JP3915045B2 - Structural part molding material in machining center and structural part molding in machining center - Google Patents

Structural part molding material in machining center and structural part molding in machining center Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度で、高い剛性を有し、特に曲げ弾性率が高く、寸法安定性が有り、しかも低比重の炭素繊維強化フェノール系樹脂成形品を提供できる技術に関する。更には、優れた流動性を有し、成形加工性が良好で、例えば圧縮成形により得られる成形品は高強度で、特に衝撃強度が高く、高剛性を有し、摺動特性に優れ、しかも低比重であり、金属代替用成形材料として有用で、例えばマシニングセンタにおける工具交換アーム、工具交換ホルダ、或いは各種の構造部品等に好適に使用できる技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、成形品や成形部品などの材料の軽量化、コストダウン等の観点より、金属材料からプラスチック材料への代替が図られている。すなわち、種々のプラスチックが検討され、従来、金属が使用されていた成形品や成形部品などの分野で利用されている。
中でも、最近、フェノール樹脂の持つ優れた特性を生かし、金属代替材料としてフェノール樹脂が見直されている。尚、フェノール樹脂成形材料には、一般に、セルロース系繊維、プラスチックス系繊維、アスベスト、ガラス繊維、炭素繊維、ウイスカーなどの有機系繊維、或いは無機系繊維等、又はタルク、クレー、マイカ、木粉、パルプ等が補強材(充填材)として使用される。
【0003】
ところで、フェノール樹脂を金属代替材料として使用する場合、その材料が機械的強度、耐熱性、更には寸法安定性、摺動特性などの性能に優れていることが要求される。
このような要求性能を満足させる為、補強材としてガラス繊維や炭素繊維のチョップドストランドが使用される。
しかしながら、補強材としてガラス繊維を用いた場合、ガラス繊維を相当多量に配合しても、期待される程の高い剛性が得られず、しかも多量に使用した場合には成形性が悪くなり、そして軽量化が達成されない。
これに対して、炭素繊維を用いた場合、炭素繊維はガラス繊維より解繊され易く、樹脂との濡れ性が悪く、ハンドリングに難点が有り、十分な補強効果を発揮できない。
【0004】
そこで、炭素繊維を補強材として用いる場合にあっては、種々の方法が知られている。
例えば、所謂、構造材料として炭素繊維を使用した炭素繊維強化フェノール樹脂成形用材料は、カーボンペーパーや炭素繊維織布や炭素繊維マット、不織布などの基材にフェノール樹脂を含浸し、乾燥後予備硬化してプリプレグとして使用するものである。特に、構造用部材としてはプリプレグによる方法が大半である。
【0005】
又、炭素繊維の織布や炭素繊維マット、不織布などの基材を使用しないで、いわゆるチョップドストランドを使用する場合には、炭素繊維に特別の表面処理を施して使用する方法が提案さている。
例えば、特開平1−172428号公報では、空気酸化処理およびチタネート系カップリング剤処理されたPAN系炭素繊維を使用することが開示されている。
又、特殊な炭素繊維を使用する方法も提案されている。
例えば、特開平2−64132号公報では、炭素繊維としてオニオン構造を有し、かつ、結晶層厚が25〜200Åである炭素繊維を使用し、マトリックス樹脂としてフェノール樹脂とアクリロニトリル・ブタジエン共重合体を使用することが開示されている。
特開平2−255864号公報では、気相成長法の炭素繊維であって、繊維径が0.05〜5μmのものを使用することが開示されている。
特開平2−298554号公報では、面間隔d(Å)が3.47〜3.43、アスペクト比が50〜500、直径5μm以下の気相法炭素繊維および/または該炭素繊維を加熱処理して得られる面間隔d(Å)が3.43〜3.35のグラファイトウイスカーを使用することが開示されている。
特開平6−136142号公報では、炭素繊維を440℃の空気中で加熱してカルボキシ基を導入し、ジエチレントリアミンのトルエン溶液中に浸漬後加熱したものをフェノール樹脂と混練する方法が開示されている。
特開平3−59060号公報では、短繊維および/または長繊維より構成される紐状体をフェノール樹脂液に含浸し、加熱乾燥後、これを切断して使用する方法が開示されている。
【0006】
上記の如く、これまでは、炭素繊維を補強材として使用する場合、所謂、織布、マット、不織布等の基材に樹脂を含浸し、乾燥予備硬化したプリプレグとして使用する方法が一般的であり、特に構造用部材としてはプリプレグ方式が殆んどである。
しかしながら、プリプレグを形成して使用する方法は、成形金型を使用して複雑な形状を有する成形品を得ることには不適である。
又、上記の如く、炭素繊維を格別に処理したり、特殊な炭素繊維を使用する場合でも、圧縮成形などの成形方法により曲げ弾性率が4000kgf/mm2 以上の高剛性を示す成形品は知られていない。尚、仮に、高剛性の成形品が得られるとしても、コストが高くなり、一般的でない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明が解決しようとする課題は、補強材としての炭素繊維自体に特別な表面処理を行わなくても済み、市販のチョップドストランド炭素繊維を使用して、成形加工性、流動性に優れ、高弾性で、高剛性を有し、摺動特性に優れたマシニングセンタにおける構造部品が得られる技術を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、マシニングセンタにおける構造部品の成形材料であって、該成形材料はフェノール系樹脂と炭素繊維とを主成分として含有するフェノール系樹脂成形材料であり、
前記フェノール系樹脂成形材料中におけるフェノール系樹脂と炭素繊維との割合は、前記フェノール系樹脂20〜40重量部に対して前記炭素繊維が50〜80重量部であって、
前記フェノール系樹脂成形材料は、フレーク状あるいは鱗片状のものであり、
前記炭素繊維は、その平均繊維長が3.0〜8.0mm、平均繊維径が6〜12μm、アスペクト比が250〜1500、密度が1.7〜2.2g/cm 、引張り弾性率が2×10 kgf/mm 以上のチョップドストランドである
ことを特徴とするマシニングセンタにおける構造部品成形材料によって解決される。
【0010】
すなわち、上記特徴のフェノール系樹脂成形材料は、補強材としての炭素繊維自体に特別な表面処理を行わなくても済むものであるから、即ち、市販のチョップドストランド炭素繊維を使用して得られるものであることから、低廉なコストで得られる。そして、成形加工性、流動性に優れ、高弾性で、高剛性を有し、摺動特性に優れた成形品(マシニングセンタにおける構造部品)が得られる。
【0011】
又、前記の課題は、20〜40重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤と、50〜80重量部で、平均繊維長が3.0〜9.0mmの炭素繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、溶剤を添加しながら40℃以下の温度で造粒する造粒工程と、
前記造粒工程の後、85〜110℃の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするフェノール系樹脂成形材料の製造方法によって解決される。
中でも、20〜40重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤とを混合した後、これに50〜80重量部で、平均繊維長が3.0〜9.0mmの炭素繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、溶剤を添加しながら40℃以下の温度で造粒する造粒工程と、
