JP3437777B2 - ゴム組成物 - Google Patents
ゴム組成物Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭素短繊維又はこれ
とガラス繊維を含有するゴム組成物に関するものであ
る。更に詳しくは本発明は樹脂で結着された繊維強化プ
ラスチック（ＦＲＰ）から得られる成形材の補強材、充
填材等として有用な所望の繊維長を有する炭素短繊維又
はこれとガラス繊維を含有するゴム組成物に関するもの
である。
とガラス繊維を含有するゴム組成物に関するものであ
る。更に詳しくは本発明は樹脂で結着された繊維強化プ
ラスチック（ＦＲＰ）から得られる成形材の補強材、充
填材等として有用な所望の繊維長を有する炭素短繊維又
はこれとガラス繊維を含有するゴム組成物に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】ＦＲＰは比強度、非弾性率に優れ、設計
の自由度も大きいことから、近年金属代替材料として様
々な工業分野に使用されている。特に繊維を一方向に引
き揃え、樹脂を含浸したプリプレグシートは繊維方向に
高い強度と剛性を有することから、構造物の必要物性に
応じた材料設計が可能であるため、多用途に用いられて
いる。また、長繊維を平織りや朱子織り等の形態に加工
し、積層することにより表面性を向上させたり、破壊に
対する靭性を高めたりすることも行われている。
の自由度も大きいことから、近年金属代替材料として様
々な工業分野に使用されている。特に繊維を一方向に引
き揃え、樹脂を含浸したプリプレグシートは繊維方向に
高い強度と剛性を有することから、構造物の必要物性に
応じた材料設計が可能であるため、多用途に用いられて
いる。また、長繊維を平織りや朱子織り等の形態に加工
し、積層することにより表面性を向上させたり、破壊に
対する靭性を高めたりすることも行われている。
【０００３】また、コスト面や性能面を考慮し、単一繊
維材料だけでなく、２種類以上、例えば炭素繊維とガラ
ス繊維等を複合することにより、単一繊維材料だけでは
得られない性能を付与したハイブリッド積層板なども数
多く使用されている。一方、繊維をミクロンオーダーか
ら数ミリ程度の短繊維状に切断することにより、インジ
ェクション用樹脂組成物の強化材、充填材としても使用
されている。特に炭素短繊維は高強度化、軽量化のみな
らず、繊維自体が導電特性を有することから、樹脂中に
混入した導電性樹脂組成物としても注目されている。
維材料だけでなく、２種類以上、例えば炭素繊維とガラ
ス繊維等を複合することにより、単一繊維材料だけでは
得られない性能を付与したハイブリッド積層板なども数
多く使用されている。一方、繊維をミクロンオーダーか
ら数ミリ程度の短繊維状に切断することにより、インジ
ェクション用樹脂組成物の強化材、充填材としても使用
されている。特に炭素短繊維は高強度化、軽量化のみな
らず、繊維自体が導電特性を有することから、樹脂中に
混入した導電性樹脂組成物としても注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このようにＦＲＰ材料
は用途により様々な強化形態や繊維長が用いられ、しか
も樹脂も数多くの種類が使用される。一方、ＦＲＰは不
燃性、不腐食性であるため、廃棄方法も現状では埋め立
てによる処分に頼っているのが現状である。ＦＲＰ材料
は高機能を有し、しかも決して安価な材料ではないた
め、これらの材料の安易な廃棄処理はエネルギーロスに
なり、環境問題的にも好ましいとは言えない。
は用途により様々な強化形態や繊維長が用いられ、しか
も樹脂も数多くの種類が使用される。一方、ＦＲＰは不
燃性、不腐食性であるため、廃棄方法も現状では埋め立
てによる処分に頼っているのが現状である。ＦＲＰ材料
は高機能を有し、しかも決して安価な材料ではないた
め、これらの材料の安易な廃棄処理はエネルギーロスに
なり、環境問題的にも好ましいとは言えない。
【０００５】上記の問題点に対し、ＦＲＰ廃材を利用し
た研究がなされている。例えば、特公平６−１０２３６
４号には廃棄された繊維強化プラスチックを微粉末状乃
至微粒状の粉末にして充填材とした再利用がされてい
る。しかし、平均粒径４４〜７４μmの微粉末状態であ
るために、プラスチック中に混入しても炭酸カルシウム
等の代替充填材として使用されており、それほどの強化
効果がなく、効率的な再利用とは言えない。
た研究がなされている。例えば、特公平６−１０２３６
４号には廃棄された繊維強化プラスチックを微粉末状乃
至微粒状の粉末にして充填材とした再利用がされてい
る。しかし、平均粒径４４〜７４μmの微粉末状態であ
るために、プラスチック中に混入しても炭酸カルシウム
等の代替充填材として使用されており、それほどの強化
効果がなく、効率的な再利用とは言えない。
