JP6806964B1 - 炭素繊維強化樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
赤外分光法により得られる、上記炭素繊維表面のC=O伸縮振動ピークと芳香環C−C伸縮振動ピークとの面積比[C=O/ArC−C]が0.5〜4.5であり、
上記オキサゾリン化合物のオキサゾリン基濃度が0.5mmol/g以上であり、
上記炭素繊維強化樹脂組成物のオキサゾリン残基濃度が2.0mmol/kg以上である、加熱溶融成形用の炭素繊維強化樹脂組成物を提供する。
上記炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が挙げられる。上記炭素繊維は、一種のみを使用してもよいし、二種以上を使用してもよい。
上記他のポリオレフィン系樹脂は、酸変性ポリオレフィン系樹脂以外のポリオレフィン系樹脂であり、例えば、未変性ポリオレフィン系樹脂や、酸変性以外の変性ポリオレフィン系樹脂が挙げられる。上記変性ポリオレフィン系樹脂としては、上記未変性ポリオレフィン系樹脂に変性基が導入されたポリオレフィン系樹脂が挙げられ、例えば、エポキシ変性ポリオレフィン系樹脂、アミン変性ポリオレフィン系樹脂など、オキサゾリン基との反応性が低い変性基を有するポリオレフィン系樹脂が挙げられる。上記他のポリオレフィン系樹脂としては、中でも、未変性ポリオレフィン系樹脂が好ましい。上記他のポリオレフィン系樹脂は、一種のみを使用してもよいし、二種以上を使用してもよい。
上記酸変性ポリオレフィン系樹脂は、ポリオレフィン系樹脂に酸性官能基が導入された樹脂である。上記酸性官能基としては、上記オキサゾリン化合物におけるオキサゾリン基との反応性に優れる観点から、カルボキシ基、酸無水物基が好ましい。上記酸変性ポリオレフィン系樹脂は、一種のみを使用してもよいし、二種以上を使用してもよい。
上記オキサゾリン化合物は、2以上のオキサゾリン基を有する化合物である。上記オキサゾリン化合物における1以上のオキサゾリン基が上記炭素繊維上のカルボキシ基と結合し、他の1以上のオキサゾリン基が上記酸変性ポリオレフィン系樹脂における酸性官能基と結合することで、炭素繊維と酸変性ポリオレフィン系樹脂とがオキサゾリン化合物を介して結合し、炭素繊維とポリオレフィン系樹脂との親和性が向上し、これにより成形体の剛性の高さを維持しつつ、耐衝撃性および引張強さが優れることとなる。上記オキサゾリン化合物は、一種のみを使用してもよいし、二種以上を使用してもよい。
(オキサゾリン基濃度[mmol/g])={(単量体成分におけるオキサゾリン基含有単量体の含有率[質量%]÷100)÷(オキサゾリン基含有単量体の分子量)}×1000
上記炭素繊維強化樹脂組成物のオキサゾリン残基濃度は、2.0mmol/kg以上であり、好ましくは4.0mmol/kg以上、より好ましくは8.0mmol/kg以上である。上記オキサゾリン残基濃度が2.0mmol/kg以上であることにより、オキサゾリン化合物を介して炭素繊維と酸変性ポリオレフィン系樹脂との結合が充分な量で形成され、炭素繊維と酸変性ポリオレフィン系樹脂および上記他のポリオレフィン系樹脂との親和性が向上し、成形体の剛性の高さを維持しつつ、引張強さが優れることとなる。上記オキサゾリン残基濃度は、100mmol/kg以下が好ましく、より好ましくは50mmol/kg以下、さらに好ましくは20mmol/kg以下である。上記オキサゾリン残基が100mmol/kg以下であると、オキサゾリン化合物の凝集が抑制でき、よりいっそう均一な物性の成形体が得られる。上記炭素繊維強化樹脂組成物中のオキサゾリン残基濃度は、下記式1〜4により算出することができる。表面処理剤中および/または表面処理剤中以外のオキサゾリン化合物としてオキサゾリン基濃度の異なる複数種類を用いる場合は、オキサゾリン化合物の種類ごとに上記計算を行い合算する。
(炭素繊維表面のオキサゾリン残基濃度[mmol/kg])=(表面処理剤中のオキサゾリン化合物のオキサゾリン基濃度[mmol/g])×(表面処理剤中のオキサゾリン化合物割合[質量%]÷100)×(炭素繊維の総量に占める表面処理剤割合[質量%]÷100)×1000 ・・・(式1)
(炭素繊維表面以外のオキサゾリン基濃度[mmol/kg])=(表面処理剤中以外のオキサゾリン化合物のオキサゾリン基濃度[mmol/g])×(表面処理剤中以外のオキサゾリン化合物の合計質量部)÷(炭素繊維+酸変性ポリオレフィン系樹脂+他のポリオレフィン系樹脂+他の成分+表面処理剤中以外のオキサゾリン化合物の合計質量部)×1000 ・・・(式2)
(炭素繊維強化樹脂組成物中の炭素繊維割合[質量%])=(炭素繊維配合量[質量部])÷(炭素繊維+酸変性ポリオレフィン系樹脂+他のポリオレフィン系樹脂+他の成分+表面処理剤中以外のオキサゾリン化合物の合計質量部)×100 ・・・(式3)
(炭素繊維強化樹脂組成物中のオキサゾリン基濃度[mmol/kg])=(炭素繊維表面以外のオキサゾリン基濃度[mmol/kg])+(炭素繊維表面のオキサゾリン残基濃度[mmol/kg])×(炭素繊維強化樹脂組成物中の炭素繊維割合[質量%])÷100 ・・・(式4)
(i)複数の炭素繊維が束になった炭素繊維束と、上記炭素繊維束における各炭素繊維間に含浸した、上記酸変性ポリオレフィン系樹脂および上記他のポリオレフィン系樹脂を含む熱可塑性樹脂と、を含む樹脂含浸繊維束
