JP5995150B2 - Carbon fiber composite material - Google Patents

Carbon fiber composite material Download PDF

Info

Publication number
JP5995150B2
JP5995150B2 JP2013509062A JP2013509062A JP5995150B2 JP 5995150 B2 JP5995150 B2 JP 5995150B2 JP 2013509062 A JP2013509062 A JP 2013509062A JP 2013509062 A JP2013509062 A JP 2013509062A JP 5995150 B2 JP5995150 B2 JP 5995150B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon fiber
composite material
bundle
carbon
fibers
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.)
Active
Application number
JP2013509062A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2013129169A1 (en
Inventor
且洋 三好
且洋 三好
剛司 嶋田
剛司 嶋田
橋本 貴史
貴史 橋本
小原 徹也
徹也 小原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toray Industries Inc filed Critical Toray Industries Inc
Publication of JPWO2013129169A1 publication Critical patent/JPWO2013129169A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5995150B2 publication Critical patent/JP5995150B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/0405Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres
    • C08J5/042Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with inorganic fibres with carbon fibres
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
    • D04H1/42Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties characterised by the use of certain kinds of fibres insofar as this use has no preponderant influence on the consolidation of the fleece
    • D04H1/4209Inorganic fibres
    • D04H1/4242Carbon fibres
    • DTEXTILES; PAPER
    • D04BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04HMAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H1/00Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/70Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
    • D04H1/74Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being orientated, e.g. in parallel (anisotropic fleeces)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Description

本発明は、炭素繊維複合材料に関し、高い機械特性、耐衝撃強度を達成できるようにした炭素繊維複合材料に関する。   The present invention relates to a carbon fiber composite material, and relates to a carbon fiber composite material that can achieve high mechanical properties and impact strength.

炭素繊維と熱可塑性樹脂からなる炭素繊維複合材料は、種々の成形品の製造に用いられており、製造された成形品の高い機械特性と耐衝撃強度を目指した、従来から種々の提案がなされている。例えば特許文献1には、炭素繊維複合材料中の特定の炭素繊維束の繊維全量に対する割合を低く抑え、その特定の炭素繊維束中の平均繊維数を特定の範囲にした複合材料が提案されている。   Carbon fiber composite materials composed of carbon fibers and thermoplastic resins are used in the manufacture of various molded products, and various proposals have been made for the purpose of achieving high mechanical properties and impact strength of the manufactured molded products. ing. For example, Patent Document 1 proposes a composite material in which the ratio of a specific carbon fiber bundle in a carbon fiber composite material to the total amount of fibers is kept low, and the average number of fibers in the specific carbon fiber bundle is in a specific range. Yes.

しかしながら、この特許文献1に記載されているような、炭素繊維複合材料中の炭素繊維束が細く、束の割合が少なく炭素繊維が開繊した炭素繊維複合材料は、それを用いて製造した成形品の強化繊維である炭素繊維が十分に分散しているため応力が集中しににくく、炭素繊維の補強効果が十分発揮され機械特性には優れるが、耐衝撃強度に劣る。   However, the carbon fiber composite material in which the carbon fiber bundle in the carbon fiber composite material is thin and the percentage of the bundle is small and the carbon fiber is opened as described in Patent Document 1 is molded using the same. Since the carbon fibers, which are the reinforcing fibers of the product, are sufficiently dispersed, it is difficult for stress to concentrate, and the reinforcing effect of the carbon fibers is sufficiently exhibited and the mechanical properties are excellent, but the impact strength is poor.

一方、特許文献2には、炭素繊維複合材料中の上記同様の特定の炭素繊維束の繊維全量に対する割合をより高く設定し、その特定の炭素繊維束中の平均繊維数を別の特定の範囲にした複合材料が提案されている。しかしながら、この特許文献2に記載されているような、炭素繊維束が太く、束の割合が多い炭素繊維複合材料は、耐衝撃強度には優れるが、機械特性が低くばらつきも大きい。これは、太い炭素繊維束が多いため、炭素繊維の端部に応力が集中しやすいためである。   On the other hand, in Patent Document 2, the ratio of the same specific carbon fiber bundle in the carbon fiber composite material to the total amount of fibers is set higher, and the average number of fibers in the specific carbon fiber bundle is set in another specific range. A composite material has been proposed. However, a carbon fiber composite material having a thick carbon fiber bundle and a large proportion of the bundle as described in Patent Document 2 is excellent in impact strength, but has low mechanical properties and large variations. This is because stress is easily concentrated on the end of the carbon fiber because there are many thick carbon fiber bundles.

特開2011−178890号公報JP 2011-178890 A 特開2011−178891号公報JP 2011-178891 A

本発明の課題は、上記のような従来の炭素繊維複合材料では達成できなかった、高い機械特性と耐衝撃強度の両方を達成できる炭素繊維複合材料を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a carbon fiber composite material that can achieve both high mechanical properties and impact strength, which cannot be achieved by the conventional carbon fiber composite material as described above.

上記課題を解決するために、本発明に係る炭素繊維複合材料は、炭素繊維と熱可塑性樹脂から成り、Mn/(Ln×D)が8.5×10-1(mg/mm2)以上の炭素繊維束(1)の炭素繊維全体重量に対する割合Yが、
5≦Y<30(wt%)
の範囲にあり、炭素繊維束(1)のMn/Lnの平均値Xが、
3.6×10-2≦X≦3.1×10-1(mg/mm)
の範囲にあり、かつ、前記炭素繊維束(1)の束を構成する繊維本数x n =Mn/(Ln×F)の標準偏差σが、
350≦σ≦1000
の範囲にあることを特徴とするものからなる。
Mn:炭素繊維束重量
Ln:炭素繊維の繊維長
D:炭素繊維の繊維径
F:炭素繊維の繊度
In order to solve the above problems, the carbon fiber composite material according to the present invention is composed of carbon fiber and a thermoplastic resin, and Mn / (Ln × D) is 8.5 × 10 −1 (mg / mm 2 ) or more. The ratio Y of the carbon fiber bundle (1) to the total weight of the carbon fibers is
5 ≦ Y <30 (wt%)
The average value X of Mn / Ln of the carbon fiber bundle (1) is
3.6 × 10 −2 ≦ X ≦ 3.1 × 10 −1 (mg / mm)
Range near the is, and the standard deviation of the number of fibers x n = Mn / constituting the bundle of carbon fiber bundle (1) (Ln × F) σ is,
350 ≦ σ ≦ 1000
It consists of what is characterized by existing in the range .
Mn: Carbon fiber bundle weight Ln: Carbon fiber fiber length D: Carbon fiber fiber diameter
F: Fineness of carbon fiber

このような本発明に係る炭素繊維複合材料においては、上記炭素繊維束(1)が本発明で特定した上記範囲を満たすことにより、それを用いた成形品の高い機械特性を実現することができるとともに、優れた耐衝撃強度を達成することができる。   In such a carbon fiber composite material according to the present invention, when the carbon fiber bundle (1) satisfies the range specified in the present invention, high mechanical properties of a molded product using the carbon fiber bundle (1) can be realized. At the same time, excellent impact strength can be achieved.

上記本発明に係る炭素繊維複合材料においては、高い機械特性、耐衝撃強度をより確実に実現するために、上記の如く、炭素繊維束(1)の束を構成する繊維本数xn=Mn/(Ln×F)の標準偏差σが350≦σ≦1000の範囲にある。なお、Fは炭素繊維の繊度であり、繊維本数xnと標準偏差σの算出方法については後述する。 In the carbon fiber composite material according to the present invention, high mechanical properties, in order to more surely achieve impact strength, as described above, the number of fibers constituting the bundle of carbon fiber bundle (1) x n = Mn / area by the near of the standard deviation sigma is 350 ≦ σ ≦ 1000 of (Ln × F). F is the fineness of the carbon fiber, and the calculation method of the number of fibers x n and the standard deviation σ will be described later.