前記造粒工程の後、85〜110℃の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするフェノール系樹脂成形材料の製造方法によって解決される。
【0012】
特に、20〜40重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤と、50〜80重量部で、平均繊維長が3.0〜9.0mm、平均繊維径が6〜12μm、アスペクト比が250〜1500、密度が1.7〜2.2g/cm、引張り弾性率が2×10kgf/mm以上のチョップドストランドの炭素繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、溶剤を添加しながら40℃以下の温度で造粒する造粒工程と、
前記造粒工程の後、85〜110℃の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするフェノール系樹脂成形材料の製造方法によって解決される。
中でも、20〜40重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤とを混合した後、これに50〜80重量部で、平均繊維長が3.0〜9.0mm、平均繊維径が6〜12μm、アスペクト比が250〜1500、密度が1.7〜2.2g/cm、引張り弾性率が2×10kgf/mm以上のチョップドストランドの炭素繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、溶剤を添加しながら40℃以下の温度で造粒する造粒工程と、
前記造粒工程の後、85〜110℃の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするフェノール系樹脂成形材料の製造方法によって解決される。
【0013】
すなわち、上記製造方法によれば、成形加工性、流動性に優れ、高弾性で、高剛性を有し、摺動特性に優れた成形品を得ることが出来るフェノール系樹脂成形材料が低廉なコストで得られる。
【0014】
又、上記の成形材料を用いて成形されてなるマシニングセンタにおける構造部品であって、
該構造部品は、曲げ弾性率が4000kgf/mm 以上、比曲げ弾性率が2600kgf/mm 以上のものである
ことを特徴とするマシニングセンタにおける構造部品によって解決される。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の成形材料は、フェノール系樹脂と炭素繊維とを主成分として含有するフェノール系樹脂成形材料において、前記フェノール系樹脂成形材料中におけるフェノール系樹脂と炭素繊維との割合は、前記フェノール系樹脂20〜40重量部に対して前記炭素繊維が50〜80重量部であって、 前記フェノール系樹脂成形材料は、フレーク状あるいは鱗片状のものであり、前記炭素繊維は、その平均繊維長が3.0〜8.0mmである。炭素繊維は、特に、平均繊維長が3.0〜8.0mm、平均繊維径が6〜12μm、アスペクト比が250〜1500、密度が1.7〜2.2g/cm、引張り弾性率が2×10kgf/mm以上のチョップドストランドである。
【0016】
本発明の成形材料の製造方法は、20〜40重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤と、50〜80重量部で、平均繊維長が3.0〜9.0mmの炭素繊維とを混合する混合工程と、前記混合工程の後、溶剤を添加しながら40℃以下の温度で造粒する造粒工程と、前記造粒工程の後、85〜110℃の温度で乾燥する乾燥工程とを具備する。特に、20〜40重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤とを混合した後、これに50〜80重量部で、平均繊維長が3.0〜9.0mmの炭素繊維とを混合する混合工程と、前記混合工程の後、溶剤を添加しながら40℃以下の温度で造粒する造粒工程と、前記造粒工程の後、85〜110℃の温度で乾燥する乾燥工程とを具備する。添加剤としては、例えば充填剤、顔料、離型剤、そして更に必要に応じて硬化剤が用いられる。又、用いる炭素繊維は、特に、その平均繊維長が3.0〜9.0mm、平均繊維径が6〜12μm、アスペクト比が250〜1500、密度が1.7〜2.2g/cm、引張り弾性率が2×10kgf/mm以上のチョップドストランドである。
【0017】
本発明の樹脂成形品は、上記フェノール系樹脂成形材料または上記成形材料の製造方法により得たフェノール系樹脂成形材料を用いて成形されてなり、曲げ弾性率が4000kgf/mm以上、比曲げ弾性率が2600kgf/mm以上のものである。
【0018】
以下、更に詳しく説明する。
本発明の成形材料は、成形加工性が良好である。そして、該成形材料を、例えば圧縮成形して得られる成形品は、低比重で、衝撃強度(アイゾット、ノッチ付)30kgf−cm/cm以上で、曲げ弾性率4000kgf/mm以上、比曲げ弾性率2600kgf/mm以上であり、成形収縮率が殆ど無く、高強度・高剛性で、寸法安定性に優れた炭素繊維強化フェノール系樹脂成形品である。
【0019】
本発明の成形材料は、20〜40重量部のフェノール系樹脂と、所定量の充填剤と、所定量の顔料と、所定量の離型剤と、更に必要に応じて所定量の硬化剤とを、混合機(例えば、攪拌翼を有する低速回転攪拌混合機(例えば、通常のオープンニーダー))を用いて混合、特に40℃以下の温度を維持して混合した後、50〜80重量部の炭素繊維(平均繊維長が3.0〜9.0mmの炭素繊維)を添加、混合した後、乾燥し、この混合物を造粒機(例えば、高速回転攪拌混合機(例えば、ヘンシェルミキサー、スパーミキサー))を用い、メタノールのような低沸点溶剤を添加しながら40℃以下の温度を維持して造粒化し、この後、85〜110℃の温度で乾燥することにより得られる。
【0020】
炭素繊維を添加した後の低速回転攪拌混合機による混合時間は、一般的には、30分前後である。すなわち、混合物が粘土状(ペースト状)から鱗片状あるいはフレーク状に変わるまでの時間で、通常、20〜40分である。混合時間が長時間になると、炭素繊維の切断が多くなり、目標とする所定の物性が得られない。
【0021】
得られた混合物は熱風循環乾燥機の如きの乾燥機を用い、100℃前後の温度、通常、85〜110℃の温度で目標の流れ値(スパイラルフロー)となるまで乾燥(一次乾燥)する。この乾燥に要する時間は、通常、60分前後である。乾燥温度が低い場合には、乾燥に要する時間が長くなり、作業操作上好ましくない。逆に、乾燥温度が余りに高い場合は、材料の流れ値の調整などの作業操作が困難となり、かつ、乾燥のバラツキも生じ易くなり、好ましくない。
【0022】
高速回転攪拌混合機(例えば、ヘンシェルミキサー、スパーミキサー)を用い、鱗片状あるいはフレーク状の混合物に、メタノールやアセトンの如きの低沸点有機溶剤を添加しながら、40℃以下の温度を維持し、攪拌し、造粒する。造粒化に要する時間時間は、10分以内、通常、4〜6分である。造粒化後の熱風循環乾燥機の如きの乾燥機において、100℃前後の温度、通常、85〜110℃で乾燥(二次乾燥)される。この乾燥は、主として、残留する溶剤を揮発させるものである。そして、要する時間は、通常、40分前後であり、目標の流れ値(スパイラルフロー)が得られる。
【0023】
上記の低沸点有機溶剤の使用量は混合機に仕込む混合物の重量に対して3.0重量%以下、通常、1.0〜2.0重量%が使用される。溶剤の使用量が多い場合には、造粒物の形状が大きくなり易く、逆に、少ない場合には、造粒物のシマリが悪く、良好な形状の成形材料が得られ難い。
【0024】
本発明の成形材料において、フェノール系樹脂は全配合物中20〜40重量部の範囲で使用される。フェノール系樹脂の配合割合が上記範囲より少ない場合は、混練操作が満足に行えず、樹脂の分散が不十分であり、かつ、流れの良好な成形材料を得ることが出来ない。逆に、樹脂の割合が多い場合は、十分な機械的強度を得ることが困難となる。従って、フェノール系樹脂の使用割合は上記の範囲内であるが、好ましくは全配合物中25〜35重量部の範囲である。