(ii)上記炭素繊維束と、上記炭素繊維束の表面のみを覆う上記熱可塑性樹脂と、を含む樹脂表面被覆繊維束
(iii)上記炭素繊維束と、上記炭素繊維束の表面を覆い且つ上記炭素繊維束の表面近傍の炭素繊維間にのみ含浸した上記熱可塑性樹脂と、を含む樹脂一部含浸繊維束
上記炭素繊維強化樹脂組成物は、例えば、以下の(I)〜(III)の方法によりオキサゾリン化合物を配合して製造することができる。なお、(I)〜(III)の方法のうちの2以上を組み合わせて行ってもよい。
(I)上記炭素繊維に、酸変性ポリオレフィン系樹脂および上記他のポリオレフィン系樹脂を含む樹脂組成物を一旦加熱溶融させて付着させた後、冷却固化し一体化して、上記炭素繊維を含有するペレットを作製し、当該ペレットとオキサゾリン化合物を含む組成物とのブレンド組成物(特に、ドライブレンド組成物)とする方法
(II)上記炭素繊維に、酸変性ポリオレフィン系樹脂、上記他のポリオレフィン系樹脂、およびオキサゾリン化合物を含む樹脂組成物(ベース樹脂)を一旦加熱溶融させて付着させた後、冷却固化して、一体化(ペレット化)する方法
(III)上記炭素繊維束表面にオキサゾリン化合物を含む表面処理剤を塗布し、その後溶融した酸変性ポリオレフィン系樹脂および上記他のポリオレフィン系樹脂と付着させた後、冷却固化して、一体化(ペレット化)する方法
上記炭素繊維強化樹脂組成物を加熱溶融成形に付すことで、成形体を製造することができる。上記成形体の曲げ弾性率は、5〜30GPaが好ましく、より好ましくは9〜26GPa、さらに好ましくは、13〜23GPaである。また、上記成形体の引張呼び歪みは、0.5〜10%が好ましく、より好ましくは1〜6%、さらに好ましくは1.5〜3%である。また、上記成形体の比強度(引張)は、160kN・m/kg以上が好ましい。上記成形体の曲げ弾性率、引張呼び歪み、および比強度(引張)は、実施例に記載の方法により測定される。
炭素繊維(A1)(繊維径7μm、引張強度4900MPa、引張弾性率230GPa、[O/C]=0.19、[C=O/ArC−C]:0.1未満、サイジング剤付着量:0.3質量%)をクリールから解舒し、サイジング剤DNT−002(エポキシ系樹脂含有サイジング剤)を所定濃度に希釈したサイジング浴に浸漬することで上記サイジング剤DNT−002を付着させた。その後、150℃で乾燥させ、ワインダーにて糸巻に巻き取ることで炭素繊維(A2)([O/C比]=0.22、[C=O/ArC−C]=0.3、サイジング剤付着量:2.0質量%)を作製した。
炭素繊維(A1)をクリールから解舒し、サイジング剤DNT−001(エポキシ系樹脂およびアクリル樹脂系オキサゾリン化合物(商品名「エポクロス WS−700」、株式会社日本触媒製、オキサゾリン基濃度:4.5mmol/g)含有サイジング剤、オキサゾリン化合物(固形分換算):25質量%)を所定濃度に希釈したサイジング浴に浸漬することで上記サイジング剤DNT−001を付着させた。その後、150℃で乾燥させ、ワインダーにて糸巻に巻き取ることで炭素繊維(A3)([O/C]=0.19、[C=O/ArC−C]=0.6、サイジング剤付着量:2.0質量%、オキサゾリン基濃度:1.13mmol/g)を作製した。
炭素繊維(A1)をクリールから解舒し、サイジング剤DNT−003(変性ポリオレフィン系樹脂含有サイジング剤、酸価:30mgKOH/g)を所定濃度に希釈したサイジング浴に浸漬することで上記サイジング剤DNT−003を付着させた。その後、150℃で乾燥させ、ワインダーにて糸巻に巻き取ることで炭素繊維(A4)([O/C]=0.18、[C=O/ArC−C]=0.7、サイジング剤付着量:2.0質量%)を作製した。
炭素繊維(A1)をクリールから解舒し、サイジング剤DNT−005(アクリル系樹脂(商品名「アクアリック LK−500」、株式会社日本触媒製)およびポリオレフィン系樹脂含有サイジング剤、酸価:140mgKOH/g)を所定濃度に希釈したサイジング浴に浸漬することで上記サイジング剤DNT−005を付着させた。その後、150℃で乾燥させ、ワインダーにて糸巻に巻き取ることで炭素繊維(A5)([O/C]=0.15、[C=O/ArC−C]=1.9、サイジング剤付着量:2.0質量%)を作製した。
炭素繊維(A1)をクリールから解舒し、サイジング剤DNT−004(アクリル系樹脂(商品名「アクアリック HL−415」、株式会社日本触媒製)およびエポキシ系樹脂含有サイジング剤、酸価:390mgKOH/g)を所定濃度に希釈したサイジング浴に浸漬することで上記サイジング剤DNT−004を付着させた。その後、150℃で乾燥させ、ワインダーにて糸巻に巻き取ることで炭素繊維(A6)([O/C]=0.23、[C=O/ArC−C]=4.9、サイジング剤付着量:2.0質量%)を作製した。
製造例で作製した炭素繊維の評価は以下の方法で行った。
炭素繊維表面におけるC=O伸縮振動ピークと芳香環C−C伸縮振動ピークとの面積比[C=O/ArC−C]は、以下のとおり赤外分光法で解析することにより得た。測定機器は日本分光株式会社製の「FT/IR−4200」を用い、ATR法(結晶:ダイヤモンド/ZnSe)により行った。測定範囲を400cm-1から4000cm-1、波数分解能を4cm-1とし、積算回数を16回とした。測定試料は、炭素繊維をアセトン溶媒に浸漬し超音波抽出を30min行った後、不溶部を除去し、60℃で10時間以上真空乾燥して得られた抽出物(乾燥固形分)とした。
