JP3212543B2 - 炭素短繊維の製造方法 - Google Patents
炭素短繊維の製造方法Info
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- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭素短繊維の製造方
法に関するものである。更に詳しくは本発明は樹脂で結
合された炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から得
られる、成形材の補強材、充填剤等として有用な所望の
繊維長分布を有する炭素短繊維の製造方法に関するもの
である。
法に関するものである。更に詳しくは本発明は樹脂で結
合された炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から得
られる、成形材の補強材、充填剤等として有用な所望の
繊維長分布を有する炭素短繊維の製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ＣＦＲＰは比強度、比弾性率に優れてい
るため、航空、宇宙用途や野球バット、ゴルフシャフ
ト、テニスラケット等のスポーツ用具などに用いられて
いる。また、炭素繊維は機械的性質だけではなく導電性
や耐熱性といった機能も有しており、これらの機能を利
用して一般産業用途としても多用されるようになってき
た。炭素繊維を構造物に用いる場合、その要求特性によ
り形態も異なってくる。すなわち高強度、高剛性が必要
な場合は繊維が一方向に平行に並べられたプリプレグと
呼ばれる樹脂に含浸した材料や繊維を平織りや朱子織り
等の形態に施したものが使用される。また、従来の機械
部品への適用については樹脂中に様々な繊維長の短繊維
を充填させ、軽量化、導電性等を付与させている。
るため、航空、宇宙用途や野球バット、ゴルフシャフ
ト、テニスラケット等のスポーツ用具などに用いられて
いる。また、炭素繊維は機械的性質だけではなく導電性
や耐熱性といった機能も有しており、これらの機能を利
用して一般産業用途としても多用されるようになってき
た。炭素繊維を構造物に用いる場合、その要求特性によ
り形態も異なってくる。すなわち高強度、高剛性が必要
な場合は繊維が一方向に平行に並べられたプリプレグと
呼ばれる樹脂に含浸した材料や繊維を平織りや朱子織り
等の形態に施したものが使用される。また、従来の機械
部品への適用については樹脂中に様々な繊維長の短繊維
を充填させ、軽量化、導電性等を付与させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に炭素繊維はポリ
アクリロニトリル繊維を１０００℃〜３０００℃の高温
で焼成し、製造後は連続繊維として得られている。しか
し連続した炭素繊維を切断するには、繊維に収束剤によ
り表面処理を施し、短繊維化するのが通常であるが、一
般に３mm以下の繊維長にすることは困難であり、しかも
繊維の切断時に用いた収束剤等の表面処理剤の残存によ
り充填材として使用するとき、これらの表面処理剤が結
合材として作用し、これを取り除かなければ、充分な分
散状態が得られない。一方、表面処理を施さないで粉砕
するミルドファイバーはその製造コストが高い上に、繊
維が綿状に凝集し、充填材として用いた場合分散性が極
めて悪くなるという問題が存在する。さらに、ミルドフ
ァイバーにあっては、１mm以下の細かいものが得られる
が、繊維長が不揃いである。またウィスカーと呼ばれる
ものは一般にその繊維径が１００μm未満のものであ
る。
アクリロニトリル繊維を１０００℃〜３０００℃の高温
で焼成し、製造後は連続繊維として得られている。しか
し連続した炭素繊維を切断するには、繊維に収束剤によ
り表面処理を施し、短繊維化するのが通常であるが、一
般に３mm以下の繊維長にすることは困難であり、しかも
繊維の切断時に用いた収束剤等の表面処理剤の残存によ
り充填材として使用するとき、これらの表面処理剤が結
合材として作用し、これを取り除かなければ、充分な分
散状態が得られない。一方、表面処理を施さないで粉砕
するミルドファイバーはその製造コストが高い上に、繊
維が綿状に凝集し、充填材として用いた場合分散性が極
めて悪くなるという問題が存在する。さらに、ミルドフ
ァイバーにあっては、１mm以下の細かいものが得られる
が、繊維長が不揃いである。またウィスカーと呼ばれる
ものは一般にその繊維径が１００μm未満のものであ
る。
【０００４】従って、当該業界にあっては特に１００μ
m〜３mmの範囲で且つ要求性能に応じた任意の繊維長の
整ったものの入手が困難であった。また、炭素繊維の製
造には高価な原料を高温で焼成するため相当なエネルギ
ーが消費されるにもかかわらず、得られた連続した長繊
維の炭素繊維を用途により、切断して使用することは、
炭素繊維の有する高強度、高剛性の特性をなくしてしま
い、且つ大きなエネルギーロスを生じる。一方、このよ
うな多大なエネルギーを費やして得られる炭素繊維及び
ＣＦＲＰを廃棄した場合、炭素繊維は不燃性で、腐食し
ないため、現状では埋立処理に頼るしかなく環境問題を
引き起こしている。