【０００６】また特開平４−３２３００９号にはＦＲＰ
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
接ぬれないため、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。
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
接ぬれないため、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。
【０００７】特開平６−９９１６０号には破砕したＦＲ
Ｐ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。
Ｐ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。
【０００８】特開平７−３３９０４号はＦＲＰ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ＦＲＰを予め破砕するのが良いとあ
るが、それは酸化反応でＦＲＰ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。
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ＦＲＰを予め破砕するのが良いとあ
るが、それは酸化反応でＦＲＰ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。
【０００９】特開平７−１１８４４０号はＦＲＰ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、１０
mm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。
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、１０
mm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。
【００１０】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
分布の炭素短繊維又はこれとガラス繊維を含有するゴム
組成物を提供することにあり、しかも原料としてＦＲＰ
製造時に生じる廃材や廃ＦＲＰ製品を用いることがで
き、環境保全にも優れた炭素繊維又はこれとガラス繊維
を含有するゴム組成物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
分布の炭素短繊維又はこれとガラス繊維を含有するゴム
組成物を提供することにあり、しかも原料としてＦＲＰ
製造時に生じる廃材や廃ＦＲＰ製品を用いることがで
き、環境保全にも優れた炭素繊維又はこれとガラス繊維
を含有するゴム組成物を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、樹脂で結合さ
れた炭素繊維又は樹脂で結合された炭素繊維とガラス繊
維を１００μm〜３mmの範囲の繊維状に粉砕後、数平均
繊維長ｌｍ／ｌｗ＝１.０５〜１.５０の範囲で６以下の
任意の分級数で分級して繊維長を整えて得られた各分級
品の１種又は２種以上を密閉状態で、該粉砕物の分解ガ
スの充満下、３５０〜５００℃で加熱分解して得られる
繊維１０〜３０重量部をゴム１００重量部に対して含有
させたことを特徴とするゴム組成物に係る。
れた炭素繊維又は樹脂で結合された炭素繊維とガラス繊
維を１００μm〜３mmの範囲の繊維状に粉砕後、数平均
繊維長ｌｍ／ｌｗ＝１.０５〜１.５０の範囲で６以下の
任意の分級数で分級して繊維長を整えて得られた各分級
品の１種又は２種以上を密閉状態で、該粉砕物の分解ガ
スの充満下、３５０〜５００℃で加熱分解して得られる
繊維１０〜３０重量部をゴム１００重量部に対して含有
させたことを特徴とするゴム組成物に係る。
【００１２】本発明によれば、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炭素繊維又はこれと
ガラス繊維を含有するゴム組成物を製造することができ
る。また本発明によれば、力学的特性や導電特性の制御
が可能なゴム組成物を製造することができる。
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繊維又はこれと
ガラス繊維を含有するゴム組成物を製造することができ
る。また本発明によれば、力学的特性や導電特性の制御
が可能なゴム組成物を製造することができる。
【００１３】
【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あるいは炭素繊維とガラス繊維を
