JP6503688B2 - Fiber reinforced composite material - Google Patents

Fiber reinforced composite material

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Description

本発明は、優れた力学特性を有する繊維強化複合材料に関する。   The present invention relates to a fiber-reinforced composite material having excellent mechanical properties.

繊維強化複合材料(FRP)は、軽量で優れた力学特性を有しており、電気・電子機器用途、土木・建築用途、機械・機構部品用途、ロボット用途、二輪車・自動車用途、宇宙・航空用途などに広く用いられている。これらのFRPに用いられる強化繊維には、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、アラミド繊維やPBO繊維などの有機繊維、およびシリコンカーバイド繊維などの無機繊維や炭素繊維などが使用されているが、比強度、比剛性にとりわけ優れ、抜群の軽量性が得られる観点から炭素繊維が好適に用いられる。   Fiber-reinforced composite materials (FRP) are lightweight and have excellent mechanical properties, and they are used in electric and electronic devices, civil engineering and construction applications, machinery and mechanical parts applications, robot applications, two-wheeled vehicles, automotive applications, space and aviation applications. Are widely used. The reinforcing fibers used in these FRPs include metal fibers such as aluminum fibers and stainless steel fibers, organic fibers such as aramid fibers and PBO fibers, inorganic fibers such as silicon carbide fibers, carbon fibers, etc. Carbon fibers are preferably used from the viewpoints of being particularly excellent in specific strength and specific rigidity and obtaining excellent lightness.

ここで、炭素繊維強化複合材料(CFRP)などFRPの代表的な形態として、プリプレグ、またはプリプレグを積層して得られるプリフォームをプレス成形(加圧力の下で脱泡し賦形する成形方法)した成形品が挙げられる。このプリプレグは、連続した強化繊維を一方向に配列させるか、織物加工させるかをした強化繊維基材に、樹脂を含浸して製造する方法が一般的であるが不連続な強化繊維も使用される。   Here, as a typical form of FRP such as carbon fiber reinforced composite material (CFRP), a prepreg or a preform obtained by laminating the prepreg is press-molded (a molding method for defoaming and shaping under pressure) Molded articles can be mentioned. This prepreg is manufactured by impregnating a resin into a reinforced fiber substrate, in which continuous reinforced fibers are arranged in one direction or woven, but discontinuous reinforced fibers are also used. Ru.

連続した強化繊維を用いたプリプレグを成形した成形品は優れた力学特性が得られる反面、強化繊維が連続体のまま使用されるために、複雑な形状を成形するには不向きであり、かつプリプレグの積層角度による特性への影響が大きいため、積層工程の経済的負担から、使用用途が制限されている。   Molded articles obtained by molding prepregs using continuous reinforcing fibers have excellent mechanical properties, but are not suitable for molding complicated shapes because reinforcing fibers are used as a continuous body, and also prepregs Because of the large influence of the lamination angle on the properties, the economic burden of the lamination process limits the use applications.

一方で、不連続な強化繊維を用いたシートモールディングコンパウンド(SMC)や、ガラスマット基材(GMT)は、プレス成形に適した材料であるが、比強度、比剛性などの力学特性が低いこと、プリプレグのような薄肉の成形品への対応が困難であること、また成形時に樹脂が大きく流動するため等方的な力学特性が得られず、かつ特性のバラツキが大きいことなどの課題から、使用用途が制限されている。   On the other hand, sheet molding compound (SMC) using discontinuous reinforcing fibers and glass mat substrate (GMT) are materials suitable for press molding, but mechanical properties such as specific strength and specific rigidity are low. In view of the difficulty in dealing with thin-walled molded products such as prepregs, and the large flow of resin during molding, so that isotropic mechanical characteristics can not be obtained, and the characteristic variation is large. Usage is limited.

また、強化繊維とマトリックス樹脂との接着性が繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性に影響することから、強化繊維とマトリックス樹脂の界面設計は、繊維強化複合材料を開発する上では極めて重要な課題である。   In addition, since the adhesion between the reinforcing fiber and the matrix resin affects the mechanical properties such as tensile strength of the fiber reinforced composite material, the interface design of the reinforcing fiber and the matrix resin is extremely important in developing the fiber reinforced composite material. It is a difficult task.

特許文献1には、カルボジイミド試薬が表面に付着した炭素繊維が提案されており、マトリックス樹脂となる熱可塑性樹脂に対する接着性に優れ、曲げ強度が向上する記載があるが、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度の点では課題が残り、さらなる強度向上が望まれる。   Patent Document 1 proposes a carbon fiber having a carbodiimide reagent attached to the surface, and it is described that the adhesion to a thermoplastic resin to be a matrix resin is excellent and the bending strength is improved. Problems remain in terms of interface strength, and further improvement in strength is desired.

また、特許文献2にも、分子内に2個以上のカルボジイミド結合を有する有機化合物を含む炭素繊維用表面改質剤および当該改質剤で改質された炭素繊維に関する技術が開示されているが、同様に強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度の点で課題が残り、成形品のさらなる強度向上が望まれる。   Patent Document 2 also discloses a technique for a surface modifier for carbon fiber containing an organic compound having two or more carbodiimide bonds in the molecule and a carbon fiber modified with the modifier. Similarly, problems remain in terms of the interfacial strength between the reinforcing fiber and the matrix resin, and it is desirable to further improve the strength of the molded article.

さらに特許文献3にも、ポリアリーレンスルファイド樹脂に脂肪族ポリカルボジイミド系樹脂と無機充填剤として繊維の樹脂組成物が開示されているが、これも成形品の引張強度が不十分であり、さらなる強度向上が望まれる。   Further, Patent Document 3 also discloses a resin composition of a fiber as an aliphatic polycarbodiimide resin and an inorganic filler in a polyarylene sulfide resin, but also the tensile strength of a molded article is insufficient, and further Strength improvement is desired.

特開平5−106163号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 5-106163 特開平5−311069号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 5-311069 特開2005−239917号公報JP 2005-239917 A

本発明は、かかる従来技術の問題点を改善し、引張強度といった力学特性に優れた繊維強化複合材料を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a fiber-reinforced composite material excellent in mechanical properties such as tensile strength.

発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、強化繊維界面に接着性化合物を局在化させることで強化繊維周辺の接着性化合物の存在比を制御し、強化繊維との接着性を高め、得られる繊維強化複合材料の引張強度が飛躍的に向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。   The inventors of the present invention conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, localize the adhesive compound at the reinforcing fiber interface to control the abundance ratio of the adhesive compound in the vicinity of the reinforcing fiber, and the adhesiveness with the reinforcing fiber. It has been found that the tensile strength of the resulting fiber-reinforced composite material is dramatically improved, and the present invention has been completed.

かかる問題点を解決するための本発明の繊維強化複合材料は、次の構成からなる。すなわち、熱可塑性樹脂(A)、接着性化合物(B)および強化繊維(C)を含有し、かつ、前記接着性化合物(B)がカルボジイミド構造、ウレア構造およびウレタン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を1分子内に2個以上有する化合物であり、熱可塑性樹脂(A)がポリアリーレンスルフィドであり、前記強化繊維(C)が、カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を1分子内に2個以上有する化合物が付着した強化繊維であり、エネルギー分散型X線分光法(EDX)を用いて、以下のとおりR(≦500nm)とR(>500nm)の各領域についてC(炭素原子)/S(硫黄原子)の比を評価した場合の、式(1)で示される接着性化合物(B)の存在比Rbが1.5以上である、繊維強化複合材料。
Rb=R(≦500nm)/R(>500nm)・・・式(1)
R(≦500nm)=C(≦500)/S(≦500):強化繊維(C)周辺500nm以内の接着性化合物(B)の存在量
R(>500nm)=C(>500)/S(>500):強化繊維(C)周辺500nmより外側の接着性化合物(B)の存在量
The fiber reinforced composite material of the present invention for solving such problems comprises the following constitution. That is, it contains at least a thermoplastic resin (A), an adhesive compound (B) and a reinforcing fiber (C), and the adhesive compound (B) is at least selected from the group consisting of a carbodiimide structure, a urea structure and a urethane structure. It is a compound having one or more structures in one molecule, the thermoplastic resin (A) is a polyarylene sulfide , and the reinforcing fiber (C) comprises a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group and an epoxy group. A reinforcing fiber to which a compound having at least one functional group selected from a group and having two or more functional groups in one molecule is attached, and using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), R (≦ 500 nm) as follows: the presence of the respective regions of R (> 500 nm) C (carbon atoms) / S when evaluating the ratio of (the sulfur atom), adhesive compound represented by the formula (1) (B) Rb is 1.5 or more, a fiber-reinforced composite material.
Rb = R (≦ 500 nm) / R (> 500 nm) (1)
R (≦ 500 nm) = C (≦ 500) / S (≦ 500) : Abundance of the adhesive compound (B) within about 500 nm around the reinforcing fiber (C) R (> 500 nm) = C (> 500) / S (S) > 500) : Abundance of the adhesive compound (B) outside the 500 nm around the reinforcing fiber (C)

本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度が高いため引張強度といった力学特性を飛躍的に向上させることが可能である。   The fiber-reinforced composite material of the present invention can dramatically improve mechanical properties such as tensile strength because the interface strength between reinforcing fibers and matrix resin is high.

本発明の繊維強化複合材料における強化繊維(C)の単糸の軸心方向に直交する断面の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the cross section orthogonal to the axial center direction of the single yarn of the reinforcement fiber (C) in the fiber reinforced composite material of this invention.

本発明者らは、繊維強化複合材料における接着性化合物の局所的な存在量を追求した結果、繊維強化複合材料内の特定の領域における接着性化合物の存在量が、繊維強化複合材料の力学特性に影響することを明らかにし、本発明の繊維強化複合材料に到達したものである。   As a result of pursuing the local abundance of the adhesive compound in the fiber reinforced composite material, the inventors of the present invention found that the adhesive compound abundance in a specific area in the fiber reinforced composite material is the mechanical property of the fiber reinforced composite material. It is apparent that the fiber-reinforced composite material of the present invention has been reached.

本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維(C)、接着性化合物(B)および熱可塑性樹脂(A)を成分として含んでいる。まず各成分について説明する。   The fiber-reinforced composite material of the present invention contains, as components, a reinforcing fiber (C), an adhesive compound (B) and a thermoplastic resin (A). First, each component will be described.

本発明の繊維強化複合材料で用いられる強化繊維(C)は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維、天然繊維、鉱物繊維などが使用でき、これらは1種または2種以上を併用してもよい。中でも、比強度、比剛性が高く軽量化効果の観点から、PAN系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が好ましく用いられる。また、得られる成形品の経済性を高める観点から、ガラス繊維が好ましく用いることができ、とりわけ力学特性と経済性のバランスから炭素繊維とガラス繊維を併用することが好ましい。さらに、得られる成形品の衝撃吸収性や賦形性を高める観点から、アラミド繊維が好ましく用いることができ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性のバランスから炭素繊維とアラミド繊維を併用することが好ましい。また、得られる成形品の導電性を高める観点から、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。   As the reinforcing fiber (C) used in the fiber-reinforced composite material of the present invention, for example, carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, metal fiber, natural fiber, mineral fiber and the like can be used These may be used alone or in combination of two or more. Among them, carbon fibers such as PAN-based, pitch-based and rayon-based carbon fibers are preferably used from the viewpoints of high specific strength and high specific rigidity and lightening effect. Further, from the viewpoint of enhancing the economic efficiency of the resulting molded product, glass fiber can be preferably used, and in particular, it is preferable to use carbon fiber and glass fiber in combination from the viewpoint of balance between mechanical properties and economic efficiency. Furthermore, from the viewpoint of enhancing the impact absorbability and shapeability of the resulting molded article, aramid fibers can be preferably used, and in particular, it is preferable to use carbon fibers and aramid fibers in combination from the balance of mechanical properties and impact absorbability. Further, from the viewpoint of enhancing the conductivity of the resulting molded article, reinforcing fibers coated with metals such as nickel, copper and ytterbium can also be used.

炭素繊維としては、X線光電子分光法(XPS)により測定される繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度比(O/C)が、0.05〜0.50であるものが好ましく、より好ましくは0.08〜0.40であり、さらに好ましくは0.10〜0.30である。表面酸素濃度比(O/C)が高いほど、炭素繊維表面の官能基量が多く、炭素繊維とサイジング剤との接着性を高めることができる一方で、表面酸素濃度比(O/C)が高すぎると、炭素繊維表面の結晶構造の破壊が懸念されるため、表面酸素濃度比(O/C)が好ましい範囲内で、力学特性にとりわけ優れた繊維強化複合材料を得ることが出来る。   As the carbon fiber, a surface oxygen concentration ratio (O / C) which is a ratio of the number of oxygen (O) to the number of carbon (C) on the surface of the fiber measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 0.05 What is -0.50 is preferable, More preferably, it is 0.08-0.40, More preferably, it is 0.10-0.30. The higher the surface oxygen concentration ratio (O / C), the more functional groups on the surface of the carbon fiber, which can improve the adhesion between the carbon fiber and the sizing agent, while the surface oxygen concentration ratio (O / C) is If it is too high, there is a concern that the crystal structure on the surface of the carbon fiber may be broken, so a fiber-reinforced composite material having particularly excellent mechanical properties can be obtained within the preferable range of surface oxygen concentration ratio (O / C).