さらに、高い機械特性、耐衝撃強度をより確実に実現するために、上記炭素繊維束(1)のMn/Lnの平均値Xが、 3.6×10-2≦X≦2.0×10-1(mg/mm)
の範囲にあることが好ましい。

Furthermore, in order to realize high mechanical properties and impact strength more reliably, the average value X of Mn / Ln of the carbon fiber bundle (1) is 3.6 × 10 −2 ≦ X ≦ 2.0 × 10. -1 (mg / mm)
It is preferable that it exists in the range.

また、高い機械特性、耐衝撃強度をより確実に実現するために、炭素繊維全体重量に対する上記炭素繊維束(1)の割合Yが、
10≦Y<30(wt%)
の範囲にあることが好ましい。
In order to realize high mechanical properties and impact strength more reliably, the ratio Y of the carbon fiber bundle (1) to the total carbon fiber weight is
10 ≦ Y <30 (wt%)
It is preferable that it exists in the range.

また、とくに高い耐衝撃強度を実現するために、上記炭素繊維束(1)における炭素繊維の繊維長Lnが10〜70mmの範囲にあることが好ましい。   Moreover, in order to implement | achieve especially high impact strength, it is preferable that the fiber length Ln of the carbon fiber in the said carbon fiber bundle (1) exists in the range of 10-70 mm.

また、高い機械特性、優れた耐衝撃強度を実現するために、上記炭素繊維束(1)を構成する炭素繊維の単糸曲げ剛性が1.0×10-11〜2.8×10-11(Pa・m)の範囲内にあることが好ましい。In order to realize high mechanical properties and excellent impact strength, the single fiber bending rigidity of the carbon fiber constituting the carbon fiber bundle (1) is 1.0 × 10 −11 to 2.8 × 10 −11. It is preferably within the range of (Pa · m 4 ).


さらに、安定して高い機械特性と耐衝撃強度を実現するために、前記炭素繊維複合材料中の炭素繊維集合体がカーディング工程によって得られた炭素繊維不織布からなることが好ましい。

Furthermore, in order to stably realize high mechanical properties and impact strength, the carbon fiber aggregate in the carbon fiber composite material is preferably made of a carbon fiber nonwoven fabric obtained by a carding process.


また、炭素繊維の歩留りや厚みの異なる部分を有する成形品を容易に作れることから、前記炭素繊維複合材料が、該炭素繊維複合材料中の炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂を含浸させたスタンパブルシートからなることが好ましい。

In addition, since a molded product having portions with different yields and thicknesses of carbon fibers can be easily produced, the carbon fiber composite material is a stampable in which a carbon fiber aggregate in the carbon fiber composite material is impregnated with a thermoplastic resin. It preferably consists of a sheet.

このように、本発明に係る炭素繊維複合材料によれば、機械特性と耐衝撃強度の両方に優れた炭素繊維複合材料を提供することができる。   Thus, according to the carbon fiber composite material according to the present invention, it is possible to provide a carbon fiber composite material excellent in both mechanical properties and impact resistance strength.

カーディング装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of a carding apparatus.

以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
先ず、本発明において使用される炭素繊維は、特に限定されないが、高強度、高弾性率炭素繊維が使用でき、これらは1種または2種以上を併用してもよい。中でも、PAN系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられる。得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、PAN系炭素繊維がさらに好ましい。炭素繊維の密度は、1.65〜1.95g/cmのものが好ましく、さらには1.70〜1.85g/cmのものがより好ましい。密度が大きすぎるものは得られる炭素繊維強化プラスチックの軽量性能に劣り、小さすぎるものは、得られる炭素繊維強化プラスチックの機械特性が低くなる場合がある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
First, the carbon fiber used in the present invention is not particularly limited, but high-strength, high-modulus carbon fibers can be used, and these may be used alone or in combination of two or more. Among these, PAN-based, pitch-based, rayon-based carbon fibers and the like can be mentioned. From the viewpoint of the balance between the strength and elastic modulus of the obtained molded product, PAN-based carbon fibers are more preferable. The density of the carbon fiber is preferably one of 1.65~1.95g / cm 3, further more preferably from 1.70~1.85g / cm 3. If the density is too high, the resulting carbon fiber reinforced plastic is inferior in light weight performance, and if it is too low, the mechanical properties of the resulting carbon fiber reinforced plastic may be low.

炭素繊維の繊維長は10〜100mmの範囲内で使用することができ、とりわけ10〜70mmの範囲内で使用することが好ましい。   The fiber length of the carbon fiber can be used within a range of 10 to 100 mm, and particularly preferably within a range of 10 to 70 mm.

また、炭素繊維は生産性の観点から束であることが好ましく、束中の単糸数が多いものが好ましい。炭素繊維束とした場合の単糸数には、1000〜350,000本の範囲内で使用することができ、とりわけ10,000〜100,000本の範囲内で使用することが好ましい。   The carbon fibers are preferably bundles from the viewpoint of productivity, and those having a large number of single yarns in the bundle are preferred. The number of single yarns in the case of a carbon fiber bundle can be used in the range of 1000 to 350,000, and is preferably used in the range of 10,000 to 100,000.

炭素繊維の単糸曲げ剛性は1.0×10―11〜2.8×10―11Pa・mの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは1.0×10―11〜1.5×10−11Pa・mのものが好ましい。単糸曲げ剛性が上記範囲内にあることで後述する炭素繊維集合体を製造する工程において、得られる炭素繊維集合体の品質を安定させることができる。The single fiber bending stiffness of the carbon fiber is preferably in the range of 1.0 × 10 −11 to 2.8 × 10 −11 Pa · m 4 , more preferably 1.0 × 10 −11 to 1.5. is preferable in × 10 -11 Pa · m 4. When the single yarn bending rigidity is within the above range, the quality of the obtained carbon fiber aggregate can be stabilized in the process of producing the carbon fiber aggregate described later.

また、炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性を向上する等の目的で炭素繊維は表面処理されていることが好ましい。表面処理の方法としては,電解処理、オゾン処理、紫外線処理等がある。また、炭素繊維の毛羽立ちを防止したり、炭素繊維の収束性を向上させたり、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を向上する等の目的で炭素繊維にサイジング剤が付与されていてもかまわない。サイジング剤としては、特に限定されないが、エポキシ基、ウレタン基、アミノ基、カルボキシル基等の官能基を有する化合物が使用でき、これらは1種または2種以上を併用してもよい。   The carbon fiber is preferably surface-treated for the purpose of improving the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin. Examples of surface treatment methods include electrolytic treatment, ozone treatment, and ultraviolet treatment. In addition, a sizing agent may be added to the carbon fiber for the purpose of preventing the fluff of the carbon fiber, improving the convergence of the carbon fiber, or improving the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin. . Although it does not specifically limit as a sizing agent, The compound which has functional groups, such as an epoxy group, a urethane group, an amino group, and a carboxyl group, can be used, These may use 1 type or 2 types or more together.

さらにサイジング処理としては、一般的に公知の表面処理工程と水洗工程などで水に濡れた水分率20〜80重量%程度の水濡れ炭素繊維束を乾燥させた後にサイジング剤を含有する液体(サイジング液)を付着させる処理方法である。   Further, as a sizing treatment, a liquid containing a sizing agent after sizing agent is dried after drying a water-wet carbon fiber bundle having a moisture content of about 20 to 80% by weight wetted by water in a generally known surface treatment step and washing step (sizing step). (Liquid).

