JP4743593B2 - Manufacturing method of long fiber reinforced polypropylene resin molding material - Google Patents

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Description

本発明は、強化繊維として、炭素繊維を使用する長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の新規な製造方法に関する。   The present invention relates to a novel method for producing a long fiber reinforced polypropylene resin molding material using carbon fibers as reinforcing fibers.

従来より、長繊維強化熱可塑性樹脂成形用材料としては、強化繊維に熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として含浸させ、これをペレットとした材料が知られている。また、長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法としては、マトリックス樹脂原料を押出機にて可塑化し溶融させた樹脂を含浸ダイに充填し、該含浸ダイ中に回巻体等から引出された強化繊維すなわちフィラメントの集合体である繊維束を通過させ、得られる樹脂含浸繊維束をノズルにより賦形された連続強化物をペレタイザ−で切断し、ペレットとする方法が知られている。   Conventionally, as a long fiber reinforced thermoplastic resin molding material, a material in which a reinforced fiber is impregnated with a thermoplastic resin as a matrix resin and made into a pellet is known. Moreover, as a method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin composition, a resin obtained by plasticizing and melting a matrix resin raw material with an extruder was filled in an impregnation die, and the resin was drawn from a wound body or the like into the impregnation die. A method is known in which a reinforcing fiber, that is, a fiber bundle which is an aggregate of filaments, is passed, and a continuous reinforcing material obtained by shaping the obtained resin-impregnated fiber bundle with a nozzle is cut with a pelletizer to form pellets.

前記長繊維強化熱可塑性樹脂成形用材料の熱可塑性樹脂としては。ポリプロピレン樹脂が比較的安価で軽量でありかつ成形加工が容易であることから広く使用されている。一方、強化繊維として、炭素繊維は軽量であり、なおかつ、優れた強度、弾性率などの機械的物性を有するため好適に採用されている。   As a thermoplastic resin of the long fiber reinforced thermoplastic resin molding material. Polypropylene resin is widely used because it is relatively inexpensive, lightweight, and easy to mold. On the other hand, carbon fibers are suitably employed as reinforcing fibers because they are lightweight and have mechanical properties such as excellent strength and elastic modulus.

この炭素繊維を使用した長繊維ポリプロピレン樹脂成形材料は、一般にポリプロレン樹脂と炭素繊維との濡れ性や接着性が劣るため成形品の機械的強度が低下し易い。このため、ポリプロレン樹脂と炭素繊維との濡れ性や接着性を向上させるために、炭素繊維の表面を適宜の処理剤で処理する必要があり、その処理剤の選定が重要である。   The long-fiber polypropylene resin molding material using carbon fibers generally has poor wettability and adhesion between the polyprolene resin and the carbon fibers, so that the mechanical strength of the molded product tends to decrease. For this reason, in order to improve the wettability and adhesiveness of a polyprolene resin and carbon fiber, it is necessary to process the surface of carbon fiber with a suitable processing agent, and selection of the processing agent is important.

マトリックス樹脂をポリプロピレン樹脂としたときの炭素繊維の処理剤としては、例えば、特許文献1には、炭素繊維の表面に、カルボキシル基やフェノール性水酸基等の官能基が導入する処理剤が好ましいことが開示されている。具体的な処理剤として、マトリックス樹脂と同じ、ポリプロピレンなどの液体状変性ポリオレフィンが開示され、該液体状変性ポリオレフィンとしては、塩素変性ポリプロピレンのトルエン溶液、無水マレイン酸変性ポリプロピレンのトルエン溶液、末端変性水素添加ポリブタジエン等が記載されている。   As the carbon fiber treating agent when the matrix resin is a polypropylene resin, for example, Patent Document 1 preferably uses a treating agent in which a functional group such as a carboxyl group or a phenolic hydroxyl group is introduced on the surface of the carbon fiber. It is disclosed. As a specific treatment agent, a liquid modified polyolefin such as polypropylene, which is the same as the matrix resin, is disclosed. The liquid modified polyolefin includes a toluene solution of chlorine-modified polypropylene, a toluene solution of maleic anhydride-modified polypropylene, and a terminal-modified hydrogen. Additive polybutadiene and the like are described.

また、特許文献2には、マトリックス樹脂がポリアミド樹脂である場合の炭素繊維の処理剤として、エポキシ樹脂と特定のシラン化合物とを使用し、これらを炭素繊維に同時に適用することが開示されている。この場合、通常、炭素繊維に対してカップリング作用がないとされるシラン化合物ではあるが、特定のシラン化合物を使用することにより、エポキシ樹脂とポリアミド樹脂との相互作用により、ポリアミド樹脂中における炭素繊維の分散性と流動性が高められることが記載されている。   Patent Document 2 discloses that an epoxy resin and a specific silane compound are used as a carbon fiber treating agent when the matrix resin is a polyamide resin, and these are simultaneously applied to the carbon fiber. . In this case, although it is a silane compound that normally has no coupling action on carbon fiber, the use of a specific silane compound allows the carbon in the polyamide resin to interact with the epoxy resin and the polyamide resin. It is described that the dispersibility and fluidity of the fibers are improved.

特開2003−277525号公報JP 2003-277525 A 特開昭60−53544号公報JP-A-60-53544

上記特許文献1の場合、マトリクス樹脂のポリプロピレン樹脂と同種のポリプロプレン系樹脂を炭素繊維の処理剤として用いるため、機械的強度が向上することが期待されるものの、被膜形成剤としてのポリプロピレン系樹脂(一般にエマルジョンの状態で塗布)はタック性に乏しいために、繊維束に対しての集束性が弱く、繊維束は工程中での微量な屈曲でも開繊し易く、毛羽発生や断線などを起こし易いために作業性に劣るといった問題を有する。これは、炭素繊維は優れた弾性率を持つ反面、剛直であるために、屈曲に対しフィラメントが非常に折れ易く毛羽が発生し易いという、炭素繊維が本来有している欠点を補いきれていないことに起因している。   In the case of the above-mentioned patent document 1, since a polypropylene resin of the same type as the matrix resin polypropylene resin is used as the carbon fiber treating agent, it is expected that the mechanical strength is improved, but the polypropylene resin as a film forming agent is expected. (Generally, it is applied in the form of emulsion) has poor tackiness, so it has poor convergence to the fiber bundle, and the fiber bundle is easy to open even with a small amount of bending in the process, causing fluffing and disconnection. Since it is easy, it has a problem that workability is inferior. This is because carbon fiber has an excellent elastic modulus, but because it is rigid, it does not compensate for the disadvantage inherent to carbon fiber that the filament is very easy to bend against bending and fluff is likely to occur. It is due to that.

上記特許文献2では、マトリクス樹脂にポリアミド樹脂を使用する場合の炭素繊維の処理剤として、エポキシ樹脂と特定のシラン化合物を使用することが開示されている。この場合は、処理剤にエポキシ樹脂を使用することで、炭素繊維束はしなやかとなり、適度な集束性や柔軟性を有するために作業性は良好となる。   Patent Document 2 discloses that an epoxy resin and a specific silane compound are used as a carbon fiber treating agent when a polyamide resin is used as a matrix resin. In this case, by using an epoxy resin as the treatment agent, the carbon fiber bundle becomes flexible, and the workability is good because it has appropriate convergence and flexibility.

これは被膜形成剤としてエポキシ樹脂で処理された炭素繊維束は、エポキシ樹脂の持つ良好なタック性により、適度な集束性や柔軟性を付与されるためである。   This is because the carbon fiber bundle treated with an epoxy resin as a film forming agent is imparted with appropriate convergence and flexibility due to the good tackiness of the epoxy resin.