炭素繊維の表面酸素濃度比(O/C)は、X線光電子分光法により、次の手順に従って求められる。まず、溶剤でサイジング剤などを除去した炭素繊維をカットして銅製の試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出角度を90゜とし、X線源としてMgKα1、2を用い、試料チャンバー中を1×10−8Torrに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正としてC1Sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を969eVに合わせる。C1Sピーク面積は、K.E.として958〜972eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。O1Sピーク面積は、K.E.として714〜726eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。ここで表面酸素濃度比(O/C)とは、上記O1Sピーク面積とC1Sピーク面積の比から、装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出する。 The surface oxygen concentration ratio (O / C) of carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, carbon fibers from which sizing agents have been removed with a solvent are cut and spread and arranged on a copper sample support, and then the photoelectron escape angle is set to 90 °, and MgK α1, 2 are used as X-ray sources, Keep the inside at 1 × 10 -8 Torr. The kinetic energy value (K.E.) of the main peak of C1S is adjusted to 969 eV as correction of the peak accompanying charging during measurement. The C1S peak area is E. It calculates | requires by drawing a straight baseline in the range of 952-972 eV. The O1S peak area is determined by E. It is determined by drawing a straight baseline in the range of 714 to 726 eV. Here, the surface oxygen concentration ratio (O / C) is calculated as an atomic ratio from the ratio of the O1S peak area to the C1S peak area using a sensitivity correction value unique to the device.

表面酸素濃度比(O/C)を制御する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、電解酸化処理、薬液酸化処理および気相酸化処理などの手法を取ることができ、中でも電解酸化処理が好ましい。   The means for controlling the surface oxygen concentration ratio (O / C) is not particularly limited, but, for example, methods such as electrolytic oxidation treatment, chemical oxidation treatment and gas phase oxidation treatment can be employed, among which electrolysis is particularly preferred. Oxidation treatment is preferred.

また、強化繊維(C)の平均繊維径は、特に限定されないが、得られる繊維強化複合材料の力学特性と表面外観の観点から、1〜20μmの範囲内であることが好ましく、3〜15μmの範囲内であることがより好ましい。   Also, the average fiber diameter of the reinforcing fiber (C) is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 20 μm, and 3 to 15 μm, from the viewpoint of mechanical properties and surface appearance of the obtained fiber reinforced composite material. It is more preferable to be within the range.

強化繊維(C)は、取り扱い性の面から、複数本の単糸を束ねた強化繊維束として用いても良い。強化繊維束を構成する単糸数としては、取り扱い性の面から100本以上、350,000本以下が好ましく、1,000本以上、250,000本以下がより好ましく、10,000本以上、100,000本以下がさらに好ましい。強化繊維束を構成する単糸数をこのような範囲とすることで、本発明の繊維強化複合材料が経済性良く得られる。   The reinforcing fiber (C) may be used as a reinforcing fiber bundle obtained by bundling a plurality of single yarns from the viewpoint of handleability. The number of single yarns constituting the reinforcing fiber bundle is preferably 100 or more and 350,000 or less, more preferably 1,000 or more and 250,000 or less, more preferably 10,000 or more and 100, from the viewpoint of handling. Or less is more preferable. By setting the number of single yarns constituting the reinforcing fiber bundle in such a range, the fiber-reinforced composite material of the present invention can be obtained economically.

強化繊維(C)の数平均繊維長としては、0.1mm〜50mmであることが好ましい。繊維強化複合材料の成形性の観点から0.1mm〜20mmであることがさらに好ましい。   The number average fiber length of the reinforcing fibers (C) is preferably 0.1 mm to 50 mm. It is more preferable that it is 0.1 mm-20 mm from a viewpoint of the moldability of a fiber reinforced composite material.

数平均繊維長の測定方法としては、例えば、溶解法、あるいは焼き飛ばし法により、繊維強化複合材料に含まれる樹脂成分を除去し、残った強化繊維を濾別した後、顕微鏡観察により測定する方法や、溶融法で繊維強化複合材料を薄く引き伸ばして強化繊維を透過観察して測定する方法がある。測定は強化繊維を無作為に400本選び出し、その長さを1μm単位まで光学顕微鏡にて測定し、ΣLi/400(Li:測定した繊維長(i=1,2,3,・・・,400)により数平均繊維長を算出する。なお、繊維強化複合材料から焼き飛ばし法や溶解法で強化繊維を摘出する方法、および溶融法で成形品を薄く引き伸ばして強化繊維を透過観察する方法は、得られる結果に特別な差異を生じることはない。   As a method of measuring the number average fiber length, for example, a method in which the resin component contained in the fiber-reinforced composite material is removed by a dissolution method or a burn-out method, and the remaining reinforcing fibers are separated by filtration and measured by a microscope. Alternatively, there is a method in which a fiber reinforced composite material is thinly stretched by a melting method and the reinforcing fibers are observed through transmission. In the measurement, 400 reinforcement fibers were randomly selected, the length was measured with an optical microscope to 1 μm unit, Σ Li / 400 (Li: measured fiber length (i = 1, 2, 3,..., 400) The number average fiber length is calculated from the method of extracting reinforcing fibers from the fiber reinforced composite material by the baking method or the dissolving method, and the method of thinly stretching a molded product by the melting method and observing the reinforcing fibers as There is no particular difference in the results obtained.

繊維強化複合材料における強化繊維(C)の接着性をより高めるために、強化繊維(C)には、カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を1分子中に2個以上有する化合物(以下、化合物(E)と略記)が付着していることが好ましい。前記官能基は1分子中に2種類以上が混在しても良く、1種類の官能基を1分子中に2個以上有する化合物を2種類以上併用しても良い。化合物(E)は脂肪族化合物であることが好ましい。化合物(E)を脂肪族化合物とすることで、強化繊維(C)および接着性化合物(B)との親和性が高まるため力学特性に優れた繊維強化複合材料が得られるため好ましい。   In order to further improve the adhesion of the reinforcing fiber (C) in the fiber-reinforced composite material, the reinforcing fiber (C) contains at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group and an epoxy group. It is preferable that a compound having two or more in one molecule (hereinafter, abbreviated as compound (E)) is attached. Two or more types of functional groups may be mixed in one molecule, and two or more types of compounds having one or more functional groups in one molecule may be used in combination. The compound (E) is preferably an aliphatic compound. By making the compound (E) into an aliphatic compound, the affinity with the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B) is enhanced, and a fiber-reinforced composite material having excellent mechanical properties is obtained, which is preferable.

化合物(E)の具体例としては、多官能エポキシ樹脂、アクリル酸系ポリマー、多価アルコール、ポリエチレンイミンなどが挙げられ、とりわけ強化繊維(C)の表面官能基や接着性化合物(B)の双方との反応性が高い多官能エポキシ樹脂が好ましい。   Specific examples of the compound (E) include polyfunctional epoxy resin, acrylic acid type polymer, polyhydric alcohol, polyethylene imine and the like, and in particular, both of the surface functional group of the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B) Polyfunctional epoxy resins having high reactivity with are preferred.

多官能エポキシ樹脂としては、3官能以上の脂肪族エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。中でも、脂肪カルボジイミド化合物との親和性の観点から3官能以上の脂肪族エポキシ樹脂が好ましい。なお、3官能以上の脂肪族エポキシ樹脂とは、1分子中にエポキシ基を3個以上有する脂肪族エポキシ樹脂を意味する。   As a polyfunctional epoxy resin, trifunctional or more than trifunctional aliphatic epoxy resin, a phenol novolak-type epoxy resin, etc. are mentioned. Among them, trifunctional or higher aliphatic epoxy resins are preferable from the viewpoint of affinity with the fatty carbodiimide compound. The trifunctional or higher aliphatic epoxy resin means an aliphatic epoxy resin having three or more epoxy groups in one molecule.

3官能以上の脂肪族エポキシ樹脂の具体例としては、例えば、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、アラビトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルなどの脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。これら脂肪族エポキシ樹脂の中でも、反応性の高いエポキシ基を1分子中に多く含み、かつ水溶性が高く、強化繊維(C)への塗布が容易なことから、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテルが本発明では好ましく用いられる。   Specific examples of the trifunctional or higher aliphatic epoxy resin include, for example, glycerol triglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ether, sorbitol polyglycidyl ether, arabitol polyglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether And polyglycidyl ethers of aliphatic polyhydric alcohols such as pentaerythritol polyglycidyl ether. Among these aliphatic epoxy resins, glycerol triglycidyl ether and diglycerol poly are preferred because they contain many highly reactive epoxy groups in one molecule, are highly water soluble, and are easy to apply to reinforcing fibers (C). Glycidyl ether and polyglycerol polyglycidyl ether are preferably used in the present invention.

本発明におけるアクリル酸系ポリマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸およびマレイン酸の重合体であって、1分子中にカルボキシル基を3個以上含有するポリマーの総称である。具体的には、ポリアクリル酸、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、アクリル酸とマレイン酸との共重合体、あるいはこれらの2種以上の混合物が挙げられる。さらに、アクリル酸系ポリマーは、前記官能基の数が1分子中に3個以上となる限り、カルボキシル基をアルカリで部分的に中和した(即ち、カルボン酸塩とした)ものであっても良い。前記アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化アンモニウムなどが挙げられる。アクリル酸系ポリマーとしては、カルボキシル基を1分子中により多く含むポリアクリル酸が好ましく用いられる。   The acrylic acid-based polymer in the present invention is a polymer of acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid, and is a generic term for polymers containing three or more carboxyl groups in one molecule. Specifically, polyacrylic acid, a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, a copolymer of acrylic acid and maleic acid, or a mixture of two or more of these may be mentioned. Furthermore, as long as the number of the functional groups in the molecule is 3 or more in one molecule, the acrylic acid-based polymer may be one in which the carboxyl group is partially neutralized with alkali (that is, as a carboxylate). good. Examples of the alkali include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, lithium hydroxide and potassium hydroxide, and ammonium hydroxide. As the acrylic acid-based polymer, polyacrylic acid containing more carboxyl groups in one molecule is preferably used.

本発明における多価アルコールの具体例としては、ポリビニルアルコール、グリセロール、ジグリセロール、ポリグリセロール、ソルビトール、アラビトール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。多価アルコールとしては、水酸基を1分子中により多く含むポリビニルアルコールが好ましく用いられる。   Specific examples of polyhydric alcohol in the present invention include polyvinyl alcohol, glycerol, diglycerol, polyglycerol, sorbitol, arabitol, trimethylolpropane, pentaerythritol and the like. As the polyhydric alcohol, polyvinyl alcohol containing more hydroxyl groups in one molecule is preferably used.

本発明におけるポリエチレンイミンとしては、エチレンイミンを開環重合して得られる、1級、2級、3級アミノ基による分岐構造を有するポリアミンである。ポリエチレンイミンとしては、アミノ基を1分子中により多く含むポリエチレンイミンが好ましく用いられる。   The polyethyleneimine in the present invention is a polyamine obtained by ring-opening polymerization of ethyleneimine and having a branched structure by primary, secondary and tertiary amino groups. As polyethylene imine, polyethylene imine containing more amino groups in one molecule is preferably used.

化合物(E)は、その質量平均分子量を1分子中の前記官能基の数(カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基の総数)で除した値が40〜150であることが好ましい。かかる範囲とすることで、強化繊維(C)の表面官能基や接着性化合物(B)の官能基との反応点の密度をより均一とすることができ、得られる繊維強化複合材料の引張強度といった力学特性をより高めることができる。   It is preferable that the value which remove | divided the mass mean molecular weight by the number of the said functional groups (total of a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group, and an epoxy group) in 1 molecule is 40-150 for a compound (E). With this range, the density of the reaction points with the surface functional group of the reinforcing fiber (C) and the functional group of the adhesive compound (B) can be made more uniform, and the tensile strength of the resulting fiber-reinforced composite material Such mechanical properties can be further enhanced.

本発明の繊維強化複合材料において、化合物(E)を用いる場合、その含有量は、繊維強化複合材料の強度を効率的に向上させるために、強化繊維(C)100質量部に対して0.01〜5質量部とすることが好ましく、0.1〜2質量部とすることがより好ましい。   In the fiber-reinforced composite material of the present invention, when the compound (E) is used, the content thereof is 0. 0 to 100 parts by mass of the reinforcing fiber (C) in order to efficiently improve the strength of the fiber-reinforced composite material. It is preferable to set it as 01-5 mass parts, and it is more preferable to set it as 0.1-2 mass parts.