炭素繊維表面における炭素と酸素の相対元素濃度比[O/C](atomic%)を、XPS分析により以下のとおり測定した。測定機器はKRATOS社製の「AXIS−NOVA」を用い、励起源としては、単色化AlKα(1486.6eV)を用いた。炭素繊維は20mm長さにカットして測定に供した。このときのC濃度は、各ピークトップが284eVから288eVの範囲のピーク面積比とした。またO濃度は各ピークトップが530eVから536eVの範囲のピーク面積比とした。各ピークの面積比から相対元素濃度(O/C比)を算出し、四捨五入して1atomic%以上のものは有効数字2桁で、1atomic%未満のものは有効数字1桁で算出した。これらの各元素濃度の比を「表面における炭素と酸素との相対元素濃度比(O/C比)」とした。図2に、炭素繊維(A4)のXPSスペクトル(ワイドスキャンスペクトル)を示す。
JIS K0070に準拠し、0.1mol/LのKOHエタノール溶液を用い、電位差滴定法によって測定した。
炭素繊維(A4)ロービング(約24000本の繊維の束)を、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度280℃)から、高流動性ホモポリプロピレン(C1)(商品名「PMB02A」、サンアロマー株式会社製、MFR:70g/10min)、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)(商品名「PMB60A」、サンアロマー株式会社製、MFR:60g/10min)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)(商品名「OREVAC CA100」、アルケマ株式会社製、一価のカルボン酸換算の酸量:0.0306mmol/g、MFR:10g/10min(190℃×0.325kg))、安定剤(E1)(商品名「Irganox1010」、BASFジャパン株式会社製)、および安定剤(E2)(商品名「アデカスタブ PEP36」、株式会社ADEKA製)からなるベース樹脂(C1:C2:D1:E1:E2=67.5:17.0:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を溶融状態で供給し、炭素繊維(A4)ロービングに上記ベース樹脂を含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し(直径2.4mm)、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより8mmに切断し、炭素繊維(A4)40質量%を含有する樹脂含浸繊維束ペレットを得た。このようにして得た樹脂含浸繊維束を切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっており、中心部まで樹脂が含浸していた。
上記樹脂含浸炭素繊維束および固形オキサゾリン基含有重合体(B1)を、表1に示す配合となるように変更してドライブレンドを行ったこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2および3の炭素繊維強化樹脂組成物および樹脂成形体を作製した。実施例2の炭素繊維強化樹脂組成物のオキサゾリン残基濃度は37.3mmol/kgであり、実施例3の炭素繊維強化樹脂組成物のオキサゾリン残基濃度は9.4mmol/kgであった。
炭素繊維(A4)ロービングを、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度280℃)から、固形オキサゾリン基含有重合体(B1)、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(B1:C1:C2:D1:E1:E2=1.17:66.33:17.0:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を溶融状態で供給し、炭素繊維(A4)ロービングに上記ベース樹脂を含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し(直径2.4mm)、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより8mmに切断し、炭素繊維(A4)40質量%を含有する、実施例4の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:18.9mmol/kg)を得た。このようにして得た樹脂含浸繊維束を切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっており、中心部まで樹脂が含浸していた。