サイジング剤の付与手段としては特に限定されるものではないが、例えばローラを介してサイジング液に浸漬する方法、サイジング液の付着したローラに接する方法、サイジング液を霧状にして吹き付ける方法などがある。また、バッチ式、連続式いずれでもよいが、生産性がよくバラツキが小さくできる連続式が好ましい。この際、炭素繊維に対するサイジング剤有効成分の付着量が適正範囲内で均一に付着するように、サイジング液濃度、温度、糸条張力などをコントロールすることが好ましい。また、サイジング剤付与時に炭素繊維を超音波で加振させることはより好ましい。   There are no particular restrictions on the means for applying the sizing agent, but there are, for example, a method of immersing in a sizing liquid through a roller, a method of contacting a roller to which the sizing liquid is adhered, and a method of spraying the sizing liquid in a mist form. . Moreover, although either a batch type or a continuous type may be sufficient, the continuous type which has good productivity and small variations is preferable. At this time, it is preferable to control the sizing solution concentration, temperature, yarn tension, and the like so that the amount of the sizing agent active ingredient attached to the carbon fiber is uniformly attached within an appropriate range. Moreover, it is more preferable to vibrate the carbon fiber with ultrasonic waves when applying the sizing agent.

乾燥温度と乾燥時間は化合物の付着量によって調整すべきであるが、サイジング剤の付与に用いる溶媒の完全な除去、乾燥に要する時間を短くし、一方、サイジング剤の熱劣化を防止し、炭素繊維束が固くなって束の拡がり性が悪化するのを防止する観点から、乾燥温度は、150℃以上350℃以下であることがこのましく、180℃以上250℃以下であることがより好ましい。   Although the drying temperature and drying time should be adjusted according to the amount of the compound attached, the time required for complete removal of the solvent used for applying the sizing agent and drying is shortened, while the thermal deterioration of the sizing agent is prevented, and carbon From the viewpoint of preventing the fiber bundle from becoming hard and deteriorating the spreadability of the bundle, the drying temperature is preferably 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, and more preferably 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. .

サイジング剤付着量は、炭素繊維のみの質量に対して、0.01質量%以上10質量%以下が好ましく、0.05質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上5質量%以下付与することがさらに好ましい。0.01質量%以下では接着性向上効果が現れにくい。10質量%以上では、成形品の物性低下させることがある。   The sizing agent adhesion amount is preferably 0.01% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less, and more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass with respect to the mass of the carbon fiber alone. % Or less is more preferable. If it is 0.01% by mass or less, the effect of improving adhesiveness is hardly exhibited. If it is 10% by mass or more, the physical properties of the molded product may be lowered.

本発明においては、マトリックス樹脂には熱可塑性樹脂が用いられるが、熱可塑性マトリックス樹脂の材料としては特に制限は無く、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン6,6等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を用いることができる。例示すると、熱可塑性マトリックス樹脂がポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトン及びフェノキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   In the present invention, a thermoplastic resin is used as the matrix resin. However, the material of the thermoplastic matrix resin is not particularly limited, and can be appropriately selected within a range that does not significantly reduce the mechanical properties of the carbon fiber reinforced plastic. For example, polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins such as nylon 6, nylon 6,6, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyether ketone, polyether sulfone, aromatic polyamide, etc. These resins can be used. For example, the thermoplastic matrix resin is preferably at least one selected from the group consisting of polyamide, polyphenylene sulfide, polypropylene, polyether ether ketone, and phenoxy resin.

炭素繊維集合体を得る工程としては、カーディングやエアレイドなどが挙げられる。本発明でいうカーディングとは、不連続な繊維の集合体をくし状のもので概略同一方向に力を加えることにより、不連続な繊維の方向を揃えたり、繊維を開繊する操作のことをいう。一般的には針状の突起を表面に多数備えたロール及び/またはのこぎりの刃状の突起を有するメタリックワイヤを巻きつけたロールを有するカーディング装置を用いて行う。   Examples of the process for obtaining the carbon fiber aggregate include carding and airlaid. Carding as used in the present invention refers to an operation of aligning discontinuous fibers or opening fibers by applying a force in approximately the same direction in a comb-like discontinuous fiber assembly. Say. Generally, it is carried out using a carding apparatus having a roll having a large number of needle-like projections on the surface and / or a roll around which a metallic wire having a saw-like projection of a saw is wound.

かかるカーディングを実施するにあたっては、炭素繊維が折れるのを防ぐ目的で炭素繊維がカーディング装置の中に存在する時間(滞留時間)を短くすることが好ましい。具体的にはカーディング装置のシリンダーロールに巻かれたワイヤー上に存在する炭素繊維をできるだけ短時間でドッファーロールに移行させることか好ましい。従って、かかる移行を促進するためにシリンダーロールの回転数は、例えば150rpm以上といった高い回転数で回転させることが好ましい。また、同様の理由で、ドッファーロールの表面速度は例えば、10m/分以上といった速い速度が好ましい。   In carrying out such carding, it is preferable to shorten the time (residence time) in which the carbon fiber is present in the carding apparatus in order to prevent the carbon fiber from being broken. Specifically, it is preferable to transfer the carbon fiber present on the wire wound around the cylinder roll of the carding apparatus to the doffer roll in as short a time as possible. Therefore, in order to promote such a transition, the rotation speed of the cylinder roll is preferably rotated at a high rotation speed such as 150 rpm or more. For the same reason, the surface speed of the doffer roll is preferably a high speed such as 10 m / min or more.

炭素繊維束をカーディングする工程は特に制限がなく一般的なものを用いることが出来る。例えば、図1に示すように、カーディング装置1は、シリンダーロール2と、その外周面に近接して上流側に設けられたテイクインロール3と、テイクインロール3とは反対側の下流側においてシリンダーロール2の外周面に近接して設けられたドッファーロール4と、テイクインロール3とドッファーロール4との間においてシリンダーロール2の外周面に近接して設けられた複数のワーカーロール5と、ワーカーロール5に近接して設けられたストリッパーロール6と、テイクインロール3と近接して設けられたフィードロール7及びベルトコンベアー8とから主として構成されている。   The process for carding the carbon fiber bundle is not particularly limited, and a general one can be used. For example, as shown in FIG. 1, the carding apparatus 1 includes a cylinder roll 2, a take-in roll 3 provided on the upstream side near the outer peripheral surface, and a downstream side opposite to the take-in roll 3. And a plurality of worker rolls provided close to the outer peripheral surface of the cylinder roll 2 between the take-in roll 3 and the doffer roll 4. 5, a stripper roll 6 provided close to the worker roll 5, a feed roll 7 and a belt conveyor 8 provided close to the take-in roll 3.