m〜３mmの範囲で且つ要求性能に応じた任意の繊維長の
整ったものの入手が困難であった。また、炭素繊維の製
造には高価な原料を高温で焼成するため相当なエネルギ
ーが消費されるにもかかわらず、得られた連続した長繊
維の炭素繊維を用途により、切断して使用することは、
炭素繊維の有する高強度、高剛性の特性をなくしてしま
い、且つ大きなエネルギーロスを生じる。一方、このよ
うな多大なエネルギーを費やして得られる炭素繊維及び
ＣＦＲＰを廃棄した場合、炭素繊維は不燃性で、腐食し
ないため、現状では埋立処理に頼るしかなく環境問題を
引き起こしている。
【０００５】上記の問題点に対し、ＣＦＲＰの廃材を利
用する研究がなされている。例えば特開平４−３２３０
０９号にはＣＦＲＰをマトリックス樹脂の分解点以上、
炭素繊維の分解点以下の温度で処理して、マトリックス
樹脂の分解物で一体化（結着）された炭素繊維塊を得て
いる。しかし、この炭素繊維塊はマトリックス樹脂の分
解物、即ち炭化物を含んでいるため、樹脂と複合した場
合、繊維と樹脂が直接濡れないため、繊維と樹脂との接
着強度が低かったり、分散性が低下したりして満足した
複合材が得られず、また切断などにより単繊維に分解で
きるとはあるが、上記１００μm〜３mmの範囲で且つ要
求性能に応じた任意の繊維長の整ったものに切断できる
ものではない。
用する研究がなされている。例えば特開平４−３２３０
０９号にはＣＦＲＰをマトリックス樹脂の分解点以上、
炭素繊維の分解点以下の温度で処理して、マトリックス
樹脂の分解物で一体化（結着）された炭素繊維塊を得て
いる。しかし、この炭素繊維塊はマトリックス樹脂の分
解物、即ち炭化物を含んでいるため、樹脂と複合した場
合、繊維と樹脂が直接濡れないため、繊維と樹脂との接
着強度が低かったり、分散性が低下したりして満足した
複合材が得られず、また切断などにより単繊維に分解で
きるとはあるが、上記１００μm〜３mmの範囲で且つ要
求性能に応じた任意の繊維長の整ったものに切断できる
ものではない。
【０００６】特開平６−９９１６０号には破砕したＣＦ
ＲＰを、３〜１８体積％の酸素濃度で、３００〜６００
℃で燃焼させないで処理し、マトリックスのプラスチッ
クを熱分解して炭素繊維を回収する方法が記載されてい
る。しかし破砕の目的は雰囲気ガスとの良好な接触のた
めであり、その破砕の程度も３〜５０cmとあり、上記１
００μm〜３mmの範囲で且つ要求性能に応じた任意の繊
維長分布を有する炭素繊維を回収するものではない。ま
た、この方法では反応の進行により酸素濃度が下がるの
で、絶えず酸素を導入して酸素濃度を制御するとある。
特開平７−３３９０４号はＣＦＲＰを乾留してプラスチ
ックを炭化物とした後、０.１〜２５体積％の酸素濃度
で、３００〜１０００℃で燃焼させないで加熱し、炭化
物を酸化分解して炭素繊維を得ることを記載する。この
方法でもＣＦＲＰを予め破砕するのが良いとあるが、そ
れは酸化反応でＣＦＲＰ中の炭素繊維の損耗を防ぐため
であり、またその破砕の程度も３〜１０cm程度であり、
上記１００μm〜３mmの範囲で且つ要求性能に応じた任
意の繊維長分布を有する炭素繊維を回収するものではな
い。また、この方法でも反応の進行により酸素濃度が下
がるので、絶えず酸素を導入して酸素濃度を制御すると
ある。
ＲＰを、３〜１８体積％の酸素濃度で、３００〜６００
℃で燃焼させないで処理し、マトリックスのプラスチッ
クを熱分解して炭素繊維を回収する方法が記載されてい
る。しかし破砕の目的は雰囲気ガスとの良好な接触のた
めであり、その破砕の程度も３〜５０cmとあり、上記１
００μm〜３mmの範囲で且つ要求性能に応じた任意の繊
維長分布を有する炭素繊維を回収するものではない。ま
た、この方法では反応の進行により酸素濃度が下がるの
で、絶えず酸素を導入して酸素濃度を制御するとある。
特開平７−３３９０４号はＣＦＲＰを乾留してプラスチ
ックを炭化物とした後、０.１〜２５体積％の酸素濃度
で、３００〜１０００℃で燃焼させないで加熱し、炭化
物を酸化分解して炭素繊維を得ることを記載する。この
方法でもＣＦＲＰを予め破砕するのが良いとあるが、そ
れは酸化反応でＣＦＲＰ中の炭素繊維の損耗を防ぐため
であり、またその破砕の程度も３〜１０cm程度であり、
上記１００μm〜３mmの範囲で且つ要求性能に応じた任
意の繊維長分布を有する炭素繊維を回収するものではな
い。また、この方法でも反応の進行により酸素濃度が下
がるので、絶えず酸素を導入して酸素濃度を制御すると
ある。
【０００７】特開平７−１１８４４０号はＣＦＲＰを鱗
片状に破砕した後、実質的に非酸化性雰囲気下に３００
〜１０００℃で乾留して得られたマトリックス樹脂の熱
分解物により一体に結着された炭素繊維塊について記載
する。ここでも破砕は乾留の効率が良いためとあり、１
０mm程度である。しかし、この炭素繊維塊も上記特開平
４−３２３００９号と同様、マトリックス樹脂の分解
物、即ち炭化物を含んでおり、また切断などにより単繊
維に分解できるとはあるが、上記１００μm〜３mmの範
囲で且つ要求性能に応じた任意の繊維長の整ったものに
切断できるものではない。また、この方法では得られた
炭素繊維間に点接触（結合点）として炭化物が残存して
結合物を作っているため、外部応力を加えて解繊させる
