JP4252326B2 - 炭素繊維複合材料の製造方法および炭素繊維複合材料 - Google Patents
炭素繊維複合材料の製造方法および炭素繊維複合材料 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4252326B2 JP4252326B2 JP2003036337A JP2003036337A JP4252326B2 JP 4252326 B2 JP4252326 B2 JP 4252326B2 JP 2003036337 A JP2003036337 A JP 2003036337A JP 2003036337 A JP2003036337 A JP 2003036337A JP 4252326 B2 JP4252326 B2 JP 4252326B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- composite material
- fiber composite
- carbon
- carbon fiber
- filler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂から成るマトリクスと炭素フィラーとを混練することにより、炭素繊維複合材料を生成する炭素繊維複合材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
混練工程の前に炭素フィラーの嵩密度を高める方法は、従来から考えられているが、炭素フィラーをそのまま大きな容器に詰め、外部から圧力を加えることで嵩密度を高める方法が一般的である。
【０００３】
この種の製造方法としては、特開２００２−９７３７５号公報で開示される樹脂組成物の製造方法が知られており、図２は、繊維状炭素フィラーとマトリクスから複合材料を製造する場合の従来方法を示す図である。混練する場合には、マトリクスである樹脂や金属やセラミックスを秤量し、混練装置の混練対象物を投入する容器部に所望の配合比で繊維状炭素フィラーを、無加工で投入後に攪拌して混練する方法が一般に行われている。複合材料に充填される直径１μｍ以下の円筒状または繊維状の炭素フィラーは、一般的なマトリクスに対して嵩密度が桁違いに低く大きな容積となる。従って、フィラーの充填率を高める必要がある場合には、一度に混練できる炭素フィラー量の制約から炭素フィラーを分割して混練することになり、マトリクスに対して過度の繰返し投入や長時間の混練が行われるのが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９７３７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した複合材料の製造方法には、次のような問題があった。第一に、炭素フィラーを押出し機に無加工で投入してマトリクスと混練する方法は、直径が１μｍ以下の円筒状または繊維状の炭素集合物では、充填するマトリクスに対して嵩密度が桁違いに低く、１桁以上もの大きな容積差があることから容易に混練することができない。
【０００６】
第二に、炭素フィラーのマトリクスに対する充填率を高める必要がある場合には、マトリクスの混練装置への過度な繰返し投入、もしくは加熱を伴う長時間の混練が行われ、混練時の熱的、機械的な作用によりマトリクス材料の分解や構造変化が進行することで材料の特性を劣化させ、初期混練時の材料特性を維持することができない。
【０００７】
第三に、マトリクスと炭素フィラーとを混練する作業において、炭素フィラーの集合物は嵩密度が低いことから炭素フィラーを大容積状態で取り扱う必要があるため、収納する容器や場所が大規模化したり、炭素フィラーの飛散や浮遊に対する安全衛生対策が必要となる。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、炭素フィラーの嵩密度を容易に高めて炭素繊維複合材料を製造する方法、および本方法を用いて製造される複合材料の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１に記載の炭素繊維複合材料の製造方法は、樹脂から成るマトリクスと、円筒状または繊維状の炭素フィラーとを、混練することにより炭素繊維複合材料を生成する炭素繊維複合材料の製造方法において、前記炭素フィラーと揮発性溶媒とを混合した混合液から前記揮発性溶媒を除去することにより高嵩密度炭素フィラーを生成する工程を前記混練前に設け、前記マトリクスと前記高嵩密度炭素フィラーとを混練して炭素繊維複合材料を生成し、前記混練を経て得た前記炭素繊維複合材料を粉砕した後、当該粉砕物に前記高嵩密度フィラーを加えて混練する工程を付加する方法を採用している。
【００１０】
請求項２に記載の炭素繊維複合材料の製造方法は、請求項１に記載の炭素繊維複合材料の製造方法において、官能基の付加処理を前記炭素フィラーの表面に施す方法を採用している。
【００１１】
請求項３に記載の炭素繊維複合材料の製造方法は、請求項１または２に記載の炭素繊維複合材料の製造方法において、ろ過および／または加圧により前記揮発性溶媒の除去を行う方法を採用している。
【００１２】