【0025】
本発明において、フェノール系樹脂は、樹脂濃度65〜75%の液状樹脂として使用される。固形樹脂を使用する場合は、予め、溶剤(例えば、メタノール、アセトン等)で所定の樹脂濃度に調整して使用される。
【0026】
本発明において、低速回転攪拌混合機への仕込み順序は、前記した如く、先ず、フェノール系樹脂と所定の添加剤とを混合し、この後で炭素繊維を添加・混合することが非常に好ましい。炭素繊維を最初から仕込んだ場合は、炭素繊維が切断され易く、目標とする所定の性能(物性)が得られ難い。
【0027】
本発明において、上記した高い衝撃強度有し、高剛性で高弾性を有する成形品を得るには、炭素繊維の破損を出来るだけ抑制し、成形材料中におけるその平均繊維長が3.0〜8.0mmの範囲内にあることが重要である。繊維長が上記の範囲より短い場合には、高剛性・高弾性の成形品が得られ難く、繊維長が上記の範囲より長い場合には、成形性が悪く、安定した成形品が得られず、高強度・高剛性を示した場合でも、成形品の表面状態が悪い等の欠点が有る。
【0028】
本発明で用いられる炭素繊維は、特に、その平均繊維長が3.0〜9.0mm、平均繊維径が6〜12μm、アスペクト比が250〜1500、密度が1.7〜2.2g/cm、引張り弾性率が2×10kgf/mm以上のチョップドストランドである。
このような炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、芳香族系炭素繊維など何れでも良く、特別な表面処理を施す必要が無い。通常の処理がなされた市販のもので繊維径、繊維長、アスペクト比、密度、引張り弾性率が上記の範囲内のものであれば使用できる。市販の炭素繊維としては、例えばベスファイトHTA−C6−S、ベスファイトHTA−C3−S(東邦レーヨン(株)製)、ベスファイトHTA−C12−S(東邦レーヨン(株)製)、グラノックスXN−50C−06C(日本グラファイトファイバー(株)製)等が挙げられる。
【0029】
本発明において、炭素繊維の配合量は、通常、全配合物中50〜80重量%の範囲であり、好ましくは55〜75重量%である。炭素繊維の配合量が上記範囲よりも少ない場合は、強度、剛性、弾性率などの機械的特性に優れた成形品が得られない。逆に、多い場合は、成形加工性や流動性などが悪くなり、かつ、成形品の表面状態も悪くなる。
【0030】
本発明におけるフェノール系樹脂は、フェノール性水酸基を有する芳香族化合物であり、具体的にはフェノール、クレゾール、キシレノール、アルキルフェノール、レゾルシノール等のフェノール性化合物と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラール、環状ホルマール等のアルデヒド類とを酸性触媒あるいはアルカリ性触媒の存在下に縮合反応して得られる合成樹脂、若しくは前記樹脂の変性樹脂、更には他の熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂、アミノ樹脂など)との共縮合反応させた樹脂、又、一部熱可塑性樹脂あるいは他の樹脂とのポリマーアロイ等を挙げることが出来る。尚、通常は、所謂、フェノール系樹脂が使用される。
本発明において、フェノール系樹脂は、レゾール型、ノボラック型の固形状、液状いずれをも使用できる。但し、炭素繊維と配合する際には、通常、液状で使用するのが好適である。すなわち、固体の状態で炭素繊維と混練した場合は、炭素繊維の折損が大きく、かつ、樹脂と炭素繊維との密着性も悪くなる。
【0031】
本発明に係る成形材料は、更に、必要に応じて、クレー、タルク、マイカ等の無機系充填剤を少量(全配合物中約5〜10重量%程度)配合することが出来る。その他にも、本発明に係る成形材料の特性を損なわない範囲でフェノール系樹脂成形材料に配合される種々の添加剤を用いることが出来る。
【0032】
以下に本発明の具体的実施例を示す。
【実施例1】
フェノール樹脂として、数平均分子量1200のノボラック型フェノール樹脂をメタノール30%に溶解した液状樹脂(樹脂濃度70重量%)を用いた。炭素繊維として、東邦レーヨン(株)製ベスファイトHTA−C6−S(商品名)チョップドストランド(繊維長6mm、繊維径7μm、密度1.77g/cm3、引張弾性率2.4×10kgf/mm ) を用いた。
そして、先ず、上記フェノール樹脂30重量部(固形分、ヘキサミン4.5重量部を含む)、充填剤(マイカ)5重量部、顔料および離型剤を合計で5重量部を、ニーダーに仕込み、予め、混合した。
この後、60重量部の炭素繊維を添加し、30℃で約30分混合した。
混合後、該混合物を95℃の熱風乾燥機で60分乾燥した。そして、高速回転攪拌混合機(ヘンシェルミキサー)を用いて、乾燥された混合物にメタノール2重量部を添加しながら40℃以下の温度に維持して造粒した。
この造粒物を95℃の熱風乾燥機で40分乾燥し、フレーク状の成形材料を得た。
得られた成形材料および成形品の物性を表1に示す。
【0033】
【実施例2】
炭素繊維として、東邦レーヨン(株)製ベスファイトHTA−C6−S(商品名)チョップドストランド(繊維長6mm、繊維径7μm、密度1.77g/cm3、引張弾性率2.4×10kgf/mm ) と、東邦レーヨン(株)製ベスファイトHTA−C3−S(繊維長3mm、繊維径7μm、密度1.77g/cm3、引張弾性率2.4×10kgf/mm ) とを用いた以外は実施例1と同様に行い、フレーク状の成形材料を得た。
得られた成形材料および成形品の物性を表1に示す。
【0034】
【実施例3】
フェノール樹脂として数平均分子量500の固形レゾール型フェノール樹脂をメタノール30%に希釈した液状樹脂を25重量部(固形分として)用いると共に、炭素繊維として東邦レーヨン(株)製ベスファイトHTA−C6−S(商品名)チョップドストランド(繊維長6mm、繊維径7μm、密度1.77g/cm3、引張弾性率2.4×10kgf/mm )を用い、そして実施例1と同様にして混合物となし、該混合物を実施例1と同様にして乾燥した後、ヘンシェルミキサーによりメタノール2重量部を添加しながら造粒し、90℃で乾燥してフレーク状の成形材料を得た。
得られた成形材料および成形品の物性を表1に示す。
【0035】
【実施例4】
フェノール樹脂として、50%キシレン変性フェノール樹脂をメタノール30%に希釈した液状樹脂を用いた。炭素繊維として、日本グラファイトファイバー(株)製グラノックスXN50−C−06C(商品名)チョップドストランド(繊維長6mm、繊維径10μm、密度2.10g/cm3 、引張弾性率5.0×10kgf/mm) を用いた。
そして、先ず、上記フェノール樹脂25重量部(固形分、ヘキサミン3.7重量部を含む)、顔料および離型剤を合計で5重量部を、ニーダーに仕込み、予め、混合した。
この後、70重量部の炭素繊維を添加し、30℃で約30分混合した。
混合後、該混合物を95℃の熱風乾燥機で60分乾燥した。そして、高速回転攪拌混合機(ヘンシェルミキサー)を用いて、乾燥された混合物にメタノール2重量部を添加しながら25℃の温度に維持して造粒した。
この造粒物を95℃の熱風乾燥機で40分乾燥し、フレーク状の成形材料を得た。
得られた成形材料および成形品の物性を表1に示す。
【0036】
【比較例1】
実施例1において、フェノール樹脂の使用量を15重量部(ヘキサミン2.5重量部を含む)、炭素繊維の使用量を80重量部とした以外は、実施例1と同様に行なった。
しかしながら、本例では、樹脂の含浸が不十分で、良好なフレーク状物が得られなかった。そして、流れ値が小さく、成形性が悪く、良好な成形品が成形できなかった。
【0037】
【比較例2】
実施例1において、炭素繊維の使用量を40重量部、充填材(マイカ)の使用量を25重量部とした以外は、実施例1と同様に行なった。
本例では、比較例1の場合とは異なり、フレーク状成形材料が得られた。 得られた成形材料および成形品の物性を表2に示す。この表2から判る通り、本比較例のものは、機械的強度、特に衝撃強さが低く、目標値の強度(30kgf−cm/cm以上) が得られていない。
【0038】
【比較例3】