ときに点接触に応力がかかり、繊維は折れやすい。
片状に破砕した後、実質的に非酸化性雰囲気下に３００
〜１０００℃で乾留して得られたマトリックス樹脂の熱
分解物により一体に結着された炭素繊維塊について記載
する。ここでも破砕は乾留の効率が良いためとあり、１
０mm程度である。しかし、この炭素繊維塊も上記特開平
４−３２３００９号と同様、マトリックス樹脂の分解
物、即ち炭化物を含んでおり、また切断などにより単繊
維に分解できるとはあるが、上記１００μm〜３mmの範
囲で且つ要求性能に応じた任意の繊維長の整ったものに
切断できるものではない。また、この方法では得られた
炭素繊維間に点接触（結合点）として炭化物が残存して
結合物を作っているため、外部応力を加えて解繊させる
ときに点接触に応力がかかり、繊維は折れやすい。
【０００８】本発明の課題は、広い範囲にわたって要求
性能に応じた任意の繊維長の整った、即ち所望の繊維長
分布の炭素短繊維を提供することにあり、しかも原料と
してＣＦＲＰ製造時に生じる廃材や廃ＣＦＲＰ製品を用
いることができ、環境保全にも優れた炭素短繊維の製法
を提供することにある。
性能に応じた任意の繊維長の整った、即ち所望の繊維長
分布の炭素短繊維を提供することにあり、しかも原料と
してＣＦＲＰ製造時に生じる廃材や廃ＣＦＲＰ製品を用
いることができ、環境保全にも優れた炭素短繊維の製法
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂で結合さ
れた炭素繊維を１００μm〜３mmの範囲の繊維状に粉砕
後、分級して繊維長を整え、各分級品の１種又は２種以
上を、粉砕物の分解ガスの充満下、３５０〜５００℃で
加熱分解することを特徴とする所望の繊維長分布を有す
る炭素短繊維の製造方法に係る。本発明によれば、１０
０μm〜３mmの範囲内で且つその範囲内で要求性能に応
じた任意の繊維長の整った、所望の繊維長分布を有する
炭素短繊維を製造することができる。
れた炭素繊維を１００μm〜３mmの範囲の繊維状に粉砕
後、分級して繊維長を整え、各分級品の１種又は２種以
上を、粉砕物の分解ガスの充満下、３５０〜５００℃で
加熱分解することを特徴とする所望の繊維長分布を有す
る炭素短繊維の製造方法に係る。本発明によれば、１０
０μm〜３mmの範囲内で且つその範囲内で要求性能に応
じた任意の繊維長の整った、所望の繊維長分布を有する
炭素短繊維を製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明では原料として例えば樹脂
で結合された炭素繊維を用いる。この結合剤の樹脂とし
ては、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ナイロン樹脂、ポリ
エステル樹脂、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂を挙げる
ことができる。一例を挙げれば、パイプ状あるいは平板
状のエポキシ樹脂をマトリックスとするＣＦＲＰの廃材
を堅型粉砕機を用いて破砕し、粗粉砕した後、再度粉砕
機にかけ、スクリーン径１〜５mmを通すことにより粉砕
物を得る。
で結合された炭素繊維を用いる。この結合剤の樹脂とし
ては、例えばエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、
フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ナイロン樹脂、ポリ
エステル樹脂、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂を挙げる
ことができる。一例を挙げれば、パイプ状あるいは平板
状のエポキシ樹脂をマトリックスとするＣＦＲＰの廃材
を堅型粉砕機を用いて破砕し、粗粉砕した後、再度粉砕
機にかけ、スクリーン径１〜５mmを通すことにより粉砕
物を得る。
【００１１】本発明では上記粉砕物を加熱分解するに際
して、スクリーンメッシュを変えることによって、ある
程度繊維長の整ったものとする。さらにこの粉砕物をふ
るい機等の分級機により、所望の長さに選別し、繊維長
を揃える。本発明では、粉砕物の繊維長は１００μm〜
３mmの範囲内であって、特に加熱分解の前に予め分級す
るので平均繊維長の±５０％の変動幅以内のものが得ら
れる。もちろん分級精度を上げることにより、さらに粒
度が揃ったものが得られるが、分級操作が複雑になり、
前記繊維長分布で充分に実用化に耐えることができる。
して、スクリーンメッシュを変えることによって、ある
程度繊維長の整ったものとする。さらにこの粉砕物をふ
るい機等の分級機により、所望の長さに選別し、繊維長
を揃える。本発明では、粉砕物の繊維長は１００μm〜
３mmの範囲内であって、特に加熱分解の前に予め分級す
るので平均繊維長の±５０％の変動幅以内のものが得ら
れる。もちろん分級精度を上げることにより、さらに粒
度が揃ったものが得られるが、分級操作が複雑になり、
前記繊維長分布で充分に実用化に耐えることができる。
【００１２】ここで、平均繊維長とは重量平均繊維長