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、ポリエチレン樹脂、ポリプロ
ピレン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等の樹脂
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ＦＲＰ
の廃材を竪型粉砕機を用いて粗粉砕した後、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あるいは炭素繊維とガラス繊維を
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、ポリエチレン樹脂、ポリプロ
ピレン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等の樹脂
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ＦＲＰ
の廃材を竪型粉砕機を用いて粗粉砕した後、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。
【００１４】本発明では上記粉砕物をスクリーンメッシ
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。本発明では粉砕物の繊維長は１００μm〜３mm
の範囲内であって、平均繊維長の±５０％の変動幅以内
のものが得られる。更に分級精度を挙げることは可能で
あるが、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。また、本発明では樹脂
で結着された状態で繊維長を分級することから、従来の
ような繊維が綿状に凝集することがなく、安定した品質
の繊維が得られる。
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。本発明では粉砕物の繊維長は１００μm〜３mm
の範囲内であって、平均繊維長の±５０％の変動幅以内
のものが得られる。更に分級精度を挙げることは可能で
あるが、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。また、本発明では樹脂
で結着された状態で繊維長を分級することから、従来の
ような繊維が綿状に凝集することがなく、安定した品質
の繊維が得られる。
【００１５】ここで、繊維長とは重量平均繊維長（ｌ
ｗ）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。本発明では、ＦＲＰのリサ
イクル品、ＦＲＰ製造時に排出され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。
ｗ）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。本発明では、ＦＲＰのリサ
イクル品、ＦＲＰ製造時に排出され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。
【００１６】本発明では粉砕物を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、一般に言われる数
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。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。
繊維長の整ったものが容易に得られ、一般に言われる数
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。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。
【００１７】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Ｆ
ＲＰの廃材を粉砕し、分級することによりこの問題点を
一挙に解決し、この繊維長の整ったものをゴムへ含有さ
せることにより、物性の安定したゴム組成物が得られ
る。本発明におけるゴム組成物のゴムとしては、例えば
天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢ
Ｒ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、ニトリルゴム
（ＮＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤ
Ｍ）、フッ素ゴム（ＦＲ）などを挙げることができる。
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Ｆ