化合物(E)を強化繊維(C)に付着する方法は、例えば強化繊維(C)のサイジング剤として付着する方法が例示できる。上記サイジング剤を強化繊維(C)に付与する手段としては、例えばローラーを介して強化繊維(C)をサイジング剤に浸漬させる方法、サイジング剤を霧状にして強化繊維(C)に吹き付ける方法などが挙げられる。この際、強化繊維(C)に対するサイジング剤の付着量がより均一となるように、サイジング剤を溶媒で希釈したり、付与する際の温度、糸条張力などをコントロールすることが好ましい。サイジング剤を希釈する溶媒は、水、メタノール、エタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトン、トルエンなどが挙げられるが、取扱いが容易で防災の観点から水が好ましい。かかる溶媒は、サイジング剤を強化繊維(C)に付与した後は加熱により蒸発させて除去される。また、水に不溶、もしくは難溶の化合物をサイジング剤として用いる場合には、乳化剤または界面活性剤を添加し、水分散して用いることが好ましい。乳化剤または界面活性剤としては、アニオン系乳化剤、カチオン系乳化剤、ノニオン系乳化剤などを用いることができる。これらの中でも相互作用の小さいノニオン系乳化剤を用いることがサイジング剤の効果を阻害しにくく好ましい。   As a method of attaching the compound (E) to the reinforcing fiber (C), for example, a method of attaching as a sizing agent of the reinforcing fiber (C) can be exemplified. As a means for applying the sizing agent to the reinforcing fiber (C), for example, a method in which the reinforcing fiber (C) is dipped in the sizing agent through a roller, a method in which the sizing agent is atomized and sprayed on the reinforcing fiber (C) Can be mentioned. At this time, it is preferable to control the temperature at the time of applying or diluting the sizing agent with a solvent, yarn tension and the like so that the adhesion amount of the sizing agent to the reinforcing fiber (C) becomes more uniform. Examples of the solvent for diluting the sizing agent include water, methanol, ethanol, dimethylformamide, dimethylacetamide, acetone, toluene and the like, but water is preferable from the viewpoint of easy handling and disaster prevention. Such a solvent is removed by evaporation by heating after applying the sizing agent to the reinforcing fiber (C). When a compound insoluble or sparingly soluble in water is used as a sizing agent, it is preferable to add an emulsifier or surfactant and disperse in water. As an emulsifier or surfactant, an anionic emulsifier, a cationic emulsifier, a nonionic emulsifier etc. can be used. Among these, it is preferable to use a nonionic emulsifier having a small interaction since the effect of the sizing agent is hardly inhibited.

本発明の繊維強化複合材料で用いられる接着性化合物(B)は、カルボジイミド構造、ウレア構造およびウレタン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を1分子内に2個以上有する化合物であることが必要であり、中でも、強化繊維との界面接着の観点からポリカルボジイミドが好ましく用いられる。   The adhesive compound (B) used in the fiber-reinforced composite material of the present invention is a compound having two or more structures of at least one selected from the group consisting of a carbodiimide structure, a urea structure and a urethane structure in one molecule. Among them, polycarbodiimide is preferably used from the viewpoint of interfacial adhesion with reinforcing fibers.

ポリカルボジイミドとしては、脂肪族ポリカルボジイミド、芳香族ポリカルボジイミドが挙げられ、熱可塑性樹脂との反応性の観点から脂肪族ポリカルボジイミドが好ましく用いられる。   Examples of polycarbodiimides include aliphatic polycarbodiimides and aromatic polycarbodiimides, and aliphatic polycarbodiimides are preferably used from the viewpoint of reactivity with a thermoplastic resin.

脂肪族ポリカルボジイミドとは、一般式 −N=C=N−R− (式中、R はシクロヘキシレンなどの脂環式化合物の2価の有機基、またはメチレン、エチレン、プロピレン、メチルエチレンなどの脂肪族化合物の2価の有機基を示す)で表される繰り返し単位を主要構成単位とする、好ましくは当該繰り返し単位を70モル%以上、より好ましくは90モル%以上、さらに好ましくは95モル%以上含有するホモポリマーまたはコポリマーである。 Aliphatic polycarbodiimides have the general formula -N = C = N-R 3- (wherein R 3 is a divalent organic group of an alicyclic compound such as cyclohexylene, or methylene, ethylene, propylene, methyl ethylene) And the like. The repeating unit represented by the divalent organic group of an aliphatic compound such as is a main constituent unit, preferably 70 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, and still more preferably 95 It is a homopolymer or copolymer containing mol% or more.

ウレア構造を有する接着性化合物(B)としては、ジイソシアネートを、複数のアミノ基を含む化合物(例えば、ヒドラジン、ジヒドラジドなど)を含むジアミンと反応させる事により得られたものを使用できる。別法として、複数のウレア構造を有する接着性化合物(B)であるポリウレアは、イソシアネートを水と反応させて不安定なカルバミン酸を形成する事により合成し得る。カルバミン酸は分解して二酸化炭素を発生し、直ちに過剰のイソシアネートと反応してウレア架橋を形成するアミノ基を形成する。または、カルボジイミド構造を有する化合物を水で処理して、カルボジイミドをウレアへと反応させることでも得られる。   As the adhesive compound (B) having a urea structure, those obtained by reacting diisocyanate with a diamine containing a compound containing a plurality of amino groups (for example, hydrazine, dihydrazide, etc.) can be used. Alternatively, polyurea, which is an adhesive compound (B) having a plurality of urea structures, can be synthesized by reacting an isocyanate with water to form an unstable carbamic acid. The carbamic acid decomposes to generate carbon dioxide which immediately reacts with the excess isocyanate to form an amino group which forms a urea bridge. Alternatively, it can also be obtained by treating a compound having a carbodiimide structure with water to react the carbodiimide with urea.

ウレタン構造を有する接着性化合物(B)としては、ビスクロロホルメートをジアミンと反応させる事により得られたものを使用できる。別法として、複数のウレタン構造を有する接着性化合物(B)であるポリウレタンは、ジイソシアネートをマクログリコールなどのジオール、ポリオール、またはマクログリコールと単鎖グリコール延長剤の組合せと反応させる事により合成し得る。   As the adhesive compound (B) having a urethane structure, those obtained by reacting bischloroformate with a diamine can be used. Alternatively, a polyurethane which is an adhesive compound (B) having a plurality of urethane structures can be synthesized by reacting a diisocyanate with a diol such as macroglycol, a polyol, or a combination of macroglycol and a single chain glycol extender. .

接着性化合物(B)は、その質量平均分子量が、好ましくは500〜10,000であり、より好ましくは1,000〜5,000である。接着性化合物(B)の質量平均分子量がこの範囲にあると、接着性化合物(B)が成形などの加熱溶融時に比較的流動しやすく、かつ流動しすぎて接着を損なうほどに拡散してしまわないため、強化繊維(C)の周辺に局在化しやすくなり、本発明の効果である、引張強度といった力学特性の向上が高レベルで達成できていると推定される。なお、接着性化合物(B)の質量平均分子量はSEC(サイズ排除クロマトグラフィー)などの分析方法によって求めることができる。   The adhesive compound (B) preferably has a weight average molecular weight of 500 to 10,000, and more preferably 1,000 to 5,000. When the mass average molecular weight of the adhesive compound (B) is in this range, the adhesive compound (B) is relatively easy to flow during heat melting such as molding, and it is too fluid to diffuse so that adhesion is impaired. Since it does not exist, it tends to be localized around the reinforcing fiber (C), and it is presumed that the improvement of mechanical properties such as tensile strength, which is the effect of the present invention, can be achieved at a high level. The mass average molecular weight of the adhesive compound (B) can be determined by an analysis method such as SEC (size exclusion chromatography).

本発明の繊維強化複合材料で用いられる熱可塑性樹脂(A)は、極性を高めて強化繊維(C)や接着性化合物(B)との親和性を大きくする観点から、主鎖の繰返し単位構造中に炭素以外の元素を含むことが必要であり、強化繊維(C)との界面接着性や繊維強化複合材料の成形性の観点から、より具体的にはポリカーボネート、ポリエステル、ポリアリーレンスルフィド、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンおよびポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる少なくとも1種の熱可塑性樹脂であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂(A)は、強化繊維(C)や接着性化合物(B)との接着性の観点からカルボキシル基、水酸基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を分子中に少なくとも1個有することが好ましい。   The thermoplastic resin (A) used in the fiber-reinforced composite material of the present invention has a repeating unit structure of the main chain from the viewpoint of increasing the polarity and increasing the affinity to the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B). It is necessary to contain an element other than carbon in it, and more specifically polycarbonate, polyester, polyarylene sulfide, polyamide from the viewpoint of the interfacial adhesion with the reinforcing fiber (C) and the formability of the fiber reinforced composite material. It is preferable that it is at least one thermoplastic resin selected from the group consisting of polyoxymethylene, polyether imide, polyether ketone and polyether ether ketone. In addition, the thermoplastic resin (A) has a molecule of at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group and an amino group from the viewpoint of adhesion with the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B). It is preferable to have at least one of them.

熱可塑性樹脂(A)は、その質量平均分子量が、好ましくは10,000〜80,000であり、より好ましくは10,000〜60,000であり、さらに好ましくは10,000〜40,000である。質量平均分子量の小さい熱可塑性樹脂(A)ほど溶融粘度が低く、得られる繊維強化複合材料が成形加工性に優れる為好ましい。   The thermoplastic resin (A) preferably has a weight average molecular weight of 10,000 to 80,000, more preferably 10,000 to 60,000, and still more preferably 10,000 to 40,000. is there. The lower the mass average molecular weight of the thermoplastic resin (A), the lower the melt viscosity, and the resulting fiber-reinforced composite material is preferred because it is excellent in molding processability.

また、本発明の繊維強化複合材料は、質量平均分子量の小さい熱可塑性樹脂(A)ほど、得られる繊維強化複合材料の引張強度といった力学特性が向上する傾向がある。この原因は、熱可塑性樹脂(A)が有する官能基が接着性化合物(B)の官能基と化学反応しており、質量平均分子量の小さい熱可塑性樹脂(A)ほど末端に存在する官能基が相対的に増加し、接着性化合物(B)との反応点が増加するためであると推測される。この効果は、強化繊維(C)への接着性が低いポリアリーレンスルフィドを熱可塑性樹脂(A)として用いた場合にとりわけ顕著である。これらの理由から、本発明の繊維強化複合材料において、熱可塑性樹脂(A)の質量平均分子量を10,000〜40,000の範囲とすることが、得られる繊維強化複合材料の力学特性を高レベルで達成でき、成型加工性と両立できる為とりわけ好ましい。   In the fiber-reinforced composite material of the present invention, mechanical properties such as tensile strength of the obtained fiber-reinforced composite material tend to improve as the thermoplastic resin (A) having a smaller mass average molecular weight. The cause of this is that the functional group possessed by the thermoplastic resin (A) chemically reacts with the functional group of the adhesive compound (B), and the smaller the mass average molecular weight of the thermoplastic resin (A) the functional group present at the end It is presumed that the relative increase is due to an increase in the reaction point with the adhesive compound (B). This effect is particularly remarkable when polyarylene sulfide having low adhesion to reinforcing fibers (C) is used as the thermoplastic resin (A). For these reasons, in the fiber-reinforced composite material of the present invention, setting the mass average molecular weight of the thermoplastic resin (A) in the range of 10,000 to 40,000 enhances the mechanical properties of the resulting fiber-reinforced composite material. It is particularly preferable because it can be achieved at the same level and compatible with the molding processability.

なお、熱可塑性樹脂(A)の質量平均分子量はサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)によって測定することができる。SECでは、熱可塑性樹脂(A)の質量平均分子量は、ポリスチレン換算の質量平均分子量として算出される。   The mass average molecular weight of the thermoplastic resin (A) can be measured by size exclusion chromatography (SEC). In SEC, the mass average molecular weight of the thermoplastic resin (A) is calculated as a mass average molecular weight in terms of polystyrene.

本発明の繊維強化複合材料には、本発明の効果を損なわない範囲で、エラストマーあるいはゴム成分などの耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤が含有されていても良い。添加剤の例としては、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、あるいは制泡剤が挙げられる。   The fiber-reinforced composite material of the present invention may contain an impact resistance improver such as an elastomer or a rubber component, and other fillers and additives as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of additives include flame retardants, conductivity imparting agents, crystal nucleating agents, ultraviolet light absorbers, antioxidants, damping agents, antibacterial agents, insect repellents, deodorants, coloring inhibitors, heat stabilizers, mold release And antistatic agents, plasticizers, lubricants, colorants, pigments, dyes, foaming agents, or foam control agents.

本発明の繊維強化複合材料において、接着性化合物(B)は、熱可塑性樹脂(A)100質量部に対して0.1〜10質量部含有されていることが好ましく、0.1〜5質量部含有されていることがさらに好ましい。接着性化合物(B)の含有量が、この範囲にあると、強化繊維(C)と熱可塑性樹脂(A)との親和性を高めるのに十分な量であり、かつ熱可塑性樹脂(A)への配合が適量でありコスト面への影響も軽微な量であり、繊維強化複合材料の力学特性を効率的に向上させることができるため好ましい。接着性化合物(B)の含有量が、0.1質量部未満では、接着性化合物(B)の量が十分でなく、得られる繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性の向上効果が小さい場合がある。また、接着性化合物(B)の含有量が、10質量部を越えると、接着性化合物(B)が多すぎる為に、得られる繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性の向上効果が小さい場合がある。   In the fiber-reinforced composite material of the present invention, the adhesive compound (B) is preferably contained in an amount of 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the thermoplastic resin (A), and 0.1 to 5 parts It is more preferable that the component is contained. When the content of the adhesive compound (B) is in this range, it is an amount sufficient to enhance the affinity between the reinforcing fiber (C) and the thermoplastic resin (A), and the thermoplastic resin (A) It is preferable that the amount thereof is appropriate, and the influence on the cost is also a slight amount, and the mechanical properties of the fiber-reinforced composite material can be efficiently improved. When the content of the adhesive compound (B) is less than 0.1 parts by mass, the amount of the adhesive compound (B) is not sufficient, and the effect of improving mechanical properties such as tensile strength of the obtained fiber-reinforced composite material is small There is a case. When the content of the adhesive compound (B) exceeds 10 parts by mass, the adhesive compound (B) is too large, so the effect of improving mechanical properties such as tensile strength of the obtained fiber-reinforced composite material is small There is a case.