（lw）であり、以下の式により求められる。 lw＝ΣＷi・li／Ｗi lw＝Σα・Ｎi・li2／Σα・Ｎi・li lw＝ΣＮi・li2／ΣＮi・li αはπr2ρ（２r＝繊維の直径、ρ＝密度）、Ｎiは長さ
liの繊維の数である。
（lw）であり、以下の式により求められる。 lw＝ΣＷi・li／Ｗi lw＝Σα・Ｎi・li2／Σα・Ｎi・li lw＝ΣＮi・li2／ΣＮi・li αはπr2ρ（２r＝繊維の直径、ρ＝密度）、Ｎiは長さ
liの繊維の数である。
【００１３】本発明の炭素短繊維を製造するための原料
としては、例えばＣＦＲＰのリサイクル品、ＣＦＲＰ製
造時に生じる廃材等が使用でき、環境保全に優れたもの
である。本発明では、このようにＣＦＲＰのリサイクル
品、ＣＦＲＰ製造時に生じる廃材を粉砕することによ
り、１００μm〜３mmの範囲内で且つその範囲内で要求
性能に応じた任意の繊維長の整った、所望の繊維長分布
を有する粉砕物を得ることができる。本発明では粉砕物
を前もって分級することにより、繊維長の整ったものが
容易に得られ、一般にいわれる数平均繊維長lm／lwが
１.０５〜１.５０で１に近く単分散性を有する優れたも
のである。
としては、例えばＣＦＲＰのリサイクル品、ＣＦＲＰ製
造時に生じる廃材等が使用でき、環境保全に優れたもの
である。本発明では、このようにＣＦＲＰのリサイクル
品、ＣＦＲＰ製造時に生じる廃材を粉砕することによ
り、１００μm〜３mmの範囲内で且つその範囲内で要求
性能に応じた任意の繊維長の整った、所望の繊維長分布
を有する粉砕物を得ることができる。本発明では粉砕物
を前もって分級することにより、繊維長の整ったものが
容易に得られ、一般にいわれる数平均繊維長lm／lwが
１.０５〜１.５０で１に近く単分散性を有する優れたも
のである。
【００１４】一方、従来は連続した炭素繊維に収束剤に
より表面処理を施し、短繊維化しているが、一般に３mm
以下の繊維長にすることは困難であり、熟練を要し、か
つ繊維長の制御が困難であった。また表面処理を施さな
いで粉砕するミルドファイバーはその製造コストが高い
上に、繊維が綿状に凝集し、さらに１mm以下の細かいも
のが得られるが、繊維長が不揃いである。またウィスカ
ーと呼ばれるものは一般にその繊維径が１００μm未満
のものである。
より表面処理を施し、短繊維化しているが、一般に３mm
以下の繊維長にすることは困難であり、熟練を要し、か
つ繊維長の制御が困難であった。また表面処理を施さな
いで粉砕するミルドファイバーはその製造コストが高い
上に、繊維が綿状に凝集し、さらに１mm以下の細かいも
のが得られるが、繊維長が不揃いである。またウィスカ
ーと呼ばれるものは一般にその繊維径が１００μm未満
のものである。
【００１５】このように従来は特に１００μm〜３mmの
範囲で且つ要求性能に応じた任意の繊維長の整ったもの
の入手が極めて困難であった。本発明は上記のようにＣ
ＦＲＰのリサイクル品、ＣＦＲＰ製造時に生じる廃材を
粉砕し、分級することにより、この問題点を一挙に解決
したものである。本発明では、この粉砕、分級され繊維
長の整えられた、各分級品の１種又は２種以上を、粉砕
物の分解ガスの充満下、３５０〜５００℃で加熱分解す
ることにより所望の繊維長分布を有する炭素短繊維を得
ることができる。また、所望の繊維長／繊維径（アスペ
クト比）の繊維を作ることができる。
範囲で且つ要求性能に応じた任意の繊維長の整ったもの
の入手が極めて困難であった。本発明は上記のようにＣ
ＦＲＰのリサイクル品、ＣＦＲＰ製造時に生じる廃材を
粉砕し、分級することにより、この問題点を一挙に解決
したものである。本発明では、この粉砕、分級され繊維
長の整えられた、各分級品の１種又は２種以上を、粉砕
物の分解ガスの充満下、３５０〜５００℃で加熱分解す
ることにより所望の繊維長分布を有する炭素短繊維を得
ることができる。また、所望の繊維長／繊維径（アスペ
クト比）の繊維を作ることができる。
【００１６】粉砕物の分解ガスの充満下に加熱すると
は、例えば粉砕物を密閉状態で加熱する方法、粉砕物を
容器中に高充填率で充填し加熱する方法等を挙げること
ができる。容器としては坩堝等を挙げることができ、高
充填率とは例えば５０〜１００容積％、好ましくは８０
〜９９容積％程度の充填率を挙げることができる。本発
明では、粉砕物の分解ガスの充満下に加熱分解させるた
め、何ら酸素ガスや空気、窒素ガス等を準備する必要も
なく、また酸素ガス濃度を絶えず制御する煩雑な操作も
必要がない。
は、例えば粉砕物を密閉状態で加熱する方法、粉砕物を
容器中に高充填率で充填し加熱する方法等を挙げること
ができる。容器としては坩堝等を挙げることができ、高
充填率とは例えば５０〜１００容積％、好ましくは８０
〜９９容積％程度の充填率を挙げることができる。本発
明では、粉砕物の分解ガスの充満下に加熱分解させるた
め、何ら酸素ガスや空気、窒素ガス等を準備する必要も
なく、また酸素ガス濃度を絶えず制御する煩雑な操作も
必要がない。
【００１７】本発明の加熱分解は３５０〜５００℃の範
囲で行うのが好ましい。３５０℃未満では分解が遅く、
またマトリックス樹脂が残存する。５００℃を越えると
炭素繊維の損耗が起こる。加熱分解時間は温度にも依存
するが、通常は１〜８時間、さらに好ましくは２〜５時
間程度である。
