JP4361401B2 - 炭素繊維、炭素繊維強化熱可塑性樹脂、及び炭素繊維の製造方法 - Google Patents
炭素繊維、炭素繊維強化熱可塑性樹脂、及び炭素繊維の製造方法 Download PDFInfo
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本発明の原料炭素繊維は、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系など、何れの炭素繊維も使用することができる。特に、PANを原料としたPAN系炭素繊維が、工業規模における生産性及び機械的特性に優れており好ましい。
表面処理工程では、炭素繊維表面にマトリックス樹脂との接着性を高めるための含酸素官能基を導入する。
本発明に用いる変性ポリオレフィン系サイジング剤は、例えば以下の方法で製造できる。
サイジング工程では、炭素繊維の取扱性を改善するとともに、炭素繊維とマトリックス樹脂との親和性を良くするため、炭素繊維ストランドに上記サイジング剤を付与する。
サイジング剤の付着した炭素繊維を約5g採取し質量(W1)を測定する。予め恒量にした坩堝の質量(W2)を量る。前記炭素繊維を坩堝に入れ、窒素雰囲気下450℃±5℃に保たれた熱風循環式乾燥機内で30分熱処理を行う。坩堝ごとデシケーターに入れ室温まで冷却し、炭素繊維が入った坩堝の質量(W3)を測定する。サイジング剤付着量を次式(i)
サイジング剤付着量(%)=(W1+W2−W3)/(W3−W2)×100……(i)
により求めた。
直径2mmのクロムめっきのステンレス棒を15mm間隔で配置し、且つ、サイズ処理された炭素繊維ストランドが前記ステンレス棒に120゜の接触角で接触しながら通過し得るようにシグザグにステンレス棒を配置した。このステンレス棒間にサイズ処理された炭素繊維ストランドをシグザグに掛け、ボビンから炭素繊維ストランド解舒テンションを0.204N(200gf)に設定して擦過させた。
エチレン−プロピレン共重合体(プロピレン成分97モル%、エチレン成分3モル%、重量平均分子量50,000)100g、トルエン400gをオートクレーブに入れ、攪拌しながら加熱溶解させた。オートクレーブ内部の温度を110℃に保持しながら無水マレイン酸8g、メタクリル酸メチル8g、パーブチルI(日本油脂製)1.5gを添加して反応させた。
変性ポリオレフィン樹脂の調製において原料ポリオレフィン樹脂を、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体(プロピレン成分78モル%、ブテン成分20モル%、エチレン成分2モル%、重量平均分子量80,000)に換えた以外は、実施例1と同様にして無水マレイン酸、メタクリル酸メチルでグラフト変性させて変性ポリオレフィン樹脂を調製した。
ビスフェノールA型液状エポキシ樹脂エピコート834(ジャパンエポキシレジン社製)をエマルジョン化したサイジング剤を用いた以外は、実施例1と同様にサイジング剤付着量の異なる2種類の炭素繊維ストランドを作製した。得られた2種類の炭素繊維ストランドのサイジング剤付着量は、それぞれ5.1質量%、1.2質量%であった。
ポリエステル系ウレタン樹脂HYDRAN HW−301(大日本インキ化学工業社製)をエマルジョン化したサイジング剤を用いた以外は、実施例と同様にサイジング剤付着量の異なる2種類の炭素繊維ストランドを作製した。得られた2種類の炭素繊維ストランドのサイジング剤付着量は、それぞれ4.8質量%、1.3質量%であった。
曲げ試験片を作製し、曲げ強度を測定した。結果を表1に示す。
変性ポリオレフィン樹脂を、アイソタクチックポリプロピレン(重量平均分子量30,000)に換えた以外は、実施例1と同様にして変性ポリオレフィン樹脂エマルジョンを調製した。
ポリオレフィン樹脂をエチレン−プロピレン共重合体(プロピレン成分97モル%、エチレン成分3モル%、重量平均分子量180,000)に換えた以外は、実施例1と同様にして変性ポリオレフィン樹脂を調製した。得られた変性ポリオレフィン樹脂の重量平均分子量は160,000であった。
ポリオレフィン樹脂をエチレン−プロピレン共重合体(プロピレン成分97モル%、エチレン成分3モル%、重量平均分子量12,000)に換えた以外は、実施例1と同様にして変性ポリオレフィン樹脂エマルジョンを調製した。なお、変性ポリオレフィン樹脂の重量平均分子量は10,000であった。
Claims (5)
- エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体から選ばれる少なくとも1種を主鎖とし、無水マレイン酸及び(メタ)クリル酸エステルでグラフト変性され、重量平均分子量が15,000〜150,000である変性ポリオレフィン樹脂が、炭素繊維に付与されてなる熱可塑性樹脂強化用炭素繊維であって、変性ポリオレフィン樹脂が、その全量に対して無水マレイン酸が0.1〜20質量%グラフトされ、(メタ)クリル酸エステルが0.1〜30質量%グラフトされたものである熱可塑性樹脂強化用炭素繊維。
- 変性ポリオレフィン樹脂が、炭素繊維に対し、固形分として0.1〜8.0質量%付与されてなる請求項1に記載の熱可塑性樹脂強化用炭素繊維。
- エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体から選ばれる少なくとも1種を主鎖とし、無水マレイン酸及び(メタ)クリル酸エステルでグラフト変性され、重量平均分子量が15,000〜150,000である変性ポリオレフィン樹脂を付与した炭素繊維を5〜70質量%含有してなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂であって、変性ポリオレフィン樹脂が、その全量に対して無水マレイン酸が0.1〜20質量%グラフトされ、(メタ)クリル酸エステルが0.1〜30質量%グラフトされたものである炭素繊維強化熱可塑性樹脂。
- 熱可塑性樹脂がポリプロピレンである請求項3に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂。
- エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体から選ばれる少なくとも1種を主鎖とし、無水マレイン酸及び(メタ)クリル酸エステルでグラフト変性され、重量平均分子量が15,000〜150,000である変性ポリオレフィン樹脂を乳化させた変性ポリオレフィン樹脂エマルジョンを炭素繊維にサイジングすることを特徴とする熱可塑性樹脂強化用炭素繊維の製造方法であって、変性ポリオレフィン樹脂が、その全量に対して無水マレイン酸が0.1〜20質量%グラフトされ、(メタ)クリル酸エステルが0.1〜30質量%グラフトされたものである熱可塑性樹脂強化用炭素繊維の製造方法。
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