なお、マトリクス樹脂をポリプロピレン樹脂とした場合には、処理剤であるエポキシ樹脂とポリプロピレン樹脂の間での接着性が乏しいために、成形材料から得られる成形品の有する引張り強度や曲げ強度などの肝心の機械的強度が充分ではないといった問題や、接着性が乏しいことに起因して、長繊維成形材料の切断工程(ペレット化工程)において長繊維ペレットが繊維の長手方向に沿って縦に割れ易くなるといった問題を有している。   If the matrix resin is a polypropylene resin, the adhesion between the epoxy resin and the polypropylene resin, which is the treatment agent, is poor, so the key to the tensile strength and bending strength of the molded product obtained from the molding material is important. Due to problems such as insufficient mechanical strength and poor adhesion, long fiber pellets tend to break vertically along the longitudinal direction of the fiber in the long fiber molding material cutting process (pelletizing process) Has the problem of becoming.

したがって、強化繊維として炭素繊維を使用し、マトリクス樹脂としてポリプロピレン樹脂を使用する長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料においては、表面処理剤には炭素繊維の取り扱い作業性とポリプロピレン樹脂との接着性という二つの機能が必要となる。   Therefore, in a long-fiber reinforced thermoplastic resin molding material that uses carbon fiber as the reinforcing fiber and polypropylene resin as the matrix resin, the surface treatment agent includes carbon fiber handling workability and polypropylene resin adhesion. One function is required.

本発明の目的は、強化繊維として炭素繊維を使用し、マトリクス樹脂としてポリプロピレン樹脂を使用する長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料において、炭素繊維に対する表面処理剤を一次処理剤と二次処理剤とに分離し、且つ適切な処理剤を適切な工程において処理することで、処理剤に必要な機能を分離して付与することが可能となり、工程中での作業性が良好であり、しかも得られる成形品が引張り強度や曲げ強度などの機械的強度に優れ、更には接着性が良好であることで成形材料の割れも無い炭素繊維強化ポリプロピレン成形材料及び製造方法を提供することにある。   The object of the present invention is to use a carbon fiber as a reinforcing fiber and a long fiber reinforced thermoplastic resin molding material using a polypropylene resin as a matrix resin. By separating and treating an appropriate treatment agent in an appropriate process, it becomes possible to separate and impart necessary functions to the treatment agent, and the workability in the process is good, and the obtained molding An object of the present invention is to provide a carbon fiber reinforced polypropylene molding material and a manufacturing method thereof, which are excellent in mechanical strength such as tensile strength and bending strength, and further have good adhesiveness, so that the molding material is not cracked.

本発明者は、鋭意研究を進めたところ、ポリプロピレン樹脂を使用する長繊維樹脂成形材料を製造する場合に、通常は処理剤としてポリプロピレン樹脂を使用するところ、炭素繊維の処理剤として、エポキシ樹脂を一次処理剤、アミノシラン化合物を二次処理剤として使用し、かつ、これらの処理剤を、特許文献2とは異なり、逐次的に適用し、更に、マトリックス樹脂として、酸変性ポリプロピレン樹脂を特定量含有するポリプロピレン樹脂を使用することにより、上記の本発明の目的を達成できることを見出し、本発明に到達した。   As a result of diligent research, the inventor of the present invention, when producing a long fiber resin molding material using a polypropylene resin, usually uses a polypropylene resin as a treatment agent. The primary treatment agent and aminosilane compound are used as the secondary treatment agent, and these treatment agents are applied sequentially, unlike Patent Document 2, and further contain a specific amount of acid-modified polypropylene resin as a matrix resin. The present inventors have found that the object of the present invention can be achieved by using a polypropylene resin to achieve the present invention.

かくして、本発明は下記の要旨を特徴とするものである。
(1)炭素繊維にエポキシ樹脂を含む一次処理剤を付着させた後に乾燥させて炭素繊維束とし、次いで、該炭素繊維束を、アミノシラン化合物を含む二次処理剤を付着させて乾燥し、次いで、酸変性ポリプロピレン樹脂を1質量%以上含むポリプロピレン樹脂に含浸させて引抜くことを特徴とする長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造方法。
(2)前記一次処理剤と二次処理剤の総量が、一次処理剤と二次処理剤とを付着させた炭素繊維束100質量部あたり、固形分で0.4〜8質量部であり、かつ該炭素繊維束100質量部あたり、アミノシラン化合物が0.2〜4質量部である上記(1)に記載の長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造方法。
(3)二次処理剤を付着させて乾燥した後の炭素繊維束がその表面にアミノシラン化合物が存在する上記(1)又は(2)に記載の長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造方法。
(4)前記ポリプロピレン樹脂は、MFRが20〜400g/10分(230℃。2.16Kg)であり、酸変性ポリプロピレン樹脂を1質量%以上含むポリプロピレン樹脂とからなり、かつ炭素繊維含有量が10〜60質量%である上記(1)、(2)又は(3)に記載の長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造方法。
(5)酸変性されたポリプロピレン樹脂を1質量%以上含むポリプロピレン樹脂がマトリックス樹脂である長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料用の炭素繊維束であって、炭素繊維にエポキシ樹脂を含む一次処理剤を付着させた後に加熱乾燥させ、次いで、アミノシラン化合物を含む二次処理剤を付着させて加熱乾燥させたことを特徴とする炭素繊維束。
Thus, the present invention is characterized by the following gist.
(1) A carbon fiber bundle is dried after adhering a primary treatment agent containing an epoxy resin to carbon fibers, and then the carbon fiber bundle is dried by adhering a secondary treatment agent containing an aminosilane compound. A method for producing a long fiber reinforced polypropylene resin molding material, characterized by impregnating a polypropylene resin containing 1% by mass or more of an acid-modified polypropylene resin and drawing it.
(2) The total amount of the primary treatment agent and the secondary treatment agent is 0.4 to 8 parts by mass in solid content per 100 parts by mass of the carbon fiber bundle to which the primary treatment agent and the secondary treatment agent are adhered. And the manufacturing method of the long fiber reinforced polypropylene resin molding material as described in said (1) whose aminosilane compound is 0.2-4 mass parts per 100 mass parts of said carbon fiber bundles.
(3) The method for producing a long fiber reinforced polypropylene resin molding material according to (1) or (2) above, wherein an aminosilane compound is present on the surface of the carbon fiber bundle after the secondary treatment agent is attached and dried.
(4) The polypropylene resin has a MFR of 20 to 400 g / 10 min (230 ° C. 2.16 Kg), is composed of a polypropylene resin containing 1% by mass or more of acid-modified polypropylene resin, and has a carbon fiber content of 10 The manufacturing method of the long fiber reinforced polypropylene resin molding material as described in said (1), (2) or (3) which is -60 mass%.
(5) A carbon fiber bundle for a long fiber reinforced polypropylene resin molding material in which a polypropylene resin containing 1% by mass or more of an acid-modified polypropylene resin is a matrix resin, and a primary treatment agent containing an epoxy resin is attached to the carbon fiber A carbon fiber bundle, wherein the carbon fiber bundle is heated and dried after being made to adhere, and then a secondary treatment agent containing an aminosilane compound is adhered thereto and dried by heating.

本発明によれば、強化繊維として炭素繊維を使用し、マトリックス樹脂としてポリプロピレン樹脂を使用する長繊維成形材料を製造する場合に、好適な集束性や柔軟性を備えた炭素繊維束を用いることが可能であり、しかも、成形材料として割れがなく、得られる成形品が引張強度や曲げ強度などの機械的強度に優れる長繊維強化ポリプロピレン成形材料の製造方法が提供される。   According to the present invention, when producing a long fiber molding material using carbon fiber as the reinforcing fiber and using polypropylene resin as the matrix resin, it is possible to use a carbon fiber bundle having suitable convergence and flexibility. There is provided a method for producing a long fiber reinforced polypropylene molding material which is possible and has no cracks as a molding material, and the resulting molded article is excellent in mechanical strength such as tensile strength and bending strength.