囲で行うのが好ましい。３５０℃未満では分解が遅く、
またマトリックス樹脂が残存する。５００℃を越えると
炭素繊維の損耗が起こる。加熱分解時間は温度にも依存
するが、通常は１〜８時間、さらに好ましくは２〜５時
間程度である。
【００１８】本発明で得られた炭素短繊維は１００μm
〜３mmの範囲内で且つその範囲内で要求性能に応じた任
意の繊維長の整った、所望の繊維長分布を有するので、
そのまま各種の用途に用いることができる。本発明で得
られたる炭素短繊維は例えば充填剤、補強材、導電剤等
として用いることができる。充填材等として他の材料中
に混ぜる時には、材料との接着性を向上させるために、
エポキシ樹脂系サイジング処理、化学気相蒸着（ＣＶ
Ｄ）、電気メッキ、シランカップリング処理、酸化処理
等の表面処理を施してもよい。
〜３mmの範囲内で且つその範囲内で要求性能に応じた任
意の繊維長の整った、所望の繊維長分布を有するので、
そのまま各種の用途に用いることができる。本発明で得
られたる炭素短繊維は例えば充填剤、補強材、導電剤等
として用いることができる。充填材等として他の材料中
に混ぜる時には、材料との接着性を向上させるために、
エポキシ樹脂系サイジング処理、化学気相蒸着（ＣＶ
Ｄ）、電気メッキ、シランカップリング処理、酸化処理
等の表面処理を施してもよい。
【００１９】
【実施例】以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更
に詳しく説明する。 実施例１ エポキシ樹脂で結合された炭素繊維を用いたＣＦＲＰ製
野球バットを堅型粉砕機により粗粉砕し、スクリーン径
１２mmを通した後、再度粉砕機にかけ、スクリーン径１
mmを通すことにより、エポキシ樹脂が付着した状態の繊
維状の炭素繊維が得られた。この粉砕物を２５０〜３０
００メッシュのメッシュサイズの異なるふるい機で分級
して繊維長の揃った炭素繊維の各分級品を得た。各メッ
シュでの分級結果を以下の表１〜６に示す。次に、この
各分級品ごとに別々に坩堝に充填率８０容積％で充填
し、電気炉を用い、４００℃、５時間、粉砕物の分解ガ
スの充満下に加熱分解させ、２５０μm〜３mmの範囲内
の所望の繊維長分布を有する炭素短繊維を得た。
に詳しく説明する。 実施例１ エポキシ樹脂で結合された炭素繊維を用いたＣＦＲＰ製
野球バットを堅型粉砕機により粗粉砕し、スクリーン径
１２mmを通した後、再度粉砕機にかけ、スクリーン径１
mmを通すことにより、エポキシ樹脂が付着した状態の繊
維状の炭素繊維が得られた。この粉砕物を２５０〜３０
００メッシュのメッシュサイズの異なるふるい機で分級
して繊維長の揃った炭素繊維の各分級品を得た。各メッ
シュでの分級結果を以下の表１〜６に示す。次に、この
各分級品ごとに別々に坩堝に充填率８０容積％で充填
し、電気炉を用い、４００℃、５時間、粉砕物の分解ガ
スの充満下に加熱分解させ、２５０μm〜３mmの範囲内
の所望の繊維長分布を有する炭素短繊維を得た。
【００２０】
【表１】２５０μmメッシュでの分級結果
【００２１】
【表２】５００μmメッシュでの分級結果
【００２２】
【表３】７５０μmメッシュでの分級結果
【００２３】
【表４】１０００μmメッシュでの分級結果
【００２４】
【表５】３０００μmメッシュでの分級結果
【００２５】
【表６】市販のミルドファイバーの繊維長分布
【００２６】これらの結果から、各メッシュサイズのふ
るい機で分級した後、加熱処理して得られた炭素短繊維
の平均繊維長及び、平均繊維長の０.５〜１.５倍に入る
割合（％）を表７に示し、またその繊維長分布を図１〜
６にグラフ化した。
るい機で分級した後、加熱処理して得られた炭素短繊維
の平均繊維長及び、平均繊維長の０.５〜１.５倍に入る
割合（％）を表７に示し、またその繊維長分布を図１〜
６にグラフ化した。
【００２７】
【表７】
【００２８】上記の結果から、本発明により製造された
炭素短繊維は、市販のミルドファイバーと比較して繊維
長分布にばらつきが少なく、しかも容易に所望の長さの
炭素繊維を得ることが可能である。
炭素短繊維は、市販のミルドファイバーと比較して繊維
長分布にばらつきが少なく、しかも容易に所望の長さの
炭素繊維を得ることが可能である。
【００２９】実施例２ 実施例１の野球バットの代わりにエポキシ樹脂で結合さ
れた炭素繊維を用いたゴルフシャフトを用い、粉砕物を
るつぼに高充填（充填率８５容積％）し、粉砕物の分解
ガスの充満下に、５００℃、５時間の条件で、樹脂残存
物もなく繊維径も当初の７μmのままであった。また、
自燃分解前の繊維長が２５３μmであったものを、同条
件で自燃分解させても繊維長は変化せず、２５３μmの
ままであった。
れた炭素繊維を用いたゴルフシャフトを用い、粉砕物を
るつぼに高充填（充填率８５容積％）し、粉砕物の分解
ガスの充満下に、５００℃、５時間の条件で、樹脂残存
物もなく繊維径も当初の７μmのままであった。また、
自燃分解前の繊維長が２５３μmであったものを、同条
件で自燃分解させても繊維長は変化せず、２５３μmの
ままであった。
【００３０】比較例１ 加熱温度を２８０℃にした以外は実施例２と同様に行っ
たところ、時間とともにエポキシ樹脂の分解が生じる