ＲＰの廃材を粉砕し、分級することによりこの問題点を
一挙に解決し、この繊維長の整ったものをゴムへ含有さ
せることにより、物性の安定したゴム組成物が得られ
る。本発明におけるゴム組成物のゴムとしては、例えば
天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢ
Ｒ）、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、ニトリルゴム
（ＮＲ）、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤ
Ｍ）、フッ素ゴム（ＦＲ）などを挙げることができる。
【００１８】また、ＦＲＰ廃材を粉砕し、分級し、各分
級品の１種又は２種以上を粉砕物の分解ガス充満下、３
５０〜５００℃で加熱分解させることにより、樹脂の付
着していない所望の短繊維のみを得ることができる。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、粉砕物を容器に高充填率で
充填し、加熱する方法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５
０〜１００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。
級品の１種又は２種以上を粉砕物の分解ガス充満下、３
５０〜５００℃で加熱分解させることにより、樹脂の付
着していない所望の短繊維のみを得ることができる。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、粉砕物を容器に高充填率で
充填し、加熱する方法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５
０〜１００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。
【００１９】上記においては粉砕物の分解ガスの充填下
に加熱分解させるため、何ら酸素ガス、空気、窒素ガス
等を準備する必要がなく、酸素ガス濃度を絶えず制御す
る必要も無い。上記の加熱分解は３５０〜５００℃の範
囲で行うことが好ましい。３５０℃未満ではマトリック
ス樹脂の分解が遅く、また樹脂が残存する。５００℃を
超えると炭素繊維等の損耗が起こる。加熱分解時間は温
度にも依存するが、通常は１〜８時間、好ましくは２〜
５時間程度である。
に加熱分解させるため、何ら酸素ガス、空気、窒素ガス
等を準備する必要がなく、酸素ガス濃度を絶えず制御す
る必要も無い。上記の加熱分解は３５０〜５００℃の範
囲で行うことが好ましい。３５０℃未満ではマトリック
ス樹脂の分解が遅く、また樹脂が残存する。５００℃を
超えると炭素繊維等の損耗が起こる。加熱分解時間は温
度にも依存するが、通常は１〜８時間、好ましくは２〜
５時間程度である。
【００２０】本発明で得られる短繊維は、繊維長１００
μm〜３mmの範囲内で且つ任意の繊維長に整っているこ
とから、粉砕後、分級し、マトリックス樹脂が付着した
状態でゴム中に含有してもよく、更に３５０〜５００℃
の範囲内で樹脂を加熱分解させた後に、ゴムに配合させ
ることにより、より物性の優れた、品質の安定したゴム
組成物が得られる。また、本発明は一般の産業部材から
排出されるＦＲＰ廃材を用いることから、単一材料でな
く、部材中には炭素繊維、ガラス繊維等が混在している
場合が有る。
μm〜３mmの範囲内で且つ任意の繊維長に整っているこ
とから、粉砕後、分級し、マトリックス樹脂が付着した
状態でゴム中に含有してもよく、更に３５０〜５００℃
の範囲内で樹脂を加熱分解させた後に、ゴムに配合させ
ることにより、より物性の優れた、品質の安定したゴム
組成物が得られる。また、本発明は一般の産業部材から
排出されるＦＲＰ廃材を用いることから、単一材料でな
く、部材中には炭素繊維、ガラス繊維等が混在している
場合が有る。
【００２１】本発明のゴム組成物へは着色材料として有
機顔料、有機染料、無機顔料、無機染料等を用いること
ができる。補強材料としてカーボンブラック、炭酸マグ
ネシウム、亜鉛華、硫酸バリウム、水酸化アルミニウ
ム、酸化チタン、チタン酸カリウム等の各種無機充填材
を添加することもできる。尚、本発明のゴム組成物に
は、公知の各種添加材を加えることが可能で例えば加硫
材料として、加硫促進剤、加硫遅延剤、保護材料として
老化防止剤、加工材料として、しゃく解剤、粘着付与
剤、発泡剤、分散剤、離型剤、軟化剤などを必要に応じ
て加えることができる。反応開始剤として、硫黄やジク
ミルパーオキサイドなどを必要に応じて使用できる。ま
た本発明ではチタネートカップリング剤、酢酸ビニル樹
脂エマルジョン、珪酸ソーダなどの表面処理剤で処理し
たものでもよい。
機顔料、有機染料、無機顔料、無機染料等を用いること