本発明により何故に上記のごとき優れた効果が得られるかについては必ずしも明らかではないが、ほぼ、次のように推定される。すなわち、炭素繊維の取り扱い性を良好にし、炭素繊維表面と処理剤との界面接着を良好にするために炭素繊維に処理剤としてエポキシ樹脂を付着させ、マトリックス樹脂と処理剤との接着性を良好にし成形品の機械的強度を向上させるために、処理剤としてアミノシラン化合物を多く付着させる。前記のシランカップリング剤を多く付着させて一旦回巻体等にしてこれを引き出し樹脂の含浸工程に導入する場合、炭素繊維が剛直になり取り扱い性に極めて欠けるために、二次処理として樹脂の含浸工程の前にアミノシラン化合物を付与することにより、上記の効果が奏されるものと思われる。   Although it is not necessarily clear why the present invention has such excellent effects as described above, it is estimated as follows. In other words, an epoxy resin is attached to the carbon fiber as a treatment agent in order to improve the handleability of the carbon fiber and the interfacial adhesion between the carbon fiber surface and the treatment agent, and the adhesion between the matrix resin and the treatment agent is good. In order to improve the mechanical strength of the molded product, a large amount of aminosilane compound is adhered as a treating agent. When a large amount of the above-mentioned silane coupling agent is adhered to a wound body once and introduced into the resin impregnation step, the carbon fiber becomes stiff and extremely difficult to handle. It is considered that the above-described effect is exhibited by applying the aminosilane compound before the impregnation step.

本発明における長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料に使用する炭素繊維は、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系などのいかなる炭素質繊維も使用できるが、なかでも、ポリアクリロニトリル系炭素繊維が好ましい。炭素繊維の平均繊維径は好ましくは4〜10μmであり、特に6〜8μmであることが好ましい。前記繊維径が4μm未満であると、繊維の生産コストがかかり経済的に好ましくなく、さらに特定の繊維含有量とするためには、必然的に繊維の本数が多く必要となり、繊維中への樹脂の含浸性が低下し好ましくない。また前記繊維径が10μmを超えると、得られる成形品の機械的強度が低下し好ましくない。   As the carbon fiber used for the long fiber reinforced polypropylene resin molding material in the present invention, any carbonaceous fiber such as polyacrylonitrile-based or pitch-based can be used, and among them, polyacrylonitrile-based carbon fiber is preferable. The average fiber diameter of the carbon fibers is preferably 4 to 10 μm, and particularly preferably 6 to 8 μm. When the fiber diameter is less than 4 μm, the production cost of the fiber is increased, which is not economically preferable. In addition, in order to obtain a specific fiber content, a large number of fibers are inevitably required, and the resin into the fiber. The impregnation property of is reduced, which is not preferable. On the other hand, when the fiber diameter exceeds 10 μm, the mechanical strength of the obtained molded product is lowered, which is not preferable.

本発明で使用する炭素繊維は、上記の特定の繊維径を有する単繊維の繊維束の形態で使用される。通常、好ましくは3000〜50,000本、特に好ましくは10,000〜25,000本の単繊維の繊維束を作製し、この繊維束を好ましくは1〜8本、引き揃えたものを引き抜いたものが、好適である。上記の繊維束が8本を超えると作業性に劣るばかりでなく、それに応じた回巻体を設置するスペースが必要となるため好ましくない。   The carbon fiber used in the present invention is used in the form of a fiber bundle of single fibers having the above specific fiber diameter. Usually, a fiber bundle of preferably 3,000 to 50,000, particularly preferably 10,000 to 25,000 single fibers is produced, and preferably 1 to 8 bundles of this fiber bundle are drawn out. Those are preferred. When the number of the above-mentioned fiber bundles exceeds 8, not only the workability is inferior, but also a space for installing a wound body corresponding thereto is required, which is not preferable.

前記炭素繊維から炭素繊維束を作製する場合、本発明では、炭素繊維は、まず一次処理剤で表面処理される。一次処理剤としては、エポキシ樹脂が使用される。エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、又はこれらの混合型エポキシ樹脂が使用できる。なかでも、ビスフェノールA型エポキシ樹脂が好ましい。これらのエポキシ樹脂は、好ましくは溶媒液、または水溶液、または水系エマルジョンなどの状態にて使用されるが、作業環境の面から溶媒を含まない水溶液、または水系エマルジョン溶液を使用するのが好ましい。また、本発明の一次処理剤としては、前述のエポキシ系樹脂が含まれていれば特に制限はなく、ポリエステル系樹脂などの他の樹脂系処理剤と併用して使用してもよいし、シランカップリング剤、例えば、アミノシラン化合物などを併用することもできる。   When producing a carbon fiber bundle from the carbon fiber, in the present invention, the carbon fiber is first surface-treated with a primary treatment agent. An epoxy resin is used as the primary treatment agent. As the epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin, a urethane-modified epoxy resin, a novolac type epoxy resin, or a mixed type epoxy resin thereof can be used. Of these, bisphenol A type epoxy resins are preferred. These epoxy resins are preferably used in the form of a solvent solution, an aqueous solution, or an aqueous emulsion, but it is preferable to use an aqueous solution containing no solvent or an aqueous emulsion solution from the viewpoint of the working environment. Further, the primary treatment agent of the present invention is not particularly limited as long as the above-described epoxy resin is contained, and may be used in combination with other resin treatment agents such as polyester resin, and silane. A coupling agent such as an aminosilane compound can also be used in combination.

前記一次処理剤の炭素繊維への付着量は、一次処理剤を含む炭素繊維に対して固形分で0.2〜4質量%が使用され、特に、0.5〜1.5質量%がより好ましい。付着量が0.2質量%未満であると炭素繊維束の集束性が劣り、回巻体からの繊維の引出しや含浸ダイ中を引き抜く際に、単子切れや毛羽立ち等生じ、また断線を引き起こしたり、含浸ダイのノズルを詰まらせるばかりでなく、成形品の機械的強度が劣り好ましくない。また、付着量が4質量%を超えると、繊維束が含浸ダイ中で開繊せず、含浸不良が生じ、成形品中で炭素繊維がポリプロピレン樹脂を含浸しない状態で束として残り、成形品における機械的強度のばらつきや表面外観性の不良が生じ好ましくない。   The amount of the primary treatment agent attached to the carbon fiber is 0.2 to 4% by mass in solid content with respect to the carbon fiber containing the primary treatment agent, and more particularly 0.5 to 1.5% by mass. preferable. When the adhesion amount is less than 0.2% by mass, the convergence property of the carbon fiber bundle is inferior, and when pulling out the fiber from the wound body or pulling out the impregnation die, a single piece, fluffing, etc. are caused, and disconnection is caused. In addition to clogging the nozzle of the impregnation die, the mechanical strength of the molded product is inferior. Further, if the adhesion amount exceeds 4% by mass, the fiber bundle does not open in the impregnation die, impregnation failure occurs, and the carbon fiber remains in the molded product without being impregnated with polypropylene resin. Variations in mechanical strength and poor surface appearance are undesirable.

一次処理剤を付着させた炭素繊維は一旦乾燥させる。ここでの乾燥方法としては、特に制限はなく、赤外線加熱、ヒーター加熱、熱風加熱などの既知の方法を適宜選択することができる。かくすることにより炭素繊維の表面には、一次処理剤であるエポキシ樹脂の被膜が形成される。表面に一次処理剤の被膜を有する炭素繊維束は、そのまま、二次処理剤であるアミノシラン化合物で処理してもよいが、取扱いの都合上、適宜の回巻体に巻き取り、二次処理剤による処理の前に保管することができる。   The carbon fiber to which the primary treatment agent is attached is once dried. There is no restriction | limiting in particular as a drying method here, Well-known methods, such as infrared heating, heater heating, and hot air heating, can be selected suitably. Thus, an epoxy resin film as a primary treatment agent is formed on the surface of the carbon fiber. The carbon fiber bundle having the primary treatment agent film on the surface may be treated with the aminosilane compound as the secondary treatment agent as it is, but for convenience of handling, it is wound around an appropriate wound body and the secondary treatment agent. Can be stored before processing.