請求項４に記載の炭素繊維複合材料の製造方法は、請求項１から３のいずれかに記載の炭素繊維複合材料の製造方法において、前記揮発性溶媒を除去することにより得られた前記高嵩密度炭素フィラーを加圧する工程を付加する方法を採用している。
【００１３】
請求項５に記載の炭素繊維複合材料は、請求項１から４のいずれかに記載の方法により製造された材料である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、好適な実施の形態について図面に基づき説明する。
【００１５】
図１は、図２の炭素繊維複合材料を製造する一般的な方法と異なり、炭素フィラーの嵩密度を高める工程Ｂを混練Ｃの前に取り入れた複合材料の製造方法を示した図である。この工程Ｂの方法では、以下のように実施する。
【００１６】
気相成長法で生成された平均直径１５０ｎｍ、嵩密度 ０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ3の繊維状炭素（昭和電工製ＶＧＣＦ）５ｇを有機溶媒のエチルアルコール１００ｍｌを攪拌により混合し、乾燥機で６０℃の対流がある雰囲気中で８時間放置して溶媒を蒸発させ、０．１%以下まで除去した。その時の嵩密度の結果を表１に示す。
【００１７】
また、同繊維状炭素：５ｇを水１００ｍｌに界面活性剤ポリオキシエチレンアルキルアミン（花王製アミート１０５）２ｍｌを添加した水性溶媒と混合し、乾燥機で７０℃の対流がある雰囲気中に２４時間放置することで溶媒を蒸発させて除去した。残留した界面活性剤の重量を除いた繊維状炭素の嵩密度の結果を表１に示す。
【００１８】
また、上述の実施では、繊維状炭素の量に対し、混合に必要となる有機溶媒や水溶性溶媒の容量を示すものであるが、溶媒容量を抑える目的で過剰な量で上述と同様に実施しても、繊維状炭素の嵩密度の結果は同等である。
【００１９】
この場合、溶媒の量が増えるに従って、蒸発による除去方法だけでは乾燥時間が長くなる問題が生じるが、溶媒と攪拌した繊維状炭素フィラーは、時間の経過とともに凝集して容器内に沈殿し、過剰な分量の溶媒と分離する。このことから、上部上澄みの溶媒を汲み取ることで溶媒の除去を短時間で行うことができる。
【００２０】
また、溶媒の除去を行う方法として、自重のみによる状態で繊維状炭素を分離可能なスポンジ状フィルターを使用して溶媒を除去することにより、エチルアルコール乾燥時間８時間を約４時間に、水性溶媒においても２４時間を約６時間に、それぞれ時間短縮することが可能となり、しかも繊維状炭素集合体の嵩密度も同等なレベルに高めることが可能である。
【００２１】
更に、フィルターを使用した溶媒除去において、およそ５ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧を伴った溶媒除去により、エチルアルコールで２時間以内、水性溶媒で６時間以内というように乾燥時間の大幅な短縮が可能であり、繊維状炭素集合体の嵩密度も同等なレベルに高めることができる。
【００２２】
上述と同様な方法で、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、メチルエチルケトン、ブタノール、酢酸エチル、トルエンの有機性溶媒、ＩＰＡとエチルアルコールとの混合有機性溶媒、エチルアルコールと水との混合性溶媒、水とアルコールとの混合溶媒に界面活性剤のポリオキシエチレンオレイルエーテル（花王製エマルゲン４０４）、ポリカルボン酸系（花王製ポイズ５３２Ａ）等を添加した溶媒でも実施することができる。
【００２３】
繊維状炭素の嵩密度を高めるために使用する前記溶媒に関しては、気化し易く、分離せずに機械的な手段を用いて繊維状炭素と混合可能な溶媒であれば、長時間安定した分散状態が保てなくても使用することができる。
【００２４】
この溶媒としては、有機性溶媒、異なる有機性溶媒を組合わせた混合性有機溶媒、水と有機溶媒とを混合した混合溶媒、界面活性剤を添加した水性溶媒、またはこれらいずれかの溶媒に界面活性剤を添加した溶媒を使用することができる。使用可能な水溶性の界面活性剤としては、ポリアクリル酸系や、ポリカルボン酸エステル、ポリカルボン酸アンモニウム等のポリカルボン酸系のものがある。
【００２５】
上述の実施の形態では、気相成長法で生成された平均直径１５０ｎｍ嵩密度 ０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ3の繊維状炭素（昭和電工製ＶＧＣＦ）を使用しているが、直径が小さくなるにつれて集合体としての嵩密度は低下し、溶媒中での凝集性が高まる傾向にあることは一般的なことであり、混合時にある程度分散状態が保てる直径１μｍ以下の繊維状炭素であれば上述の溶媒を使用することができる。
【００２６】
【表１】
【００２７】
また、上述の実施の形態では、繊維状炭素と溶媒の混合を目的として、溶媒に界面活性剤を添加する方法で親和性を高めているが、溶媒混合前に繊維状炭素の表面に溶媒との親和性を高めるための官能基付加処理が行われていても同様な結果が得られる。
【００２８】
熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂４５ｇをマトリクスとし、嵩密度を高める前の未加工の繊維状炭素７．９ｇおよび嵩密度を高めた上記繊維状炭素７．９ｇをそれぞれフィラーとして１５０ｍｌの容器で混練と脱泡を行い、同硬化条件で炭素フィラー重量比率１５重量％の複合材料をそれぞれ成形し材料特性を測定した結果を表２に示す。