ができる。補強材料としてカーボンブラック、炭酸マグ
ネシウム、亜鉛華、硫酸バリウム、水酸化アルミニウ
ム、酸化チタン、チタン酸カリウム等の各種無機充填材
を添加することもできる。尚、本発明のゴム組成物に
は、公知の各種添加材を加えることが可能で例えば加硫
材料として、加硫促進剤、加硫遅延剤、保護材料として
老化防止剤、加工材料として、しゃく解剤、粘着付与
剤、発泡剤、分散剤、離型剤、軟化剤などを必要に応じ
て加えることができる。反応開始剤として、硫黄やジク
ミルパーオキサイドなどを必要に応じて使用できる。ま
た本発明ではチタネートカップリング剤、酢酸ビニル樹
脂エマルジョン、珪酸ソーダなどの表面処理剤で処理し
たものでもよい。
【００２２】炭素繊維は軽量、高剛性でしかも導電性を
有するが、ガラス繊維は比較的比重が高く、剛性も低
く、非導電性である。従って、これらが混在している場
合には、それらの混在比率を安定しておかなければ、ゴ
ム組成物の要求特性にあった、安定した品質のものが得
られない。そこで、これらのＦＲＰ廃材に関しては、粉
砕し、分級した後、蛍光Ｘ線分析等により、予めガラス
繊維混入量を判断し、ゴム組成物の用途に応じて予め分
別することができる。例えば、ガラス繊維／炭素繊維の
重量比率が０〜０.３の場合は、ゴム組成物の強度向上
に加えて、高導電化を示す用途に用いられ、一方ガラス
繊維／炭素繊維の重量比率が０.３以上の場合は高強度
部材で、しかも絶縁部材として使用できる。
有するが、ガラス繊維は比較的比重が高く、剛性も低
く、非導電性である。従って、これらが混在している場
合には、それらの混在比率を安定しておかなければ、ゴ
ム組成物の要求特性にあった、安定した品質のものが得
られない。そこで、これらのＦＲＰ廃材に関しては、粉
砕し、分級した後、蛍光Ｘ線分析等により、予めガラス
繊維混入量を判断し、ゴム組成物の用途に応じて予め分
別することができる。例えば、ガラス繊維／炭素繊維の
重量比率が０〜０.３の場合は、ゴム組成物の強度向上
に加えて、高導電化を示す用途に用いられ、一方ガラス
繊維／炭素繊維の重量比率が０.３以上の場合は高強度
部材で、しかも絶縁部材として使用できる。
【００２３】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に詳しく説
明する。 実施例１ エポキシ樹脂をマトリックスに使用したＦＲＰ製ゴルフ
シャフトを竪型粉砕機により粗粉砕し、スクリーン径１
２mmを通した後、再度粉砕機にかけスクリーン径１mmを
通すことにより、エポキシ樹脂が付着した状態の炭素繊
維を主成分とする繊維が得られた。この粉砕物を２５０
〜３０００μmのメッシュサイズの異なるふるい機で分
級して繊維長の整った、エポキシ樹脂が付着した炭素繊
維及びガラス繊維の各分級品を得た。なお、粉砕品を蛍
光Ｘ線分析で分析した結果、ガラス繊維／炭素繊維の重
量比率は０.０４８であった。次にこの各分級品ごとに
坩堝に充填率８０容積％で充填し、電気炉を用い、４０
０℃、５時間で粉砕物の分解ガス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
する繊維を得た。得られた繊維のふるいサイズによる平
均繊維長と市販のミルド繊維の繊維長分布を表１に示
す。
明する。 実施例１ エポキシ樹脂をマトリックスに使用したＦＲＰ製ゴルフ
シャフトを竪型粉砕機により粗粉砕し、スクリーン径１
２mmを通した後、再度粉砕機にかけスクリーン径１mmを
通すことにより、エポキシ樹脂が付着した状態の炭素繊
維を主成分とする繊維が得られた。この粉砕物を２５０
〜３０００μmのメッシュサイズの異なるふるい機で分
級して繊維長の整った、エポキシ樹脂が付着した炭素繊
維及びガラス繊維の各分級品を得た。なお、粉砕品を蛍
光Ｘ線分析で分析した結果、ガラス繊維／炭素繊維の重
量比率は０.０４８であった。次にこの各分級品ごとに
坩堝に充填率８０容積％で充填し、電気炉を用い、４０
０℃、５時間で粉砕物の分解ガス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
する繊維を得た。得られた繊維のふるいサイズによる平
均繊維長と市販のミルド繊維の繊維長分布を表１に示
す。
【００２４】
【表１】
【００２５】上記の結果から、本発明によりＦＲＰ廃材
から再生された繊維は、エポキシ樹脂が付着した状態で
粉砕、分級することから市販のミルド繊維と比較して繊
維長分布にバラツキが少なく、しかも容易に所望の長さ
の繊維を得ることができる。表２に記載の各成分及び上
記分級品２０重量部を加圧ニーダで均一に混練後、この
組成物を金型にいれて１５０±1.５℃で１０分間の条件
で熱圧成形し、厚さ２mmのシートを得た。このシートの
引張り強度及び引裂き強度を表３に示す。
から再生された繊維は、エポキシ樹脂が付着した状態で