二次処理剤により炭素繊維を処理する場合、本発明では、一次処理剤を付着させ乾燥した炭素繊維にさらに二次処理剤を付与し、この二次処理剤にアミノシラン化合物を用いることが重要である。一次処理剤を付着させた状態で炭素繊維の取り扱い性を向上させ、取り扱い工程における屈曲でフィラメントの折れによる毛羽の発生や断線を抑え、アミノシラン化合物を二次処理剤として付着させることで、得られる成形品の機械的強度を向上させる。アミノシラン化合物を二次処理剤として多量に付着させることで繊維は剛直になるものの炭素繊維にポリプロピレンを含浸させる直前で二次処理剤を付着させることで、屈曲などによるフィラメントの折れや断線を抑えるものである。   In the case of treating carbon fiber with a secondary treatment agent, in the present invention, it is important to further apply a secondary treatment agent to the carbon fiber that has been adhered and dried with the primary treatment agent, and to use an aminosilane compound as the secondary treatment agent. is there. It can be obtained by improving the handleability of carbon fiber with the primary treatment agent attached, suppressing the generation of fluff and breakage due to bending of the filament by bending in the handling process, and attaching the aminosilane compound as the secondary treatment agent. Improve the mechanical strength of the molded product. By attaching a large amount of aminosilane compound as a secondary treatment agent, the fiber becomes stiff, but by attaching a secondary treatment agent just before impregnating polypropylene into carbon fiber, it suppresses filament breakage and breakage due to bending etc. It is.

上記アミノシラン化合物としては、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-B-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-B-(アミノエチル)-N‘-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アニリノプロピルトリメトキシシランなどが使用されるが、好ましくはγ-アミノプロピルトリエトキシシランが使用される。二次処理は通常水により溶解された水溶液の形態で使用される。二次処理は、通常、回巻体に巻き取られた炭素繊維束を引き出しながら、アミノシラン化合物を含む溶液又は分散液を付着させることにより行われる。   Examples of the aminosilane compound include γ-aminopropyltriethoxysilane, NB- (aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, NB- (aminoethyl) -N′-β- (aminoethyl) -γ-aminopropyl. Trimethoxysilane, γ-anilinopropyltrimethoxysilane and the like are used, and γ-aminopropyltriethoxysilane is preferably used. The secondary treatment is usually used in the form of an aqueous solution dissolved with water. The secondary treatment is usually performed by attaching a solution or dispersion containing an aminosilane compound while pulling out the carbon fiber bundle wound up on the wound body.

二次処理剤の付着の方法は特に限定されるものではなく、ロールコーター、カーテンコーター方式による塗布、スプレー方式による塗布、ディッピング方式による塗布などの既知の処理方法であってもよい。なお、二次処理は長繊維強化ポリプロピレン樹脂製造工程中に行うことが好ましく、炭素繊維にポリプロピレン樹脂を含浸させる直前に付着させることが好ましい。その場合はロールコーター塗布方式が付着量の制御が容易なことや、炭素繊維束へのダメージとなる屈曲などが比較的少ない点からも好ましい。その後、二次処理剤を付着された炭素繊維は乾燥されるが、特に制限はなく、例えば、200〜300℃に加熱したオーブンの中を通過されることで、長繊維強化ポリプロピレン樹脂製造工程中においても良好に乾燥させることが可能である。加熱方法は、赤外線加熱、ヒーター加熱、熱風加熱などの既知の方法が使用できるが、熱風による加熱方法が加熱乾燥効率からも好ましい。このようにして、炭素繊維束の表面には、二次処理剤であるアミノシラン化合物の被膜が形成される。   The method of adhering the secondary treatment agent is not particularly limited, and may be a known treatment method such as roll coater, curtain coater type application, spray type application, dipping type application or the like. The secondary treatment is preferably performed during the production process of the long fiber reinforced polypropylene resin, and is preferably attached immediately before the carbon fiber is impregnated with the polypropylene resin. In this case, the roll coater coating method is preferable from the viewpoint that the amount of adhesion is easy to control and that the bending that causes damage to the carbon fiber bundle is relatively small. Thereafter, the carbon fiber to which the secondary treatment agent is attached is dried, but there is no particular limitation. For example, by passing through an oven heated to 200 to 300 ° C., the long fiber reinforced polypropylene resin is being manufactured. Can be dried well. As the heating method, a known method such as infrared heating, heater heating, hot air heating or the like can be used. In this way, a film of an aminosilane compound as a secondary treatment agent is formed on the surface of the carbon fiber bundle.

このようにして得られる、上記一次処理剤と二次処理剤が付着した炭素繊維における処理剤の付着量は、一次処理剤と二次処理剤を付着させた炭素繊維100質量部あたり、一次処理剤と二次処理剤の総量が固形分で好ましくは0.4〜8質量部が好ましく、特には、0.8〜6質量部であるのが好ましい。処理剤の付着量が0.4質量部より小さい場合には、集束性が不足し易くなり作業性の悪化を招き、また充分な接着性を付与できないために成形品での強度が得られない。逆に、8質量部より大きい場合には、集束性が強くなりすぎ、炭素繊維へのマトリクス樹脂含浸工程における含浸性が低下し易くなり、また繊維が剛直になりやすいために作業性が悪化するため不都合である。また、上記処理剤のうち、アミノシラン化合物の付着量は、一次処理剤と二次処理剤を付着させた炭素繊維100質量部あたり、固形分で好ましくは0.2〜4質量部が好ましく、特には、0.5〜2質量部であるのが好ましい。   The amount of the treatment agent attached to the carbon fiber to which the primary treatment agent and the secondary treatment agent are adhered is obtained as described above per 100 parts by mass of the carbon fiber to which the primary treatment agent and the secondary treatment agent are adhered. The total amount of the agent and the secondary treatment agent is preferably 0.4 to 8 parts by mass, particularly 0.8 to 6 parts by mass in terms of solid content. When the adhesion amount of the treatment agent is smaller than 0.4 parts by mass, the convergence is likely to be insufficient, and workability is deteriorated, and sufficient adhesiveness cannot be imparted, so that the strength in the molded product cannot be obtained. . On the other hand, when the amount is larger than 8 parts by mass, the bundling property becomes too strong, the impregnation property in the matrix resin impregnation step into the carbon fiber is likely to be lowered, and the workability is deteriorated because the fiber is easily rigid. Therefore, it is inconvenient. Of the above-mentioned treatment agents, the amount of the aminosilane compound attached is preferably 0.2 to 4 parts by mass in terms of solid content per 100 parts by mass of the carbon fiber to which the primary treatment agent and the secondary treatment agent are adhered. Is preferably 0.5 to 2 parts by mass.