が、８時間の加熱でも炭素繊維中に樹脂の付着物が見ら
れ、繊維間を結着していた。 比較例２ 加熱温度を６００℃にした以外は実施例２と同様に行っ
たところ、約３.５時間で初期の樹脂含有量である３０
％の重量減少となった。しかし、エポキシ樹脂に被覆さ
れていない部分の炭素繊維の直径が７μmであったもの
が、炭素繊維の酸化により６μm程度に減少していた。 比較例３ 加熱温度を８００℃にした以外は比較例２と同様に行っ
たところ、約２時間で初期の樹脂含有量である３０％の
重量減少となった。しかし、エポキシ樹脂に被覆されて
いない部分の炭素繊維の直径が７μmであったものが、
炭素繊維の酸化により４μm程度に減少していた。
たところ、時間とともにエポキシ樹脂の分解が生じる
が、８時間の加熱でも炭素繊維中に樹脂の付着物が見ら
れ、繊維間を結着していた。 比較例２ 加熱温度を６００℃にした以外は実施例２と同様に行っ
たところ、約３.５時間で初期の樹脂含有量である３０
％の重量減少となった。しかし、エポキシ樹脂に被覆さ
れていない部分の炭素繊維の直径が７μmであったもの
が、炭素繊維の酸化により６μm程度に減少していた。 比較例３ 加熱温度を８００℃にした以外は比較例２と同様に行っ
たところ、約２時間で初期の樹脂含有量である３０％の
重量減少となった。しかし、エポキシ樹脂に被覆されて
いない部分の炭素繊維の直径が７μmであったものが、
炭素繊維の酸化により４μm程度に減少していた。
【００３１】実施例３ 実施例１で得られた炭素短繊維を用いて、マトリックス
樹脂にポリプロピレンを用いた樹脂ペレットを作成し
た。樹脂ペレット中の炭素繊維の含有量を２０ｗｔ％に
設定した。また比較品として、同程度の繊維長を持つ市
販のカーボン繊維を用いて同条件でペレット化を行なっ
た。このペレットを用いてインジェクション成形により
平板の成形を行なった。得られた平板から短冊状の試験
片を切り出し、引張り及び曲げ試験を実施した。結果を
表８に示す。
樹脂にポリプロピレンを用いた樹脂ペレットを作成し
た。樹脂ペレット中の炭素繊維の含有量を２０ｗｔ％に
設定した。また比較品として、同程度の繊維長を持つ市
販のカーボン繊維を用いて同条件でペレット化を行なっ
た。このペレットを用いてインジェクション成形により
平板の成形を行なった。得られた平板から短冊状の試験
片を切り出し、引張り及び曲げ試験を実施した。結果を
表８に示す。
【００３２】
【表８】
【００３３】上記の結果から本発明により得られる炭素
繊維を強化材とした成形品は、市販材料を用いたものよ
りも強度的に強く、物性値のバラツキも少ない結果が得
られた。この試験後の破断面をＳＥＭ観察したところ、
市販の炭素繊維は繊維が凝集しているのに対し、本発明
品は分散状態が良好であった。これは市販の炭素繊維が
短繊維状に切断するときにサイジング剤等により、繊維
間を収束させているため、成形後も分散状態が悪いため
と考えられる。一方、本発明品は樹脂で結合されてお
り、粉砕後に自燃分解により樹脂を分解させているた
め、繊維間の凝集もなく、成形品に用いたときにも良好
な分散状態となり、強度が高く、バラツキが少なくなっ
たと考えられる。
繊維を強化材とした成形品は、市販材料を用いたものよ
りも強度的に強く、物性値のバラツキも少ない結果が得
られた。この試験後の破断面をＳＥＭ観察したところ、
市販の炭素繊維は繊維が凝集しているのに対し、本発明
品は分散状態が良好であった。これは市販の炭素繊維が
短繊維状に切断するときにサイジング剤等により、繊維
間を収束させているため、成形後も分散状態が悪いため
と考えられる。一方、本発明品は樹脂で結合されてお
り、粉砕後に自燃分解により樹脂を分解させているた
め、繊維間の凝集もなく、成形品に用いたときにも良好
な分散状態となり、強度が高く、バラツキが少なくなっ
たと考えられる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の炭素短繊維の製造方法は樹脂で
結合された状態でＣＦＲＰを粉砕し、その後分級し、加
熱分解させることから、利用分野に応じて、要求特性に
自由に対応できる任意の繊維長を得ることが可能とな
る。しかも従来までの炭素短繊維の製造方法と全く異な
り、繊維を収束するためのサイジング剤やコーティング
剤を使用していないことから、他の材料中に強化材ある
いは充填材として用いた場合でも分散性が極めて良く、
得られる炭素繊維は数平均繊維長ｌm／ｌwが１.０５〜
１.５０で１に近く単分散性を有することから、物性値
のバラツキが小さく均質な成形品が得られる。また、従
来の炭素短繊維は連続した長繊維を切断あるいは粉砕し
て得られるため、原料や製造コストが大きいが、本発明
ではＣＦＲＰ製品の廃棄物や工場から排出される廃材を
利用することにより得られるため、原材料の価格は安価
で、製造にかかわるエネルギーが低減され、安価であ
り、しかも環境保全に有効で産業上の利用価値は高い。
結合された状態でＣＦＲＰを粉砕し、その後分級し、加
熱分解させることから、利用分野に応じて、要求特性に
自由に対応できる任意の繊維長を得ることが可能とな
る。しかも従来までの炭素短繊維の製造方法と全く異な
り、繊維を収束するためのサイジング剤やコーティング