ベルトコンベアー8に不連続な炭素繊維束9が供給され、炭素繊維束9はフィードロールの外周面、次いでテイクインロール3の外周面を介してシリンダーロール2の外周面上に導入される。この段階までで炭素繊維束は解され、綿状の炭素繊維束の集合体となっている。シリンダーロール2の外周面上に導入された綿状の炭素繊維束の集合体は一部、ワーカーロール5の外周面上に巻き付くが、この炭素繊維はストリッパーロール6によって剥ぎ取られ再びシリンダーロール2の外周面上に戻される。フィードロール7、テイクイロール3、シリンダーロール2、ワーカーロール5、ストリッパーロール6のそれぞれのロールの外周面上には多数の針、突起が立った状態で存在しており、上記工程で炭素繊維束が針の作用により所定の束まで開繊され、ある程度配向される。かかる過程を経て所定の炭素繊維束まで開繊され、炭素繊維集合体の1形態であるシート状のウエブ10としてドッファーロール4の外周面上に移動する。   A discontinuous carbon fiber bundle 9 is supplied to the belt conveyor 8, and the carbon fiber bundle 9 is introduced onto the outer peripheral surface of the cylinder roll 2 through the outer peripheral surface of the feed roll and then the outer peripheral surface of the take-in roll 3. Up to this stage, the carbon fiber bundle is unwound and becomes an aggregate of cotton-like carbon fiber bundles. A part of the aggregate of cotton-like carbon fiber bundles introduced on the outer peripheral surface of the cylinder roll 2 is wound around the outer peripheral surface of the worker roll 5, and this carbon fiber is peeled off by the stripper roll 6 and again the cylinder roll. 2 is returned to the outer peripheral surface. A large number of needles and protrusions are present on the outer peripheral surface of each of the feed roll 7, the take-up roll 3, the cylinder roll 2, the worker roll 5 and the stripper roll 6, and the carbon fiber is The bundle is opened to a predetermined bundle by the action of the needle and oriented to some extent. Through this process, the fiber bundle is opened to a predetermined carbon fiber bundle, and moves on the outer peripheral surface of the doffer roll 4 as a sheet-like web 10 which is one form of the carbon fiber aggregate.

また、エアレイドに関しても、特に制限がなく一般的なものを用いることができる。このエアレイドは、カットした炭素繊維束単体もしくはカットした炭素繊維束と熱可塑性樹脂繊維を管内に導入し、圧縮空気を吹き付け、繊維束を開繊させる方法やピンシリンダー等によって物理的に繊維束を開繊させる方法などによって開繊、拡散、定着させた炭素繊維集合体を得る工程である。   Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about airlaid, A general thing can be used. This airlaid is a method in which a cut carbon fiber bundle alone or a cut carbon fiber bundle and a thermoplastic resin fiber are introduced into a pipe and compressed air is blown to open the fiber bundle, or the fiber bundle is physically separated by a pin cylinder or the like. This is a step of obtaining a carbon fiber aggregate that has been opened, diffused and fixed by a method of opening.

また、ここでいう炭素繊維集合体とは、上記カーディングやエアレイドによって不連続な炭素繊維束が開繊・配向された状態で繊維同士の絡み合いや摩擦により形態を保持しているものをいい、薄いシート状のウエブやウエブを積層して必要に応じて絡合や接着させて得られる不織布等を例示することができる。得られる炭素繊維集合体は集合体の均一性の観点からはカーディングによって得ることが好ましく、炭素繊維の折れや曲がりを防ぐ観点からはエアレイドによって得られることが好ましい   In addition, the carbon fiber aggregate referred to herein refers to a carbon fiber bundle that retains its shape due to entanglement and friction between fibers in a state where discontinuous carbon fiber bundles are opened and oriented by the carding and airlaid. A thin sheet-like web or a non-woven fabric obtained by laminating and adhering webs as necessary can be exemplified. The obtained carbon fiber aggregate is preferably obtained by carding from the viewpoint of the uniformity of the aggregate, and is preferably obtained by airlaid from the viewpoint of preventing the carbon fiber from being bent or bent.

炭素繊維集合体は、炭素繊維のみから構成されていてもよいが、熱可塑性樹脂繊維を含有せしめることもできる。熱可塑性樹脂繊維を添加することは、カーディングやエアレイドの工程において炭素繊維の破断を防ぐことができるので好ましい。炭素繊維は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、炭素繊維だけからなる炭素繊維集合体はその製造中に、切れやすかったり、炭素繊維が脱落しやすいという問題がある。そこで、柔軟で折れにくく、絡みやすい熱可塑性樹脂繊維を含むことにより、均一性が高い炭素繊維集合体を形成することができる。本発明において、炭素繊維集合体中に熱可塑性樹脂繊維を含む場合には、炭素繊維集合体中の炭素繊維の含有率は、好ましくは20〜95質量%、より好ましくは50〜95質量%、さらに好ましくは70〜95質量%である。炭素繊維の割合が低いと炭素繊維複合材料としたときに高い機械特性を得ることが困難となり、逆に、熱可塑性樹脂繊維の割合が低すぎると、上記の炭素繊維集合体の均一性を高める効果が得られない。   The carbon fiber aggregate may be composed only of carbon fibers, but can also contain thermoplastic resin fibers. It is preferable to add a thermoplastic resin fiber because the carbon fiber can be prevented from being broken in the carding and airlaid processes. Since carbon fiber is rigid and brittle, it is difficult to be entangled and easily broken. Therefore, there is a problem that a carbon fiber aggregate composed only of carbon fibers is easily cut during the production or the carbon fibers are easily dropped. Therefore, a carbon fiber aggregate with high uniformity can be formed by including thermoplastic resin fibers that are flexible, difficult to break, and easily entangled. In the present invention, when the carbon fiber aggregate contains thermoplastic resin fibers, the carbon fiber content in the carbon fiber aggregate is preferably 20 to 95 mass%, more preferably 50 to 95 mass%, More preferably, it is 70-95 mass%. If the proportion of carbon fibers is low, it will be difficult to obtain high mechanical properties when a carbon fiber composite material is used. Conversely, if the proportion of thermoplastic resin fibers is too low, the uniformity of the above-mentioned carbon fiber aggregate will be improved. The effect is not obtained.


炭素繊維集合体中の炭素繊維束は、炭素繊維束のMn/(Ln×D)が8.5×10-1(mg/mm2)以上の炭素繊維束(1)とMn/(Ln×D)が8.5×10-1(mg/mm2)未満の単糸または炭素繊維束から構成され、炭素繊維束(1)の炭素繊維全体重量に対する割合Yが、
5≦Y<30(wt%)
の範囲にあることで、機械特性と耐衝撃強度を両立できる炭素繊維複合材料を得ることができる。
Mn:炭素繊維束重量
Ln:炭素繊維の繊維長
D:炭素繊維の繊維径

The carbon fiber bundle in the carbon fiber aggregate is composed of carbon fiber bundle (1) and Mn / (Ln ×) in which the Mn / (Ln × D) of the carbon fiber bundle is 8.5 × 10 −1 (mg / mm 2 ) or more. D) is composed of a single yarn or carbon fiber bundle of less than 8.5 × 10 −1 (mg / mm 2 ), and the ratio Y of the carbon fiber bundle (1) to the total weight of the carbon fiber is
5 ≦ Y <30 (wt%)
By being in this range, it is possible to obtain a carbon fiber composite material that can achieve both mechanical properties and impact strength.
Mn: Carbon fiber bundle weight Ln: Carbon fiber fiber length D: Carbon fiber fiber diameter


上記割合Yは好ましくは10≦Y<30(wt%)を満たす範囲であり、更に好ましくは、10≦Y≦28を満たす範囲である。上記割合Yが5wt%を下回ると耐衝撃強度が悪化する。上記割合Yが30を超えると機械的特性が悪化し、機械的特性のばらつきが大きくなる。

The ratio Y is preferably in a range satisfying 10 ≦ Y <30 (wt%), and more preferably in a range satisfying 10 ≦ Y ≦ 28. When the ratio Y is less than 5 wt%, the impact strength is deteriorated. When the ratio Y exceeds 30, the mechanical characteristics are deteriorated and the variation in mechanical characteristics is increased.