本発明において、一次処理と二次処理における付着量は以下のようにして求めることができる。まず、一次処理剤を付着させて乾燥した後、一次処理剤が固形分として付着している炭素繊維の重量W1と、その炭素繊維を窒素雰囲気下で450℃×30分加熱(熱分解)した後、窒素雰囲気下で常温まで冷却した後の重量W2とにより、 (W1−W2)×100/W1 から一次処理剤の付着量P1を算出した。(単位は処理剤が固形分として付着している炭素繊維100質量部に対する質量部)。また、そのときの炭素繊維の質量部C1を100−P1により算出した。   In the present invention, the adhesion amount in the primary treatment and the secondary treatment can be determined as follows. First, after the primary treatment agent was attached and dried, the weight W1 of the carbon fiber to which the primary treatment agent was attached as a solid content and the carbon fiber was heated (thermally decomposed) at 450 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the adhesion amount P1 of the primary treatment agent was calculated from (W1-W2) × 100 / W1 based on the weight W2 after cooling to room temperature in a nitrogen atmosphere. (Unit is part by mass with respect to 100 parts by mass of carbon fiber to which the treatment agent is attached as a solid content). Moreover, the mass part C1 of the carbon fiber at that time was calculated by 100-P1.

その後、さらに二次処理剤を付着させて乾燥した後、処理剤が固形分として付着している炭素繊維の重量W3と、上記同様に熱分解法にて測定した冷却後の重量W4とにより、(W3−W4)×100/W3 から一次処理剤と二次処理剤の総付着量P2及び、100−P2によりそのときの炭素繊維の質量部C2を算出した。二次処理剤の付着量についてはP2−(P1×C2/C1)で算出した。   Then, after the secondary treatment agent is further adhered and dried, the weight W3 of the carbon fiber to which the treatment agent is adhered as a solid content, and the weight W4 after cooling measured by the thermal decomposition method as described above, From (W3-W4) × 100 / W3, the mass part C2 of the carbon fiber at that time was calculated from the total adhesion amount P2 of the primary treatment agent and the secondary treatment agent and 100-P2. The adhesion amount of the secondary treatment agent was calculated by P2- (P1 × C2 / C1).

なお、かかるアミノシラン化合物の付着量には、一次処理剤中にアミノシラン化合物が含有されていた場合には、かかるアミノシラン化合物も算入される。   In addition, when the aminosilane compound is contained in the primary treatment agent, the aminosilane compound is also included in the adhesion amount of the aminosilane compound.

本発明で使用するマトリックス樹脂であるポリプロピレン樹脂は、酸変性ポリプロピレン樹脂を含むポリプロピレン樹脂である。ポリプロピレ樹脂としては、ポリプロピレン単独重合体、エチレン−プロピレンランダム共重合体、エチレン−プロピレンブロック共重合体、エチレン−α−プロピレン共重合体、プロピレン−α−プロピレン共重合体などのポリプロピレンの共重合体が使用できる。   The polypropylene resin that is a matrix resin used in the present invention is a polypropylene resin containing an acid-modified polypropylene resin. As the polypropylene resin, polypropylene copolymers such as polypropylene homopolymer, ethylene-propylene random copolymer, ethylene-propylene block copolymer, ethylene-α-propylene copolymer, propylene-α-propylene copolymer, etc. Can be used.

酸変性ポリプロピレン樹脂としては、不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性されたポリプロピレンの単独重合体または共重合体も好ましい。その好ましい例としては、ポリプロピレンに不飽和カルボン酸またはその誘導体をグラフト重合したもの、プロピレンと不飽和カルボン酸またはその誘導体から選ばれた1種または2種以上をランダムまたはブロック共重合したもの、またはこれらの重合体にさらに不飽和カルボン酸またはその誘導体をグラフト重合したものが挙げられる。   As the acid-modified polypropylene resin, a homopolymer or copolymer of polypropylene modified with an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof is also preferable. Preferred examples thereof include those obtained by graft polymerization of an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof on polypropylene, a random or block copolymerization of one or more selected from propylene and an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof, or These polymers may further include those obtained by graft polymerization of unsaturated carboxylic acids or their derivatives.

上記カルボン酸変性のために使用される不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸などが挙げられる。また、不飽和カルボン酸の誘導体としてはこれらの酸の無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩などが挙げられる。その具体例としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸グリシジル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸ジエチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、フマル酸ジメチルエステルアクリルアミド、メタクリルアミド、マレイン酸モノアミド、マレイン酸ジアミド、フマル酸モノアミド、マレイミド、N−ブチルマレイミド、メタクリル酸ナトリウムなどを挙げられる。   Examples of the unsaturated carboxylic acid used for the carboxylic acid modification include maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylic acid, and methacrylic acid. Examples of unsaturated carboxylic acid derivatives include anhydrides, esters, amides, imides, and metal salts of these acids. Specific examples thereof include maleic anhydride, itaconic anhydride, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, glycidyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, monoethyl maleate, maleic acid Examples include diethyl ester, fumaric acid monomethyl ester, fumaric acid dimethyl ester acrylamide, methacrylamide, maleic acid monoamide, maleic acid diamide, fumaric acid monoamide, maleimide, N-butylmaleimide, and sodium methacrylate.

上記の不飽和カルボン酸およびその誘導体のうち、好ましいのはアクリル酸若しくはメタクリル酸のグリシジルエステル、または無水マレイン酸である。これらにより変性された好ましい酸変性ポリプロピレン樹脂としては、エチレンおよび/またはプロピレンを主たる樹脂構成単位とするポリオレフィン樹脂に無水マレイン酸をグラフト重合することにより変性したもの、エチレンおよび/またはプロピレンを主体とするポリプロピレンと(メタ)アクリル酸グリシジルエステルまたは無水マレイン酸とを共重合することにより酸変性したものが挙げられる。   Of the above unsaturated carboxylic acids and derivatives thereof, preferred are glycidyl esters of acrylic acid or methacrylic acid, or maleic anhydride. Preferred acid-modified polypropylene resins modified by these are those modified by graft polymerization of maleic anhydride to a polyolefin resin having ethylene and / or propylene as the main resin structural unit, and mainly composed of ethylene and / or propylene. Examples thereof include those obtained by acid-modifying polypropylene and (meth) acrylic acid glycidyl ester or maleic anhydride.

本発明でポリプロピレン樹脂中の酸変性ポリプロピレン樹脂の含有量は、1質量%以上であることが必要であり、この含有量が1質量%より小さい場合には、炭素繊維表面との接着性が劣るため不適当である。   In the present invention, the content of the acid-modified polypropylene resin in the polypropylene resin needs to be 1% by mass or more, and when this content is less than 1% by mass, the adhesion to the carbon fiber surface is poor. Therefore, it is inappropriate.

本発明で使用される酸変性ポリプロピレン樹脂を含むポリプロピレン樹脂は、MFR(メルトフローレート、230℃、2.16Kg))値が好ましくは20〜400g/10分であり、特に好ましくは30〜300g/10分であることが好適である。MFR値が20g/10分未満であると、含浸ダイ中でポリプロピレン樹脂が炭素繊維束中に含浸し難くなり、また、得られる成形品の機械的強度のばらつきが生じ、また表面外観性が低下し好ましくない。また、MFR値が400g/10分を超えると、含浸性は向上するものの、樹脂自体が有する機械的強度が低下し、結果として得られる成形品の機械的強度が劣り好ましくない。   The polypropylene resin containing the acid-modified polypropylene resin used in the present invention has an MFR (melt flow rate, 230 ° C., 2.16 kg)) value of preferably 20 to 400 g / 10 min, particularly preferably 30 to 300 g / 10 minutes is preferred. When the MFR value is less than 20 g / 10 min, it becomes difficult for the polypropylene resin to impregnate into the carbon fiber bundle in the impregnation die, and the mechanical strength of the resulting molded product varies, and the surface appearance deteriorates. It is not preferable. On the other hand, when the MFR value exceeds 400 g / 10 min, the impregnation property is improved, but the mechanical strength of the resin itself is lowered, and the mechanical strength of the resulting molded product is inferior.