【００２９】
高嵩密度化によって、炭素フィラーおよびエポキシ樹脂の複合材料の引張強度および電気抵抗率は、ほとんど違いが無い。このため、繊維状炭素の高嵩密度化によるフィラーとして特性は、何ら影響を受けていないことが分かる。
【００３０】
また、混練に際し、未加工の炭素フィラーの容量は、約２００ｍｌであることから１５０ｍｌの容器内で混練する場合には、最低２回、炭素フィラーを分けて投入する必要があるのに対し、嵩密度を高めた炭素フィラーの容量は半分以下であることから、１回の炭素フィラー充填により混練を実施することが可能である。以上のことからも、炭素フィラーを分ける工程の削減や炭素フィラー収納容器を小型化することで作業効率と設備の小規模化を実現することができる。
【００３１】
【表２】
【００３２】
図３は、図１で示した繊維状炭素フィラーの嵩密度を高める工程を取り入れた複合材料の製造方法に対し、更に混練物の成形Ｄで生成された複合材料を粉砕し、繰返し炭素フィラーと混合する工程Ｅを加えたものを示した図であり、炭素フィラーの嵩密度を高める工程Ｂｐでは、混合液から溶媒を除去する工程Ｂ３の後に炭素フィラーを加圧する工程Ｂ４を加えた炭素繊維複合材料の製造方法と、その複合材料を使用して成形を行う工程を示した図である。
【００３３】
図３に示す製造方法は以下の通りである。気相成長法で生成された平均直径１５０ｎｍ、嵩密度０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ3の繊維状炭素（昭和電工製ＶＧＣＦ）を有機溶媒のエチルアルコールに混合し、乾燥機によって溶媒の約９０％以上を蒸発させ、炭素フィラー集合体の容積が混合前の容積に比べておよそ３分の１に減少した状態で加圧可能な容器に移し、炭素フィラー集合体に１軸方向から１８ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で加圧した後、残留溶媒分を乾燥機によって完全除去した炭素フィラーの嵩密度の結果を表１に示す。
【００３４】
また、ここでは溶媒が残留した状態で圧力を加えているが、溶媒を完全に乾燥した状態で同じ圧力を加えても嵩密度がほとんど変わらない。また、嵩密度が高められた状態では、飛散や浮遊がほとんど見られないことから作業性が良い。
【００３５】
また、嵩密度を高めた上記繊維状炭素０．５ｋｇをフィラーとし、熱可塑性樹脂であるポリカーボネイト２．０ｋｇをマトリクスとして押出し機に一度に投入して混練を行うことにより、炭素フィラーが２０重量％の配合比で複合材料を生成することができる。
【００３６】
また、押出し機の混練機能のレベルによって、炭素フィラーのマトリクス内での分散性が異なるが、分散性を高めるために複合材料を繰返し押出し機へ投入して炭素フィラーの充填量を増やすため、高嵩密度炭素フィラーを更に加えて繰返し押出し機に投入することができる。
【００３７】
更に、炭素フィラーのマトリクス内での分散性を高め、混練時に加わる熱的な作用によるマトリクス材料の分解と構造変化による特性劣化を軽減することを可能にする方法として、混練機から取り出される複合材料を粉砕機で粉砕、攪拌した後に混練機に投入する方法でも複合材料を製造することができる。
【００３８】
上述の混練に係る工程は、炭素フィラーのマトリクスへの充填や分散が目的であるが、同じ重量の炭素フィラーを充填する際に、嵩密度を高め、容量を軽減した炭素フィラーを使用することで、一度に充填できる限界量を増やすことが可能となり、マトリクス材料の特性劣化の軽減と作業効率の向上を図ることができる。
【００３９】
応用実施の形態として、嵩密度を高めた気相成長法で生成された平均直径１５０ｎｍ、嵩密度０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ3の繊維状炭素（昭和電工製ＶＧＣＦ）０．５ｋｇをフィラーとし、熱可塑性樹脂であるポリカーボネイト２．０ｋｇをマトリクスとして押出し機を使用して混練を行うことにより、炭素フィラー２０重量％の配合比で混練した複合材料を生成し、この複合材料から、押出し（射出）成形装置を用いて高さ方向に２分割した２ピースで構成される不図示の電子機器用ケースを成形することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、直径が１μｍ以下の円筒状または繊維状の炭素をフィラーとする複合材料の製造において、充填するマトリクス対して嵩密度が桁違いに低くて大きな容積をもつ炭素フィラーを溶媒に混合し、それを除去する方法で嵩密度を容易に高め、効率良く混練することを可能にした。このため、炭素フィラーの高充填率複合材料の製造において課題であった混練装置への過剰な繰返し投入や長時間の混練を軽減し、混練時の熱的、機械的作用によるマトリクス材料の分解と構造変化による特性劣化が抑制され、マトリクスの材料特性を極力維持した状態での炭素フィラー高充填率化を可能にした。また、混練を経て得た炭素繊維複合材料を粉砕した後、粉砕物に高嵩密度フィラーを加えて混練する工程を付加することにより、炭素フィラーのマトリクス内での分散性を高め、混練時に加わる熱的な作用によるマトリクス材料の分解と構造変化による特性劣化を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 炭素繊維複合材料の製造方法を示す図である。