炭素繊維集合体中の前記炭素繊維束(1)のMn/Lnの平均値Xは、
3.6×10-2≦X≦3.1×10-1(mg/mm)
の範囲を満たすことで、機械特性と耐衝撃強度を両立した炭素繊維複合材料を得ることができる。
The average value X of Mn / Ln of the carbon fiber bundle (1) in the carbon fiber assembly is
3.6 × 10 −2 ≦ X ≦ 3.1 × 10 −1 (mg / mm)
By satisfying the range, a carbon fiber composite material having both mechanical properties and impact strength can be obtained.


上記Mn/Lnの平均値Xは、好ましくは3.6×10-2≦X≦2.0×10-1(mg/mm)であり、更に好ましくは3.6×10-2≦X≦1.5×10-1(mg/mm)である。上記Mn/Lnの平均値Xが3.6×10-2を下回ると耐衝撃強度が悪化する。上記Mn/Lnの平均値Xが2.0×10-1を超えると機械的特性が悪化し、機械的特性のばらつきが大きくなる。

The average value X of Mn / Ln is preferably 3.6 × 10 −2 ≦ X ≦ 2.0 × 10 −1 (mg / mm), and more preferably 3.6 × 10 −2 ≦ X ≦. 1.5 × 10 −1 (mg / mm). If the average value X of Mn / Ln is less than 3.6 × 10 −2 , the impact strength is deteriorated. When the average value X of Mn / Ln exceeds 2.0 × 10 −1 , the mechanical characteristics are deteriorated, and the dispersion of the mechanical characteristics is increased.

炭素繊維集合体中の前記炭素繊維束(1)の後述する炭素繊維束を構成する炭素繊維本数xnの標準偏差σが350≦σ≦1000の範囲を満たし、炭素繊維束が前記範囲に分散して分布することで、機械特性と耐衝撃強度を両立できる。上記標準偏差σが350を下回ると、耐衝撃強度が低下し、前記標準偏差σが1000を上回ると、機械的特性が悪化し、機械特性のばらつきも大きくなる。ここで、
n=Mn/(Ln×F)であり、Fは炭素繊維の繊度である。
The standard deviation σ of the number of carbon fibers xn constituting the carbon fiber bundle described later of the carbon fiber bundle (1) in the carbon fiber aggregate satisfies the range of 350 ≦ σ ≦ 1000, and the carbon fiber bundle is dispersed in the above range. Therefore, both mechanical properties and impact strength can be achieved. When the standard deviation σ is less than 350, the impact strength is lowered. When the standard deviation σ is more than 1000, the mechanical characteristics are deteriorated and the variation in mechanical characteristics is also increased. here,
x n = Mn / (Ln × F), where F is the fineness of the carbon fiber.


上記標準偏差σは、好ましくは350≦σ≦800であり、更に好ましくは、400≦σ≦700である。

The standard deviation σ is preferably 350 ≦ σ ≦ 800, and more preferably 400 ≦ σ ≦ 700.

本発明において、炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂繊維を含有せしめる場合、熱可塑性樹脂繊維の繊維長は炭素繊維集合体の形態保持や、炭素繊維の脱落防止という本発明の目的が達成できる範囲であれば特に限定はなく、一般的には10〜100mm程度の熱可塑性樹脂繊維を使用することができる。なお、熱可塑性樹脂繊維の繊維長は炭素繊維の繊維長に応じて相対的に決定することも可能である。例えば炭素繊維集合体を延伸する際には、繊維長の長い繊維に、より大きな張力がかかるため、炭素繊維に張力をかけて炭素繊維集合体の長さ方向に配向させたい場合は炭素繊維の繊維長を熱可塑性樹脂繊維の繊維長よりも長くし、逆の場合は炭素繊維の繊維長を熱可塑性樹脂繊維の繊維長よりも短くすることができる。   In the present invention, when the thermoplastic fiber is included in the carbon fiber aggregate, the fiber length of the thermoplastic resin fiber is within a range in which the object of the present invention can be achieved such as maintaining the shape of the carbon fiber aggregate and preventing the carbon fiber from falling off. If there is no particular limitation, thermoplastic resin fibers of about 10 to 100 mm can be generally used. In addition, the fiber length of the thermoplastic resin fiber can be relatively determined according to the fiber length of the carbon fiber. For example, when a carbon fiber aggregate is stretched, a larger tension is applied to the fiber having a long fiber length. Therefore, if the carbon fiber is to be tensioned and oriented in the length direction of the carbon fiber aggregate, the carbon fiber aggregate The fiber length can be made longer than the fiber length of the thermoplastic resin fiber, and in the opposite case, the fiber length of the carbon fiber can be made shorter than the fiber length of the thermoplastic resin fiber.

また、上記熱可塑性樹脂繊維による、絡み合いの効果を高める目的で熱可塑性樹脂繊維に捲縮を付与することが好ましい。捲縮の程度は、本発明の目的が達成できる範囲であれば特に限定はなく、一般的には捲縮数5〜25山/25mm程度、捲縮率3〜30%程度の熱可塑性樹脂繊維を用いることができる。   Moreover, it is preferable to provide crimp to the thermoplastic resin fiber for the purpose of enhancing the entanglement effect by the thermoplastic resin fiber. The degree of crimp is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved. Generally, thermoplastic resin fibers having a number of crimps of about 5 to 25 crests / 25 mm and a crimping ratio of about 3 to 30%. Can be used.

かかる熱可塑性樹脂繊維の材料としては特に制限は無く、炭素繊維複合材料の機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン6,6等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、芳香族ポリアミド等の樹脂を紡糸して得られた繊維を用いることができる。かかる熱可塑性樹脂繊維の材料はマトリックス樹脂の組み合わせにより適宜選択して用いることが好ましい。特に、マトリックス樹脂と同じ樹脂、あるいはマトリックス樹脂と相溶性のある樹脂、マトリックス樹脂と接着性の高い樹脂を用いてなる熱可塑性樹脂繊維は、炭素繊維強化プラスチックの機械特性を低下させないので好ましい。例示すると熱可塑性樹脂繊維がポリアミド繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維及びフェノキシ樹脂繊維からなる群より選ばれる少なくとも1種の繊維であることが好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a material of this thermoplastic resin fiber, It can select suitably in the range which does not reduce the mechanical characteristic of a carbon fiber composite material significantly. For example, polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins such as nylon 6, nylon 6,6, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polyether ketone, polyether sulfone, aromatic polyamide, etc. A fiber obtained by spinning a resin of the above can be used. It is preferable that the material of the thermoplastic resin fiber is appropriately selected and used depending on the combination of matrix resins. In particular, a thermoplastic resin fiber using the same resin as the matrix resin, a resin compatible with the matrix resin, or a resin having high adhesiveness with the matrix resin is preferable because it does not deteriorate the mechanical properties of the carbon fiber reinforced plastic. For example, the thermoplastic resin fiber is preferably at least one fiber selected from the group consisting of polyamide fiber, polyphenylene sulfide fiber, polypropylene fiber, polyether ether ketone fiber and phenoxy resin fiber.