本発明の繊維強化複合材料において、強化繊維(C)は、熱可塑性樹脂(A)100質量部に対して10〜300質量部含有されていることが好ましく、10〜200質量部含有されていることがさらに好ましく、20〜100質量部含有されていることがより好ましく、20〜50質量部含有されていることがさらに好ましい。強化繊維(C)の含有量が、10質量部未満では、強化繊維(C)の量が十分でなく、得られる繊維強化複合材料の引張強度といった力学特性の向上効果が小さい場合がある。強化繊維(C)の含有量が、300質量部を越えると、強化繊維(C)を熱可塑性樹脂(A)と接着性化合物(B)を含むマトリックス樹脂に複合化させる難易度があがり、結果的に得られる繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性の向上効果が小さい場合がある。   In the fiber-reinforced composite material of the present invention, the reinforcing fiber (C) is preferably contained in an amount of 10 to 300 parts by mass, preferably 10 to 200 parts by mass, per 100 parts by mass of the thermoplastic resin (A). The content is more preferably 20 to 100 parts by mass, more preferably 20 to 50 parts by mass. When the content of the reinforcing fiber (C) is less than 10 parts by mass, the amount of the reinforcing fiber (C) may not be sufficient, and the effect of improving mechanical properties such as tensile strength of the obtained fiber reinforced composite material may be small. When the content of the reinforcing fiber (C) exceeds 300 parts by mass, the degree of difficulty in combining the reinforcing fiber (C) with the matrix resin containing the thermoplastic resin (A) and the adhesive compound (B) increases. In some cases, the effect of improving mechanical properties such as tensile strength of the fiber-reinforced composite material to be obtained is small.

本発明の繊維強化複合材料において、式(1)で示される接着性化合物(B)の存在比Rbが1.2以上である必要があり、強化繊維(C)と接着性化合物(B)の界面接着の観点から存在比Rbが1.5以上であることが好ましい。
Rb=R(≦500nm)/R(>500nm)・・・式(1)
R(≦500nm):強化繊維(C)周辺500nm以内の接着性化合物(B)の存在量
R(>500nm):強化繊維(C)周辺500nmより外側の接着性化合物(B)の存在量
In the fiber-reinforced composite material of the present invention, the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) represented by the formula (1) needs to be 1.2 or more, and the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B) From the viewpoint of interfacial adhesion, the abundance ratio Rb is preferably 1.5 or more.
Rb = R (≦ 500 nm) / R (> 500 nm) (1)
R (≦ 500 nm): Abundance of adhesive compound (B) within 500 nm around reinforcing fiber (C) R (> 500 nm): Presence of adhesive compound (B) outside 500 nm around reinforcing fiber (C)

存在比Rbは、1.2未満となると、強化繊維(C)と接着性化合物(B)の界面接着が悪くなり、繊維強化複合材料の力学特性、特に界面接着に影響する引張強度が悪くなる。   When the abundance ratio Rb is less than 1.2, the interfacial adhesion between the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B) is deteriorated, and the mechanical properties of the fiber-reinforced composite material, in particular, the tensile strength affecting the interfacial adhesion is deteriorated. .

また、強化繊維(C)の表面への接着性化合物(B)の凝集度合いを制御する観点から、存在比Rbは、10以下であることが好ましく、5以下であることがさらに好ましく、3.5以下であることがより好ましい。   In addition, from the viewpoint of controlling the degree of aggregation of the adhesive compound (B) on the surface of the reinforcing fiber (C), the abundance ratio Rb is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and 3. More preferably, it is 5 or less.

存在比Rbは、例えば、エネルギー分散型X線分光法(EDX)、X線光電子分光法(XPS)、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)などを使用することによって、接着性化合物(B)に含まれる特徴的な元素(窒素原子、酸素原子など)や分子、結合状態を強化繊維(C)近傍についてR(≦500nm)およびR(>500nm)を測定して、比をとることで算出できる。また、存在比をマッピングすることでそれぞれの場所における存在量を知ることもできる。   The abundance ratio Rb is, for example, adhesion using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), etc. Measure the characteristic elements (nitrogen atom, oxygen atom, etc.), molecules, and bonding states contained in the compound (B) by measuring R (≦ 500 nm) and R (> 500 nm) in the vicinity of the reinforcing fiber (C) to obtain a ratio It can be calculated by taking it. Also, by mapping the abundance ratio, it is possible to know the abundance at each location.

図1は、本発明の繊維強化複合材料について、含まれる強化繊維(C)の単糸の軸心方向に直交する断面で観察した例を模式的に表したものである。強化繊維(C)(図1における強化繊維単糸1)の断面の外周で接着性化合物(B)の存在量が多い領域(図1における強化繊維(C)周辺500nm以内の領域2)は、接着性化合物(B)と熱可塑性樹脂(A)を含むマトリックス樹脂の内、接着性化合物(B)の割合が多い領域から構成される。また、接着性化合物(B)の存在量が少ない領域(図1における強化繊維(C)周辺500nmより外側の領域3)は、接着性化合物(B)と熱可塑性樹脂(A)を含むマトリックス樹脂の内、熱可塑性樹脂(A)の割合が多い領域から構成される。ここで、強化繊維(C)周辺500nmとは、強化繊維(C)の接線から垂直に直線を引いた長さ(図1における強化繊維(C)からの長さ4)が500nmであることを示す。上記エネルギー分散型X線分光法(EDX)、X線光電子分光法(XPS)、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF−SIMS)などの測定をより正確に実施するためには、例えば、繊維強化複合材料を、強化繊維(C)の単糸の軸心方向に直交する断面から傾斜角度をつけて作製した断面を測定することで、測定部位面積を大きく確保することができる。   FIG. 1: represents typically the example observed in the cross section orthogonal to the axial center direction of the single yarn of the reinforced fiber (C) contained about the fiber reinforced composite material of this invention. A region (region 2 within 500 nm around reinforcing fiber (C) in FIG. 1) has a large amount of the adhesive compound (B) at the outer periphery of the cross section of the reinforcing fiber (C) (reinforcing fiber single yarn 1 in FIG. 1) Of the matrix resin containing the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A), it is composed of a region in which the ratio of the adhesive compound (B) is high. Further, the region where the adhesive compound (B) is present in a small amount (region 3 outside the peripheral 500 nm around the reinforcing fiber (C) in FIG. 1) is a matrix resin containing the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) Among these, it comprises from a field with a large rate of thermoplastic resin (A). Here, 500 nm around the reinforcing fiber (C) means that the length (the length 4 from the reinforcing fiber (C) in FIG. 1) obtained by drawing a straight line vertically from the tangent of the reinforcing fiber (C) is 500 nm Show. In order to carry out the measurement of the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS), etc. more accurately, for example, The measurement site area can be largely secured by measuring the cross section of the fiber-reinforced composite material produced by giving an inclination angle from the cross section orthogonal to the axial direction of the single yarn of the reinforcing fiber (C).

本発明の繊維強化複合材料を得る為の1例として、押出機を用いて溶融混練を行う方法が例示できる。押出機としては、単軸押出機や二軸押出機が例示でき、中でも混練性に優れる二軸押出機を好ましく用いることができる。二軸押出機としては、スクリュー長さLとスクリュー直径Dの比L/Dが20〜100であるものが例示できる。さらに、二軸押出機のスクリューは、フルフライトやニーディングディスクなどの長さや形状的特長が異なるスクリューセグメントが組み合わされて構成されるが、混練性と反応性の向上の点から、1個以上のニーディングディスクを含むことが好ましい。溶融混練条件として、溶融混練の際のシリンダー温度は、混練性と反応性の向上の点から250〜400℃が好ましく、280〜350℃がより好ましく、280〜310℃がさらに好ましい。かかる構成の二軸押出機を用いることで、二軸押出機のシリンダー内で各成分の官能基同士の反応が進行し、得られる繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性が向上する。   As an example for obtaining the fiber-reinforced composite material of the present invention, a method of melt-kneading using an extruder can be exemplified. As an extruder, a single-screw extruder and a twin-screw extruder can be illustrated, and among them, a twin-screw extruder excellent in kneadability can be preferably used. As a twin-screw extruder, that whose ratio L / D of screw length L and screw diameter D is 20-100 can be illustrated. Furthermore, the screw of the twin-screw extruder is configured by combining screw segments having different length and shape characteristics such as full flight and kneading disks, but from the point of improvement of kneadability and reactivity, one or more screws It is preferable to include a kneading disc of As melt-kneading conditions, the cylinder temperature at the time of melt-kneading is preferably 250 to 400 ° C., more preferably 280 to 350 ° C., and still more preferably 280 to 310 ° C. from the viewpoint of improving kneadability and reactivity. By using the twin-screw extruder having such a configuration, the reaction between functional groups of each component proceeds in the cylinder of the twin-screw extruder, and mechanical properties such as tensile strength of the obtained fiber-reinforced composite material are improved.

前記押出機を用いて本発明の繊維強化複合材料を得る為の第1の方法としては、強化繊維(C)と接着性化合物(B)と熱可塑性樹脂(A)とを溶融混練する方法が挙げられる。さらに、強化繊維(C)と接着性化合物(B)と熱可塑性樹脂(A)とを溶融混練する際に、熱可塑性樹脂(A)と接着性化合物(B)を溶融混練し、次いで強化繊維(C)と複合化させる方法を選択することが好ましい。かかる構成とすることで、熱可塑性樹脂(A)を溶融混練し、次いで接着性化合物(B)および強化繊維(C)を複合化させる方法に比べ熱可塑性樹脂(A)中への接着性化合物(B)の拡散を制御しやすくなり、さらに、熱可塑性樹脂(A)と強化繊維(C)とを溶融混練し、次いで接着性化合物(B)を複合化させる方法に比べ強化繊維(C)表面への接着性化合物(B)の凝集を制御しやすく、存在比Rbを制御した繊維強化複合材料が生産性良く製造されるようになる。   As a first method for obtaining the fiber-reinforced composite material of the present invention using the extruder, a method of melt-kneading reinforcing fiber (C), adhesive compound (B) and thermoplastic resin (A) is used. It can be mentioned. Furthermore, when melt-kneading the reinforcing fiber (C), the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A), the thermoplastic resin (A) and the adhesive compound (B) are melt-kneaded, and then the reinforcing fiber It is preferable to select the method of complexing with (C). With such a configuration, the adhesive compound in the thermoplastic resin (A) is compared to the method of melt-kneading the thermoplastic resin (A) and then combining the adhesive compound (B) and the reinforcing fiber (C). The diffusion of (B) can be easily controlled, and furthermore, the reinforcing fiber (C) can be compared to a method in which the thermoplastic resin (A) and the reinforcing fiber (C) are melt-kneaded and then the adhesive compound (B) is compounded. The aggregation of the adhesive compound (B) on the surface can be easily controlled, and a fiber-reinforced composite material having a controlled abundance ratio Rb can be produced with high productivity.

強化繊維(C)と接着性化合物(B)と熱可塑性樹脂(A)とを溶融混練する際に、熱可塑性樹脂(A)と接着性化合物(B)を溶融混練し、次いで強化繊維(C)と複合化させる方法としては、熱可塑性樹脂(A)と接着性化合物(B)を押出機にメインフィードし、強化繊維(C)をサイドフィードする方法が例示できる。   When melt-kneading the reinforcing fiber (C), the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A), the thermoplastic resin (A) and the adhesive compound (B) are melt-kneaded, and then the reinforcing fiber (C) As a method of making it complex, and the thermoplastic resin (A) and an adhesive compound (B) can be main-fed to an extruder, and the method of side-feeding reinforcing fibers (C) can be illustrated.