実施例1において、炭素繊維として、30重量部のベスファイトHTA−C3−Sと、30重量部のベスファイトHTA−C1.5−Sチョップドストランド(繊維長1.5mm、繊維径7μm、密度1.77g/cm3、引張弾性率2.4×10kgf/mm) を用いた以外は、実施例1と同様に行なった。
本例で得られた成形材料は、そのフレークの長径が小さく、全体として形状が小さいものであった。得られた成形材料および成形品の物性を表2に示す。この表2から判る通り、本比較例のものは、成形材料中の炭素繊維の繊維長が短く、目標とする機械的強度が得られず、成形収縮も大きい。
【0039】
【比較例4】
実施例1において、炭素繊維として、ベスファイトHTA−C12−Sチョップドストランド(繊維長12mm、繊維径7μm、密度1.77g/cm3、引張弾性率2.4×10kgf/mm) を用いた以外は、実施例1と同様に行なった。
本例で得られた成形材料は、そのフレークの長径が大きく、全体として形状が大きく、成形材料中の繊維長が長くて成形性が悪く、良好な成形品が得られなかった。
【0040】
【比較例5】
実施例1において、ニーダーによる混合時間を50分とした以外は、実施例1と同様に行なった。
得られた成形材料および成形品の物性を表2に示す。表2から判る通り、炭素繊維の平均繊維長が短く、目標とする機械的強度が得られていない。
【0041】
【特性】
表1
実施例1 実施例2 実施例3 実施例4
流れ(cm) 48 50 38 35
平均繊維長(mm) 5.0 3.8 5.2 5.2
成形性 良好 良好 良好 良好
比重(g/cm3) 1.54 1.54 1.56 1.58
衝撃強さ(ノッチ付き,kgf-cm/cm2
35 31 38 40
曲げ強さ(kgf/mm2) 30 28 33 35
曲げ弾性率(kgf/mm2)
4500 4200 4900 5010
比曲げ弾性率(kgf/mm2)
2900 2730 3140 3170
成形収縮率(%)0.05 0.05 0.03 0.01
平滑性 良好 良好 良好 良好
表2
比較例2 比較例3 比較例5
流れ(cm) 55 50 40
平均繊維長(mm) 5.6 2.1 2.4
成形性 良好 良好 良好
比重(g/cm3) 1.55 1.54 1.54
衝撃強さ(ノッチ付きkgf-cm/cm2)21 25 26
曲げ強さ(kgf/mm2) 26 30 28
曲げ弾性率(kgf/mm2) 3500 3000 3600
比曲げ弾性率(kgf/mm2) 2260 1940 2340
成形収縮率(%) 0.12 0.20 0.13
平滑性 良好 良好 良好
(1) 流れ(cm):スパイラルロー法、渦巻き状に長さ(100cm)を刻印した金型を使用し、所定の温度、圧力、時間および材料投入量でトファンスファー成形し、押出された渦巻き状物成形品の最大長さ。
(2) 平均繊維長(mm):成形材料中の樹脂分を溶剤で抽出除去し、残存した炭素繊維を電子顕微鏡で観察測定。
(3) 成形性:JIS K6915に準じて圧縮成形した成形品の金型への充填性および外観を目視により観察し判定した。
(4) 比重(g/cm3 ):JIS法による。
(5) 衝撃強さ、曲げ強さ、曲げ弾性率、比曲げ弾性率:圧縮成形により試験片を作成し, JIS K6915に準じて測定。
(6) 成形収縮率(%):圧縮成形により試験片を作成し、JIS K6915に準じて測定。
(7) 平滑性:圧縮成形で成形した成形品の表面を目視観察し判定した。
【0042】
【発明の効果】
本発明の成形材料は、成形加工性が良好である。
そして、例えば圧縮成形して得られる成形品は、低比重で、衝撃強度、曲げ弾性率等の機械的強度に優れ、成形収縮率が極めて小さく、高強度、高剛性で、寸法安定性に優れた炭素繊維強化フェノール系樹脂成形品である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a technique capable of providing a carbon fiber-reinforced phenolic resin molded article having high strength, high rigidity, particularly high flexural modulus, dimensional stability, and low specific gravity. Furthermore, it has excellent fluidity, good moldability, for example, a molded product obtained by compression molding has high strength, particularly high impact strength, high rigidity, excellent sliding characteristics, and The present invention relates to a technique that has a low specific gravity and is useful as a metal substitute molding material, and can be suitably used for, for example, a tool change arm, a tool change holder, or various structural parts in a machining center.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, replacement of a metal material with a plastic material has been attempted from the viewpoint of reducing the weight of materials such as molded products and molded parts and reducing costs. In other words, various plastics have been studied and used in the fields of molded products and molded parts that conventionally used metals.
  Among them, recently, phenol resins have been reviewed as metal substitute materials by taking advantage of the excellent properties of phenol resins. In general, phenol resin molding materials include cellulose fibers, plastic fibers, asbestos, glass fibers, carbon fibers, whiskers, and other organic fibers, or inorganic fibers, or talc, clay, mica, wood flour. Pulp or the like is used as a reinforcing material (filler).
[0003]
  By the way, when a phenol resin is used as a metal substitute material, the material is required to have excellent properties such as mechanical strength, heat resistance, dimensional stability, and sliding characteristics.
  In order to satisfy such required performance, chopped strands of glass fiber or carbon fiber are used as a reinforcing material.