本発明において、炭素繊維集合体にマトリックス樹脂を含浸するにあたっては、熱可塑性樹脂繊維を含有する炭素繊維集合体を作製し、炭素繊維集合体に含まれる熱可塑性樹脂繊維をそのままマトリックス樹脂として使用してもかまわないし、熱可塑性樹脂繊維を含まない炭素繊維集合体を原料として用い、炭素繊維複合材料を製造する任意の段階でマトリックス樹脂を含浸してもかまわない。また、熱可塑性樹脂繊維を含有する炭素繊維集合体を原料として用いる場合であっても、炭素繊維複合材料を製造する任意の段階でマトリックス樹脂を含浸することもできる。このような場合、熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂とマトリックス樹脂は同一の樹脂であってもかまわないし、異なる樹脂であってもかまわない。熱可塑性樹脂繊維を構成する樹脂とマトリックス樹脂が異なる場合は、両者は相溶性を有するか、あるいは、親和性が高い方が好ましい。   In the present invention, when impregnating the carbon fiber aggregate with the matrix resin, a carbon fiber aggregate containing thermoplastic resin fibers is prepared, and the thermoplastic resin fibers contained in the carbon fiber aggregate are used as they are as the matrix resin. Alternatively, the carbon fiber aggregate not containing the thermoplastic resin fiber may be used as a raw material, and the matrix resin may be impregnated at any stage of producing the carbon fiber composite material. Further, even when a carbon fiber aggregate containing thermoplastic resin fibers is used as a raw material, the matrix resin can be impregnated at any stage of producing the carbon fiber composite material. In such a case, the resin constituting the thermoplastic resin fiber and the matrix resin may be the same resin or different resins. When the resin constituting the thermoplastic resin fiber is different from the matrix resin, it is preferable that both have compatibility or higher affinity.

炭素繊維複合材料を製造するに際し、上記のような炭素繊維集合体にマトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂を含浸し、炭素繊維複合材料とする含浸工程は加熱機能を有するプレス機を用いて実施することができる。プレス機としてはマトリックス樹脂の含浸に必要な温度、圧力を実現できるものであれば特に制限はなく、上下する平面状のプラテンを有する通常のプレス機や、1対のエンドレススチールベルトが走行する機構を有するいわゆるダブルベルトプレス機を用いることができる。かかる含浸工程においてはマトリックス樹脂をフィルム、不織布、織物等のシート状とした後、炭素繊維集合体と積層しその状態で上記プレス機等を用いてマトリックス樹脂を溶融・含浸することができる。また、マトリックス樹脂を用いて不連続な繊維を作製し、炭素繊維集合体を作製する工程で無機繊維と混合することにより、マトリックス樹脂と無機繊維を含む炭素繊維集合体を作製し、この炭素繊維集合体をプレス機等を用いて加熱・加圧する方法も採用することができる。   When the carbon fiber composite material is manufactured, the carbon fiber aggregate as described above is impregnated with a thermoplastic resin as a matrix resin, and the impregnation step to make the carbon fiber composite material is performed using a press machine having a heating function. Can do. The press machine is not particularly limited as long as it can realize the temperature and pressure necessary for impregnation with the matrix resin, and a normal press machine having a flat platen that moves up and down, and a mechanism in which a pair of endless steel belts travel. A so-called double belt press machine having the following can be used. In such an impregnation step, the matrix resin can be formed into a sheet shape such as a film, a nonwoven fabric, or a woven fabric, and then laminated with a carbon fiber aggregate, and in that state, the matrix resin can be melted and impregnated using the press machine or the like. In addition, discontinuous fibers are produced using a matrix resin, and mixed with inorganic fibers in the process of producing the carbon fiber aggregate, thereby producing a carbon fiber aggregate containing the matrix resin and the inorganic fibers. A method of heating and pressurizing the aggregate using a press machine or the like can also be employed.

上記のような本発明で特定した範囲内にあるか否かは、以下のような測定方法によって判定できる。   Whether it is within the range specified by the present invention as described above can be determined by the following measurement method.

(1)束の測定方法

炭素繊維複合材料から100mm×100mmのサンプルを切り出し、その後、サンプルを500℃に加熱した電気炉の中で1時間程度加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却した後に残った炭素繊維集合体の質量を測定した後に、炭素繊維集合体から炭素繊維束をピンセットで全て抽出した。抽出した全ての炭素繊維束について、1/10000gまで測定が可能な天秤を用いて、個々の炭素繊維束の重量Mnと長さLnを測定する。測定後、個々の束に対してMn/Ln、Mn/(Ln×D)、xn=Mn/(Ln×F)を計算する。ここでDとは炭素繊維直径であり、Fとは炭素繊維の繊度であり、xnは炭素繊維束の構成繊維本数ある。Mn/(Ln×D)の値が8.5×10−1mg/mm以上の繊維束を炭素繊維束(1)とし、炭素繊維束(1)の総重量をMとし、束総数をNとして、測定する。また、8.5×10−1mg/mm未満の炭素繊維束を繊維束(2)とし、炭素繊維束(2)の総重量をMとして、測定する。ピンセットで抽出することの出来ない程度に開繊した繊維束はまとめて最後に重量を測定した。また、繊維長が短く、重量の測定が困難になる場合は繊維長を0.2mm程度の間隔で分類し、分類した複数本の束をまとめて重量を測定し、平均値を用いてもよい。全て分類し、測定後、炭素繊維束(1)に対してΣ(Mn/Ln)/N、x=Σ{Mn/(Ln×F)}/N、σ={1/N×Σ(xn−x)21/2を計算し、炭素繊維束(1)のMn/Lnの平均値Xと繊維束の構成繊維本数の平均値xと繊維束の構成繊維本数の標準偏差σを求める。なお、Nは炭素繊維(1)の束総数である。また、炭素繊維束全体重量に対する炭素繊維束(1)の割合は、
/(MA+)×100
によって求められる。
(1) Measuring method of bundle

A sample of 100 mm × 100 mm was cut out from the carbon fiber composite material, and then the sample was heated for about 1 hour in an electric furnace heated to 500 ° C. to burn off organic substances such as matrix resin. After measuring the mass of the carbon fiber aggregate remaining after cooling to room temperature, all the carbon fiber bundles were extracted from the carbon fiber aggregate with tweezers. About all the extracted carbon fiber bundles, weight Mn and length Ln of each carbon fiber bundle are measured using a balance capable of measuring up to 1/10000 g. After the measurement, Mn / Ln, Mn / (Ln × D), and x n = Mn / (Ln × F) are calculated for each bundle. Here, D is the carbon fiber diameter, F is the fineness of the carbon fiber, and x n is the number of constituent fibers of the carbon fiber bundle. Mn / the (Ln × D) value 8.5 × 10 -1 mg / mm 2 or more fiber bundles of the carbon fiber bundle (1), the total weight of the carbon fiber bundle (1) and M A, flux Total N is measured. Further, the carbon fiber bundle under 8.5 × 10 -1 mg / mm 2 and the fiber bundle (2), the total weight of the carbon fiber bundle (2) as M B, measured. Fiber bundles opened to such an extent that they cannot be extracted with tweezers were collectively measured and finally weighed. Further, when the fiber length is short and it becomes difficult to measure the weight, the fiber length is classified at intervals of about 0.2 mm, the weight is measured for a bundle of a plurality of classified bundles, and an average value may be used. . After all classification and measurement, for the carbon fiber bundle (1), Σ (Mn / Ln) / N, x = Σ {Mn / (Ln × F)} / N, σ = {1 / N × Σ (x n− x) 2 } 1/2 is calculated, and the average value X of Mn / Ln of the carbon fiber bundle (1), the average value x of the number of constituent fibers of the fiber bundle, and the standard deviation σ of the number of constituent fibers of the fiber bundle are calculated. Ask. N is the total number of bundles of carbon fibers (1). The ratio of the carbon fiber bundle (1) to the total weight of the carbon fiber bundle is
M A / (M A + M B) × 100
Sought by.