剤を使用していないことから、他の材料中に強化材ある
いは充填材として用いた場合でも分散性が極めて良く、
得られる炭素繊維は数平均繊維長ｌm／ｌwが１.０５〜
１.５０で１に近く単分散性を有することから、物性値
のバラツキが小さく均質な成形品が得られる。また、従
来の炭素短繊維は連続した長繊維を切断あるいは粉砕し
て得られるため、原料や製造コストが大きいが、本発明
ではＣＦＲＰ製品の廃棄物や工場から排出される廃材を
利用することにより得られるため、原材料の価格は安価
で、製造にかかわるエネルギーが低減され、安価であ
り、しかも環境保全に有効で産業上の利用価値は高い。
【００３５】本発明では、ＣＦＲＰのリサイクル品、Ｃ
ＦＲＰ製造時に生じる廃材を粉砕することにより、１０
０μm〜３mmの範囲内で且つその範囲内で要求性能に応
じた任意の繊維長の整った、所望の繊維長分布を有する
粉砕物を得ることができる。本発明ではこのように粉砕
物を前もって分級することにより、繊維長の整ったもの
が容易に得られ、一般にいわれる数平均繊維長ｌm／ｌw
が１.０５〜１.５０で１に近く単分散性を有する優れた
ものが得られる。一方、従来は連続した炭素繊維を一般
に３mm以下の繊維長にすることは困難であり、また表面
処理を施さないで粉砕するミルドファイバーはその製造
コストが高い上に、繊維が綿状に凝集し、さらに１mm以
下の細かいものが得られるが、繊維長が不揃いである。
また本発明では、粉砕物の分解ガスの充満下に加熱分解
させるため、何ら酸素ガスや空気、窒素ガス等を準備す
る必要もなく、また酸素ガス濃度を絶えず制御する煩雑
な操作も必要がない。
ＦＲＰ製造時に生じる廃材を粉砕することにより、１０
０μm〜３mmの範囲内で且つその範囲内で要求性能に応
じた任意の繊維長の整った、所望の繊維長分布を有する
粉砕物を得ることができる。本発明ではこのように粉砕
物を前もって分級することにより、繊維長の整ったもの
が容易に得られ、一般にいわれる数平均繊維長ｌm／ｌw
が１.０５〜１.５０で１に近く単分散性を有する優れた
ものが得られる。一方、従来は連続した炭素繊維を一般
に３mm以下の繊維長にすることは困難であり、また表面
処理を施さないで粉砕するミルドファイバーはその製造
コストが高い上に、繊維が綿状に凝集し、さらに１mm以
下の細かいものが得られるが、繊維長が不揃いである。
また本発明では、粉砕物の分解ガスの充満下に加熱分解
させるため、何ら酸素ガスや空気、窒素ガス等を準備す
る必要もなく、また酸素ガス濃度を絶えず制御する煩雑
な操作も必要がない。
【図１】実施例１で得られた炭素繊維の繊維長分布を示
すグラフ（２５０μmメッシュ分級品）である。
すグラフ（２５０μmメッシュ分級品）である。
【図２】実施例１で得られた炭素繊維の繊維長分布を示
すグラフ（５００μmメッシュ分級品）である。
すグラフ（５００μmメッシュ分級品）である。
【図３】実施例１で得られた炭素繊維の繊維長分布を示
すグラフ（７５０μmメッシュ分級品）である。
すグラフ（７５０μmメッシュ分級品）である。
【図４】実施例１で得られた炭素繊維の繊維長分布を示
すグラフ（１０００μmメッシュ分級品）である。
すグラフ（１０００μmメッシュ分級品）である。
【図５】実施例１で得られた炭素繊維の繊維長分布を示
すグラフ（３０００μmメッシュ分級品）である。
すグラフ（３０００μmメッシュ分級品）である。
【図６】市販のミルドファイバーの繊維長分布を示すグ
ラフである。
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 琢郎 京都府京都市伏見区桃山町養斉５−16 (56)参考文献 特開 平４−323009（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−118440（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−33904（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−99160（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−309753（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29B 17/00 - 17/02 C08J 11/00 - 11/28 D01F 9/08 - 9/32
Claims (3)
- 【請求項１】 樹脂で結合された炭素繊維を１００μm
〜３mmの範囲の繊維状に粉砕後、分級して繊維長を整
え、各分級品の１種又は２種以上を、粉砕物の分解ガス
の充満下、３５０〜５００℃で加熱分解することを特徴
とする所望の繊維長分布を有する炭素短繊維の製造方
法。 - 【請求項２】 粉砕物を密閉状態で加熱分解する請求項
１に記載の製造方法。 - 【請求項３】 粉砕物を容器中に高充填率で充填し、そ