本発明では、上記の表面処理を施された炭素繊維束を、溶融したポリプロピレン樹脂で含浸することにより長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料が製造される。即ち、炭素繊維束は、押出機が取り付けられた含浸ダイ中を引き抜かれ、その間に溶融したポリプロピレン樹脂が含浸される。含浸ダイの中には数本のバーが設置され、炭素繊維束はそこを通過される際に開繊される。   In the present invention, a long fiber reinforced polypropylene resin molding material is produced by impregnating a carbon fiber bundle subjected to the above surface treatment with a molten polypropylene resin. That is, the carbon fiber bundle is drawn out of the impregnation die to which the extruder is attached, and is impregnated with the molten polypropylene resin in the meantime. Several bars are installed in the impregnation die, and the carbon fiber bundle is opened as it passes through it.

一方、含浸性・生産性及び最終的に得られる成形品における炭素繊維の分散性をより向上させるために、押出機より好ましくは240〜300℃で可塑化され溶融されたポリプロピレン樹脂が含浸ダイに送りこまれ、開繊した炭素繊維束に含浸され、そしてポリプロピレン樹脂を含浸した炭素繊維束は、含浸ダイ出口でダイス等により余分なポリプロピレン樹脂がしごかれ、冷却される。なお、ポリプロピレン樹脂の可塑化温度は、炭素繊維含有率及び含浸の度合に応じたMFR値に合わせ調整するのが好ましい。   On the other hand, in order to further improve the impregnation property / productivity and the dispersibility of the carbon fiber in the finally obtained molded article, a polypropylene resin which is plasticized and melted at 240 to 300 ° C. is preferably used as the impregnation die. The carbon fiber bundle which has been fed and spread is impregnated into the carbon fiber bundle, and the carbon fiber bundle impregnated with the polypropylene resin is cooled by excess polypropylene resin being squeezed by a die or the like at the exit of the impregnation die. The plasticizing temperature of the polypropylene resin is preferably adjusted according to the MFR value corresponding to the carbon fiber content and the degree of impregnation.

このようにして得られる長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料中の炭素含有率は、好ましくは10〜60質量%、更には25〜50質量%が好適である。該炭素含有率が60質量%を超えると、炭素繊維量が多くなり、ポリプロピレン樹脂の含浸が不充分となりやすい。一方、10質量%未満では、炭素繊維の補強効果が充分でないため好ましくない。   The carbon content in the long fiber reinforced polypropylene resin molding material thus obtained is preferably 10 to 60% by mass, and more preferably 25 to 50% by mass. When the carbon content exceeds 60% by mass, the amount of carbon fibers increases and impregnation with polypropylene resin tends to be insufficient. On the other hand, if it is less than 10% by mass, the reinforcing effect of the carbon fiber is not sufficient, which is not preferable.

次いで、長繊維強化ポリプロピレン樹脂を含浸した炭素繊維束は、切断機によって好ましくは、3〜20mm、特に好ましくは、5〜15mmの長さに切断される。切断長が3mm未満では、得られる長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料が縦に割れやすくなり、毛羽立ち等の問題が生じる。一方、切断長が20mmを超えると、成形機でのホッパーつまりが起こり、材料の供給不足が発生したり、成形時の炭素繊維の分散性が低下し、得られる成形品における機械的強度にバラツキが生じ、また、成形品表面外観における不分散による外観不良が生じ易くなる。   Next, the carbon fiber bundle impregnated with the long fiber reinforced polypropylene resin is preferably cut into a length of 3 to 20 mm, particularly preferably 5 to 15 mm by a cutting machine. When the cutting length is less than 3 mm, the obtained long fiber reinforced polypropylene resin molding material is easily cracked in the vertical direction, causing problems such as fluffing. On the other hand, if the cutting length exceeds 20 mm, hopper clogging occurs in the molding machine, resulting in insufficient supply of materials, dispersibility of carbon fibers during molding, and variations in mechanical strength in the resulting molded product. In addition, appearance defects due to non-dispersion in the surface appearance of the molded product are likely to occur.

製造された長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料は、それ単独で、又は他の樹脂と混合して成形に供される。この場合に混合使用される樹脂としては、長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料に含まれるポリプロピレン樹脂と必ずしも同じものを用いる必要はなく、成形品に必要な特性を付与するために適宜、熱可塑性樹脂を混合することができる。 The produced long fiber reinforced polypropylene resin molding material is used for molding alone or mixed with other resins. In this case, the resin used for mixing is not necessarily the same as the polypropylene resin contained in the long fiber reinforced polypropylene resin molding material, and a thermoplastic resin is appropriately used to impart the necessary properties to the molded product. Can be mixed.

本発明の長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料を使用した成形品の製造方法における成形方法は特に制限されないが、好ましくは射出成形が使用される。本発明では、成形品中の炭素繊維が重量平均繊維長で好ましくは2mm以上で分散していることが好ましい。かかる成形品を製造するためには、溝の深いスクリュー、径の大きいノズルを備えた成形機を使用することが好ましい。   Although the molding method in the manufacturing method of the molded article using the long fiber reinforced polypropylene resin molding material of the present invention is not particularly limited, injection molding is preferably used. In the present invention, it is preferable that the carbon fibers in the molded product are dispersed with a weight average fiber length of preferably 2 mm or more. In order to manufacture such a molded article, it is preferable to use a molding machine equipped with a screw having a deep groove and a nozzle having a large diameter.

本発明の長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料には、本発明の目的を大きく阻害しない範囲で成形品に所望の特性を付与するために適宜の添加剤を含有させることができる。例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の安定剤、帯電防止剤、染料や顔料等の着色剤、潤滑剤、可塑剤、ガラス繊維、ガラスフレーク、ガラス粉、ガラスビーズ、マイカ、アルミナ及びカーボン粉等の無機材料を適当量配合させてもよい。また、成形時の成形材料の流動性向上及び強化繊維の均一化に有効な脂肪酸の金属塩、例えば、炭素原子数28〜30の脂肪酸とリチウム等の金属との塩等の滑剤から選択した化合物を適量配合することができる。   The long fiber reinforced polypropylene resin molding material of the present invention can contain an appropriate additive in order to impart desired characteristics to the molded product within a range that does not significantly impair the object of the present invention. For example, stabilizers such as antioxidants and ultraviolet absorbers, antistatic agents, colorants such as dyes and pigments, lubricants, plasticizers, glass fibers, glass flakes, glass powders, glass beads, mica, alumina and carbon powders An appropriate amount of an inorganic material such as the above may be blended. Also, a compound selected from a lubricant such as a metal salt of a fatty acid effective for improving the fluidity of the molding material during molding and homogenizing the reinforcing fiber, for example, a salt of a fatty acid having 28 to 30 carbon atoms and a metal such as lithium. Can be blended in an appropriate amount.

以下に本発明について実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明はかかる実施例に限定して解釈されるべきでないことはもちろんである。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the present invention should not be construed as being limited to such examples.