(2)Vf(炭素繊維強化プラスチック中の炭素繊維の含有率)
炭素繊維強化プラスチックの成形品から約2gのサンプルを切り出し、その質量を測定した。その後、サンプルを500℃に加熱した電気炉の中で1時間加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却してから、残った炭素繊維の質量を測定した。炭素繊維の質量に対する、マトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばす前のサンプルの質量に対する比率を測定し、炭素繊維の含有率とした。
(2) Vf (carbon fiber content in carbon fiber reinforced plastic)
About 2 g of a sample was cut out from a molded product of carbon fiber reinforced plastic, and its mass was measured. Thereafter, the sample was heated in an electric furnace heated to 500 ° C. for 1 hour to burn off organic substances such as a matrix resin. After cooling to room temperature, the mass of the remaining carbon fiber was measured. The ratio of the mass of the carbon fiber to the mass of the sample before the organic substance such as the matrix resin was burned off was measured to obtain the carbon fiber content.

(3)単糸曲げ剛性(Pa・m4
単糸曲げ剛性=E×I
によって計算した。ここで、
E:単糸弾性率
I:断面二次モーメント
である。
繊維断面を真円と仮定し、繊維直径Dから断面二次モーメントを求め、単糸引張弾性率と断面二次モーメントから曲げ剛性を求めた。
(3) Single yarn bending stiffness (Pa · m 4 )
Single yarn bending stiffness = E × I
Calculated by here,
E: Single yarn elastic modulus
I: Section moment of inertia.
Assuming that the fiber cross-section is a perfect circle, the cross-sectional secondary moment was obtained from the fiber diameter D, and the bending stiffness was obtained from the single yarn tensile elastic modulus and the cross-sectional secondary moment.

(4)シャルピー衝撃強度(ノッチあり)
JISK 7111−1に従って炭素繊維複合材料のノッチあり耐衝撃強度を求めた。
(4) Charpy impact strength (notched)
The notched impact strength of the carbon fiber composite material was determined according to JISK 7111-1.


使用した炭素繊維束(A):
繊維径7μm、引張弾性率230GPa、単糸曲げ剛性2.71×10−11Pa・m、フィラメント数12000本の連続した炭素繊維束(A)を用いた。

Used carbon fiber bundle (A):
A continuous carbon fiber bundle (A) having a fiber diameter of 7 μm, a tensile elastic modulus of 230 GPa, a single yarn bending rigidity of 2.71 × 10 −11 Pa · m 4 , and 12,000 filaments was used.


実施例1:
炭素繊維束(A)を繊維長15mmにカットし、カットした炭素繊維束とナイロン6短繊維(短繊維繊度1.7dtex、カット長51mm、捲縮数12山/25mm、捲縮率15%)を質量比で90:10の割合で混合し、カーディング装置に投入した。出てきたウェブをクロスラップし、炭素繊維とナイロン6繊維とからなる目付100g/cmのシート状の炭素繊維集合体を形成した。

Example 1:
The carbon fiber bundle (A) is cut to a fiber length of 15 mm, and the cut carbon fiber bundle and nylon 6 short fiber (short fiber fineness 1.7 dtex, cut length 51 mm, crimp number 12 peaks / 25 mm, crimp rate 15%) Were mixed at a mass ratio of 90:10 and charged into a carding apparatus. The web that came out was cross-wrapped to form a sheet-like carbon fiber aggregate having a basis weight of 100 g / cm 2 made of carbon fiber and nylon 6 fiber.


シート状の炭素繊維集合体の巻取り方向を0°とし、炭素繊維集合体を12枚、(0°/90°/0°/90°/0°/90°)となるように積層し、さらに積層した炭素繊維集合体全体で、炭素繊維と熱可塑性樹脂の体積比が25:75となるようにナイロン樹脂メルトブロー不織布(「CM1001」、ηr=2.3、東レ(株)製)を積層した後に、全体をステンレス板で挟み、240℃で90s間予熱後、2.0MPaの圧力をかけながら180s間、240℃にてホットプレスした。ついで、加圧状態で50℃まで冷却し、厚さ2mmの炭素繊維複合材料の平板を得た。得られた平板の表層の0°方向に対して、0°と90°方向の曲げ強度とシャルピー衝撃強度(ノッチあり)を測定したところ、0°と90°方向の曲げ強度の平均値は380MPaであり、繊維強度利用率が15.2MPa/%、シャルピー衝撃強度40kJ/mであった。

The winding direction of the sheet-like carbon fiber aggregate is 0 °, and 12 carbon fiber aggregates are laminated so as to be (0 ° / 90 ° / 0 ° / 90 ° / 0 ° / 90 °) s. Further, a nylon resin melt blown nonwoven fabric (“CM1001”, ηr = 2.3, manufactured by Toray Industries, Inc.) is used so that the volume ratio of the carbon fiber to the thermoplastic resin is 25:75 in the entire laminated carbon fiber aggregate. After the lamination, the whole was sandwiched between stainless plates, preheated at 240 ° C. for 90 s, and hot-pressed at 240 ° C. for 180 s while applying a pressure of 2.0 MPa. Subsequently, it cooled to 50 degreeC in the pressurization state, and obtained the flat plate of the carbon fiber composite material of thickness 2mm. When the bending strength and Charpy impact strength (with notches) in the 0 ° and 90 ° directions were measured with respect to the 0 ° direction of the surface layer of the obtained flat plate, the average value of the bending strength in the 0 ° and 90 ° directions was 380 MPa. The fiber strength utilization rate was 15.2 MPa /%, and the Charpy impact strength was 40 kJ / m 2 .


得られた平板からサンプルを切り出し、繊維束の測定を行ったところ、炭素繊維全体重量に対する炭素繊維束(1)の割合Yが18wt%、M/Lの平均値Xは0.04mg/mm、標準偏差σは405であった。条件、測定、評価結果を表1に示す。

When the sample was cut out from the obtained flat plate and the fiber bundle was measured, the ratio Y of the carbon fiber bundle (1) to the total weight of the carbon fiber was 18 wt%, the average value X of M / L was 0.04 mg / mm, The standard deviation σ was 405. The conditions, measurements, and evaluation results are shown in Table 1.


実施例2〜5、比較例1〜2:
実施例1に対し、表1に示すように条件を変更した以外実施例1と同様にして炭素繊維複合材料の平板を得た。条件、測定、評価結果を表1に併せて示す。

Examples 2-5, Comparative Examples 1-2:
A flat plate of carbon fiber composite material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the conditions were changed as shown in Table 1 for Example 1. The conditions, measurements, and evaluation results are also shown in Table 1.

Figure 0005995150
Figure 0005995150

本発明に係る炭素繊維複合材料は、優れた成形性と高い機械特性、耐衝撃強度を要求されるあらゆる炭素繊維強化成形品の製造に適用できる。   The carbon fiber composite material according to the present invention can be applied to the production of any carbon fiber reinforced molded product that requires excellent moldability, high mechanical properties, and impact strength.