【図２】 従来の炭素繊維複合材料の製造方法を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂から成るマトリクスと炭素フィラーとを混練することにより、炭素繊維複合材料を生成する炭素繊維複合材料の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
混練工程の前に炭素フィラーの嵩密度を高める方法は、従来から考えられているが、炭素フィラーをそのまま大きな容器に詰め、外部から圧力を加えることで嵩密度を高める方法が一般的である。
【０００３】
この種の製造方法としては、特開２００２−９７３７５号公報で開示される樹脂組成物の製造方法が知られており、図２は、繊維状炭素フィラーとマトリクスから複合材料を製造する場合の従来方法を示す図である。混練する場合には、マトリクスである樹脂や金属やセラミックスを秤量し、混練装置の混練対象物を投入する容器部に所望の配合比で繊維状炭素フィラーを、無加工で投入後に攪拌して混練する方法が一般に行われている。複合材料に充填される直径１μｍ以下の円筒状または繊維状の炭素フィラーは、一般的なマトリクスに対して嵩密度が桁違いに低く大きな容積となる。従って、フィラーの充填率を高める必要がある場合には、一度に混練できる炭素フィラー量の制約から炭素フィラーを分割して混練することになり、マトリクスに対して過度の繰返し投入や長時間の混練が行われるのが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−９７３７５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した複合材料の製造方法には、次のような問題があった。第一に、炭素フィラーを押出し機に無加工で投入してマトリクスと混練する方法は、直径が１μｍ以下の円筒状または繊維状の炭素集合物では、充填するマトリクスに対して嵩密度が桁違いに低く、１桁以上もの大きな容積差があることから容易に混練することができない。
【０００６】
第二に、炭素フィラーのマトリクスに対する充填率を高める必要がある場合には、マトリクスの混練装置への過度な繰返し投入、もしくは加熱を伴う長時間の混練が行われ、混練時の熱的、機械的な作用によりマトリクス材料の分解や構造変化が進行することで材料の特性を劣化させ、初期混練時の材料特性を維持することができない。
【０００７】
第三に、マトリクスと炭素フィラーとを混練する作業において、炭素フィラーの集合物は嵩密度が低いことから炭素フィラーを大容積状態で取り扱う必要があるため、収納する容器や場所が大規模化したり、炭素フィラーの飛散や浮遊に対する安全衛生対策が必要となる。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、炭素フィラーの嵩密度を容易に高めて炭素繊維複合材料を製造する方法、および本方法を用いて製造される複合材料の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１に記載の炭素繊維複合材料の製造方法は、樹脂から成るマトリクスと、円筒状または繊維状の炭素フィラーとを、混練することにより炭素繊維複合材料を生成する炭素繊維複合材料の製造方法において、前記炭素フィラーと揮発性溶媒とを混合した混合液から前記揮発性溶媒を除去することにより高嵩密度炭素フィラーを生成する工程を前記混練前に設け、前記マトリクスと前記高嵩密度炭素フィラーとを混練して炭素繊維複合材料を生成し、前記混練を経て得た前記炭素繊維複合材料を粉砕した後、当該粉砕物に前記高嵩密度フィラーを加えて混練する工程を付加する方法を採用している。
【００１０】
請求項２に記載の炭素繊維複合材料の製造方法は、請求項１に記載の炭素繊維複合材料の製造方法において、官能基の付加処理を前記炭素フィラーの表面に施す方法を採用している。
【００１１】
請求項３に記載の炭素繊維複合材料の製造方法は、請求項１または２に記載の炭素繊維複合材料の製造方法において、ろ過および／または加圧により前記揮発性溶媒の除去を行う方法を採用している。
【００１２】
請求項４に記載の炭素繊維複合材料の製造方法は、請求項１から３のいずれかに記載の炭素繊維複合材料の製造方法において、前記揮発性溶媒を除去することにより得られた前記高嵩密度炭素フィラーを加圧する工程を付加する方法を採用している。
【００１３】
請求項５に記載の炭素繊維複合材料は、請求項１から４のいずれかに記載の方法により製造された材料である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、好適な実施の形態について図面に基づき説明する。
【００１５】
図１は、図２の炭素繊維複合材料を製造する一般的な方法と異なり、炭素フィラーの嵩密度を高める工程Ｂを混練Ｃの前に取り入れた複合材料の製造方法を示した図である。この工程Ｂの方法では、以下のように実施する。
【００１６】