実施例1〜7及び比較例1〜4
下記の実施例及び比較例において長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造に用いた各材料は以下の通りである。
a.炭素繊維
・PAN系炭素繊維、フィラメントの平均径:7μm、集束本数:12K(1200本)、TEX番手800g/km×2本/ノズル(2400本/ノズル)
b.一次処理剤(炭素繊維束への一次処理剤)
・下記処理剤を各々付着させた炭素繊維を使用。
比較例4以外:ビスフェノールA型エポキシ樹脂を固形分で1.0重量部
比較例4:無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂を固形分で1.0重量部(一次処理剤を含む炭素繊維束100重量部に対しての付着量)
c.二次処理剤(一次処理剤を付着させた炭素繊維束への2次処理剤)
アミノシラン(化合物名:γ−アミノプロピルトリエトキシシラン)
d.ポリプロピレン樹脂(マトリクス樹脂)
ポリプロピレンホモポリマー:、
MFR(230℃、2.16kg)=30、120、250、500(g/10分)
e.酸変性ポリプロピレン(マトリクス樹脂への添加)
マレイン酸変性ポリプロピレン(マレイン酸含有量1質量%、MFR(190℃、325g)=10(g/10分)
Examples 1-7 and Comparative Examples 1-4
In the following Examples and Comparative Examples, each material used for production of the long fiber reinforced polypropylene resin molding material is as follows.
a. Carbon fiber / PAN-based carbon fiber, average diameter of filament: 7 μm, number of bundling: 12K (1200), TEX count 800g / km × 2 / nozzle (2400 / nozzle)
b. Primary treatment agent (primary treatment agent for carbon fiber bundles)
・ Uses carbon fibers to which the following treatment agents are attached.
Other than Comparative Example 4: 1.0 part by weight of bisphenol A type epoxy resin in solid content Comparative Example 4: 1.0 part by weight of maleic anhydride-modified polypropylene resin in solid content (100 parts by weight of carbon fiber bundle containing primary treatment agent) Amount of adhesion against
c. Secondary treatment agent (secondary treatment agent for carbon fiber bundle with primary treatment agent attached)
Aminosilane (Compound name: γ-aminopropyltriethoxysilane)
d. Polypropylene resin (matrix resin)
Polypropylene homopolymer:
MFR (230 ° C., 2.16 kg) = 30, 120, 250, 500 (g / 10 min)
e. Acid-modified polypropylene (addition to matrix resin)
Maleic acid-modified polypropylene (maleic acid content 1% by mass, MFR (190 ° C., 325 g) = 10 (g / 10 min)

前記材料を用いて、以下に示す方法により製造し長繊維強化ポリプロピレン樹脂材料を射出成形し、成形品の引張強度、曲げ強度について評価した。結果を表1に示す。

1.長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造:
前記の炭素繊維束を含浸ダイで開繊して引きながら、押出機で可塑化、溶融して含浸ダイへ送り込んだポリプロピレン樹脂の溶融物に浸透させた後、賦形ダイを通して、ストランドとして引取り、冷却後、切断機で長さ8mmに切断して製造した。可塑化、溶融温度は、280℃であった。

2.成形品の製造:
前記にて得られた長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料を、長繊維用射出成形機、及び多目的試験片金型を用い、JIS-K8921-2に準拠したシリンダー温度250℃、射出速度12.7mm/secの条件で射出成形し、物性試験用の多目的試験片(JIS K7139)を作製した。

3.評価法
a.炭素繊維作業性(毛羽、断線)評価:
一次処理がなされ回転体として捲かれた炭素繊維束を使用して、連続で長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料を製造した際に、工程中で炭素繊維束が最初に接触するガイド部にて発生、蓄積した1時間あたりの毛羽量を繊維束1本あたりで換算して評価し、及び毛羽の発生に起因するノズル部での断線の有無による評価を実施した。結果の評価は以下により判断した。
○ :繊維束1本あたりの毛羽の量が1mg/時間未満であり、断線の兆候や発生が無い
× :繊維束1本あたりの毛羽の量が1mg/時間以上であり、断線の兆候ないしは1回以上の断線がある。
b.ペレット割れ評価:
8mmに切断されたペレット50gを計り採り、試料が重なり合わないように奇麗な白色トレイの上に広げ、試料に36W白色蛍光灯を50cm以内に近 づけ目視にて観察した。ペレットが長手方向に剥離し反対側が見通せるもの、及び完全に分離している物を「割れ」とし、その個数にてレベル分けをして良否を判定した。○は良好、×は不良となる。
○ :割れ個数が5個未満/50g
× :割れ個数が5個以上〜10個未満/50g
c.成形品の評価:
前記で得た成形品を使用し、引張強度はJIS-K-7161、曲げ強度はJIS-K-7171に準拠して評価した。
d.繊維中の処理剤固形分付着量
炭素繊維に付着させた一次処理剤及び二次処理剤の付着量は熱分解法により測定した。
Using the above-mentioned material, a long fiber reinforced polypropylene resin material was produced by the following method, and injection molded, and the tensile strength and bending strength of the molded product were evaluated. The results are shown in Table 1.

1. Manufacture of long fiber reinforced polypropylene resin molding materials:
While opening the carbon fiber bundle with an impregnation die and pulling it, plasticizing it with an extruder, melting it and infiltrating the melt of polypropylene resin sent to the impregnation die, and then drawing it as a strand through the shaping die After cooling, it was cut into a length of 8 mm with a cutting machine. The plasticization and melting temperature was 280 ° C.

2. Manufacture of molded products:
Using the long fiber reinforced polypropylene resin molding material obtained above, a cylinder temperature of 250 ° C. and an injection speed of 12.7 mm / in accordance with JIS-K8921-2 using a long fiber injection molding machine and a multipurpose test piece mold. A multi-purpose test piece (JIS K7139) for physical property testing was produced by injection molding under the conditions of sec.

3. Evaluation method a. Evaluation of carbon fiber workability (fluff, disconnection):
When a continuous fiber reinforced polypropylene resin molding material is produced using a carbon fiber bundle that has been subjected to a primary treatment and crushed as a rotating body, the carbon fiber bundle is first generated in the process during the process. The amount of accumulated fluff per hour was converted and evaluated per fiber bundle, and evaluation was performed based on the presence or absence of disconnection at the nozzle portion due to the occurrence of fluff. The evaluation of the results was judged as follows.
○: The amount of fluff per fiber bundle is less than 1 mg / hour and there is no sign or occurrence of breakage. ×: The amount of fluff per fiber bundle is 1 mg / hour or more, sign of breakage or 1 There are more than one disconnection.
b. Evaluation of pellet cracking:
50 g of pellets cut to 8 mm were weighed and spread on a beautiful white tray so that the samples did not overlap, and a 36 W white fluorescent lamp was brought close to the sample within 50 cm and observed visually. The pellets were peeled off in the longitudinal direction and the opposite side could be seen, and those that were completely separated were regarded as “cracks”, and the quality was determined by classifying them according to the number. ○ is good and × is bad.
○: Less than 5 cracks / 50g
X: The number of cracks is 5 or more and less than 10/50 g
c. Evaluation of molded product:
The molded product obtained above was used, and the tensile strength was evaluated according to JIS-K-7161 and the bending strength was evaluated according to JIS-K-7171.
d. Adhesion amount of treatment agent solid content in fiber Adhesion amounts of the primary treatment agent and the secondary treatment agent adhered to the carbon fiber were measured by a thermal decomposition method.

まず一次処理剤を付着させて乾燥した後、一次処理剤が固形分として付着している炭素繊維の重量W1と、その炭素繊維を窒素雰囲気下で450℃×30分加熱(熱分解)した後、窒素雰囲気化で常温まで冷却した後の重量W2とにより、(W1−W2)×100/W1、から一次処理剤の付着量P1を算出した。(単位は処理剤が固形分として付着している炭素繊維100質量部に対する質量部)。また、そのときの炭素繊維の質量部C1を100−P1により算出した。   First, after the primary treatment agent is attached and dried, the weight W1 of the carbon fiber to which the primary treatment agent is attached as a solid content and after heating (pyrolysis) the carbon fiber in a nitrogen atmosphere at 450 ° C. for 30 minutes From the weight W2 after cooling to room temperature in a nitrogen atmosphere, the adhesion amount P1 of the primary treatment agent was calculated from (W1-W2) × 100 / W1. (Unit is part by mass with respect to 100 parts by mass of carbon fiber to which the treatment agent is attached as a solid content). Moreover, the mass part C1 of the carbon fiber at that time was calculated by 100-P1.

その後、さらに二次処理剤を付着させて乾燥した後、処理剤が固形分として付着している炭素繊維の重量W3と、上記同様に熱分解法にて測定した冷却後の重量W4とにより、(W3−W4)×100/W3から一次処理剤と二次処理剤の総付着量P2及び、100−P2によりそのときの炭素繊維の質量部C2を算出した。二次処理剤の付着量についてはP2−(P1×C2/C1)で算出した。   Then, after the secondary treatment agent is further adhered and dried, the weight W3 of the carbon fiber to which the treatment agent is adhered as a solid content, and the weight W4 after cooling measured by the thermal decomposition method as described above, The mass part C2 of the carbon fiber at that time was calculated from (W3-W4) × 100 / W3 by the total adhesion amount P2 of the primary treatment agent and the secondary treatment agent and 100-P2. The adhesion amount of the secondary treatment agent was calculated by P2- (P1 × C2 / C1).

Figure 0004743593
Figure 0004743593

表1の結果より、二次処理剤を適量付着させマトリクス樹脂中にマレイン酸変性PPを適量添加している「実1」〜「実7」は引張り強度、曲げ強度が優れており、ペレット割れ評価も良好となっている。中でも二次処理剤の固形分付着量を0.7重量%、マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂を5.0重量%添加した「実1」、「実3」、「実5」が強度が優れていることが分かる。   From the results in Table 1, “Act 1” to “Act 7” in which an appropriate amount of a secondary treatment agent is attached and an appropriate amount of maleic acid-modified PP is added to the matrix resin are excellent in tensile strength and bending strength, Evaluation is also good. Among them, “Act 1”, “Act 3” and “Act 5” with 0.7% by weight of the solid content of the secondary treatment agent and 5.0% by weight of maleic acid-modified polypropylene resin are excellent in strength. I understand that.

尚、「実1」、「実3」、「実5」、「実7」はそれぞれ、ポリプロピレン樹脂のMFRが異なるのだが、MFRが120の「実1」、MFRが30の「実3」、MFRが250の「実5」は強度が良好であり、MFRが500の「実7」は強度が若干劣っていることが分かる。   “Real 1”, “Real 3”, “Real 5”, and “Real 7” have different MFR of polypropylene resin, but “Real 1” with MFR 120 and “Real 3” with MFR 30 It can be seen that “real 5” with an MFR of 250 has good strength, and “real 7” with an MFR of 500 has slightly inferior strength.

一方、二次処理剤の付着の無い「比1」、二次処理剤は適量付着してもマトリクス樹脂中にマレイン酸変性ポリプロピレンの添加の無い「比2」、及びマトリクス樹脂中のマレイン酸変性ポリプロピレンの量が0.5重量%と少ない「比3」は強度、割れ評価共に劣っている事が分かる。マトリクス樹脂中のマレイン酸変性ポリプロピレンの量が適量であっても、二次処理剤の量がやや過剰である「実6」は、「実1」、「実4」に比べ強度がやや劣っていることが分かる。   On the other hand, “Ratio 1” without adhesion of the secondary treatment agent, “Ratio 2” without addition of maleic acid-modified polypropylene in the matrix resin even when an appropriate amount of secondary treatment agent adheres, and maleic acid modification in the matrix resin It can be seen that “Ratio 3” with a small amount of polypropylene of 0.5% by weight is inferior in both strength and crack evaluation. Even if the amount of the maleic acid-modified polypropylene in the matrix resin is an appropriate amount, the amount of the secondary treatment agent is slightly excessive, but the strength is slightly inferior to “Act 1” and “Act 4”. I understand that.

また、一次処理剤にマレイン酸変性ポリプロピレン樹脂を用いた「比4」の強度は、「実2」、「実4」、「実6」、「実7」とほぼ同等で有り、割れ評価においても問題ないレベルであるが、製造工程中での炭素繊維の毛羽作業性評価結果が「×」であり作業性に劣ることが分かる。
なお、「比4」以外の物は一次処理剤にエポキシ樹脂を適量付着させているため、毛羽作業性評価結果が全て「○」となり作業性が良好であることが分かる。
In addition, the strength of “Ratio 4” using maleic acid-modified polypropylene resin as the primary treatment agent is almost equivalent to “Real 2”, “Real 4”, “Real 6”, “Real 7”. However, the evaluation result of the fluff workability of the carbon fiber in the manufacturing process is “x”, which indicates that the workability is inferior.
In addition, since the thing other than "Ratio 4" has an appropriate amount of epoxy resin attached to the primary treatment agent, the fuzziness workability evaluation results are all "Good", indicating that the workability is good.

Claims (5)

炭素繊維にエポキシ樹脂を含む一次処理剤を付着させた後に乾燥させて炭素繊維束とし、次いで、該炭素繊維束をアミノシラン化合物を含む二次処理剤を付着させて乾燥し、次いで、酸変性されたポリプロピレン樹脂を1質量%以上含むポリプロピレン樹脂に含浸させて引抜くことを特徴とする長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造方法。   A carbon fiber bundle is dried after adhering a primary treatment agent containing an epoxy resin to carbon fibers, and then the carbon fiber bundle is dried by adhering a secondary treatment agent containing an aminosilane compound, and then acid-modified. A method for producing a long fiber reinforced polypropylene resin molding material, wherein the polypropylene resin is impregnated with a polypropylene resin containing 1% by mass or more of the polypropylene resin and drawn. 前記一次処理剤と二次処理剤の総量が、一次処理剤と二次処理剤とを付着させた炭素繊維束100質量部あたり、固形分で0.4〜8質量部であり、かつ該炭素繊維束100質量部あたり、アミノシラン化合物が0.2〜4質量部である請求項1に記載の長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造方法。   The total amount of the primary treatment agent and the secondary treatment agent is 0.4 to 8 parts by mass in solid content per 100 parts by mass of the carbon fiber bundle to which the primary treatment agent and the secondary treatment agent are adhered, and the carbon The method for producing a long fiber reinforced polypropylene resin molding material according to claim 1, wherein the aminosilane compound is 0.2 to 4 parts by mass per 100 parts by mass of the fiber bundle. 二次処理剤を付着させて乾燥した後の炭素繊維束が、その表面にアミノシラン化合物で被覆されている請求項1又は2に記載の長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造方法。   The method for producing a long fiber reinforced polypropylene resin molding material according to claim 1 or 2, wherein the carbon fiber bundle after the secondary treatment agent is attached and dried is coated with an aminosilane compound. 前記ポリプロピレン樹脂は、MFRが20〜400g/10分(230℃、2.16kg)であり、酸変性ポリプロピレン樹脂を1質量%以上含むポリプロピレン樹脂とからなり、かつ炭素繊維含有量が10〜60質量%である請求項1、2又は3に記載の長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料の製造方法。   The polypropylene resin has an MFR of 20 to 400 g / 10 min (230 ° C., 2.16 kg), is composed of a polypropylene resin containing 1% by mass or more of acid-modified polypropylene resin, and has a carbon fiber content of 10 to 60 mass. The method for producing a long fiber reinforced polypropylene resin molding material according to claim 1, 2 or 3. 酸変性されたポリプロピレン樹脂を1質量%以上含むポリプロピレン樹脂がマトリックス樹脂である長繊維強化ポリプロピレン樹脂成形材料用の炭素繊維束であって、炭素繊維にエポキシ樹脂を含む一次処理剤を付着させた後に乾燥させ、次いで、アミノシラン化合物を含む二次処理剤を付着させて乾燥させてなることを特徴とする炭素繊維束。 A carbon fiber bundle for a long fiber reinforced polypropylene resin molding material in which a polypropylene resin containing 1% by mass or more of an acid-modified polypropylene resin is a matrix resin, and after a primary treatment agent containing an epoxy resin is attached to the carbon fiber A carbon fiber bundle characterized by being dried and then dried by attaching a secondary treatment agent containing an aminosilane compound.
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