1 カーディング装置
2 シリンダーロール
3 テイクインロール
4 ドッファーロール
5 ワーカーロール
6 ストリッパーロール
7 フィードロール
8 ベルトコンベアー
9 不連続な炭素繊維
10 シート状のウエブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carding apparatus 2 Cylinder roll 3 Take-in roll 4 Doffer roll 5 Worker roll 6 Stripper roll 7 Feed roll 8 Belt conveyor 9 Discontinuous carbon fiber 10 Sheet-like web

Claims (6)

炭素繊維と熱可塑性樹脂から成り、Mn/(Ln×D)が8.5×10-1(mg/mm2)以上の炭素繊維束(1)の炭素繊維全体重量に対する割合Yが、
5≦Y<30(wt%)
の範囲にあり、炭素繊維束(1)のMn/Lnの平均値Xが、
3.6×10-2≦X≦3.1×10-1(mg/mm)
の範囲にあり、かつ、前記炭素繊維束(1)の束を構成する繊維本数x n =Mn/(Ln×F)の標準偏差σが、
350≦σ≦1000
の範囲にあることを特徴とする炭素繊維複合材料。
Mn:炭素繊維束重量
Ln:炭素繊維の繊維長
D:炭素繊維の繊維径
F:炭素繊維の繊度
The ratio Y of the carbon fiber bundle (1) consisting of carbon fibers and a thermoplastic resin and having a Mn / (Ln × D) of 8.5 × 10 −1 (mg / mm 2 ) or more to the total weight of the carbon fibers is
5 ≦ Y <30 (wt%)
The average value X of Mn / Ln of the carbon fiber bundle (1) is
3.6 × 10 −2 ≦ X ≦ 3.1 × 10 −1 (mg / mm)
Range near the is, and the standard deviation of the number of fibers x n = Mn / constituting the bundle of carbon fiber bundle (1) (Ln × F) σ is,
350 ≦ σ ≦ 1000
A carbon fiber composite material characterized by being in the range .
Mn: Carbon fiber bundle weight Ln: Carbon fiber fiber length D: Carbon fiber fiber diameter
F: Fineness of carbon fiber
前記炭素繊維束(1)のMn/Lnの平均値Xが、
3.6×10-2≦X≦2.0×10-1(mg/mm)
の範囲にある、請求項に記載の炭素繊維複合材料。
The average value X of Mn / Ln of the carbon fiber bundle (1) is
3.6 × 10 −2 ≦ X ≦ 2.0 × 10 −1 (mg / mm)
In the range of the carbon fiber composite material according to claim 1.
炭素繊維全体重量に対する前記炭素繊維束(1)の割合Yが、
10≦Y<30(wt%)
の範囲にある、請求項1または2に記載の炭素繊維複合材料。
The ratio Y of the carbon fiber bundle (1) to the total carbon fiber weight is
10 ≦ Y <30 (wt%)
The carbon fiber composite material according to claim 1 or 2 in the range of.
前記炭素繊維束(1)における炭素繊維の繊維長Lnが10〜70mmの範囲にある、請求項1〜のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。 The carbon fiber composite material according to any one of claims 1 to 3 , wherein a fiber length Ln of carbon fibers in the carbon fiber bundle (1) is in a range of 10 to 70 mm. 前記炭素繊維束(1)を構成する炭素繊維の単糸曲げ剛性が1.0×10-11〜2.8×10-11(Pa・m)の範囲内にある、請求項1〜のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。 The single yarn bending stiffness of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle (1) is in the range of 1.0 × 10 -11 ~2.8 × 10 -11 (Pa · m 4), according to claim 1-4 The carbon fiber composite material according to any one of the above. 前記炭素繊維複合材料が、該炭素繊維複合材料中の炭素繊維集合体に熱可塑性樹脂を含浸させたスタンパブルシートからなる、請求項1〜のいずれかに記載の炭素繊維複合材料。 The carbon fiber composite material according to any one of claims 1 to 5 , wherein the carbon fiber composite material comprises a stampable sheet obtained by impregnating a carbon fiber aggregate in the carbon fiber composite material with a thermoplastic resin.
JP2013509062A 2012-03-02 2013-02-19 Carbon fiber composite material Active JP5995150B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012046348 2012-03-02
JP2012046348 2012-03-02
PCT/JP2013/053917 WO2013129169A1 (en) 2012-03-02 2013-02-19 Carbon fiber composite material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013129169A1 JPWO2013129169A1 (en) 2015-07-30
JP5995150B2 true JP5995150B2 (en) 2016-09-21

Family

ID=49082369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013509062A Active JP5995150B2 (en) 2012-03-02 2013-02-19 Carbon fiber composite material

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5995150B2 (en)
WO (1) WO2013129169A1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6555657B2 (en) * 2015-02-19 2019-08-07 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 Carbon fiber sheet and carbon fiber reinforced resin molded article using the same
JP6435933B2 (en) * 2015-03-12 2018-12-12 東レ株式会社 Carbon fiber composite material and method for producing the same
CN108473700A (en) 2016-01-13 2018-08-31 旭硝子株式会社 Prepreg, its manufacturing method and fibre strengthening formed products
WO2017122735A1 (en) 2016-01-13 2017-07-20 旭硝子株式会社 Prepreg, method for producing same, and fiber-reinforced molded product
WO2017122743A1 (en) 2016-01-14 2017-07-20 旭硝子株式会社 Curable composition, cured product, prepreg and fiber-reinforced molded article
CN111094455B (en) 2017-09-14 2022-06-17 Agc株式会社 Resin composition, molded article, prepreg, fiber-reinforced molded article, and methods for producing these
CN117642463A (en) 2021-07-15 2024-03-01 Agc株式会社 Resin composition, method for producing resin composition, and molded article
CN117715975A (en) 2021-07-29 2024-03-15 Agc株式会社 Polymer alloy, hose for high-pressure gas, and storage container for high-pressure gas

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62208932A (en) * 1986-02-27 1987-09-14 Nippon Kokan Kk <Nkk> Plastic sheet dispersed by fibrous filler
JPH10193350A (en) * 1997-01-09 1998-07-28 Kawasaki Steel Corp Stamping molding material and its manufacture
JP4862913B2 (en) * 2009-03-31 2012-01-25 東レ株式会社 Prepregs and preforms
JP5576147B2 (en) * 2010-03-01 2014-08-20 帝人株式会社 Carbon fiber composite material
JP2011178890A (en) * 2010-03-01 2011-09-15 Teijin Ltd Carbon fiber composite material
KR20140038945A (en) * 2011-02-07 2014-03-31 데이진 가부시키가이샤 Molded object with thickness gradient and process for producing same
WO2012117593A1 (en) * 2011-02-28 2012-09-07 帝人株式会社 Molded body comprising fiber-reinforcing composite material
BR112013030891A2 (en) * 2011-05-31 2016-12-06 Teijin Ltd method for the manufacture of isotropically conformed product
EP2716693A4 (en) * 2011-05-31 2015-09-30 Toray Industries Carbon-fiber-reinforced plastic and process for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013129169A1 (en) 2013-09-06
JPWO2013129169A1 (en) 2015-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6083377B2 (en) Carbon fiber composite material
JP5995150B2 (en) Carbon fiber composite material
JP5843048B1 (en) Stampable seat
JP5919755B2 (en) Manufacturing method of fiber material
JP6108240B2 (en) Carbon fiber nonwoven fabric
JP5839114B2 (en) Stampable seat
JP2014196584A (en) Method for producing nonwoven fabric and method for producing composite material
JP6083239B2 (en) Fiber-reinforced plastic and method for producing the same
JP6331123B2 (en) Carbon fiber composite material
WO2014065161A9 (en) Stampable sheet
JP2004162055A (en) Method for producing prepreg and apparatus for the same
JP6540005B2 (en) Method of manufacturing stampable base material
JP3314826B2 (en) Thermoplastic composite sheet
JP6201630B2 (en) Carbon fiber mat and method for producing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160115

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20160115

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20160330

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160401

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160523

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: 20160729

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160811

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5995150

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151