れを加熱分解する請求項１に記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21908997A JP3212543B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 炭素短繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21908997A JP3212543B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 炭素短繊維の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1150338A JPH1150338A (ja) | 1999-02-23 |
| JP3212543B2 true JP3212543B2 (ja) | 2001-09-25 |
Family
ID=16730091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21908997A Expired - Fee Related JP3212543B2 (ja) | 1997-07-29 | 1997-07-29 | 炭素短繊維の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3212543B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101836971B1 (ko) | 2016-02-26 | 2018-03-09 | 이진국 | 가용매 분해반응을 이용한 폐cfrp의 재생방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3580689B2 (ja) * | 1998-01-27 | 2004-10-27 | 株式会社アシックス | 熱可塑性樹脂組成物 |
| JP3535972B2 (ja) * | 1998-05-21 | 2004-06-07 | 株式会社アシックス | 高導電性炭素繊維及びその製造方法 |
| JP4565461B2 (ja) * | 2001-07-23 | 2010-10-20 | 日機装株式会社 | Ｃｆｒｐから成る廃材のリサイクル方法 |
| JP3799344B2 (ja) * | 2003-09-29 | 2006-07-19 | 株式会社アシックス | 熱可塑性樹脂組成物 |
| JP4452740B2 (ja) * | 2007-12-07 | 2010-04-21 | トヨタ自動車株式会社 | 繊維強化プラスチックのリサイクル方法 |
| GB0800940D0 (en) | 2008-01-18 | 2008-02-27 | Milled Carbon Ltd | Recycling carbon fibre |
| JP2011093758A (ja) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Ibiden Co Ltd | 炭素質材料 |
| DE102010001787A1 (de) * | 2010-02-10 | 2011-08-11 | Sgl Carbon Se, 65203 | Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus einem Kohlenstoffwerkstoff unter Verwendung von wiederverwerteten Carbonfasern |
| JP6649860B2 (ja) * | 2015-09-30 | 2020-02-19 | 太平洋セメント株式会社 | 燃料の製造方法 |
| JP2017160559A (ja) * | 2016-03-09 | 2017-09-14 | 住友ベークライト株式会社 | 抄造体の製造方法および成形体の製造方法 |
| JP7326752B2 (ja) * | 2018-01-25 | 2023-08-16 | 東レ株式会社 | リサイクル炭素繊維の製造方法 |
| US20210139658A1 (en) * | 2018-08-06 | 2021-05-13 | Kureha Ecology Management Co. Ltd. | Reinforcing material containing covering layer and method of producing reinforcing material containing covering layer |
| WO2022249680A1 (ja) | 2021-05-28 | 2022-12-01 | 富士加飾株式会社 | リサイクル炭素繊維収束体組成物、およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-07-29 JP JP21908997A patent/JP3212543B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101836971B1 (ko) | 2016-02-26 | 2018-03-09 | 이진국 | 가용매 분해반응을 이용한 폐cfrp의 재생방법 |
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