粉砕、分級することから市販のミルド繊維と比較して繊
維長分布にバラツキが少なく、しかも容易に所望の長さ
の繊維を得ることができる。表２に記載の各成分及び上
記分級品２０重量部を加圧ニーダで均一に混練後、この
組成物を金型にいれて１５０±1.５℃で１０分間の条件
で熱圧成形し、厚さ２mmのシートを得た。このシートの
引張り強度及び引裂き強度を表３に示す。
【００２６】
【表２】
※ １ ゴム（ＮＲ）：天然ゴムシート ＲＳＳ１号
※ ２ 酸化亜鉛：白水化学工業（株）３号亜鉛華
※ ３ 加硫促進剤：大内新興化学（株）製ノクセラー
ＣＺ
ＣＺ
【００２７】
【表３】
【００２８】本発明の場合、物性に最も影響を与える繊
維長が整っていることから、この繊維を強化材とＮＲに
２０wt％配合したゴム組成物は、物性値のバラツキが非
常に少なかった。一方、市販ミルド繊維は繊維にサイジ
ング処理等を施しているために、試験後のＳＥＭによる
破面観察から樹脂中での分散状態が悪く凝集している部
分があった。しかし、本発明品は自燃により樹脂を分解
させているために、繊維間の凝集もなく、成形品に用い
た時にも良好な分散状態であった。
維長が整っていることから、この繊維を強化材とＮＲに
２０wt％配合したゴム組成物は、物性値のバラツキが非
常に少なかった。一方、市販ミルド繊維は繊維にサイジ
ング処理等を施しているために、試験後のＳＥＭによる
破面観察から樹脂中での分散状態が悪く凝集している部
分があった。しかし、本発明品は自燃により樹脂を分解
させているために、繊維間の凝集もなく、成形品に用い
た時にも良好な分散状態であった。
【００２９】実施例２
実施例１と同様にして２５０〜３０００μm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整った、エ
ポキシ樹脂が付着した炭素繊維の各分級品を得た。この
分級品のうち平均繊維長１４０μmのサイズのものをエ
ポキシ樹脂が付着した状態で実施例１のゴム配合に１０
wt％及び２０wt％充填したものを加圧加熱成形して１５
０mm×１００mm×２mmの平板を作成した。また上記の分
級品を実施例１と同様の条件で加熱分解処理した繊維を
実施例１のゴム配合に１０wt％及び２０wt％充填したも
のを加圧加熱成形して同サイズの平板を作成した。なお
比較のため炭素繊維を含まない、実施例１のゴム配合の
みから同様にして同サイズの平板を作成した。得られた
平板から、試験片を切り出し引張り、引裂試験を行っ
た。結果を表４に示す。
サイズの異なるふるい機で分級して繊維長の整った、エ
ポキシ樹脂が付着した炭素繊維の各分級品を得た。この
分級品のうち平均繊維長１４０μmのサイズのものをエ
ポキシ樹脂が付着した状態で実施例１のゴム配合に１０
wt％及び２０wt％充填したものを加圧加熱成形して１５
０mm×１００mm×２mmの平板を作成した。また上記の分
級品を実施例１と同様の条件で加熱分解処理した繊維を
実施例１のゴム配合に１０wt％及び２０wt％充填したも
のを加圧加熱成形して同サイズの平板を作成した。なお
比較のため炭素繊維を含まない、実施例１のゴム配合の
みから同様にして同サイズの平板を作成した。得られた
平板から、試験片を切り出し引張り、引裂試験を行っ
た。結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
【００３１】上記の結果から、本発明により得られるＦ
ＲＰ廃材から再生した繊維は、ゴムに含有させることに
より強度、弾性率が大幅に向上していることから、十分
な強化効果がある。
ＲＰ廃材から再生した繊維は、ゴムに含有させることに
より強度、弾性率が大幅に向上していることから、十分
な強化効果がある。
【００３２】実施例３
ＦＲＰ廃材中に炭素繊維のみでなく、ガラス繊維とのハ
イブリッド積層板を粉砕、分級したのち、３８０℃、５
時間で熱処理を行った繊維を用いて実施例１と同様の配
合でシートを作成した。本実験は実施例２と同様に、加
圧加熱で平板を作成し、引張り、引裂き試験を実施し
た。なお、廃材中に含まれるガラス繊維と炭素繊維の重
量比率（Ｇ／Ｃ＋Ｇ）は分級後に、蛍光Ｘ線分析を用い
て、ガラス繊維の量を算出した。
イブリッド積層板を粉砕、分級したのち、３８０℃、５
時間で熱処理を行った繊維を用いて実施例１と同様の配
合でシートを作成した。本実験は実施例２と同様に、加
圧加熱で平板を作成し、引張り、引裂き試験を実施し
た。なお、廃材中に含まれるガラス繊維と炭素繊維の重
量比率（Ｇ／Ｃ＋Ｇ）は分級後に、蛍光Ｘ線分析を用い
て、ガラス繊維の量を算出した。
【００３３】
【表５】
【００３４】実験結果から、ガラス繊維の繊維量が多く
なると、強度、弾性率とも低下する傾向を示す。しか
し、ガラス繊維と炭素繊維の含有比が０.９８であって
も、未含有よりも高い強度を示す。従って、本発明によ