また、上記炭素繊維強化樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にして樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A3)ロービングを、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度280℃)から、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(C1:C2:D1:E1:E2=67.5:17.0:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を溶融状態で供給し、炭素繊維(A3)ロービングに上記ベース樹脂を含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し(直径2.4mm)、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより8mmに切断し、炭素繊維(A3)40質量%を含有する、実施例5の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:3.6mmol/kg)を得た。このようにして得た樹脂含浸繊維束を切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっており、中心部まで樹脂が含浸していた。また、上記炭素繊維強化樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にして樹脂成形体を作製した。
実施例1で得られた樹脂含浸炭素繊維束ペレット49.65質量部と、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)49.65質量部と、固形オキサゾリン基含有重合体(B1)0.7質量部とを、タンブラーに投入してドライブレンドを行い、実施例6の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:18.8mmol/kg)を作製した。また、上記炭素繊維強化樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にして樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A5)ロービングを、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度280℃)から、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(C1:C2:D1:E1:E2=67.5:17.0:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を溶融状態で供給し、炭素繊維(A7)ロービングに上記ベース樹脂を含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し(直径2.4mm)、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより8mmに切断し、炭素繊維(A5)40質量%を含有する、実施例7の樹脂含浸繊維束ペレットを得た。このようにして得た樹脂含浸繊維束を切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっており、中心部まで樹脂が含浸していた。
炭素繊維(A4)に代えて炭素繊維(A7)(繊維径7μm、引張強度4900MPa、引張弾性率230GPa、[O/C]=0.22、[C=O/ArC−C]=3.8、サイジング剤付着量:1.0質量%)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、実施例8の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:18.8mmol/kg)および樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A7)ロービングを、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度280℃)から、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(C1:C2:D1:E1:E2=67.5:17.0:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を溶融状態で供給し、炭素繊維(A7)ロービングに上記ベース樹脂を含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し(直径2.4mm)、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより8mmに切断し、炭素繊維(A7)40質量%を含有する樹脂含浸繊維束ペレットを得た。このようにして得た樹脂含浸繊維束を切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっており、中心部まで樹脂が含浸していた。
表1に示す配合となるように変更して、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)および固形オキサゾリン基含有重合体(B1)からオキサゾリン化合物のマスターバッチを作製し、その後実施例9で得られた樹脂含浸炭素繊維束ペレットと、上記マスターバッチとをドライブレンドしたこと以外は、実施例9と同様にして、実施例10および11の炭素繊維強化樹脂組成物および樹脂成形体を作製した。実施例10の炭素繊維強化樹脂組成物のオキサゾリン残基濃度は18.8mmol/kgであり、実施例11の炭素繊維強化樹脂組成物のオキサゾリン残基濃度は37.3mmol/kgであった。
ベース樹脂として、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(C1:D1:E1:E2=84.5:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を用いたこと以外は、実施例8と同様にして、実施例12の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:18.8mmol/kg)および樹脂成形体を作製した。
ベース樹脂として、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(C1:D1:E1:E2=94.5:5.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を用いたこと、ならびに、樹脂含浸炭素繊維束ペレットおよび上記固形オキサゾリン基含有重合体(B1)を表1に示す配合となるように変更してドライブレンドを行ったこと以外は、実施例12と同様にして、実施例13の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:10.8mmol/kg)および樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A1)ロービングを、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度280℃)から、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(C1:C2:D1:E1:E2=67.5:17.0:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を溶融状態で供給し、炭素繊維(A1)ロービングに上記ベース樹脂を含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し(直径2.4mm)、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより8mmに切断し、炭素繊維(A1)40質量%を含有する、比較例1の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:0.0mmol/kg)を得た。このようにして得た樹脂含浸繊維束を切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっており、中心部まで樹脂が含浸していた。また、上記炭素繊維強化樹脂組成物を用いて、実施例1と同様にして樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A4)に代えて炭素繊維(A1)を用いたこと以外は、実施例4と同様にして、比較例2の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:18.9mmol/kg)および樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A1)に代えて炭素繊維(A2)を用いたこと以外は、比較例1と同様にして、比較例3の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:0.0mmol/kg)および樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A4)に代えて炭素繊維(A1)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例4の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:18.8mmol/kg)および樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A4)に代えて炭素繊維(A6)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例5の炭素繊維強化樹脂組成物(オキサゾリン残基濃度:18.8mmol/kg)および樹脂成形体を作製した。
炭素繊維(A7)ロービングを、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度280℃)から、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(C1:C2:D1:E1:E2=67.5:17.0:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を溶融状態で供給し、炭素繊維(A7)ロービングに上記ベース樹脂を含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し(直径2.4mm)、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより8mmに切断し、炭素繊維(A7)40質量%を含有する樹脂含浸繊維束ペレットを得た。このようにして得た樹脂含浸繊維束ペレットを切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっており、中心部まで樹脂が含浸していた。
炭素繊維(A7)ロービングを、予備加熱装置による150℃の加熱を経て、クロスヘッドダイに通した。そのとき、クロスヘッドダイには、2軸押出機(シリンダー温度280℃)から、高流動性ホモポリプロピレン(C1)、高流動性プロピレン−エチレンブロック共重合体(C2)、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(D1)、安定剤(E1)、および安定剤(E2)からなるベース樹脂(C1:C2:D1:E1:E2=67.5:17.0:15.0:0.25:0.25(質量比)の混合物)を溶融状態で供給し、炭素繊維(A7)ロービングに上記ベース樹脂を含浸させた。その後、クロスヘッドダイ出口の賦形ノズルで賦形し(直径2.4mm)、整形ロールで形を整えた後、ペレタイザーにより8mmに切断し、炭素繊維(A7)40質量%を含有する樹脂含浸繊維束ペレットを得た。このようにして得た樹脂含浸繊維束ペレットを切断して確認したところ、炭素繊維が長さ方向にほぼ平行になっており、中心部まで樹脂が含浸していた。
実施例および比較例で作製した樹脂成形体について、以下の評価を行った。結果を表に示した。
ISO527−1に準拠して測定した。
(2)引張呼び歪み
ISO527−1に準拠して測定した。
(3)曲げ強度
ISO178に準拠して測定した。
(4)曲げ弾性率
ISO178に準拠して測定した。
(5)シャルピー衝撃強度
ISO179/1eAに準拠して、ノッチ付きシャルピー衝撃強さを測定した。
(6)荷重たわみ温度
ISO75に準拠して測定した。
(7)重量平均繊維長
成形品から約3gの試料を切出し、樹脂を燃焼させて炭素繊維を取り出した。取り出した繊維の一部(500本)をマイクロスコープを備えた画像解析システム「LUZEX AP」(株式会社ニレコ製)で測定したデータから重量平均繊維長を求めた。計算式は、特開2006−274061号公報の段落0044および0045に開示のものを使用した。
(8)比強度(引張)
引張強さ[MPa]を密度[g/cm3]で除した値[kN・m/kg]である。
Claims (7)
- 炭素繊維と、酸変性ポリオレフィン系樹脂と、酸変性ポリオレフィン系樹脂以外のポリオレフィン系樹脂と、オキサゾリン化合物と、を含有する炭素繊維強化樹脂組成物であり、
赤外分光法により得られる、前記炭素繊維表面のC=O伸縮振動ピークと芳香環C−C伸縮振動ピークとの面積比[C=O/ArC−C]が0.5〜4.5であり、
前記オキサゾリン化合物のオキサゾリン基濃度が0.5mmol/g以上であり、
前記炭素繊維強化樹脂組成物のオキサゾリン残基濃度が2.0mmol/kg以上である、加熱溶融成形用の炭素繊維強化樹脂組成物。 - 前記酸変性ポリオレフィン系樹脂の酸量は、一価のカルボン酸換算で0.0102〜0.102mmol/gである、請求項1に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- 炭素繊維強化樹脂組成物における最も長い部分の長さを長径としたとき、前記炭素繊維強化樹脂組成物の長径に対する前記炭素繊維の長さの比が80%以上である、請求項1又は2に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- 前記炭素繊維は、複数の炭素繊維が束になった炭素繊維束として含まれ、前記炭素繊維強化樹脂組成物中において複数の前記炭素繊維束が同方向に配向している、請求項1〜3のいずれか1項に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- 複数の炭素繊維が束になった炭素繊維束と、前記炭素繊維束に付着して一体化し且つ前記酸変性ポリオレフィン系樹脂および前記酸変性ポリオレフィン系樹脂以外のポリオレフィン系樹脂を含む熱可塑性樹脂とを含む炭素繊維含有樹脂組成物(A)と、前記オキサゾリン化合物を含む組成物(B)とを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- 前記炭素繊維の長さが4〜50mmである請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
- 複数の炭素繊維が束になった炭素繊維束と、前記炭素繊維束における各炭素繊維間に含浸した、前記酸変性ポリオレフィン系樹脂および前記酸変性ポリオレフィン系樹脂以外のポリオレフィン系樹脂を含む熱可塑性樹脂と、を含む樹脂含浸繊維束を含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
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