  However, when glass fiber is used as a reinforcing material, even if a large amount of glass fiber is blended, the expected high rigidity cannot be obtained, and when it is used in a large amount, the moldability deteriorates, and Weight reduction is not achieved.
  On the other hand, when carbon fibers are used, the carbon fibers are more easily defibrated than the glass fibers, the wettability with the resin is poor, the handling is difficult, and a sufficient reinforcing effect cannot be exhibited.
[0004]
  Therefore, various methods are known when carbon fiber is used as a reinforcing material.
  For example, a so-called carbon fiber reinforced phenol resin molding material using carbon fiber as a structural material is impregnated with a phenol resin in a substrate such as carbon paper, carbon fiber woven fabric, carbon fiber mat, or non-woven fabric, and dried and precured. And used as a prepreg. In particular, most of the structural members are prepreg methods.
[0005]
  Moreover, when using what is called a chopped strand, without using base materials, such as a woven fabric of carbon fiber, a carbon fiber mat, and a nonwoven fabric, the method of giving a special surface treatment to carbon fiber and using it is proposed.
  For example, JP-A-1-172428 discloses the use of a PAN-based carbon fiber that has been subjected to an air oxidation treatment and a titanate-based coupling agent treatment.
  A method using special carbon fibers has also been proposed.
  For example, in JP-A-2-64132, carbon fibers having an onion structure and a crystal layer thickness of 25 to 200 mm are used as carbon fibers, and phenol resin and acrylonitrile-butadiene copolymer are used as matrix resins. It is disclosed to use.
  JP-A-2-255864 discloses the use of vapor grown carbon fiber having a fiber diameter of 0.05 to 5 μm.
  In Japanese Patent Laid-Open No. 2-298554, a vapor grown carbon fiber and / or a carbon fiber having a surface spacing d (Å) of 3.47 to 3.43, an aspect ratio of 50 to 500, and a diameter of 5 μm or less is heat-treated. It is disclosed that a graphite whisker having an interplanar spacing d (Å) of 3.43 to 3.35 is used.
  Japanese Patent Laid-Open No. 6-136142 discloses a method in which a carbon fiber is heated in air at 440 ° C. to introduce a carboxy group, and after being immersed in a toluene solution of diethylenetriamine, heated is kneaded with a phenol resin. .
  Japanese Patent Laid-Open No. 3-59060 discloses a method in which a string-like body composed of short fibers and / or long fibers is impregnated with a phenol resin liquid, and after drying by heating, this is cut and used.
[0006]
  As described above, until now, when carbon fiber is used as a reinforcing material, a so-called prepreg obtained by impregnating a base material such as a woven fabric, a mat, or a nonwoven fabric with a resin, and preliminarily drying and curing is generally used. In particular, the prepreg method is mostly used as the structural member.
  However, the method of forming and using a prepreg is unsuitable for obtaining a molded product having a complicated shape using a molding die.
  In addition, as described above, even when carbon fiber is treated specially or special carbon fiber is used, the bending elastic modulus is 4000 kgf / mm by a molding method such as compression molding.2A molded product exhibiting the above high rigidity is not known. Even if a highly rigid molded product is obtained, the cost increases, which is not common.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is not necessary to perform a special surface treatment on the carbon fiber itself as a reinforcing material, and using a commercially available chopped strand carbon fiber, it is excellent in molding processability and fluidity. High elasticity, high rigidity, and excellent sliding characteristicsStructural parts in machining centersIt is to provide the technology that can be obtained.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The above issues areA molding material for a structural part in a machining center, the molding material beingPhenolic resin molding material containing phenolic resin and carbon fiber as main componentsAnd
  The ratio of the phenolic resin and carbon fiber in the phenolic resin molding material is such that the carbon fiber is 50 to 80 parts by weight with respect to 20 to 40 parts by weight of the phenolic resin,
  The phenolic resin molding material is flaky or scaly,
  The carbon fiber isThe average fiber length is 3.0 to 8.0 mm, the average fiber diameter is 6 to 12 μm, the aspect ratio is 250 to 1500, and the density is 1.7 to 2.2 g / cm. 3 The tensile modulus is 2 × 10 4 kgf / mm 2 It is the above chopped strand
It is characterized byStructural part molding materials in machining centersSolved by.
[0010]
  That is, the phenol-based resin molding material having the above characteristics is obtained by using a commercially available chopped strand carbon fiber because the carbon fiber itself as a reinforcing material does not need to be subjected to a special surface treatment. Therefore, it can be obtained at a low cost. And molded products with excellent moldability, fluidity, high elasticity, high rigidity, and excellent sliding properties(Structural parts in machining centers)Is obtained.
[0011]
  Moreover, the said subject mixes 20-40 weight part phenolic resin, a predetermined amount of additive, and a carbon fiber with an average fiber length of 3.0-9.0 mm by 50-80 weight part. A mixing step;
  After the mixing step, a granulation step of granulating at a temperature of 40 ° C. or lower while adding a solvent;
  A drying step of drying at a temperature of 85 to 110 ° C. after the granulation step.
It solves by the manufacturing method of the phenol-type resin molding material characterized by comprising.
  Among them, after mixing 20 to 40 parts by weight of phenolic resin and a predetermined amount of additive, 50 to 80 parts by weight of carbon fiber having an average fiber length of 3.0 to 9.0 mm is mixed with this. A mixing step to
  After the mixing step, a granulation step of granulating at a temperature of 40 ° C. or lower while adding a solvent;
  A drying step of drying at a temperature of 85 to 110 ° C. after the granulation step.
It solves by the manufacturing method of the phenol-type resin molding material characterized by comprising.
[0012]
  In particular, 20 to 40 parts by weight of a phenolic resin, a predetermined amount of additives, 50 to 80 parts by weight, an average fiber length of 3.0 to 9.0 mm, an average fiber diameter of 6 to 12 μm, and an aspect ratio of 250-1500, density 1.7-2.2 g / cm3The tensile modulus is 2 × 104kgf / mm2A mixing step of mixing the above chopped strand carbon fibers;
  After the mixing step, a granulation step of granulating at a temperature of 40 ° C. or lower while adding a solvent;
  A drying step of drying at a temperature of 85 to 110 ° C. after the granulation step.
It solves by the manufacturing method of the phenol-type resin molding material characterized by comprising.
  Among them, after mixing 20 to 40 parts by weight of a phenolic resin and a predetermined amount of additives, 50 to 80 parts by weight, an average fiber length of 3.0 to 9.0 mm, and an average fiber diameter of 6 ~ 12μm, Aspect Ratio 250 ~ 1500, Density 1.7 ~ 2.2g / cm3The tensile modulus is 2 × 104kgf / mm2A mixing step of mixing the above chopped strand carbon fibers;
  After the mixing step, a granulation step of granulating at a temperature of 40 ° C. or lower while adding a solvent;
  A drying step of drying at a temperature of 85 to 110 ° C. after the granulation step.
It solves by the manufacturing method of the phenol-type resin molding material characterized by comprising.