り得られるゴム組成物は、実際のＦＲＰ廃棄物から効率
よく繊維を回収し、しかも効果的に再生利用される。
なると、強度、弾性率とも低下する傾向を示す。しか
し、ガラス繊維と炭素繊維の含有比が０.９８であって
も、未含有よりも高い強度を示す。従って、本発明によ
り得られるゴム組成物は、実際のＦＲＰ廃棄物から効率
よく繊維を回収し、しかも効果的に再生利用される。
【００３５】実施例４
実施例３で用いたインジェクション成形品を用いて、体
積抵抗率の計測を実施した。繊維を含まない配合の体積
抵抗率は５.７０Ｅ＋１３（５.７０×１０１３）Ω・cm
であった。
積抵抗率の計測を実施した。繊維を含まない配合の体積
抵抗率は５.７０Ｅ＋１３（５.７０×１０１３）Ω・cm
であった。
【００３６】
【表６】
【００３７】表６の結果からＧ／Ｃ＋Ｇ＝０.２９４ま
では、強化材をゴム中に３０wt％含有すると炭素繊維の
影響により体積抵抗率の低下が見られる。しかし、Ｇ／
Ｃ＋Ｇ＝０.２９４を越え、絶縁体であるガラス繊維の
強化材中に占める割合が増加すると、強化材を３０wt％
含有しても体積抵抗率がそれほど低下しない結果となっ
た。この結果から、ＦＲＰ廃材を粉砕、分級した段階で
廃材中に占めるガラス繊維の量を計測することにより、
ガラス繊維が炭素繊維に重量比率で３０％までは、導電
性を有する部材へのゴム組成物の使用が可能であり、一
方ガラス繊維の重量率が３０％を超える場合には、実施
例３のように強度の向上を目的とした高強度部材として
の適用が可能である。
では、強化材をゴム中に３０wt％含有すると炭素繊維の
影響により体積抵抗率の低下が見られる。しかし、Ｇ／
Ｃ＋Ｇ＝０.２９４を越え、絶縁体であるガラス繊維の
強化材中に占める割合が増加すると、強化材を３０wt％
含有しても体積抵抗率がそれほど低下しない結果となっ
た。この結果から、ＦＲＰ廃材を粉砕、分級した段階で
廃材中に占めるガラス繊維の量を計測することにより、
ガラス繊維が炭素繊維に重量比率で３０％までは、導電
性を有する部材へのゴム組成物の使用が可能であり、一
方ガラス繊維の重量率が３０％を超える場合には、実施
例３のように強度の向上を目的とした高強度部材として
の適用が可能である。
【００３８】実施例５
表７にＮＲ、ＥＰＤＭ、ＢＲ、ＥＮＲの各種ゴムに硫黄
系、非硫黄系の各架橋開始材を用い、実施例１と同様に
して得たシートの引張り、引裂き強度試験の結果を示
す。
系、非硫黄系の各架橋開始材を用い、実施例１と同様に
して得たシートの引張り、引裂き強度試験の結果を示
す。
【００３９】
【表７】
【００４０】
※１ ゴム（ＮＲ）：天然ゴムシート ＲＳＳ１号
※２ ゴム（ＥＰＤＭ)：ＪＳＲ（株）製
※３ ゴム（ＢＲ）：ＪＳＲ（株）ＢＲ１１
※４ ゴム(ＥＮＲ)：加商（株）ＥＮＲ５０
※５ 加硫促進剤：白水化学工業（株）製亜鉛華３号
※６ アクリル酸亜鉛：（株）日本触媒製ＺnＤa９０
※７ 加硫促進剤：大内新興化学（株）製ノクセラー
ＣＺ ※８ カーボン繊維：実施例１の粉砕分級品 ※９ カーボン繊維：実施例１の粉砕分級加熱処理品 ※１０ カーボン繊維：東レ製ＭＬＤ-３０ ※１１ 過酸化物：日本油脂（株）パーヘキサ３Ｍ４０
ＣＺ ※８ カーボン繊維：実施例１の粉砕分級品 ※９ カーボン繊維：実施例１の粉砕分級加熱処理品 ※１０ カーボン繊維：東レ製ＭＬＤ-３０ ※１１ 過酸化物：日本油脂（株）パーヘキサ３Ｍ４０
【００４１】
【発明の効果】本発明はＦＲＰ製品の廃棄物や工場から
排出されるＦＲＰ廃材を利用して効率よく再利用できる
ことから、原材料は安価で、製造にかかるエネルギーは
低減され、しかも環境保全面でも優れた発明であり、産
業上の利用価値は高い。また、本発明は様々な用途から
排出され、しかも単一材料だけでなく、概ね炭素繊維と
ガラス繊維が混ざり合ったＦＲＰ廃材から繊維長の整っ
た繊維を抽出しゴムに含有させることにより、物性に最
も影響を与える繊維長が整った繊維を含有するゴム組成
物を提供するので、組成物自体の物性のバラツキが小さ
い。また、本発明はＦＲＰ廃棄物を粉砕、分級した後
に、繊維長のみならず、繊維の種類、比率を調整してゴ
ム中に含有させることにより、強度等の力学的特性及び
導電特性を調整し、要求特性に応じた設計も可能であ
る。
排出されるＦＲＰ廃材を利用して効率よく再利用できる
ことから、原材料は安価で、製造にかかるエネルギーは
低減され、しかも環境保全面でも優れた発明であり、産
業上の利用価値は高い。また、本発明は様々な用途から
排出され、しかも単一材料だけでなく、概ね炭素繊維と
ガラス繊維が混ざり合ったＦＲＰ廃材から繊維長の整っ
た繊維を抽出しゴムに含有させることにより、物性に最
も影響を与える繊維長が整った繊維を含有するゴム組成
物を提供するので、組成物自体の物性のバラツキが小さ
い。また、本発明はＦＲＰ廃棄物を粉砕、分級した後