さらに好ましくは、強化繊維(C)の投入を出来るだけ早めに実施する方法が例示できる。強化繊維(C)の投入を早くすることで、強化繊維(C)と接着性化合物(B)が反応あるいは、相互作用により接近し、接着性化合物(B)が強化繊維(C)の周辺500nm以下に局在化することで繊維強化複合材料において、強化繊維(C)と接着性化合物(B)の界面強度を高め、引張強度などの力学特性を向上させることができるため好ましい。この為、押出機にサイドフィードする位置としては、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の20〜70%の範囲が例示でき、20〜50%の範囲がより好ましい。また、押出機のシリンダー温度を低くすることで、溶融時に接着性化合物(B)を流動しにくくして、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂中での拡散を制御し、強化繊維(C)の周辺に接着性化合物(B)を局在化させることも可能である。この方法では、強化繊維(C)がランダムに分散した溶融混練物が得られ、この溶融混練物をペレットとすることで射出成形などに好適に用いられる。射出成形によって成形する場合、複雑形状の成形品を生産性良く製造できる。また、射出成形の際にもシリンダー温度を低くすることで、溶融時に接着性化合物(B)を流動しにくくして、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂中での拡散を制御し、強化繊維(C)の周辺に接着性化合物(B)を局在化させることも可能である。   More preferably, a method of carrying out the introduction of the reinforcing fiber (C) as early as possible can be exemplified. By accelerating the introduction of the reinforcing fiber (C), the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B) approach each other by reaction or interaction, and the adhesive compound (B) reaches 500 nm around the reinforcing fiber (C) The localization in the following manner is preferable because in the fiber-reinforced composite material, the interfacial strength between the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B) can be increased and mechanical properties such as tensile strength can be improved. For this reason, the range of 20 to 70% of the distance from the position of the main feed to the extruder to the discharge port of the extruder can be exemplified as the side feed position to the extruder, and the range of 20 to 50% is more preferable. In addition, lowering the cylinder temperature of the extruder makes it difficult for the adhesive compound (B) to flow during melting to control the diffusion of the fiber-reinforced composite material in the matrix resin, and around the reinforcing fibers (C). It is also possible to localize the adhesive compound (B). In this method, a melt-kneaded product in which reinforcing fibers (C) are randomly dispersed is obtained, and this melt-kneaded product is suitably used for injection molding and the like by forming it into pellets. In the case of molding by injection molding, moldings of complicated shapes can be produced with high productivity. In addition, lowering the cylinder temperature also during injection molding makes it difficult for the adhesive compound (B) to flow at the time of melting to control the diffusion of the fiber-reinforced composite material in the matrix resin, thereby reinforcing the reinforcing fiber (C It is also possible to localize the adhesive compound (B) in the vicinity of).

前記押出機を用いて本発明の繊維強化複合材料を得る為の第2の方法としては、接着性化合物(B)と熱可塑性樹脂(A)を予め溶融混練した樹脂組成物を、強化繊維(C)を用いた繊維基材と複合化させる方法が挙げられる。この場合、接着性化合物(B)と熱可塑性樹脂(A)を予め混合した場合でも、該樹脂組成物を強化繊維(C)と複合化させる際に、接着性化合物(B)が熱可塑性樹脂(A)と反応しないで単純に混練された状態である。そのため、強化繊維(C)と接着性化合物(B)が反応あるいは、相互作用により接近し、接着性化合物(B)が強化繊維(C)の周辺500nm以下に局在化することで、繊維強化複合材料において、強化繊維(C)と接着性化合物(B)の界面強度を高め、引張強度などの力学特性を向上させることができる。前記繊維基材の形状としては、例えば連続した強化繊維を一方向に配列させてシート状とした一方向配列基材、織物(クロス)、不織布、マット、編み物、組み紐、ヤーン、トウ、などが挙げられる。前記複合化の形態としては、含浸、被覆、積層などが挙げられるが、ボイドなどが少なく、引張強度や伸度といった力学特性に優れる繊維強化複合材料が得られる為に、前記樹脂組成物を前記繊維基材に含浸させたものが好ましい。このような繊維強化複合材料は、プレス成形、スタンピング成形、オートクレーブ成形、フィラメントワインディング成形、トランスファー成形によって成形でき、細かくした基材であれば射出成形によっても成形できる。中でも、成形品の生産性と力学特性のバランスから、プレス成形、スタンピング成形および射出成形が好ましく用いられる。   As a second method for obtaining the fiber-reinforced composite material of the present invention using the above-mentioned extruder, a resin composition prepared by melt-kneading the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) in advance is a reinforcing fiber ( The method of making it complex with the fiber base material using C) is mentioned. In this case, even when the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) are mixed in advance, when the resin composition is compounded with the reinforcing fiber (C), the adhesive compound (B) is a thermoplastic resin It does not react with (A) but is simply kneaded. Therefore, the fiber reinforcement is achieved by the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B) coming close to each other by reaction or interaction, and the adhesive compound (B) localizing to 500 nm or less around the reinforcing fiber (C). In the composite material, the interfacial strength between the reinforcing fiber (C) and the adhesive compound (B) can be increased, and mechanical properties such as tensile strength can be improved. The shape of the fiber base is, for example, a unidirectional alignment base in which continuous reinforcing fibers are arranged in one direction to form a sheet, woven fabric (cross), non-woven fabric, mat, knitting, braid, yarn, tow, etc. It can be mentioned. The form of the composite includes impregnation, coating, lamination, etc., but since the fiber reinforced composite material having a small number of voids and excellent mechanical properties such as tensile strength and elongation can be obtained, It is preferable that the fiber base material be impregnated. Such a fiber-reinforced composite material can be formed by press molding, stamping, autoclave molding, filament winding molding, transfer molding, and if it is a finely divided substrate, it can also be formed by injection molding. Among them, press molding, stamping molding and injection molding are preferably used in view of the balance between productivity of molded articles and mechanical properties.

本発明の繊維強化複合材料は、電子機器筐体として好適であり、コンピューター、テレビ、カメラ、オーディオプレイヤーなどに好適に使用される。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is suitable as an electronic device housing, and is suitably used for a computer, a television, a camera, an audio player and the like.

本発明の繊維強化複合材料は、電気電子部品用途に好適であり、コネクター、LEDランプ、ソケット、光ピックアップ、端子板、プリント基板、スピーカー、小型モーター、磁気ヘッド、パワーモジュール、発電機、電動機、変圧器、変流器、電圧調整器、整流器、インバーターなどに好適に使用される。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is suitable for electrical and electronic component applications, and connectors, LED lamps, sockets, optical pickups, terminal boards, printed boards, printed boards, speakers, small motors, magnetic heads, power modules, generators, motors, It is suitably used for transformers, current transformers, voltage regulators, rectifiers, inverters and the like.

本発明の繊維強化複合材料は、自動車用部品や車両関連部品などに好適であり、安全ベルト部品、インストルメントパネル、コンソールボックス、ピラー、ルーフレール、フェンダー、バンパー、ドアパネル、ルーフパネル、フードパネル、トランクリッド、ドアミラーステー、スポイラー、フードルーバー、ホイールカバー、ホイールキャップ、ガーニッシュ、インテークマニホールド、燃料ポンプ、エンジン冷却水ジョイント、ウィンドウォッシャーノズル、ワイパー、バッテリー周辺部品、ワイヤーハーネスコネクター、ランプハウジング、ランプリフレクター、ランプソケットなどに好適に使用される。   The fiber-reinforced composite material of the present invention is suitable for automobile parts and vehicle-related parts, etc., and may be safety belt parts, instrument panels, console boxes, pillars, roof rails, fenders, bumpers, door panels, roof panels, hood panels, trunks. Lid, door mirror stay, spoiler, hood louver, wheel cover, wheel cap, garnish, intake manifold, fuel pump, engine coolant joint, window washer nozzle, wiper, battery peripheral parts, wire harness connector, lamp housing, lamp reflector, lamp It is suitably used for a socket etc.

本発明の繊維強化複合材料は、建材として好適であり、土木建築物の壁、屋根、天井材関連部品、窓材関連部品、断熱材関連部品、床材関連部品、免震制振部材関連部品、ライフライン関連部品などに好適に使用される。   The fiber reinforced composite material of the present invention is suitable as a building material, and wall, roof, ceiling material related parts, window material related parts, heat insulating material related parts, floor material related parts, seismic isolation vibration control member related parts for civil engineering buildings , Lifeline related parts etc. are preferably used.

本発明の繊維強化複合材料は、スポーツ用品として好適であり、ゴルフクラブのシャフト、ゴルフボールなどのゴルフ関連用品、テニスラケットやバトミントンラケットなどのスポーツラケット関連用品、アメリカンフットボールや野球、ソフトボールなどのマスク、ヘルメット、胸当て、肘当て、膝当てなどのスポーツ用身体保護用品、釣り竿、リール、ルアーなどの釣り具関連用品、スキー、スノーボードなどのウィンタースポーツ関連用品などに好適に使用される。   The fiber reinforced composite material of the present invention is suitable as a sporting goods, and golf club shafts, golf related products such as golf balls, sports racquet related products such as tennis racquets and badminton racquets, American football and baseball, softballs, etc. It is suitably used for sports personal protection products such as masks, helmets, bibs, elbow pads and knee pads, fishing gear related products such as fishing rods, reels and lures, and winter sports related products such as skis and snowboards.

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例2、5−11は、現在は参考例であり、実施例1、3、4が本発明の実施例である。
Hereinafter, the present invention will be more specifically described by way of examples. In addition, Example 2, 5-11 is a reference example now, and Example 1, 3, 4 is an Example of this invention.

まず、本発明に使用した評価方法を下記する。   First, the evaluation method used in the present invention will be described below.

(1)繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長
繊維強化複合材料の一部を切り出し、熱可塑性樹脂(A)の融点+30℃の温度、軟化温度+150℃、ガラス転移温度+150℃のいずれかの条件(熱可塑性樹脂(A)がポリフェニレンスルフィドであれば310℃、ポリカーボネートであれば300℃)で加熱プレスし、30μm厚のフィルムを得た。得られたフィルムを光学顕微鏡にて150倍に拡大観察し、フィルム内で分散した強化繊維を観察した。その長さを1μm単位まで測定して、次式により数平均繊維長(Ln)を求めた。
数平均繊維長(Ln)=(ΣLi)/Ntotal
Li:測定した繊維長さ(i=1、2、3、・・・、n)
Ntotal:繊維長さを測定した総本数
(1) Number Average Fiber Length of Reinforcing Fiber (C) Contained in Fiber-Reinforced Composite Material A portion of the fiber-reinforced composite material is cut out, and the temperature of melting point + 30 ° C of thermoplastic resin (A), softening temperature + 150 ° C, glass The film was heat-pressed under any of the conditions of transition temperature + 150 ° C (310 ° C if the thermoplastic resin (A) is polyphenylene sulfide and 300 ° C if polycarbonate is a polycarbonate) to obtain a 30 μm thick film. The obtained film was observed at a magnification of 150 with an optical microscope, and the reinforcing fibers dispersed in the film were observed. The length was measured to 1 μm, and the number average fiber length (Ln) was determined by the following equation.
Number average fiber length (Ln) = (ΣLi) / Ntotal
Li: Measured fiber length (i = 1, 2, 3, ..., n)
Ntotal: Total number of fibers measured

(2)繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb
熱可塑性樹脂(A)がポリフェニレンスルフィドの場合、次の手順に従って求めた。まず、エネルギー分散型X線分光法(EDX)を用いて、R(≦500nm)とR(>500nm)の各領域についてC(炭素原子)/S(硫黄原子)の比を評価した。C/Sは、集束イオンビーム(FIB)装置を用いて、FIBマイクロサンプリング法により、繊維強化複合材料から観察用試験片を作製した。次に下記装置、条件によって所定の範囲の炭素原子数および硫黄原子数を検出し、得られた炭素原子数を硫黄原子数で除することで、その範囲の硫黄濃度比C/Sとした。この方法によって、測定場所でポリアリーレンスルフィドのC/SよりもC(炭素原子)が多いか少ないかを判断することができ、ポリアリーレンスルフィド以外の化合物、すなわち接着性化合物(B)が多いか少ないかを知ることができることから、接着性化合物(B)の測定場所における存在量を間接的に知ることができることになり、各C/Sを式(1)に代入し繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rbを求めた。
R(≦500nm)=C(≦500)/S(≦500):強化繊維(C)周辺500nm以内の接着性化合物(B)の存在量
R(>500nm)=C(>500)/S(>500):強化繊維(C)周辺500nmより外側の接着性化合物(B)の存在量
Rb=R(≦500nm)/R(>500nm)・・・式(1)
装置:原子分解能分析電子顕微鏡(STEM); JEM−ARM200F(JEOL製)
エネルギー分散型X線分析装置 ; JED−2300(JEOL製)
測定条件:加速電圧; 200kV
beam spot size; 0.2nmφ
(2) Abundance ratio Rb of adhesive compound (B) of fiber reinforced composite material
When the thermoplastic resin (A) was polyphenylene sulfide, it was determined according to the following procedure. First, the ratio of C (carbon atom) / S (sulfur atom) was evaluated for each region of R (≦ 500 nm) and R (> 500 nm) using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). C / S produced the specimen for observation from a fiber reinforced composite material by FIB micro sampling method using a focused ion beam (FIB) apparatus. Next, the number of carbon atoms and the number of sulfur atoms in a predetermined range were detected according to the following apparatus and conditions, and the obtained number of carbon atoms was divided by the number of sulfur atoms to obtain a sulfur concentration ratio C / S in that range. By this method, it can be determined whether C (carbon atom) is more or less than C / S of polyarylene sulfide at the measurement site, and is there more compounds other than polyarylene sulfide, ie, adhesive compound (B) Since it is possible to know whether the amount is small, it is possible to indirectly know the amount of the adhesive compound (B) at the measurement site, and substituting each C / S into the formula (1) to bond the fiber-reinforced composite material The abundance ratio Rb of the sex compound (B) was determined.
R (≦ 500 nm) = C (≦ 500) / S (≦ 500): Abundance of the adhesive compound (B) within about 500 nm around the reinforcing fiber (C) R (> 500 nm) = C (> 500) / S (S) > 500): Abundance of the adhesive compound (B) outside 500 nm around a reinforcing fiber (C) Rb = R (≦ 500 nm) / R (> 500 nm) (1)
Device: Atomic resolution analysis electron microscope (STEM); JEM-ARM200F (manufactured by JEOL)
Energy dispersive X-ray analyzer; JED-2300 (manufactured by JEOL)
Measurement condition: Acceleration voltage; 200kV
beam spot size; 0.2 nmφ

熱可塑性樹脂(A)がポリカーボネートの場合は、S(硫黄原子)の代わりにO(酸素原子)を対象として上記と同様の評価をおこなって、Rbを測定した。   When the thermoplastic resin (A) was a polycarbonate, the same evaluation as described above was performed for O (oxygen atom) instead of S (sulfur atom) to measure Rb.

(3)繊維強化複合材料の引張試験
ASTM D638に準拠し、Type−I試験片を用い、試験機として、“インストロン(登録商標)”万能試験機(インストロン社製)を用いた。
(3) Tensile Test of Fiber-Reinforced Composite Material In accordance with ASTM D638, Type-I test pieces were used, and "Instron (registered trademark)" universal tester (manufactured by Instron) was used as a testing machine.

次に、本発明の実施例および比較例に用いた材料について説明する。   Next, materials used in Examples and Comparative Examples of the present invention will be described.

実施例1〜11または比較例1〜7のいずれかで用いた強化繊維(C)は、以下の通りである。
(強化繊維−1)ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を用いて、紡糸、焼成処理、および表面酸化処理を行うことによって、総単糸数12,000本の連続した炭素繊維ストランドを得た。この炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
引張強度:4,900MPa
引張弾性率:240GPa
引張伸度:2%
比重:1.8
単糸直径:7μm
表面酸素濃度比[O/C]:0.12
(強化繊維−2)ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を用いて、紡糸、焼成処理、および表面酸化処理を行うことによって、総単糸数12,000本の連続した炭素繊維ストランドを得た。この炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
引張強度:4,900MPa
引張弾性率:230GPa
引張伸度:2%
比重:1.8
単糸直径:7μm
表面酸素濃度比[O/C]:0.06
(強化繊維−3)E−Glass製、総単糸数1,600本の連続したガラス繊維ストランド
この強化繊維の特性は次に示す通りであった。
引張強度:3,400MPa
引張弾性率:72GPa
引張伸度:3%
比重:2.6
単糸直径:13μm
The reinforcing fibers (C) used in any of Examples 1 to 11 or Comparative Examples 1 to 7 are as follows.
(Reinforcing Fiber-1) A continuous carbon fiber strand having a total number of 12,000 single filaments was obtained by performing spinning, baking treatment, and surface oxidation treatment using a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component. . The properties of this carbon fiber were as follows.
Tensile strength: 4,900MPa
Tensile modulus of elasticity: 240 GPa
Tensile elongation: 2%
Specific gravity: 1.8
Single yarn diameter: 7 μm
Surface oxygen concentration ratio [O / C]: 0.12
(Reinforcing Fiber-2) A continuous carbon fiber strand having a total number of 12,000 single filaments was obtained by performing spinning, baking treatment, and surface oxidation treatment using a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component. . The properties of this carbon fiber were as follows.
Tensile strength: 4,900MPa
Tensile modulus of elasticity: 230 GPa
Tensile elongation: 2%
Specific gravity: 1.8
Single yarn diameter: 7 μm
Surface oxygen concentration ratio [O / C]: 0.06
(Reinforcing Fiber-3) A continuous glass fiber strand made of E-Glass and having a total of 1,600 single filaments. The properties of this reinforcing fiber were as follows.
Tensile strength: 3,400MPa
Tensile modulus of elasticity: 72 GPa
Tensile elongation: 3%
Specific gravity: 2.6
Single thread diameter: 13 μm

実施例1〜11および比較例1〜7のいずれかで用いた接着性化合物(B)は、以下の通りである。
(接着性化合物−1)脂肪族ポリカルボジイミド“カルボジライト(登録商標)”HMV−8CA(日清紡ケミカル社製)」(カルボジイミド基当量278、質量平均分子量3,000)
(接着性化合物−2)芳香族ポリカルボジイミド“スタバクゾール(登録商標)”P(ラインケミー社製)」(質量平均分子量4,000)
(接着性化合物−3)芳香族ポリカルボジイミド“スタバクゾール(登録商標)”P400(ラインケミー社製)」(質量平均分子量20,000)
(接着性化合物−4)N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(和光純薬工業社製)(カルボジイミド基当量206、質量平均分子量206)
Adhesive compounds (B) used in any of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 7 are as follows.
(Adhesive compound-1) Aliphatic polycarbodiimide "Carbodilite (registered trademark)" HMV-8 CA (manufactured by Nisshinbo Chemical Co., Ltd.) (carbodiimide group equivalent 278, mass average molecular weight 3,000)
(Adhesive compound-2) Aromatic polycarbodiimide "Stabacsol (registered trademark)" P (manufactured by Rhine Chemie Co., Ltd.) (mass average molecular weight 4,000)
(Adhesive compound-3) Aromatic polycarbodiimide "Stabacsol (registered trademark)" P400 (manufactured by Rhine Chemie Co., Ltd.) (mass average molecular weight 20,000)
(Adhesive compound 4) N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (carbodiimide group equivalent 206, mass average molecular weight 206)

実施例1〜11および比較例1〜7で用いた熱可塑性樹脂(A)は、以下の通りである。
(熱可塑性樹脂−1)融点285℃、質量平均分子量30,000、酸末端品、クロロホルム抽出量0.5質量%のポリフェニレンスルフィド
(熱可塑性樹脂−2)融点285℃、質量平均分子量45,000、酸末端品、クロロホルム抽出量0.5質量%のポリフェニレンスルフィド
(熱可塑性樹脂−3)ポリカーボネート“ユーピロン(登録商標)”H−4000(三菱エンジニアリングプラスチックス社製)(ガラス転移温度145℃、質量平均分子量34,500)
The thermoplastic resin (A) used in Examples 1-11 and Comparative Examples 1-7 is as follows.
(Thermoplastic resin-1) Melting point 285 ° C., mass average molecular weight 30,000, acid-terminated product, polyphenylene sulfide (thermoplastic resin-2) having a chloroform extraction amount of 0.5 mass% melting point 285 ° C., mass average molecular weight 45,000 Acid-terminated product, polyphenylene sulfide (thermoplastic resin -3) polycarbonate "Eupilon (registered trademark)" H-4000 (manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Co., Ltd.) with a chloroform extraction amount of 0.5% by mass (glass transition temperature 145 ° C, mass Average molecular weight 34,500)

実施例1〜11または比較例1〜7のいずれかにおいてサイジング剤として用いた化合物(E)は、以下の通りである。
(E−1)グリセロールトリグリシジルエーテル(和光純薬工業社製)
質量平均分子量:260
1分子当たりのエポキシ基数:3
質量平均分子量を1分子当たりのカルボキシル基、アミノ基、水酸基、エポキシ基、水酸基の総数で除した値:87
(E−2)ビスフェノールAジグリシジルエーテル(SIGMA−ALDRICH社製)
質量平均分子量:340
1分子当たりのエポキシ基数:2
質量平均分子量を1分子当たりのカルボキシル基、アミノ基、水酸基、エポキシ基、水酸基の総数で除した値:170
(E−3)(3−グリシジルオキシプロピル)トリエトキシシラン(SIGMA−ALDRICH社製)
質量平均分子量:278
1分子当たりのエポキシ基数:1
質量平均分子量を1分子当たりのカルボキシル基、アミノ基、水酸基、エポキシ基、水酸基の総数で除した値:278
(E−4)攪拌機、温度計、冷却コンデンサーを備えた300mlセパラブルフラスコ中に、2,4−トルエンジイソシアネート(2,4−TDI)80モル部と2,6−トルエンジイソシアネート(2,6−TDI)20モル部の混合物(商品名:TDI 80、三井東圧化学(株)製)22.4g(0.128モル)、フェニルイソシアネート(PhI)2.20g(0.0756モル、TDI100モル部に対し14モル部)、乾燥トルエン110mlを窒素雰囲気中に装入し、撹拌しながら均一に溶解した。次に、重合溶媒と同じ溶媒1mlに希釈した3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレン−1−オキシド触媒0.0913g(0.000475モル、0.37%/TDI)を添加し、撹拌しながら内温を110℃まで昇温した。昇温とともに二酸化炭素の発生が多くなり、内温が80℃をこえたあたりから特に激しく二酸化炭素の発生が観察された。内温が110℃に達してから3.5時間重合させた。重合終了後、室温まで冷却し、透明なカルボジイミド共重合体(15質量%、ポリスチレン換算質量平均分子量3,000)を得た。この溶液をさらにトルエンで10質量%まで希釈し、E−4を含んだサイジング母液を得た。(特許文献2(特開平5−311069号公報)の実施例1に記載のサイジング剤と同一のサイジング剤)
(E−5)N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(和光純薬工業社製)(カルボジイミド基当量206、質量平均分子量206)
The compound (E) used as a sizing agent in any of Examples 1-11 or Comparative Examples 1-7 is as follows.
(E-1) Glycerol triglycidyl ether (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Mass average molecular weight: 260
Number of epoxy groups per molecule: 3
Weight average molecular weight divided by the total number of carboxyl group, amino group, hydroxyl group, epoxy group and hydroxyl group per molecule: 87
(E-2) Bisphenol A diglycidyl ether (manufactured by SIGMA-ALDRICH)
Mass average molecular weight: 340
Number of epoxy groups per molecule: 2
The mass average molecular weight divided by the total number of carboxyl group, amino group, hydroxyl group, epoxy group and hydroxyl group per molecule: 170
(E-3) (3-glycidyloxypropyl) triethoxysilane (manufactured by SIGMA-ALDRICH)
Mass average molecular weight: 278
Number of epoxy groups per molecule: 1
Weight average molecular weight divided by the total number of carboxyl group, amino group, hydroxyl group, epoxy group and hydroxyl group per molecule: 278
(E-4) 80 mol parts of 2,4-toluene diisocyanate (2,4-TDI) and 2,6-toluene diisocyanate (2,6-toluene) in a 300 ml separable flask equipped with a stirrer, a thermometer and a cooling condenser TDI) A mixture of 20 molar parts (trade name: TDI 80, manufactured by Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.) 22.4 g (0.128 mol), phenyl isocyanate (PhI) 2.20 g (0.0756 mol, TDI 100 molar parts (14 parts by mol), 110 ml of dry toluene were placed in a nitrogen atmosphere and dissolved uniformly with stirring. Next, 0.0913 g (0.000475 mol, 0.37% / TDI) of 3-methyl-1-phenyl-2-phospholene-1-oxide catalyst diluted in 1 ml of the same solvent as the polymerization solvent was added and stirred. While raising the internal temperature to 110 ° C. The generation of carbon dioxide increased with the temperature rise, and the generation of carbon dioxide was observed particularly violently when the internal temperature exceeded 80 ° C. After the internal temperature reached 110 ° C., polymerization was performed for 3.5 hours. After completion of the polymerization, the reaction solution was cooled to room temperature to obtain a transparent carbodiimide copolymer (15% by mass, polystyrene equivalent mass average molecular weight 3,000). This solution was further diluted to 10% by mass with toluene to obtain a sizing mother liquor containing E-4. (Sizing agent identical to the sizing agent described in Example 1 of Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-311069))
(E-5) N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) (carbodiimide group equivalent 206, mass average molecular weight 206)

(実施例1)
表1に示す強化繊維(C)、接着性化合物(B)、熱可塑性樹脂(A)を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。
Example 1
Using the reinforcing fibers (C), the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) shown in Table 1, a fiber-reinforced composite material was obtained by the following procedure.

強化繊維(C)の繊維束を連続的に引き取り、サイジング剤(E−1)を2質量%含む水系のサイジング母液に浸漬し、次いで230℃で加熱乾燥することで、サイジング剤(E−1)で表面処理をした強化繊維(C)を得た。乾燥後のサイジング剤(E−1)の付着量は、強化繊維(C)100質量部に対して1質量部であった。さらにサイジング剤(E−1)で表面処理をした強化繊維(C)を6mmの長さに切断することでチョップドストランドとした。   A sizing agent (E-1) is obtained by continuously taking up a fiber bundle of reinforcing fibers (C), immersing in a water-based sizing mother liquor containing 2% by mass of the sizing agent (E-1), and then heat drying at 230 ° C. Reinforcing fiber (C) surface-treated by. The adhesion amount of the sizing agent (E-1) after drying was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the reinforcing fiber (C). Further, a reinforcing fiber (C) surface-treated with a sizing agent (E-1) was cut into a length of 6 mm to make a chopped strand.

二軸押出機(JSW社 TEX−30α、L/D=31.5)を使用し、接着性化合物(B)および熱可塑性樹脂(A)をメインフィード、前記チョップドストランドをサイドフィードして各成分の溶融混練を行った。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の40%の位置にて行った。溶融混練はシリンダー温度290℃、スクリュー回転数150rpm、吐出量10kg/時で行い、吐出物を引き取りながら水冷バスで冷却することでガットとし、前記ガットを5mmの長さに切断することでペレットとした。   The adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) are main-fed, and the chopped strands are side-fed by using a twin screw extruder (JSW TEX-30α, L / D = 31.5). Melt kneading was performed. The side feed was performed at a position 40% of the distance from the main feed position to the extruder to the outlet of the extruder. Melt-kneading is performed at a cylinder temperature of 290 ° C., screw rotation speed of 150 rpm, and a discharge rate of 10 kg / hour, and it is cooled by a water cooling bath while taking out discharges to make a gut, and cutting the gut into a length of 5 mm did.

射出成形機(JSW社 J150EII−P)を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度320℃、金型温度150℃で行った。   The injection molding machine (JSW company J150EII-P) was used, and the test piece for various evaluation was produced by performing injection molding of the said pellet. Injection molding was performed at a cylinder temperature of 320 ° C. and a mold temperature of 150 ° C.

得られた試験片は、150℃で2時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表5に示す。   The obtained test piece is annealed at 150 ° C. for 2 hours, air-cooled and subjected to each test, and the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, adhesion of the fiber reinforced composite material The tensile strength of the presence ratio Rb of the sex compound (B) and the tensile strength of the fiber reinforced composite material was measured. The results are shown in Table 5.

(実施例2)
表1に示す強化繊維(C)、接着性化合物(B)、熱可塑性樹脂(A)を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。
(Example 2)
Using the reinforcing fibers (C), the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) shown in Table 1, a fiber-reinforced composite material was obtained by the following procedure.

強化繊維(C)を6mmの長さに切断することでチョップドストランドとした。   The reinforcing fiber (C) was cut into a length of 6 mm to make a chopped strand.

二軸押出機(JSW社 TEX−30α、L/D=31.5)を使用し、接着性化合物(B)および熱可塑性樹脂(A)をメインフィード、前記チョップドストランドをサイドフィードして各成分の溶融混練を行った。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の40%の位置にて行った。溶融混練はシリンダー温度290℃、スクリュー回転数150rpm、吐出量10kg/時で行い、吐出物を引き取りながら水冷バスで冷却することでガットとし、前記ガットを5mmの長さに切断することでペレットとした。   The adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) are main-fed, and the chopped strands are side-fed by using a twin screw extruder (JSW TEX-30α, L / D = 31.5). Melt kneading was performed. The side feed was performed at a position 40% of the distance from the main feed position to the extruder to the outlet of the extruder. Melt-kneading is performed at a cylinder temperature of 290 ° C., screw rotation speed of 150 rpm, and a discharge rate of 10 kg / hour, and it is cooled by a water cooling bath while taking out discharges to make a gut, and cutting the gut into a length of 5 mm did.

射出成形機(JSW社 J150EII−P)を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度320℃、金型温度150℃で行った。   The injection molding machine (JSW company J150EII-P) was used, and the test piece for various evaluation was produced by performing injection molding of the said pellet. Injection molding was performed at a cylinder temperature of 320 ° C. and a mold temperature of 150 ° C.

得られた試験片は、150℃で2時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表1に示す。   The obtained test piece is annealed at 150 ° C. for 2 hours, air-cooled and subjected to each test, and the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, adhesion of the fiber reinforced composite material The tensile strength of the presence ratio Rb of the sex compound (B) and the tensile strength of the fiber reinforced composite material was measured. The results are shown in Table 1.

(実施例3〜11)
強化繊維(C)、接着性化合物(B)、熱可塑性樹脂(A)を表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表1にまとめて示す。
(Examples 3 to 11)
Test pieces for various evaluations were produced in the same manner as in Example 1 except that the reinforcing fiber (C), the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) were changed as shown in Table 1. Using the prepared test pieces, the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) of the fiber reinforced composite material, and the tension of the fiber reinforced composite material The tensile strength by the test was measured. The obtained results are summarized in Table 1.

(比較例1)
表2に示す強化繊維(C)、熱可塑性樹脂(A)を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。
(Comparative example 1)
Using the reinforcing fibers (C) and the thermoplastic resin (A) shown in Table 2, a fiber-reinforced composite material was obtained by the following procedure.

強化繊維(C)の繊維束を連続的に引き取り、サイジング剤(E−5)を2質量%含む水系のサイジング母液に浸漬し、次いで230℃で加熱乾燥することで、サイジング剤(E−5)で表面処理をした強化繊維(C)を得た。乾燥後のサイジング剤(E−5)の付着量は、強化繊維(C)100質量部に対して1質量部であった。さらにサイジング剤(E−5)で表面処理をした強化繊維(C)を6mmの長さに切断することでチョップドストランドとした。   A sizing agent (E-5) is obtained by continuously taking up a fiber bundle of reinforcing fibers (C), immersing in a water-based sizing mother liquor containing 2% by mass of the sizing agent (E-5), and then heat drying at 230 ° C. Reinforcing fiber (C) surface-treated by. The adhesion amount of the sizing agent (E-5) after drying was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the reinforcing fiber (C). Furthermore, the reinforcing fiber (C) surface-treated with a sizing agent (E-5) was cut into a length of 6 mm to make a chopped strand.

二軸押出機(JSW社 TEX−30α、L/D=31.5)を使用し、熱可塑性樹脂(A)をメインフィード、前記チョップドストランドをサイドフィードして各成分の溶融混練を行った。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の40%の位置にて行った。溶融混練はシリンダー温度290℃、スクリュー回転数150rpm、吐出量10kg/時で行い、吐出物を引き取りながら水冷バスで冷却することでガットとし、前記ガットを5mmの長さに切断することでペレットとした。   The thermoplastic resin (A) was main-fed and the chopped strands were side-fed using a twin-screw extruder (TEX 30α, L / D = 31.5, manufactured by JSW) to melt and knead each component. The side feed was performed at a position 40% of the distance from the main feed position to the extruder to the outlet of the extruder. Melt-kneading is performed at a cylinder temperature of 290 ° C., screw rotation speed of 150 rpm, and a discharge rate of 10 kg / hour, and it is cooled by a water cooling bath while taking out discharges to make a gut, and cutting the gut into a length of 5 mm did.

射出成形機(JSW社 J150EII−P)を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度320℃、金型温度150℃で行った。   The injection molding machine (JSW company J150EII-P) was used, and the test piece for various evaluation was produced by performing injection molding of the said pellet. Injection molding was performed at a cylinder temperature of 320 ° C. and a mold temperature of 150 ° C.

得られた試験片は、150℃で2時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表2に示す。   The obtained test piece is annealed at 150 ° C. for 2 hours, air-cooled and subjected to each test, and the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, adhesion of the fiber reinforced composite material The tensile strength of the presence ratio Rb of the sex compound (B) and the tensile strength of the fiber reinforced composite material was measured. The results are shown in Table 2.

(比較例2)
強化繊維(C)、接着性化合物(B)、熱可塑性樹脂(A)を表2に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表2に示す。
(Comparative example 2)
Test pieces for various evaluations were produced in the same manner as in Example 1 except that the reinforcing fiber (C), the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) were changed as shown in Table 2. Using the prepared test pieces, the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) of the fiber reinforced composite material, and the tension of the fiber reinforced composite material The tensile strength by the test was measured. The obtained results are shown in Table 2.

(比較例3)
表2に示す強化繊維(C)、熱可塑性樹脂(A)を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。
(Comparative example 3)
Using the reinforcing fibers (C) and the thermoplastic resin (A) shown in Table 2, a fiber-reinforced composite material was obtained by the following procedure.

強化繊維(C)の繊維束を連続的に引き取り、サイジング剤(E−4)を10質量%含むトルエンのサイジング母液に浸漬し、次いで260℃で加熱乾燥することで、サイジング剤(E−4)で表面処理をした強化繊維(C)を得た。乾燥後のサイジング剤(E−4)の付着量は、強化繊維(C)100質量部に対して3.1質量部であった。さらにサイジング剤(E−4)で表面処理をした強化繊維(C)を6mmの長さに切断することでチョップドストランドとした。   A sizing agent (E-4) is obtained by continuously taking up a fiber bundle of reinforcing fibers (C), immersing in a sizing mother liquor of toluene containing 10% by mass of a sizing agent (E-4), and then heat drying at 260 ° C. Reinforcing fiber (C) surface-treated by. The adhesion amount of the sizing agent (E-4) after drying was 3.1 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the reinforcing fiber (C). Furthermore, the reinforcing fiber (C) surface-treated with a sizing agent (E-4) was cut into a length of 6 mm to make a chopped strand.

二軸押出機(JSW社 TEX−30α、L/D=31.5)を使用し、熱可塑性樹脂(A)をメインフィード、前記チョップドストランドをサイドフィードして各成分の溶融混練を行った。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の40%の位置にて行った。溶融混練はシリンダー温度290℃、スクリュー回転数150rpm、吐出量10kg/時で行い、吐出物を引き取りながら水冷バスで冷却することでガットとし、前記ガットを5mmの長さに切断することでペレットとした。   The thermoplastic resin (A) was main-fed and the chopped strands were side-fed using a twin-screw extruder (TEX 30α, L / D = 31.5, manufactured by JSW) to melt and knead each component. The side feed was performed at a position 40% of the distance from the main feed position to the extruder to the outlet of the extruder. Melt-kneading is performed at a cylinder temperature of 290 ° C., screw rotation speed of 150 rpm, and a discharge rate of 10 kg / hour, and it is cooled by a water cooling bath while taking out discharges to make a gut, and cutting the gut into a length of 5 mm did.

射出成形機(JSW社 J150EII−P)を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度320℃、金型温度150℃で行った。   The injection molding machine (JSW company J150EII-P) was used, and the test piece for various evaluation was produced by performing injection molding of the said pellet. Injection molding was performed at a cylinder temperature of 320 ° C. and a mold temperature of 150 ° C.

得られた試験片は、150℃で2時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表2に示す。   The obtained test piece is annealed at 150 ° C. for 2 hours, air-cooled and subjected to each test, and the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, adhesion of the fiber reinforced composite material The tensile strength of the presence ratio Rb of the sex compound (B) and the tensile strength of the fiber reinforced composite material was measured. The results are shown in Table 2.

(比較例4)
表2に示す強化繊維(C)、接着性化合物(B)、熱可塑性樹脂(A)を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。
(Comparative example 4)
Using the reinforcing fibers (C), the adhesive compound (B), and the thermoplastic resin (A) shown in Table 2, a fiber-reinforced composite material was obtained by the following procedure.

強化繊維(C)の繊維束を連続的に引き取り、サイジング剤(E−1)を2質量%含む水系のサイジング母液に浸漬し、次いで230℃で加熱乾燥することで、サイジング剤(E−1)で表面処理をした強化繊維(C)を得た。乾燥後のサイジング剤(E−1)の付着量は、強化繊維(C)100質量部に対して1質量部であった。さらにサイジング剤(E−1)で表面処理をした強化繊維(C)を6mmの長さに切断することでチョップドストランドとした。   A sizing agent (E-1) is obtained by continuously taking up a fiber bundle of reinforcing fibers (C), immersing in a water-based sizing mother liquor containing 2% by mass of the sizing agent (E-1), and then heat drying at 230 ° C. Reinforcing fiber (C) surface-treated by. The adhesion amount of the sizing agent (E-1) after drying was 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the reinforcing fiber (C). Further, a reinforcing fiber (C) surface-treated with a sizing agent (E-1) was cut into a length of 6 mm to make a chopped strand.

表2に示す接着性化合物(B)、熱可塑性樹脂(A)をヘンシェルミキサ−で5分間混合し、これをシリンダー温度320℃の二軸押出機に投入し、前記チョップドストランドは押出機のサイドフィード部により別添加、二軸押出機で吐出口での樹脂温度が350℃になるようにスクリュー回転数と吐出量を調節して、溶融混練し、ペレットを得た。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の40%の位置にて行った。   Adhesive compound (B) and thermoplastic resin (A) shown in Table 2 are mixed for 5 minutes with a Henschel mixer, and this is introduced into a twin screw extruder with a cylinder temperature of 320 ° C., and the chopped strands are the side of the extruder The screw rotation speed and the discharge amount were adjusted so that the resin temperature at the discharge port was 350 ° C. in the twin screw extruder, and melt kneading was performed to obtain pellets. The side feed was performed at a position 40% of the distance from the main feed position to the extruder to the outlet of the extruder.

射出成形機(JSW社 J150EII−P)を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度320℃、金型温度150℃で行った。   The injection molding machine (JSW company J150EII-P) was used, and the test piece for various evaluation was produced by performing injection molding of the said pellet. Injection molding was performed at a cylinder temperature of 320 ° C. and a mold temperature of 150 ° C.

得られた試験片は、150℃で2時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表2に示す。   The obtained test piece is annealed at 150 ° C. for 2 hours, air-cooled and subjected to each test, and the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, adhesion of the fiber reinforced composite material The tensile strength of the presence ratio Rb of the sex compound (B) and the tensile strength of the fiber reinforced composite material was measured. The results are shown in Table 2.

(比較例5)
強化繊維(C)、接着性化合物(B)、熱可塑性樹脂(A)を表2に示すように変更したこと以外は、比較例4と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表2にまとめて示す。
(Comparative example 5)
Test pieces for various evaluations were produced in the same manner as in Comparative Example 4 except that the reinforcing fiber (C), the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) were changed as shown in Table 2. Using the prepared test pieces, the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) of the fiber reinforced composite material, and the tension of the fiber reinforced composite material The tensile strength by the test was measured. The obtained results are summarized in Table 2.

(比較例6)
二軸押出機での溶融混練を、接着性化合物(B)および熱可塑性樹脂(A)をメインフィードし、強化繊維(C)からなるチョップドストランドをサイドフィードすることに代えて、熱可塑性樹脂(A)をメインフィードし、強化繊維(C)からなるチョップドストランドおよび接着性化合物(B)をサイドフィードすることに変更したこと以外は、実施例2と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表2にまとめて示す。
(Comparative example 6)
Thermoplastic resin (Mold-kneading in a twin-screw extruder is replaced with the main feed of the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) and the side feed of the chopped strands composed of the reinforcing fibers (C) Test pieces for various evaluations were prepared in the same manner as in Example 2 except that A) was main-fed and chopped strands consisting of reinforcing fibers (C) and side-feed of the adhesive compound (B) were changed. did. Using the prepared test pieces, the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) of the fiber reinforced composite material, and the tension of the fiber reinforced composite material The tensile strength by the test was measured. The obtained results are summarized in Table 2.

(比較例7)
二軸押出機での溶融混練を、接着性化合物(B)および熱可塑性樹脂(A)をメインフィードし、強化繊維(C)からなるチョップドストランドをサイドフィードすることに代えて、熱可塑性樹脂(A)および強化繊維(C)からなるチョップドストランドをメインフィードし、接着性化合物(B)をサイドフィードすることに変更したこと以外は、実施例2と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維(C)の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物(B)の存在比Rb、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表2にまとめて示す。
(Comparative example 7)
Thermoplastic resin (Mold-kneading in a twin-screw extruder is replaced with the main feed of the adhesive compound (B) and the thermoplastic resin (A) and the side feed of the chopped strands composed of the reinforcing fibers (C) Test pieces for various evaluations were prepared in the same manner as in Example 2 except that the chopped strands consisting of A) and the reinforcing fibers (C) were main-fed and side-fed was changed to the adhesive compound (B). did. Using the prepared test pieces, the number average fiber length of reinforcing fibers (C) contained in the fiber reinforced composite material, the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) of the fiber reinforced composite material, and the tension of the fiber reinforced composite material The tensile strength by the test was measured. The obtained results are summarized in Table 2.

実施例1〜10と比較例1〜4との対比、また実施例11と比較例5の対比により、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物(B)の存在比Rbを1.2以上とし、繊維強化複合材料において接着性化合物を強化繊維周辺に局在化させることで強化繊維とマトリックス樹脂の界面接着が高くなり、得られる繊維強化複合材料の引張強度が優れることが分かる。   According to the comparison between Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4 and the comparison between Example 11 and Comparative Example 5, the fiber reinforced composite material of the present invention has an abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) of 1.2. As described above, it is understood that the interfacial adhesion between the reinforcing fiber and the matrix resin is enhanced by localizing the adhesive compound around the reinforcing fiber in the fiber-reinforced composite material, and the tensile strength of the obtained fiber-reinforced composite material is excellent.

実施例2、3および5の比較から、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物(B)の存在比Rbを1.2以上とした上で、さらに強化繊維(C)のサイジング剤(化合物(E))としてカルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を1分子中に2個以上有する化合物が付着していることで強化繊維とマトリックス樹脂の界面接着をさらに高めることが可能であり、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。とりわけ、化合物(E)にE−1を用い、その質量平均分子量を1分子中の前記官能基の数(カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基の総数)で除した値が40〜150の範囲内であることで、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。   From the comparison of Examples 2, 3 and 5, according to the fiber-reinforced composite material of the present invention, the sizing agent for reinforcing fiber (C) was further added after the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) was 1.2 or more. A compound having at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group and an epoxy group as a compound (E) is attached to one molecule to form a reinforced fiber and a matrix resin It can be seen that it is possible to further enhance the interfacial adhesion of the above, and the tensile strength of the resulting fiber-reinforced composite material is excellent. In particular, the value of the mass average molecular weight divided by the number of the functional groups (total number of carboxyl group, hydroxyl group, amino group and epoxy group) in one molecule is 40 to 150, using E-1 for the compound (E) It turns out that it is excellent in the tensile strength of the fiber reinforced composite material obtained by being in a range.

実施例3、7および8と比較例2の比較から、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物(B)の存在比Rbを1.2以上とした上で、さらに接着性化合物(B)に脂肪族ポリカルボジイミドを用いることで、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。   From the comparison of Examples 3, 7 and 8 and Comparative Example 2, the fiber-reinforced composite material of the present invention is further characterized in that the adhesive compound (B) is added after the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) is 1.2 or more. It can be understood that the tensile strength of the obtained fiber-reinforced composite material is excellent by using an aliphatic polycarbodiimide.

実施例3、4および11の比較から、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物(B)の存在比Rbを1.2以上とした上で、さらに強化繊維(C)に炭素繊維を用いることで、強化繊維とマトリックス樹脂の界面接着の向上による効果がとりわけ高く発現し、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。   From the comparison of Examples 3, 4 and 11, according to the fiber-reinforced composite material of the present invention, carbon fibers were further added to the reinforcing fiber (C) after setting the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) to 1.2 or more. By using it, it is understood that the effect of the improvement in the interfacial adhesion between the reinforcing fiber and the matrix resin is exhibited particularly high, and the tensile strength of the obtained fiber reinforced composite material is excellent.

実施例3と4の比較から、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物(B)の存在比Rbを1.2以上とした上で、さらに強化繊維(C)に炭素繊維を用いその表面酸素濃度比を0.10〜0.30の範囲内とすることで、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。   From the comparison of Examples 3 and 4, the fiber-reinforced composite material of the present invention further uses carbon fiber as the reinforcing fiber (C) after setting the abundance ratio Rb of the adhesive compound (B) to 1.2 or more. It turns out that it is excellent in the tensile strength of the fiber reinforced composite material obtained by making surface oxygen concentration ratio into the range of 0.10-0.30.

実施例2と比較例6および7の比較から、熱可塑性樹脂(A)と接着性化合物(B)を溶融混練し、次いで強化繊維(C)と複合化させる溶融混練方法を選択することにより、接着性化合物(B)の熱可塑性樹脂(A)中への拡散や強化繊維(C)表面への凝集を制御しやすく、この為、存在比Rbを1.2以上に制御しやすく、引張強度に優れる繊維強化複合材料が生産性良く得られることが分かる。   From the comparison of Example 2 and Comparative Examples 6 and 7, by selecting the melt-kneading method in which the thermoplastic resin (A) and the adhesive compound (B) are melt-kneaded and then compounded with the reinforcing fiber (C), It is easy to control the diffusion of the adhesive compound (B) into the thermoplastic resin (A) and the cohesion to the surface of the reinforcing fiber (C), so it is easy to control the abundance ratio Rb to 1.2 or more, and the tensile strength It can be seen that a fiber-reinforced composite material excellent in the above is obtained with high productivity.

本発明の繊維強化複合材料は、従来品に比べ、引張強度といった力学特性を飛躍的に向上させることが可能である。このため、本発明の繊維強化複合材料は、電子機器筐体、電気電子部品用途、自動車用部品や車両関連部品、建材、スポーツ用品などに好適に使用することができる。   The fiber-reinforced composite material of the present invention can dramatically improve mechanical properties such as tensile strength as compared with conventional products. Therefore, the fiber-reinforced composite material of the present invention can be suitably used for electronic device casings, applications of electric and electronic parts, parts for automobiles and parts for vehicles, construction materials, sports goods and the like.

1 強化繊維単糸
2 強化繊維(C)周辺500nm以内の領域
3 強化繊維(C)周辺500nmより外側の領域
4 強化繊維(C)からの長さ
1 reinforcing fiber single yarn 2 area within 500 nm around reinforcing fiber (C) 3 area outside reinforcing fiber (C) around 500 nm 4 length from reinforcing fiber (C)

Claims (9)

熱可塑性樹脂(A)、接着性化合物(B)および強化繊維(C)を含有し、かつ、前記接着性化合物(B)がカルボジイミド構造、ウレア構造およびウレタン構造からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を1分子内に2個以上有する化合物であり、熱可塑性樹脂(A)がポリアリーレンスルフィドであり、前記強化繊維(C)が、カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を1分子内に2個以上有する化合物が付着した強化繊維であり、エネルギー分散型X線分光法(EDX)を用いて、以下のとおりR(≦500nm)とR(>500nm)の各領域についてC(炭素原子)/S(硫黄原子)の比を評価した場合の、式(1)で示される接着性化合物(B)の存在比Rbが1.5以上である、繊維強化複合材料。
Rb=R(≦500nm)/R(>500nm)・・・式(1)
R(≦500nm)=C(≦500)/S(≦500):強化繊維(C)周辺500nm以内の接着性化合物(B)の存在量
R(>500nm)=C(>500)/S(>500):強化繊維(C)周辺500nmより外側の接着性化合物(B)の存在量
At least one member containing a thermoplastic resin (A), an adhesive compound (B) and a reinforcing fiber (C), and the adhesive compound (B) selected from the group consisting of a carbodiimide structure, a urea structure and a urethane structure And a thermoplastic resin (A) is a polyarylene sulfide , and the reinforcing fiber (C) is a compound comprising a carboxyl group, a hydroxyl group, an amino group and an epoxy group. It is a reinforcing fiber to which a compound having two or more functional groups at least one kind selected is attached in one molecule, and R (≦ 500 nm) and R as shown below using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) (> 500 nm) C (carbon atoms) for each region of the / S when evaluating the ratio of (the sulfur atom), the abundance ratio Rb of the adhesive compound of the formula (1) (B) is 1 It is 5 or more, a fiber-reinforced composite material.
Rb = R (≦ 500 nm) / R (> 500 nm) (1)
R (≦ 500 nm) = C (≦ 500) / S (≦ 500) : Abundance of the adhesive compound (B) within about 500 nm around the reinforcing fiber (C) R (> 500 nm) = C (> 500) / S (S) > 500) : Abundance of the adhesive compound (B) outside the 500 nm around the reinforcing fiber (C)
前記接着性化合物(B)は、その質量平均分子量が500〜10,000である、請求項1記載の繊維強化複合材料。 The fiber reinforced composite material according to claim 1 , wherein the adhesive compound (B) has a weight average molecular weight of 500 to 10,000. 前記接着性化合物(B)が、ポリカルボジイミドである、請求項1または2に記載の繊維強化複合材料。 The fiber reinforced composite material according to claim 1 or 2 , wherein the adhesive compound (B) is polycarbodiimide. 前記接着性化合物(B)が脂肪族ポリカルボジイミドである、請求項1または2に記載の繊維強化複合材料。 The fiber reinforced composite material according to claim 1 or 2 , wherein the adhesive compound (B) is an aliphatic polycarbodiimide. 前記熱可塑性樹脂(A)がカルボキシル基、水酸基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも1種の官能基を分子中に少なくとも1個有する熱可塑性樹脂である、請求項1〜のいずれかに記載の繊維強化複合材料。 The thermoplastic resin according to any one of claims 1 to 4 , wherein the thermoplastic resin (A) has at least one functional group selected from the group consisting of a carboxyl group, a hydroxyl group and an amino group in its molecule. The fiber reinforced composite material of description. 前記熱可塑性樹脂(A)は、その質量平均分子量が10,000〜80,000である、請求項1〜のいずれかに記載の繊維強化樹脂組成物。 The fiber reinforced resin composition according to any one of claims 1 to 5 , wherein the thermoplastic resin (A) has a weight average molecular weight of 10,000 to 80,000. 前記強化繊維(C)の数平均繊維長が0.1〜50mmである、請求項1〜のいずれかに記載の繊維強化複合材料。 Number average fiber length of the reinforcing fibers (C) is 0.1 to 50 mm, fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1-6. 前記強化繊維(C)が炭素繊維である、請求項1〜のいずれかに記載の繊維強化複合材料。 The reinforcing fiber (C) is carbon fiber, fiber reinforced composite material according to any one of claims 1-7. 前記炭素繊維は、X線光電子分光法(XPS)で測定される表面酸素濃度比O/Cが0.05〜0.50である、請求項に記載の繊維強化複合材料。 The fiber reinforced composite material according to claim 8 , wherein the carbon fiber has a surface oxygen concentration ratio O / C of 0.05 to 0.50 as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
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