[0013]
  In other words, according to the above manufacturing method, a phenolic resin molding material that is excellent in molding processability, fluidity, high elasticity, high rigidity, and excellent in sliding characteristics can be obtained at a low cost. It is obtained by.
[0014]
  Also molded using the above molding materialsA structural part in a machining center,
  The structural component has a flexural modulus of 4000 kgf / mm. 2 As described above, the specific bending elastic modulus is 2600 kgf / mm. 2 Is more than
Structural parts in machining centers characterized bySolved by.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The molding material of the present invention is a phenolic resin molding material containing a phenolic resin and carbon fiber as main components, wherein the ratio of the phenolic resin and carbon fiber in the phenolic resin molding material is the phenolic resin. The carbon fiber is 50 to 80 parts by weight with respect to 20 to 40 parts by weight, and the phenolic resin molding material is flaky or scaly, and the carbon fiber has an average fiber length of 3 0.0 to 8.0 mm. In particular, the carbon fiber has an average fiber length of 3.0 to 8.0 mm, an average fiber diameter of 6 to 12 μm, an aspect ratio of 250 to 1500, and a density of 1.7 to 2.2 g / cm.3The tensile modulus is 2 × 104kgf / mm2It is the above chopped strand.
[0016]
  The manufacturing method of the molding material of the present invention includes 20 to 40 parts by weight of a phenolic resin, a predetermined amount of additives, 50 to 80 parts by weight of carbon fibers having an average fiber length of 3.0 to 9.0 mm, Mixing step, granulating step of granulating at a temperature of 40 ° C. or less while adding a solvent after the mixing step, and drying step drying at a temperature of 85 to 110 ° C. after the granulating step It comprises. In particular, 20 to 40 parts by weight of a phenolic resin and a predetermined amount of additive are mixed, and then 50 to 80 parts by weight of carbon fiber having an average fiber length of 3.0 to 9.0 mm is mixed therewith. A mixing step, a granulation step of granulating at a temperature of 40 ° C. or less while adding a solvent after the mixing step, and a drying step of drying at a temperature of 85 to 110 ° C. after the granulation step. It has. As the additive, for example, a filler, a pigment, a release agent, and a curing agent as required are used. The carbon fiber used has an average fiber length of 3.0 to 9.0 mm, an average fiber diameter of 6 to 12 μm, an aspect ratio of 250 to 1500, and a density of 1.7 to 2.2 g / cm.3The tensile modulus is 2 × 104kgf / mm2It is the above chopped strand.
[0017]
  The resin molded product of the present invention is molded using the phenolic resin molding material or the phenolic resin molding material obtained by the method for producing the molding material, and has a flexural modulus of 4000 kgf / mm.2As described above, the specific bending elastic modulus is 2600 kgf / mm.2That's all.
[0018]
  This will be described in more detail below.
  The molding material of the present invention has good moldability. A molded product obtained by, for example, compression molding the molding material has a low specific gravity and an impact strength (with an Izod and a notch) of 30 kgf-cm / cm.2With the above, the flexural modulus is 4000 kgf / mm2The specific bending elastic modulus is 2600 kgf / mm2This is a carbon fiber reinforced phenolic resin molded product having almost no molding shrinkage, high strength, high rigidity and excellent dimensional stability.
[0019]
  The molding material of the present invention comprises 20 to 40 parts by weight of a phenolic resin, a predetermined amount of filler, a predetermined amount of pigment, a predetermined amount of release agent, and a predetermined amount of curing agent as required. Is mixed using a mixer (for example, a low-speed rotary stirring mixer having a stirring blade (for example, an ordinary open kneader)), particularly while maintaining a temperature of 40 ° C. or lower, and 50 to 80 parts by weight. Carbon fibers (carbon fibers having an average fiber length of 3.0 to 9.0 mm) are added and mixed, and then dried, and the mixture is granulated (for example, a high-speed rotary stirring mixer (for example, a Henschel mixer, a spar mixer). )), And granulating while adding a low-boiling solvent such as methanol while maintaining a temperature of 40 ° C. or lower, followed by drying at a temperature of 85 to 110 ° C.
[0020]
  The mixing time by the low-speed rotary stirring mixer after adding the carbon fiber is generally around 30 minutes. That is, the time required for the mixture to change from clay (paste) to scale or flake is usually 20 to 40 minutes. When the mixing time is long, the carbon fiber is cut frequently, and the desired predetermined physical properties cannot be obtained.
[0021]
  The obtained mixture is dried (primary drying) using a drier such as a hot air circulating drier at a temperature of about 100 ° C., usually 85 to 110 ° C., until a target flow value (spiral flow) is reached. The time required for this drying is usually around 60 minutes. When the drying temperature is low, the time required for drying becomes long, which is not preferable in terms of work operation. On the other hand, when the drying temperature is too high, it is difficult to carry out work operations such as adjustment of the flow value of the material, and variations in drying are likely to occur.
[0022]
  Using a high-speed rotary stirring mixer (eg, Henschel mixer, Spur mixer), maintaining a temperature of 40 ° C. or lower while adding a low-boiling organic solvent such as methanol or acetone to a scaly or flaky mixture, Stir and granulate. The time required for granulation is within 10 minutes, usually 4 to 6 minutes. In a dryer such as a hot-air circulating dryer after granulation, drying is performed (secondary drying) at a temperature of about 100 ° C., usually 85 to 110 ° C. This drying mainly volatilizes the remaining solvent. The time required is usually around 40 minutes, and a target flow value (spiral flow) is obtained.
[0023]
  The amount of the low-boiling organic solvent used is 3.0% by weight or less, usually 1.0 to 2.0% by weight, based on the weight of the mixture charged in the mixer. When the amount of the solvent used is large, the shape of the granulated product tends to be large. On the other hand, when the amount is small, the granulated product is poorly shaped and it is difficult to obtain a molding material having a good shape.
[0024]
  In the molding material of the present invention, the phenolic resin is used in the range of 20 to 40 parts by weight in the total blend. When the blending ratio of the phenolic resin is less than the above range, the kneading operation cannot be performed satisfactorily, the resin is not sufficiently dispersed, and a molding material having a good flow cannot be obtained. On the contrary, when the ratio of the resin is large, it is difficult to obtain sufficient mechanical strength. Therefore, the proportion of phenolic resin used is within the above range, but is preferably in the range of 25 to 35 parts by weight in the total formulation.
[0025]
  In the present invention, the phenolic resin is used as a liquid resin having a resin concentration of 65 to 75%. When a solid resin is used, it is used after adjusting to a predetermined resin concentration with a solvent (for example, methanol, acetone, etc.).
[0026]
  In the present invention, as described above, the charging order in the low-speed rotary stirring mixer is very preferably that the phenolic resin and the predetermined additive are first mixed and then the carbon fiber is added and mixed. When carbon fiber is charged from the beginning, the carbon fiber is easily cut and it is difficult to obtain a predetermined performance (physical property) as a target.