気相成長法で生成された平均直径１５０ｎｍ、嵩密度 ０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ3の繊維状炭素（昭和電工製ＶＧＣＦ）５ｇを有機溶媒のエチルアルコール１００ｍｌを攪拌により混合し、乾燥機で６０℃の対流がある雰囲気中で８時間放置して溶媒を蒸発させ、０．１%以下まで除去した。その時の嵩密度の結果を表１に示す。
【００１７】
また、同繊維状炭素：５ｇを水１００ｍｌに界面活性剤ポリオキシエチレンアルキルアミン（花王製アミート１０５）２ｍｌを添加した水性溶媒と混合し、乾燥機で７０℃の対流がある雰囲気中に２４時間放置することで溶媒を蒸発させて除去した。残留した界面活性剤の重量を除いた繊維状炭素の嵩密度の結果を表１に示す。
【００１８】
また、上述の実施では、繊維状炭素の量に対し、混合に必要となる有機溶媒や水溶性溶媒の容量を示すものであるが、溶媒容量を抑える目的で過剰な量で上述と同様に実施しても、繊維状炭素の嵩密度の結果は同等である。
【００１９】
この場合、溶媒の量が増えるに従って、蒸発による除去方法だけでは乾燥時間が長くなる問題が生じるが、溶媒と攪拌した繊維状炭素フィラーは、時間の経過とともに凝集して容器内に沈殿し、過剰な分量の溶媒と分離する。このことから、上部上澄みの溶媒を汲み取ることで溶媒の除去を短時間で行うことができる。
【００２０】
また、溶媒の除去を行う方法として、自重のみによる状態で繊維状炭素を分離可能なスポンジ状フィルターを使用して溶媒を除去することにより、エチルアルコール乾燥時間８時間を約４時間に、水性溶媒においても２４時間を約６時間に、それぞれ時間短縮することが可能となり、しかも繊維状炭素集合体の嵩密度も同等なレベルに高めることが可能である。
【００２１】
更に、フィルターを使用した溶媒除去において、およそ５ｋｇｆ／ｃｍ２の加圧を伴った溶媒除去により、エチルアルコールで２時間以内、水性溶媒で６時間以内というように乾燥時間の大幅な短縮が可能であり、繊維状炭素集合体の嵩密度も同等なレベルに高めることができる。
【００２２】
上述と同様な方法で、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、メチルエチルケトン、ブタノール、酢酸エチル、トルエンの有機性溶媒、ＩＰＡとエチルアルコールとの混合有機性溶媒、エチルアルコールと水との混合性溶媒、水とアルコールとの混合溶媒に界面活性剤のポリオキシエチレンオレイルエーテル（花王製エマルゲン４０４）、ポリカルボン酸系（花王製ポイズ５３２Ａ）等を添加した溶媒でも実施することができる。
【００２３】
繊維状炭素の嵩密度を高めるために使用する前記溶媒に関しては、気化し易く、分離せずに機械的な手段を用いて繊維状炭素と混合可能な溶媒であれば、長時間安定した分散状態が保てなくても使用することができる。
【００２４】
この溶媒としては、有機性溶媒、異なる有機性溶媒を組合わせた混合性有機溶媒、水と有機溶媒とを混合した混合溶媒、界面活性剤を添加した水性溶媒、またはこれらいずれかの溶媒に界面活性剤を添加した溶媒を使用することができる。使用可能な水溶性の界面活性剤としては、ポリアクリル酸系や、ポリカルボン酸エステル、ポリカルボン酸アンモニウム等のポリカルボン酸系のものがある。
【００２５】
上述の実施の形態では、気相成長法で生成された平均直径１５０ｎｍ嵩密度 ０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ3の繊維状炭素（昭和電工製ＶＧＣＦ）を使用しているが、直径が小さくなるにつれて集合体としての嵩密度は低下し、溶媒中での凝集性が高まる傾向にあることは一般的なことであり、混合時にある程度分散状態が保てる直径１μｍ以下の繊維状炭素であれば上述の溶媒を使用することができる。
【００２６】
【表１】
また、上述の実施の形態では、繊維状炭素と溶媒の混合を目的として、溶媒に界面活性剤を添加する方法で親和性を高めているが、溶媒混合前に繊維状炭素の表面に溶媒との親和性を高めるための官能基付加処理が行われていても同様な結果が得られる。
【００２８】
熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂４５ｇをマトリクスとし、嵩密度を高める前の未加工の繊維状炭素７．９ｇおよび嵩密度を高めた上記繊維状炭素７．９ｇをそれぞれフィラーとして１５０ｍｌの容器で混練と脱泡を行い、同硬化条件で炭素フィラー重量比率１５重量％の複合材料をそれぞれ成形し材料特性を測定した結果を表２に示す。
【００２９】
高嵩密度化によって、炭素フィラーおよびエポキシ樹脂の複合材料の引張強度および電気抵抗率は、ほとんど違いが無い。このため、繊維状炭素の高嵩密度化によるフィラーとして特性は、何ら影響を受けていないことが分かる。
【００３０】
また、混練に際し、未加工の炭素フィラーの容量は、約２００ｍｌであることから１５０ｍｌの容器内で混練する場合には、最低２回、炭素フィラーを分けて投入する必要があるのに対し、嵩密度を高めた炭素フィラーの容量は半分以下であることから、１回の炭素フィラー充填により混練を実施することが可能である。以上のことからも、炭素フィラーを分ける工程の削減や炭素フィラー収納容器を小型化することで作業効率と設備の小規模化を実現することができる。