に、繊維長のみならず、繊維の種類、比率を調整してゴ
ム中に含有させることにより、強度等の力学的特性及び
導電特性を調整し、要求特性に応じた設計も可能であ
る。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−155738（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−1551（ＪＰ，Ａ)
特公 平６−102364（ＪＰ，Ｂ２)
特表 平６−503768（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C08L 7/00 - 21/00
C08J 5/04 CEQ
C08K 7/06
C08K 7/14
C08K 9/08
Claims (5)
- 【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、数平均繊維長ｌｍ／ｌ
ｗ＝１.０５〜１.５０の範囲で６以下の任意の分級数で
分級して繊維長を整えて得られた各分級品の１種又は２
種以上を密閉状態で、該粉砕物の分解ガスの充満下に、
３５０〜５００℃で加熱分解して得られる炭素繊維１０
〜３０重量部をゴム１００重量部に対して含有させたこ
とを特徴とするゴム組成物。 - 【請求項２】 請求項１の粉砕物の各分級品の１種又は
２種以上を容器中に高充填率で充填し、該粉砕物の分解
ガスの充満下に、３５０〜５００℃で加熱分解して得ら
れる炭素繊維１０〜３０重量部をゴム１００重量部に対
して含有させたことを特徴とするゴム組成物。 - 【請求項３】 樹脂で結合された炭素繊維およびガラス
繊維を１００μm〜３mmの範囲の繊維状に粉砕後、数平
均繊維長ｌｍ／ｌｗ＝１.０５〜１.５０の範囲で６以下
の任意の分級数で分級して繊維長を整えて得られた各分
級品の１種又は２種以上を密閉状態で、該粉砕物の分解
ガスの充満下に、３５０〜５００℃で加熱分解して得ら
れる炭素繊維およびガラス繊維１０〜３０重量部をゴム
１００重量部に対して含有させたことを特徴とするゴム
組成物。 - 【請求項４】 請求項３の粉砕物の各分級品の１種又は
２種以上を容器中に高充填率で充填し、該粉砕物の分解
ガスの充満下に、３５０〜５００℃で加熱分解して得ら
れる炭素繊維およびガラス繊維１０〜３０重量部をゴム
１００重量部に対して含有させたことを特徴とするゴム
組成物。 - 【請求項５】 組成物におけるガラス繊維／炭素繊維の
重量比率を調整して力学的特性や導電特性を調整した請
求項３記載のゴム組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02280699A JP3437777B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | ゴム組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02280699A JP3437777B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | ゴム組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000219780A JP2000219780A (ja) | 2000-08-08 |
| JP3437777B2 true JP3437777B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=12092945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02280699A Expired - Fee Related JP3437777B2 (ja) | 1999-01-29 | 1999-01-29 | ゴム組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3437777B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| CH708727B1 (de) * | 2013-11-21 | 2020-08-31 | Ems Patent Ag | Kohlenstofffaser-verstärkte Kunststoff-Formmassen. |
-
1999
- 1999-01-29 JP JP02280699A patent/JP3437777B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000219780A (ja) | 2000-08-08 |
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