[0027]
  In the present invention, in order to obtain a molded product having the above-described high impact strength, high rigidity and high elasticity, the damage of carbon fibers is suppressed as much as possible, and the average fiber length in the molding material is 3.0-8. It is important to be within the range of 0.0 mm. When the fiber length is shorter than the above range, it is difficult to obtain a highly rigid and highly elastic molded product, and when the fiber length is longer than the above range, the moldability is poor and a stable molded product cannot be obtained. Even when high strength and high rigidity are exhibited, there are defects such as poor surface condition of the molded product.
[0028]
  The carbon fiber used in the present invention has an average fiber length of 3.0 to 9.0 mm, an average fiber diameter of 6 to 12 μm, an aspect ratio of 250 to 1500, and a density of 1.7 to 2.2 g / cm.3The tensile modulus is 2 × 104kgf / mm2It is the above chopped strand.
  Such carbon fiber may be any of pitch-based carbon fiber, polyacrylonitrile-based carbon fiber, aromatic-based carbon fiber, etc., and does not require any special surface treatment. Any commercially available product that has undergone normal treatment and has a fiber diameter, fiber length, aspect ratio, density, and tensile elastic modulus within the above ranges can be used. Examples of commercially available carbon fibers include Besfight HTA-C6-S, Besfight HTA-C3-S (manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.), Besfight HTA-C12-S (manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.), Granox And XN-50C-06C (manufactured by Nippon Graphite Fiber Co., Ltd.).
[0029]
  In this invention, the compounding quantity of carbon fiber is the range of 50 to 80 weight% normally in all the compounds, Preferably it is 55 to 75 weight%. When the blending amount of the carbon fiber is less than the above range, a molded product having excellent mechanical properties such as strength, rigidity and elastic modulus cannot be obtained. On the other hand, when the amount is large, molding processability and fluidity are deteriorated, and the surface state of the molded product is also deteriorated.
[0030]
  The phenolic resin in the present invention is an aromatic compound having a phenolic hydroxyl group, specifically, phenolic compounds such as phenol, cresol, xylenol, alkylphenol, resorcinol, and formaldehyde, acetaldehyde, paraformaldehyde, furfural, cyclic formal A synthetic resin obtained by a condensation reaction with an aldehyde such as an acid catalyst or an alkaline catalyst, or a modified resin of the resin, and another thermosetting resin (for example, epoxy resin, amino resin, etc.) And a resin alloy subjected to the co-condensation reaction, a partially thermoplastic resin or a polymer alloy with another resin. Usually, so-called phenolic resins are used.
  In the present invention, the phenolic resin may be any of resol type, novolac type solid and liquid. However, when blended with carbon fiber, it is usually preferred to use it in liquid form. That is, when carbon fiber is kneaded in a solid state, the carbon fiber is greatly broken and the adhesion between the resin and the carbon fiber is also deteriorated.
[0031]
  The molding material according to the present invention can further contain a small amount of inorganic filler such as clay, talc, mica, etc. (about 5 to 10% by weight in the total formulation), if necessary. In addition, various additives blended in the phenolic resin molding material can be used as long as the characteristics of the molding material according to the present invention are not impaired.
[0032]
  Specific examples of the present invention are shown below.
[Example 1]
  As the phenol resin, a liquid resin (resin concentration: 70% by weight) in which a novolak type phenol resin having a number average molecular weight of 1200 was dissolved in 30% methanol was used. As carbon fiber, Toshou Rayon Co., Ltd. Besfight HTA-C6-S (trade name) chopped strand (fiber length 6 mm, fiber diameter 7 μm, density 1.77 g / cmThree, Tensile modulus 2.4 × 104kgf / mm2 ) Was used.
  First, 30 parts by weight of the above phenolic resin (including solids and 4.5 parts by weight of hexamine), 5 parts by weight of filler (mica), 5 parts by weight of the pigment and the release agent are charged in a kneader, Pre-mixed.
  Thereafter, 60 parts by weight of carbon fiber was added and mixed at 30 ° C. for about 30 minutes.
  After mixing, the mixture was dried with a hot air dryer at 95 ° C. for 60 minutes. Then, using a high-speed rotary stirring mixer (Henschel mixer), granulation was carried out while maintaining the temperature at 40 ° C. or lower while adding 2 parts by weight of methanol to the dried mixture.
  This granulated product was dried with a hot air dryer at 95 ° C. for 40 minutes to obtain a flaky molding material.
  Table 1 shows the physical properties of the obtained molding material and molded product.
[0033]
[Example 2]
  As carbon fiber, Toshou Rayon Co., Ltd. Besfight HTA-C6-S (trade name) chopped strand (fiber length 6 mm, fiber diameter 7 μm, density 1.77 g / cmThree, Tensile modulus 2.4 × 104kgf / mm2 ) And Besfight HTA-C3-S (fiber length 3 mm, fiber diameter 7 μm, density 1.77 g / cm, manufactured by Toho Rayon Co., Ltd.)Three, Tensile modulus 2.4 × 104kgf / mm2 ) Was used in the same manner as in Example 1 to obtain a flaky molding material.
  Table 1 shows the physical properties of the obtained molding material and molded product.
[0034]
[Example 3]
  25 parts by weight (as a solid content) of a liquid resin obtained by diluting a solid resol type phenol resin having a number average molecular weight of 500 as methanol to 30% as a phenol resin, and Besphite HTA-C6-S manufactured by Toho Rayon Co., Ltd. as a carbon fiber. (Product Name) Chopped strand (fiber length 6 mm, fiber diameter 7 μm, density 1.77 g / cmThree, Tensile modulus 2.4 × 104kgf / mm2 The mixture was made into a mixture in the same manner as in Example 1, and the mixture was dried in the same manner as in Example 1. Then, the mixture was granulated with a Henschel mixer while adding 2 parts by weight of methanol, and dried at 90 ° C. Thus, a flaky molding material was obtained.
  Table 1 shows the physical properties of the obtained molding material and molded product.
[0035]
[Example 4]
  As the phenol resin, a liquid resin obtained by diluting 50% xylene-modified phenol resin with 30% methanol was used. As carbon fiber, Nippon Graphite Fiber Co., Ltd. Granox XN50-C-06C (trade name) chopped strand (fiber length 6 mm, fiber diameter 10 μm, density 2.10 g / cm)Three , Tensile modulus 5.0 × 104kgf / mm2) Was used.
  First, 25 parts by weight of the above phenolic resin (including solid content and 3.7 parts by weight of hexamine), 5 parts by weight of the pigment and the release agent were charged in a kneader and mixed in advance.
  Thereafter, 70 parts by weight of carbon fiber was added and mixed at 30 ° C. for about 30 minutes.
  After mixing, the mixture was dried with a hot air dryer at 95 ° C. for 60 minutes. Then, using a high-speed rotary stirring mixer (Henschel mixer), granulation was performed while maintaining the temperature at 25 ° C. while adding 2 parts by weight of methanol to the dried mixture.
  This granulated product was dried with a hot air dryer at 95 ° C. for 40 minutes to obtain a flaky molding material.
  Table 1 shows the physical properties of the obtained molding material and molded product.