【００３１】
【表２】
図３は、図１で示した繊維状炭素フィラーの嵩密度を高める工程を取り入れた複合材料の製造方法に対し、更に混練物の成形Ｄで生成された複合材料を粉砕し、繰返し炭素フィラーと混合する工程Ｅを加えたものを示した図であり、炭素フィラーの嵩密度を高める工程Ｂｐでは、混合液から溶媒を除去する工程Ｂ３の後に炭素フィラーを加圧する工程Ｂ４を加えた炭素繊維複合材料の製造方法と、その複合材料を使用して成形を行う工程を示した図である。
【００３３】
図３に示す製造方法は以下の通りである。気相成長法で生成された平均直径１５０ｎｍ、嵩密度０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ3の繊維状炭素（昭和電工製ＶＧＣＦ）を有機溶媒のエチルアルコールに混合し、乾燥機によって溶媒の約９０％以上を蒸発させ、炭素フィラー集合体の容積が混合前の容積に比べておよそ３分の１に減少した状態で加圧可能な容器に移し、炭素フィラー集合体に１軸方向から１８ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力で加圧した後、残留溶媒分を乾燥機によって完全除去した炭素フィラーの嵩密度の結果を表１に示す。
【００３４】
また、ここでは溶媒が残留した状態で圧力を加えているが、溶媒を完全に乾燥した状態で同じ圧力を加えても嵩密度がほとんど変わらない。また、嵩密度が高められた状態では、飛散や浮遊がほとんど見られないことから作業性が良い。
【００３５】
また、嵩密度を高めた上記繊維状炭素０．５ｋｇをフィラーとし、熱可塑性樹脂であるポリカーボネイト２．０ｋｇをマトリクスとして押出し機に一度に投入して混練を行うことにより、炭素フィラーが２０重量％の配合比で複合材料を生成することができる。
【００３６】
また、押出し機の混練機能のレベルによって、炭素フィラーのマトリクス内での分散性が異なるが、分散性を高めるために複合材料を繰返し押出し機へ投入して炭素フィラーの充填量を増やすため、高嵩密度炭素フィラーを更に加えて繰返し押出し機に投入することができる。
【００３７】
更に、炭素フィラーのマトリクス内での分散性を高め、混練時に加わる熱的な作用によるマトリクス材料の分解と構造変化による特性劣化を軽減することを可能にする方法として、混練機から取り出される複合材料を粉砕機で粉砕、攪拌した後に混練機に投入する方法でも複合材料を製造することができる。
【００３８】
上述の混練に係る工程は、炭素フィラーのマトリクスへの充填や分散が目的であるが、同じ重量の炭素フィラーを充填する際に、嵩密度を高め、容量を軽減した炭素フィラーを使用することで、一度に充填できる限界量を増やすことが可能となり、マトリクス材料の特性劣化の軽減と作業効率の向上を図ることができる。
【００３９】
応用実施の形態として、嵩密度を高めた気相成長法で生成された平均直径１５０ｎｍ、嵩密度０．０２〜０．０４ｇ／ｃｍ3の繊維状炭素（昭和電工製ＶＧＣＦ）０．５ｋｇをフィラーとし、熱可塑性樹脂であるポリカーボネイト２．０ｋｇをマトリクスとして押出し機を使用して混練を行うことにより、炭素フィラー２０重量％の配合比で混練した複合材料を生成し、この複合材料から、押出し（射出）成形装置を用いて高さ方向に２分割した２ピースで構成される不図示の電子機器用ケースを成形することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、直径が１μｍ以下の円筒状または繊維状の炭素をフィラーとする複合材料の製造において、充填するマトリクス対して嵩密度が桁違いに低くて大きな容積をもつ炭素フィラーを溶媒に混合し、それを除去する方法で嵩密度を容易に高め、効率良く混練することを可能にした。このため、炭素フィラーの高充填率複合材料の製造において課題であった混練装置への過剰な繰返し投入や長時間の混練を軽減し、混練時の熱的、機械的作用によるマトリクス材料の分解と構造変化による特性劣化が抑制され、マトリクスの材料特性を極力維持した状態での炭素フィラー高充填率化を可能にした。また、混練を経て得た炭素繊維複合材料を粉砕した後、粉砕物に高嵩密度フィラーを加えて混練する工程を付加することにより、炭素フィラーのマトリクス内での分散性を高め、混練時に加わる熱的な作用によるマトリクス材料の分解と構造変化による特性劣化を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 炭素繊維複合材料の製造方法を示す図である。
【図２】 従来の炭素繊維複合材料の製造方法を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る炭素繊維複合材料の製造方法を示す図である。
Claims (5)
- 樹脂から成るマトリクスと、円筒状または繊維状の炭素フィラーとを、混練することにより炭素繊維複合材料を生成する炭素繊維複合材料の製造方法において、
前記炭素フィラーと揮発性溶媒とを混合し当該混合液から前記揮発性溶媒を除去することにより高嵩密度炭素フィラーを生成する工程を前記混練前に設け、前記マトリクスと前記高嵩密度炭素フィラーとを混練して炭素繊維複合材料を生成し、前記混練を経て得た前記炭素繊維複合材料を粉砕した後、当該粉砕物に前記高嵩密度フィラーを加えて混練する工程を付加することを特徴とする炭素繊維複合材料の製造方法。 - 官能基の付加処理を前記炭素フィラーの表面に施したことを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維複合材料の製造方法。
- ろ過および／または加圧により前記揮発性溶媒の除去を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の炭素繊維複合材料の製造方法。
- 前記揮発性溶媒を除去することにより得られた前記高嵩密度炭素フィラーを加圧する工程を付加したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の炭素繊維複合材料の製造方法。
- 請求項１から４のいずれかに記載の方法により製造されたことを特徴とする炭素繊維複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003036337A JP4252326B2 (ja) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | 炭素繊維複合材料の製造方法および炭素繊維複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003036337A JP4252326B2 (ja) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | 炭素繊維複合材料の製造方法および炭素繊維複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004244522A JP2004244522A (ja) | 2004-09-02 |
| JP4252326B2 true JP4252326B2 (ja) | 2009-04-08 |
Family
ID=33021446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003036337A Expired - Fee Related JP4252326B2 (ja) | 2003-02-14 | 2003-02-14 | 炭素繊維複合材料の製造方法および炭素繊維複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4252326B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006213755A (ja) * | 2005-02-01 | 2006-08-17 | Showa Highpolymer Co Ltd | 粒状フェノール樹脂複合体及びその製造方法、並びに活性炭、分極性電極及び電気二重層キャパシタ |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5911332A (ja) * | 1982-07-12 | 1984-01-20 | Showa Denko Kk | 熱可塑性樹脂と添加剤とを混合させる方法 |
| JP2613252B2 (ja) * | 1988-04-21 | 1997-05-21 | 日機装株式会社 | ウィスカーと熱可塑性樹脂との均質混合予備成形物粉末の製造方法 |
| JP2595296B2 (ja) * | 1988-04-22 | 1997-04-02 | 昭和電工株式会社 | 気相法炭素繊維造粒物 |
| JPH0264133A (ja) * | 1988-08-30 | 1990-03-05 | Toho Rayon Co Ltd | サイズされた炭素繊維チョップドストランド及び樹脂組成物 |
| JPH0424259A (ja) * | 1990-05-21 | 1992-01-28 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 顆粒状炭素繊維集合体 |
| JP4586251B2 (ja) * | 2000-09-22 | 2010-11-24 | 東レ株式会社 | 燃料電池用セパレーター |
| JP2002194093A (ja) * | 2000-12-26 | 2002-07-10 | Sumitomo Chem Co Ltd | 熱可塑性樹脂組成物の製造方法及び熱可塑性樹脂組成物 |
| JP3981567B2 (ja) * | 2001-03-21 | 2007-09-26 | 守信 遠藤 | 炭素繊維の長さ調整方法 |
| JP3960096B2 (ja) * | 2001-04-09 | 2007-08-15 | 宇部興産株式会社 | 導電性樹脂組成物及びその製造方法 |
| JP3639236B2 (ja) * | 2001-09-03 | 2005-04-20 | 三菱レイヨン株式会社 | 形態の優れた炭素繊維チョップ |
-
2003
- 2003-02-14 JP JP2003036337A patent/JP4252326B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004244522A (ja) | 2004-09-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101913593B (zh) | 一种用于生产纳米碳的石墨材料及其制备方法 | |