[0036]
[Comparative Example 1]
  In Example 1, the same procedure as in Example 1 was performed except that the amount of phenol resin used was 15 parts by weight (including 2.5 parts by weight of hexamine) and the amount of carbon fiber used was 80 parts by weight.
  However, in this example, the resin was not sufficiently impregnated, and a good flaky product was not obtained. And the flow value was small, the moldability was poor, and a good molded product could not be molded.
[0037]
[Comparative Example 2]
  In Example 1, it carried out like Example 1 except the usage-amount of carbon fiber having been 40 weight part and the usage-amount of filler (mica) having been 25 weight part.
  In this example, unlike the case of Comparative Example 1, a flaky molding material was obtained. Table 2 shows the physical properties of the obtained molding material and molded product. As can be seen from Table 2, the comparative example has low mechanical strength, particularly impact strength, and the target strength (30 kgf-cm / cm2Is not obtained.
[0038]
[Comparative Example 3]
  In Example 1, as carbon fiber, 30 parts by weight of Besphite HTA-C3-S and 30 parts by weight of Besphite HTA-C1.5-S chopped strand (fiber length 1.5 mm, fiber diameter 7 μm, density 1 .77 g / cmThree, Tensile modulus 2.4 × 104kgf / mm2) Was carried out in the same manner as in Example 1 except that.
  The molding material obtained in this example had a small major axis of the flakes and a small shape as a whole. Table 2 shows the physical properties of the obtained molding material and molded product. As can be seen from Table 2, in this comparative example, the fiber length of the carbon fiber in the molding material is short, the target mechanical strength cannot be obtained, and the molding shrinkage is large.
[0039]
[Comparative Example 4]
  In Example 1, as carbon fiber, Besphite HTA-C12-S chopped strand (fiber length 12 mm, fiber diameter 7 μm, density 1.77 g / cmThree, Tensile modulus 2.4 × 104kgf / mm2) Was carried out in the same manner as in Example 1 except that.
  The molding material obtained in this example had a large flake diameter, a large shape as a whole, a long fiber length in the molding material, poor moldability, and a good molded product could not be obtained.
[0040]
[Comparative Example 5]
  In Example 1, it carried out like Example 1 except the mixing time by the kneader having been 50 minutes.
  Table 2 shows the physical properties of the obtained molding material and molded product. As can be seen from Table 2, the average fiber length of the carbon fibers is short, and the target mechanical strength is not obtained.
[0041]
【Characteristic】
                                      Table 1
                Example 1 Example 2 Example 3 Example 4
Flow (cm) 48 50 38 35
Average fiber length (mm) 5.0 3.8 5.2 5.2
Formability Good Good Good Good
Specific gravity (g / cmThree1.54 1.54 1.56 1.58
Impact strength (notched, kgf-cm / cm2)
                  35 31 38 40
Bending strength (kgf / mm2) 30 28 33 35
Flexural modulus (kgf / mm2)
                4500 4200 4900 5010
Specific flexural modulus (kgf / mm2)
                2900 2730 3140 3170
Mold shrinkage (%) 0.05 0.05 0.03 0.01
Smoothness Good Good Good Good
                                      Table 2
                              Comparative Example 2 Comparative Example 3 Comparative Example 5
Flow (cm) 55 50 40
Average fiber length (mm) 5.6 2.1 2.4
Formability Good Good Good
Specific gravity (g / cmThree1.55 1.54 1.54
Impact strength (kgf-cm / cm with notch2) 21 25 26
Bending strength (kgf / mm2) 26 30 28
Flexural modulus (kgf / mm2) 3500 3000 3600
Specific flexural modulus (kgf / mm22260 1940 2340
Mold shrinkage (%) 0.12 0.20 0.13
Smoothness Good Good Good
(1) Flow (cm): Spiral low method, using a mold engraved with a length (100 cm) in a spiral shape, and tophan-spher molding at a predetermined temperature, pressure, time and material input amount, and extruded. The maximum length of a spiral product.
(2) Average fiber length (mm): The resin content in the molding material is extracted and removed with a solvent, and the remaining carbon fiber is observed and measured with an electron microscope.
(3) Moldability: The filling property and appearance of a molded product compression-molded according to JIS K6915 were visually observed and judged.
(4) Specific gravity (g / cmThree): According to JIS method.
(5) Impact strength, bending strength, flexural modulus, specific flexural modulus: A test piece was prepared by compression molding and measured according to JIS K6915.
(6) Mold shrinkage (%): A test piece was prepared by compression molding and measured according to JIS K6915.
(7) Smoothness: The surface of a molded product molded by compression molding was visually observed and judged.
[0042]
【The invention's effect】
  The molding material of the present invention has good moldability.
  For example, a molded product obtained by compression molding has low specific gravity, excellent mechanical strength such as impact strength and flexural modulus, extremely low molding shrinkage, high strength, high rigidity, and excellent dimensional stability. Carbon fiber reinforced phenolic resin molded product.

Claims (2)

マシニングセンタにおける構造部品である工具交換アーム又は工具交換ホルダの成形材料であって、該成形材料はフェノール系樹脂と炭素繊維とを主成分として含有するフェノール系樹脂成形材料であり、
前記フェノール系樹脂成形材料中におけるフェノール系樹脂と炭素繊維との割合は、前記フェノール系樹脂20〜40重量部に対して前記炭素繊維が50〜80重量部であって、
前記フェノール系樹脂成形材料は、フレーク状あるいは鱗片状のものであり、
前記炭素繊維は、その平均繊維長が3.0〜8.0mm、平均繊維径が6〜12μm、アスペクト比が250〜1500、密度が1.7〜2.2g/cm、引張り弾性率が2×10kgf/mm以上のチョップドストランドである
ことを特徴とするマシニングセンタにおける構造部品成形材料。
A molding material for a tool exchange arm or a tool exchange holder that is a structural part in a machining center, the molding material being a phenolic resin molding material containing phenolic resin and carbon fibers as main components,
The ratio of the phenolic resin and carbon fiber in the phenolic resin molding material is such that the carbon fiber is 50 to 80 parts by weight with respect to 20 to 40 parts by weight of the phenolic resin,
The phenolic resin molding material is flaky or scaly,
The carbon fiber has an average fiber length of 3.0 to 8.0 mm, an average fiber diameter of 6 to 12 μm, an aspect ratio of 250 to 1500, a density of 1.7 to 2.2 g / cm 3 , and a tensile elastic modulus. A structural part molding material in a machining center, which is a chopped strand of 2 × 10 4 kgf / mm 2 or more.
請求項1の成形材料を用いて成形されてなるマシニングセンタにおける構造部品である工具交換アーム又は工具交換ホルダであって、
該構造部品は、曲げ弾性率が4000kgf/mm 以上、比曲げ弾性率が2600kgf/mm 以上のものである
ことを特徴とするマシニングセンタにおける構造部品。
A tool change arm or a tool change holder which is a structural part in a machining center formed by using the molding material of claim 1,
The structural part in a machining center having a flexural modulus of 4000 kgf / mm 2 or more and a specific flexural modulus of 2600 kgf / mm 2 or more .
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