| US8499817B2 (en) | Method for making carbon nanotube metal composite | |
| CN104496480B (zh) | 碳化硅陶瓷预制体、铝基碳化硅陶瓷材料及其制备方法 | |
| Vankayala et al. | Enhanced electrical conductivity of nylon 6 composite using polyaniline-coated multi-walled carbon nanotubes as additives | |
| US7985354B1 (en) | Carbon nanomaterials dispersion and stabilization | |
| JP2004315297A (ja) | ナノカーボンコンポジット材及びその製造方法 | |
| JP2009520126A (ja) | 圧密化前にカーボンコンポジット成形体全体にわたって均質に炭素繊維フィラメントをデバンドル及び分散させる方法 | |
| JP4252326B2 (ja) | 炭素繊維複合材料の製造方法および炭素繊維複合材料 | |
| JP7187919B2 (ja) | 熱伝導性複合材料及びその製造方法 | |
| KR101756346B1 (ko) | 탄소나노구조체-고분자 복합체 및 그 제조방법 | |
| US11149121B2 (en) | Method for producing composite resin particles, resin molded article, and composite resin particles | |
| CN1807231A (zh) | 高强度高密度各向同性细结构炭材料的制造方法 | |
| CN1259408A (zh) | 粘结磁铁的分解处理方法 | |
| JP2005262391A (ja) | ナノカーボンと炭素系第二フィラーからなるコンポジット材およびその製造方法 | |
| JPH06183835A (ja) | 短繊維強化ｃ／ｃコンポジット用プリフォーム体の製造方法および該方法で製造されたプリフォーム体 | |
| WO2020026938A1 (ja) | 複合樹脂粒子の製造方法および複合樹脂粒子 | |
| JPS60106931A (ja) | 繊維強化金属材料の製造方法 | |
| JP5269992B2 (ja) | 電気伝導性熱可塑性ポリマーのためのマスターバッチ、マスターバッチを調製するための方法及びその使用 | |
| WO1988000174A1 (en) | Process for removing additive from powder molding | |
| KR102215280B1 (ko) | 향상된 기계적 물성을 갖는 합성목재 제조용 조성물 및 이를 이용하여 제조되는 합성목재 | |
| KR101627324B1 (ko) | 하이드로 발포 탄소 재료 및 그 제조방법 | |
| JPH03126608A (ja) | 炭素繊維塊状組成物およびその製造方法 | |
| JPH075928B2 (ja) | アルミ基複合材料成形用プリフォーム成形体の製造方法 | |
| JP5747649B2 (ja) | 球状炭素材含有樹脂材及びその製造方法 | |
| JP2002338785A (ja) | 炭素質粉末成形材料及びその製造法、炭素質成形品 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060213 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081010 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081028 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081210 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090120 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090121 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120130 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130130 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130130 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140130 Year of fee payment: 5 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |