JP6892572B2 - Method for manufacturing injection foam molded product of carbon fiber reinforced / modified polyester resin - Google Patents

Method for manufacturing injection foam molded product of carbon fiber reinforced / modified polyester resin Download PDF

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本発明は、熱可塑性の炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂を射出成形方式にて発泡成形体を製造する方法を提供することに関する。 The present invention relates to providing a method for producing a foam molded product of a thermoplastic carbon fiber reinforced / modified polyester resin by an injection molding method.

熱可塑性ポリエステルは、例えば芳香族飽和ポリエステルとしてポリエチレンテレフタレート(以下に、PET又はペットと称す。)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート(PC)等がある。これらは、熱可塑性樹脂として透明性、機械的強度、剛性等に優れた物性を有し、繊維、フィルム、プラスチックス等として広範囲に使用されている。特に、プラスチックス分野では、成形品がボトル、シート、容器、日用品、自動車内装材、機械部品、電気・電子材料、建材、土木材、各種工業用品等に広く活用されている。
また、それらのポリエステルは、更にガラス繊維または炭素繊維を混合して熱可塑性複合材にする事に依り、機械的強度や耐熱性等の諸特性が飛躍的に改善され、一層高級な用途に使用されて来ている。特に、ガラス繊維が安価であるので、これで強化されたGF−PET複合材、GF−PBT複合材、GF−PC複合材が大量に使用されている。一方、炭素繊維は高強度であるがあまりにも高価格であるために、これらのCF−ポリエステル複合材は、特殊用途に少量にしか使用されて来なかった。
Examples of the thermoplastic polyester include polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET or pet), polybutylene terephthalate (PBT), polycarbonate (PC) and the like as aromatic saturated polyesters. These have excellent physical properties such as transparency, mechanical strength, and rigidity as thermoplastic resins, and are widely used as fibers, films, plastics, and the like. In particular, in the plastics field, molded products are widely used in bottles, sheets, containers, daily necessities, automobile interior materials, mechanical parts, electrical / electronic materials, building materials, earth and wood, various industrial products, and the like.
In addition, these polyesters are used for higher-grade applications because various properties such as mechanical strength and heat resistance are dramatically improved by further mixing glass fibers or carbon fibers to form a thermoplastic composite material. Has been coming. In particular, since glass fiber is inexpensive, a large amount of GF-PET composite material, GF-PBT composite material, and GF-PC composite material reinforced by the glass fiber are used. On the other hand, carbon fibers have high strength but are so expensive that these CF-polyester composites have been used in small quantities for special purposes.

近年、土木・建築、高層ビル、自動車産業、新幹線車両業、リニヤーモーターカー、宇宙航空産業等の先端産業分野に於いては、構成材料の機械的強度の改善による一層の軽量化・省エネルギー化をはじめ、耐食性、電気特性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善が求められている。
合成樹脂は、一般に分子量を増大すれば、成形加工性および物性が改善される。しかしながら、安価なPET系ポリエステル(PETおよびPBT)は、その製造法が重縮合法であることに起因して、例えば5万以上の高分子量体が得られ難く、溶融状態では水飴状であり、水平押出法による押出成形体、特に押出発泡成形体および高強度の射出発泡成形体を安定に製造することが、極めて困難である。また、この安価なPET系ポリエステルの中分子量体を2倍程度の高分子量化する固層重合法は、数時間を必要とするために生産性が低くかった。さらに、石油化学コンビナートの大規模製造設備を必要とする弱点があった。
In recent years, in advanced industrial fields such as civil engineering / construction, high-rise buildings, automobile industry, Shinkansen train industry, linear motor car, and aerospace industry, further weight reduction and energy saving by improving mechanical strength of constituent materials. In addition, further performance improvements such as corrosion resistance, electrical characteristics, heat resistance, and heat dissipation are required.
Generally, if the molecular weight of a synthetic resin is increased, the moldability and physical properties are improved. However, inexpensive PET-based polyesters (PET and PBT) are difficult to obtain, for example, a high molecular weight compound of 50,000 or more due to the polycondensation method, and are candy-like in a molten state. It is extremely difficult to stably produce an extruded molded product by the horizontal extrusion method, particularly an extruded foam molded product and a high-strength injection foamed molded product. In addition, the solid-layer polymerization method in which the medium molecular weight of this inexpensive PET-based polyester is doubled in molecular weight requires several hours, so that the productivity is low. In addition, there was a weakness that required a large-scale manufacturing facility for the petrochemical complex.

本発明者らは、特許文献1、特許文献2および特許文献3に示される様に、これら安価なPET系ポリエステルで末端にカルボキシル基を保有する中分子量体を反応押出法を採用し、エポキシ樹脂系結合剤(鎖延長剤、増粘剤とも称す)および触媒に依り、ポリエステル同士を反応させて数分以下の短時間で高分子量化する高生産性を実現し、コンパクトで安価な設備を使用する反応押出法による製造法を提供した。しかしながら、ポリエステルの溶融張力の増大による成形加工性については画期的な進歩があったが、一方機械的物性の改善については、当初に期待されていた効果は殆ど見られなかった。
また、本発明者は、特許文献4および特許文献5に示される様に、ポリエチレンテレフタレート(PET)に回収炭素繊維または太番手のPAN系レーヨンを原料とした安価な新品炭素繊維・6mm長(ZOLTEK社製)・6mm長の15および30重量%を使用し、エポキシ樹脂系結合剤(鎖延長剤)および触媒の存在下に二軸押出機で反応押出法にて反応させて、炭素繊維強化・改質ぺっと樹脂とし、それらの機械的強度を引張強度で約2.9倍から約3.5倍および曲げ弾性率で約5.7倍から約10倍に大幅改善している。また、本発明者は、特許文献6では、同様にしてZOLTEK炭素繊維強化・改質ぺっと樹脂を使用し、Tダイ式押出法にて平板および押出発泡板の製造に成功した。
As shown in Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3, the present inventors have adopted a reaction extrusion method for a medium molecular weight material having a carboxyl group at the terminal with these inexpensive PET-based polyesters, and have adopted an epoxy resin. Achieves high productivity in which polyesters are reacted with each other to increase the molecular weight in a short time of several minutes or less by using a system binder (also called a chain extender or thickener) and a catalyst, and compact and inexpensive equipment is used. A production method by a reaction extrusion method is provided. However, although there have been epoch-making advances in molding processability due to an increase in the melt tension of polyester, the effects initially expected for improvement in mechanical properties have hardly been observed.
Further, as shown in Patent Documents 4 and 5, the present inventor is an inexpensive new carbon fiber made of polyethylene terephthalate (PET) and recovered carbon fiber or thick-count PAN rayon as a raw material, 6 mm long (ZOLTEK). (Manufactured by the company) ・ Using 15 and 30% by weight of 6 mm length, carbon fiber reinforced by reacting with a twin-screw extruder in the presence of an epoxy resin-based binder (chain extender) and a catalyst by a reaction extrusion method. The modified pet resin is used, and their mechanical strength is significantly improved from about 2.9 times to about 3.5 times in tensile strength and from about 5.7 times to about 10 times in bending elasticity. Further, in Patent Document 6, the present inventor succeeded in producing a flat plate and an extruded foam plate by a T-die extrusion method using ZOLTEK carbon fiber reinforced / modified pet resin in the same manner.

第3503952号公告Public Notice No. 3503952 国際公開WO2009/004745 A1International release WO2009 / 00745 A1 米国 8258239B2号登録Registered as US 8258239B2 特開2015−007215号JP 2015-007215 特開2016−157939号JP 2016-157939 WO2016/117861号WO2016 / 117861

土木・建築、高層ビル、小型飛翔体(ドローン)、自動車産業、新幹線車両業、リニヤーモーターカー、航空宇宙産業等の先端産業分野に於ける構成材料の機械的強度の改善による一層の軽量化・省エネルギー化をはじめ、耐食性、電導性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善をすることが求められている。特に、本発明は、特に産業用飛翔体(ドローン)の機器、カメラ、電池を収納する容器、自動車のエンジンカバー等を射出発泡成形にて高速度生産することを目的とする。また、高層建築の軽量化資材、沿岸高速道路の高強度・耐食資材、海洋構築物の耐食・高強度資材、水上飛行艇などの耐食資材等の用途開発を目的とする。 Further weight reduction by improving the mechanical strength of constituent materials in advanced industrial fields such as civil engineering / construction, high-rise buildings, small flying objects (drones), automobile industry, Shinkansen train industry, liner motor car, and aerospace industry. -In addition to energy saving, further performance improvements such as corrosion resistance, conductivity, heat resistance, and heat dissipation are required. In particular, an object of the present invention is to produce a device for an industrial flying object (drone), a camera, a container for storing a battery, an automobile engine cover, etc. at high speed by injection foam molding. The purpose is to develop applications such as weight reduction materials for high-rise buildings, high-strength / corrosion-resistant materials for coastal highways, corrosion-resistant / high-strength materials for marine structures, and corrosion-resistant materials for surface flying boats.

課題を解決しようとするための手段Means to try to solve the problem

本発明は、強度の改善された炭素繊維強化・改質PET系樹脂を高速度に射出発泡させて、軽量化された新発泡成形体を提供することを目的とする。即ち、本発明は、炭素繊維強化・改質PET系ポリエステル樹脂に発泡剤を加えて射出成形方式にて発泡させることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂の射出発泡成形体を製造する方法を提供するものである。 An object of the present invention is to provide a lightweight new foam molded product by injecting and foaming a carbon fiber reinforced / modified PET resin having improved strength at a high speed. That is, the present invention manufactures an injection-foamed molded product of a carbon fiber-reinforced / modified polyester resin, which comprises adding a foaming agent to a carbon fiber-reinforced / modified PET-based polyester resin and foaming it by an injection molding method. It provides a method.

本発明は、更に詳しくは下記の製造方法を提供するものである。
本発明は、第1にJIS法K7210(260℃、荷重2.16Kg)にてメルトフローレートが1−40g/10分である炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂に発泡剤を加えて射出成形方式にて発泡させることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂の射出発泡成形体の製造方法を提供するものである。
The present invention provides the following manufacturing method in more detail.
The present invention is firstly an injection molding method in which a foaming agent is added to a carbon fiber reinforced / modified polyester resin having a melt flow rate of 1-40 g / 10 minutes by the JIS method K7210 (260 ° C., load 2.16 kg). The present invention provides a method for producing an injection-foamed molded product of a carbon fiber-reinforced / modified polyester resin, which is characterized by being foamed in.

本発明は、第2に射出成形方式がコアバック式であることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂の射出発泡成形体の製造方法を提供するものである。 The present invention secondly provides a method for producing an injection foam molded product of a carbon fiber reinforced / modified polyester resin, which is characterized in that the injection molding method is a core back type.

本発明は、第3に発泡剤が、揮発性発泡剤であり、超臨界流体不活性ガスの窒素ガスおよびまたは炭酸ガスであることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂の発泡成形体の製造方法を提供するものである。 Thirdly, the present invention is a foamed molded product of a carbon fiber reinforced / modified polyester resin, wherein the foaming agent is a volatile foaming agent and is a supercritical fluid inert gas nitrogen gas and / or carbon dioxide gas. It provides a manufacturing method of.

本発明は、第4に発泡剤が、揮発性発泡剤であり、不活性ガスの炭酸ガスおよびまたは窒素ガスであることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂の発泡成形体の製造方法を提供するものである。Fourthly, the present invention is a method for producing a foamed molded product of a carbon fiber reinforced / modified polyester resin, wherein the foaming agent is a volatile foaming agent and is an inert gas such as carbon dioxide gas and / or nitrogen gas. Is to provide.

本発明は、第5に発泡剤が、加熱分解型発泡剤であることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂の発泡成形体の製造方法を提供するものである。Fifth, the present invention provides a method for producing a foamed molded product of a carbon fiber reinforced / modified polyester resin, wherein the foaming agent is a heat-decomposable foaming agent.

本発明は、第6に発泡剤が、低沸点の炭化水素系化合物を含有するマイクロカプセルであることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂の発泡成形体の製造方法を提供するものである。 The present invention provides a method for producing a foamed molded product of carbon fiber reinforced / modified polyester resin, which is characterized in that the foaming agent is a microcapsule containing a hydrocarbon compound having a low boiling point. is there.

発明の効果Effect of the invention

本発明者らは、特許文献6により水平方向への押出法による発泡板の製造に成功したが。しかしながら、例えば、産業用飛翔体(ドローン)の機器、カメラ、電池を収納する容器や自動車のエンジンカバーなどの様に特定形状体を製作するには、発泡板を再度特定形状に加熱成形して裁断しなければならない。
本発明によれば、特定形状体の射出発泡成形体の雌雄金型を使用すればドローンの機器、カメラ、電池を収納する容器や複雑形状のエンジンカバーを高速度に生産できる。
本発明では、ラージトウ法による安価な新品炭素繊維、一層安価な航空機産業からの未満巻ボビンから回収炭素繊維および航空機端材の炭素繊維強化複合材(CFRP)からの再生炭素繊維などのチョップ品が原料として好適に使用する事が出来る。従って、射出発泡成形体の大福なコストダウンが可能である。
The present inventors have succeeded in producing a foam plate by a horizontal extrusion method according to Patent Document 6. However, in order to manufacture a specific shape such as an industrial flying object (drone) device, a camera, a container for storing a battery, an engine cover of an automobile, etc., the foam plate is heat-molded again into the specific shape. Must be cut.
According to the present invention, it is possible to produce a drone device, a camera, a container for storing a battery, and an engine cover having a complicated shape at a high speed by using a male and female mold of an injection foam molded product having a specific shape.
In the present invention, chopped products such as cheap new carbon fiber by the large tow method, carbon fiber recovered from less-rolled bobbins from the cheaper aircraft industry, and recycled carbon fiber from carbon fiber reinforced composite material (CFRP) of aircraft scraps are produced. It can be suitably used as a raw material. Therefore, it is possible to reduce the cost of the injection foam molded product.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に使用する炭素繊維強化・改質ポリエステル樹脂は、JIS法K7210(260℃、荷重2.16Kg)にてメルトフローレートが1−40g/10分であり、(A)成分のポリエステル100重量部、(B)成分の炭素繊維5〜150重量部、(C)成分の結合剤として該分子内に2個以上のエポキシ基を含有する多官能エポキシ化合物0.1〜2重量部、(D)成分の結合反応触媒0.01〜1重量部から構成される組成物を、該ポリエステルの融点以上の温度で加熱して製造される。
[(A)成分のポリエステル]
本発明における主原料としての(A)成分のポリエステルは、芳香族飽和ポリエステルである。
この系列のポリエステルの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、イソフタール酸を少量共重合した低融点PET、エチレングリコールとシクロヘキサンジメタノールとテレフタル酸の共重合体(PETG)、ポリテトラメチレンテレフタレート(ポリブチレンテレフタレート、PBT)、ポリエチレンー2,6−ナフタレート(PEN)等が挙げられる。ポリブチレンテレフタレート(PBT)が好ましい。大量生産され極めて安価なポリエチレンテレフタレート(PET)が良好に使用できる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The carbon fiber reinforced / modified polyester resin used in the present invention has a melt flow rate of 1-40 g / 10 minutes according to the JIS method K7210 (260 ° C., load 2.16 kg), and 100 weight of polyester as the component (A). Parts, 5 to 150 parts by weight of carbon fiber of component (B), 0.1 to 2 parts by weight of polyfunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups in the molecule as a binder of component (C), (D). ) The composition composed of 0.01 to 1 part by weight of the binding reaction catalyst of the components is produced by heating at a temperature equal to or higher than the melting point of the polyester.
[Polyester of component (A)]
The polyester of the component (A) as the main raw material in the present invention is an aromatic saturated polyester.
Specific examples of this series of polyesters include polyethylene terephthalate (PET), low melting point PET obtained by copolymerizing a small amount of isoftal acid, a copolymer of ethylene glycol, cyclohexanedimethanol and terephthalic acid (PETG), and polytetramethylene terephthalate (poly). Butylene terephthalate, PBT), polyethylene-2,6-naphthalate (PEN) and the like can be mentioned. Polybutylene terephthalate (PBT) is preferred. Polyethylene terephthalate (PET), which is mass-produced and extremely inexpensive , can be used satisfactorily.

[(B)成分の炭素繊維]
本発明における(B)成分の炭素繊維は、その表面に酸素含有官能基、特にカルボキシル基を保有するものが好ましい。炭素繊維は、第一系列としてPAN系工業製品を使用する事が好ましい。例えば、米国ZOLTEK社の安価な炭素繊維チョップ(米国・ZOLTEK社の太籐(LT)PAN系炭素繊維「Panex35」6mm長)が特に好ましい。東レ(株)の航空機用の高性能炭素繊維「トレカ」T500、T600、T700シリーズも使用できる。また、産業用途のカットファイバーのT008シリーズ、T010シリーズ、TS12−006(カット長3−12mm)、または「トレカ」ミルドファイバーのMLDシリーズ(繊維長 30−150μm)なども原料として使用できる。また、一般的にこれらの炭素繊維工業製品は、カルボキシル基の含有量が比較的多く存在する。
第二系列として(株)クレハおよび大阪ガスケミカル(株)のピッチ系炭素繊維の工業製品も使用することが出来る。これらは比較的に官能基の含有量が多いが、強度がやや小さい。成形品の強度に等方性の利点を持つので、好ましく使用できる。
[Carbon fiber of component (B)]
The carbon fiber of the component (B) in the present invention preferably has an oxygen-containing functional group, particularly a carboxyl group, on its surface. As the carbon fiber, it is preferable to use a PAN-based industrial product as the first series. For example, an inexpensive carbon fiber chop manufactured by ZOLTEK of the United States (6 mm length of the rattan (LT) PAN-based carbon fiber "Panex35" of ZOLTEK of the United States) is particularly preferable. Toray Industries, Inc.'s high-performance carbon fiber "Trading Card" T500, T600, T700 series for aircraft can also be used. In addition, industrial cut fiber T008 series, T010 series, TS12-006 (cut length 3-12 mm), or "Trading card" milled fiber MLD series (fiber length 30-150 μm) can also be used as raw materials. Further, in general, these carbon fiber industrial products have a relatively large content of carboxyl groups.
As the second series, industrial products of pitch-based carbon fiber of Kureha Corporation and Osaka Gas Chemical Co., Ltd. can also be used. These have a relatively high content of functional groups, but their strength is rather low. Since it has the advantage of isotropic property in the strength of the molded product, it can be preferably used.

本発明の(B)成分の炭素繊維は、第三系列として炭素繊維強化熱硬化性エポキシ樹脂複合材(CFRP)から回収される再生炭素繊維を好ましく使用することが出来る。素原料となる炭素繊維強化熱硬化性エポキシ樹脂複合材(CFRP)は、現状では航空機を組立てる時に約40%副生する端材、そのボーリング時に副生するドリルの切粉、その他に釣り竿、ゴルフティ等から得られる。将来は、大型航空機の機体の約65%を占めるCFRPのスクラップから大量に派生すると予想される。
その他、航空機機体などの製造時に半端品として回収されるボビン巻の長繊維のカットファイバー(カット長3−12mm)は、良質で極めて安価なので、良好に使用できる。
再生炭素繊維は、実施例の製造例1に例示される様に、八戸・高専の杉山教授法に準じて反応条件の制御下で電解酸化処理等をする事に依り、多数のカルボキシル基を導入した物を特に好適に使用することが出来る。本発明の再生炭素繊維のカルボキシル基量は、通常、0.01−0.20mmol/gの範囲を含有する。好ましく使用できる範囲は、0.02−0.15mmol/gである。
再生炭素繊維の繊淮長は、航空機等のCFRP製端材の寸法および組立時のボーリングによる切粉の大きさに従属する。本発明では、繊維長として長繊維(100mm以上)、中繊維(3−100mm)または粉末状繊維(3mm以下)と呼称する。いずれも、本発明で好ましく使用できる。
As the carbon fiber of the component (B) of the present invention, the regenerated carbon fiber recovered from the carbon fiber reinforced thermosetting epoxy resin composite material (CFRP) can be preferably used as the third series. Carbon fiber reinforced thermosetting epoxy resin composite material (CFRP), which is the raw material, is currently about 40% by-product when assembling an aircraft, drill chips that are by-produced when boring, fishing rods, golf Obtained from tees, etc. In the future, it is expected to be derived in large quantities from CFRP scrap, which accounts for about 65% of large aircraft.
In addition, the bobbin-wound long fiber cut fiber (cut length 3-12 mm), which is collected as an odd product at the time of manufacturing an aircraft body, is of good quality and extremely inexpensive, so that it can be used satisfactorily.
As illustrated in Production Example 1 of the example, the regenerated carbon fiber is subjected to electrolytic oxidation treatment under the control of reaction conditions according to the method of Professor Sugiyama of Hachinohe National College of Technology, and a large number of carboxyl groups are introduced. Can be used particularly preferably. The amount of carboxyl groups of the regenerated carbon fiber of the present invention usually contains the range of 0.01-0.20 mmol / g. The range that can be preferably used is 0.02-0.15 mmol / g.
The fiber length of recycled carbon fiber depends on the size of CFRP scraps such as aircraft and the size of chips generated by boring during assembly. In the present invention, the fiber length is referred to as long fiber (100 mm or more), medium fiber (3-100 mm) or powdered fiber (3 mm or less). Both can be preferably used in the present invention.

[(C)成分の結合剤]
本発明の(C)成分の結合剤は、重量平均分子量が1,000〜300,000であることが好ましく、該分子内に2〜100個のエポキシ基を含有する高分子型多官能エポキシ化合物を単独または2種類以上の混合体として使用することができる。高分子量の骨格を形成する樹脂にエポキシ環を含むグリシジル基をペンダント状に吊下げたものや分子内にエポキシ基を含むものの市販品、例えば、日油(株)の「マープルーフ」シリーズ、BASFジャパン(株)の「ジョンクリルADR」シリーズを使用することができる。
[Binder of component (C)]
The binder of the component (C) of the present invention preferably has a weight average molecular weight of 1,000 to 300,000, and is a polymer-type polyfunctional epoxy compound containing 2 to 100 epoxy groups in the molecule. Can be used alone or as a mixture of two or more types. Commercially available products such as those in which a glycidyl group containing an epoxy ring is hung in a pendant shape from a resin forming a high molecular weight skeleton or those containing an epoxy group in the molecule, for example, NOF Corporation's "Marproof" series, BASF Japan Co., Ltd.'s "John Krill ADR" series can be used.

[(D)成分の結合反応触媒]
本発明における(D)成分としての結合反応触媒は、(1)アルカリ金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩、(2)アルカリ土類金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩からなる群から選ばれた少なくとも一種類以上を含有する触媒である。有機酸塩としては、カルボン酸塩、酢酸塩等が使用できるが、カルボン酸塩の中で特にステアリン酸塩が好ましい。カルボン酸の金属塩を形成する金属としては、リチウム、ナトリウムおよびカリウムのようなアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムのようなアルカリ土類金属を使用できる。
[Combination reaction catalyst of component (D)]
The binding reaction catalyst as the component (D) in the present invention consists of (1) alkali metal organic acid salts, carbonates and bicarbonates, and (2) alkaline earth metal organic acid salts, carbonates and bicarbonates. It is a catalyst containing at least one kind selected from the above group. As the organic acid salt, a carboxylate salt, an acetate salt and the like can be used, and among the carboxylates, stearate salt is particularly preferable. As the metal forming the metal salt of the carboxylic acid, alkali metals such as lithium, sodium and potassium; alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium and barium can be used.

本発明では、展着剤を有効に使用できるが、(A)成分のポリエステルおよび(B)成分の炭素繊維が粉体の場合に特に有効である。通常、パラフィンオイル、流動パラフィン、トリメチルシラン等が使用できる。流動パラフィンが、無極性で高沸点であり適度の粘着流体であるために特に好ましい。添加量は、(A)成分に対して0.01−1重量部である。これらの展着剤は、(B)成分の炭素繊維を(A)成分のポリエステルのペレットまたは粉体に、均一付着させるために必要であり、また炭素繊維・粉体が大気中に舞い上がり人体や電気計装機器に悪影響を与えることを防止するために必要欠くべからざる助剤である。 In the present invention, the spreading agent can be effectively used, but it is particularly effective when the polyester of the component (A) and the carbon fiber of the component (B) are powders. Usually, paraffin oil, liquid paraffin, trimethylsilane and the like can be used. Liquid paraffin is particularly preferred because it is non-polar, has a high boiling point and is a moderately sticky fluid. The amount added is 0.01-1 part by weight with respect to the component (A). These spreading agents are necessary for uniformly adhering the carbon fibers of the component (B) to the pellets or powders of the polyester of the component (A), and the carbon fibers / powder soar into the atmosphere and the human body or the like. It is an indispensable auxiliary agent to prevent adverse effects on electrical instrumentation equipment.

本発明の発泡剤は、従来から一般に知られた発泡剤を使用することが出来る。例えば、揮発性発泡剤として、不活性ガスの炭酸ガスおよびまたは窒素ガスを使用することが出来る。これらは、火災を起こさず、防爆仕様の装置を必要としないので、中小企業の町工場でも操業できる。本発明の低発泡倍率の発泡体の工業生産に適する。特に、本発明の射出発泡成形においては、窒素ガスおよびまたは炭酸ガスの超臨界流体を使用することが気泡の細密化、成形体の均一化に有効である。また、超臨界窒素ガスは超臨界炭酸ガスに比べて成形体の寸法精度を向上させる。
本発明の発泡剤として、加熱分解形発泡剤を使用することが出来る。ポリエステル樹脂の融点が200℃を越えるので、実際に使用できる化学物質は少ない。ポリプロピレンの低発泡に使用される重曹系の発泡剤が使用できる。しかし、水蒸気の発生を伴うので、加水分解し易いポリエステル樹脂の発泡成形では短期的な装置整備が必要となる。
低沸点の炭化水素系化合物、例えばフロパン、ブタン、ヘキサン等をそのまま使用することは困難である。これらは、マイクロカプセル化するか、更にポリオレフィン基体のマスターバッチの形体にして使用する。
As the foaming agent of the present invention, a conventionally known foaming agent can be used. For example, as the volatile foaming agent, carbon dioxide gas and / or nitrogen gas, which are inert gases, can be used. They do not cause fires and do not require explosion-proof equipment, so they can be operated in small and medium-sized enterprise town factories. Suitable for industrial production of the low foaming ratio foam of the present invention. In particular, in the injection foam molding of the present invention, it is effective to use a supercritical fluid of nitrogen gas and / or carbon dioxide gas for densification of bubbles and homogenization of the molded product. Further, the supercritical nitrogen gas improves the dimensional accuracy of the molded product as compared with the supercritical carbon dioxide gas.
As the foaming agent of the present invention, a heat-decomposable foaming agent can be used. Since the melting point of polyester resin exceeds 200 ° C, there are few chemical substances that can actually be used. A baking soda-based foaming agent used for low foaming of polypropylene can be used. However, since water vapor is generated, short-term equipment maintenance is required for foam molding of polyester resin, which is easily hydrolyzed.
It is difficult to use low boiling point hydrocarbon compounds such as flopan, butane, and hexane as they are. These are used in microencapsulation or in the form of a masterbatch of polyolefin substrate.

次に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。本発明のポリエステルおよびポリエステル・炭素繊維複合材についての評価方法は以下の通りである。
(1)PET等の固有粘度(IV値)の測定法
1,1,2,2ーテトラクロロエタンとフェノールの等重量の混合溶媒を使用し、キャノンフエンスケ粘度計で25℃にて測定した。または、メーカーのカタログ値を採用した。
(2)メルトフローレート(MFR)の測定法
JIS K7210(ISO 1133 ASTM D1238)の条件20に従い、温度280℃、または温度260℃、荷重2.16kgの条件で測定した。但し、樹脂は予め120℃×12時間または140℃×4時間で、熱風乾燥または真空乾燥されたものを使用した。
(3)比重の測定法
JIS K7222の寸法測定法でも測定した。または、JIS K7112のA法(水中置換法)に従い、樹脂ペレットまたは成形体の小片についてアルコールを液体として測定した。
(4)機械的強度の測定法
射出発泡成形板から10mm巾に切出した。
(ISO 20753、JIS K7139 多目的試験片型 A1型に準じた:全長120mm、厚み4mm、チャック部幅20mm、くびれ部幅10mm)
試験片の形状:曲げ試験片 短冊型 80mm長×10mm巾(厚み4mm)
引張試験片 短冊型 100mm長×10mm巾(厚み4mm)
曲げ試験:曲げ弾性率は、ひずみ区間の0.05%と0.25%の直線回帰より算出(J IS K771)。3−5点の平均値で評価した。
曲げ強度は、3点曲げを試験速度5mm/分にて実施し、3−5点の平均値で 評価した。
引張試験:引張強度は、試験速度2mm/分にて実施し、3−5点の平均値で評価した。
ヤング率は、最大荷重の25%と75%の直線回帰により算出した(JIS K7073ほか)。
Next, the present invention will be described in detail based on examples. The evaluation method for the polyester and the polyester-carbon fiber composite material of the present invention is as follows.
(1) Method for measuring intrinsic viscosity (IV value) of PET, etc. Using a mixed solvent of equal weight of 1,1,2,2-tetrachloroethane and phenol, measurement was performed at 25 ° C. with a Canon Fuensuke viscometer. Alternatively, the manufacturer's catalog value was adopted.
(2) Measurement method of melt flow rate (MFR) According to the condition 20 of JIS K7210 (ISO 1133 ASTM D1238), the measurement was performed under the conditions of a temperature of 280 ° C., a temperature of 260 ° C., and a load of 2.16 kg. However, the resin used was previously dried with hot air or vacuum at 120 ° C. × 12 hours or 140 ° C. × 4 hours.
(3) Measurement method of specific gravity It was also measured by the dimensional measurement method of JIS K7222. Alternatively, alcohol was measured as a liquid for the resin pellets or small pieces of the molded product according to the method A (underwater substitution method) of JIS K7112.
(4) Method for measuring mechanical strength A 10 mm wide piece was cut out from an injection foam molded plate.
(ISO 20753, JIS K7139 multipurpose test piece type A1 type: total length 120 mm, thickness 4 mm, chuck width 20 mm, constriction width 10 mm)
Test piece shape: Bending test piece strip type 80 mm length x 10 mm width (thickness 4 mm)
Tensile test piece Strip type 100 mm length x 10 mm width (thickness 4 mm)
Bending test: The flexural modulus is calculated from linear regression of 0.05% and 0.25% of the strain interval (JIS K771). The evaluation was made with an average value of 3-5 points.
The bending strength was evaluated by performing 3-point bending at a test speed of 5 mm / min and using an average value of 3-5 points.
Tensile test: Tensile strength was evaluated at a test speed of 2 mm / min and an average value of 3-5 points.
Young's modulus was calculated by linear regression of 25% and 75% of the maximum load (JIS K7073 et al.).

本発明に係わる基本的な樹脂材料についての製造例を示す。 A production example of the basic resin material according to the present invention is shown.

製造例1Manufacturing example 1

[ペット樹脂と炭素繊維チョップ15%と改質剤から成るZOLTEK炭素繊維強化・改質ペット樹脂ペレットR1の製造]
A成分のポリエステルとして汎用ペット樹脂ペレット(ボトルグレード:台湾・南亜3802T、IV値0.80)100重量部(乾燥後の水分含有率約100ppm以下)とC成分の結合剤として多官能エポキシ樹脂0.60重量部、D成分の結合反応の混合触媒0.16重量部とE成分の展着剤としての流動パラフィン0.06重量部をスーパーミキサーで均一混合した。これらを主体樹脂押出用の第1ホッパーに納入した。一方、B成分の炭素繊維としてLT炭素繊維チョップ(米国・ZOLTEK社の太籐(LT)レーヨンからのPAN系炭素繊維「Panex35」6mm長)をサイドフィーダー用の第2ホッパーに納入した。
東芝機械(株)製の同方向2軸押出機(口径60mm、1ベント式)を使用し、この押出機の10ブロックから成るシリンダーとダイスの設定温度を150−270℃およびスクリュー回転数150rpmとした。重量式計量フィーダーを使用し、第1ホッパーからA成分とC成分とD成分等の混合樹脂を100Kg/hの速度で反応押出を行い、また第2ホッパーから炭素繊維チョップを17.6Kg/h(炭素繊維の含有量15%)の速度で連続的にサイドフィードした。
ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットR1約180Kgを製造した。金型出口から水盤中へのストランドは直線状であり溶融張力が増加していた。その形状は、円柱状で直径約3.4mm×長さ約6mmであった。また、MFR(260℃、荷重2.16Kg)は、6.2g/10分であった。
この炭素繊維強化・改質ペット樹脂の黒色ペレットR1を120℃・一夜熱風乾燥し、日精樹脂工業(株)製のハイブリッド式射出成形機FNZ60(型締め圧140トン、スクリュー径60mm)を使用し、成形温度280℃、金型温度130−145℃、射出圧力53MPa、射出速度12mm/s、スクリュー回転数80rpmおよび冷却時間20秒の条件にて、下記の射出成形体を成形した。
多目的試験片の形状:ISO 20753、JIS K7139 A1型
全長さ120mm、厚み4mm、チャック部の幅20mm、くびれ部の幅10mm、
同その長さ80mm(Zランナー方式)
尚、このZOLTEK炭素繊維(CF15%)強化・改質ペット樹脂ペレットR1は、バリの副生が無くて良好な射出成型性を示した。試験片の表面は平滑で艶があった。引張速度2mm/分および曲げ速度5mm/分での試験を実施した。このペレットの物性値を表1に示した。
製造例8のべっと樹脂のみの透明ペレットP1に比べると、本例R1のZOLTEK炭素繊維約15%の混合効果は、引張強さ2.9倍、ヤング率4.1倍、曲げ強さ3.5倍、曲げ弾性率5.7倍である。
[Manufacture of ZOLTEK carbon fiber reinforced / modified pet resin pellet R1 consisting of pet resin, 15% carbon fiber chop and modifier]
100 parts by weight (water content after drying of about 100 ppm or less) of general-purpose pet resin pellets (bottle grade: Taiwan / South Asia 3802T, IV value 0.80) as polyester of component A and polyfunctional epoxy resin as a binder of component C 0.60 parts by weight, 0.16 parts by weight of the mixing catalyst for the binding reaction of the D component and 0.06 parts by weight of the liquid paraffin as the spreading agent of the E component were uniformly mixed with a super mixer. These were delivered to the first hopper for extrusion of the main resin. On the other hand, as the carbon fiber of component B, LT carbon fiber chop (PAN-based carbon fiber "Panex35" 6 mm long from Zoltek's rattan (LT) rayon in the United States) was delivered to the second hopper for the side feeder.
Using a biaxial extruder (diameter 60 mm, 1 vent type) manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd., the set temperature of the cylinder and die consisting of 10 blocks of this extruder was set to 150-270 ° C and the screw rotation speed was 150 rpm. did. Using a heavy-duty weighing feeder, a mixed resin of A component, C component, D component, etc. is reacted and extruded from the first hopper at a rate of 100 kg / h, and a carbon fiber chop is 17.6 kg / h from the second hopper. Continuous side-feeding was performed at a rate of (carbon fiber content 15%).
The strands were continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm and cut with a rotary cutter to produce about 180 kg of black resin pellet R1. The strands from the mold outlet to the basin were linear and the melt tension increased. Its shape was columnar with a diameter of about 3.4 mm and a length of about 6 mm. The MFR (260 ° C., load 2.16 kg) was 6.2 g / 10 minutes.
The black pellet R1 of this carbon fiber reinforced / modified pet resin is dried with hot air at 120 ° C. overnight, and a hybrid injection molding machine FNZ60 (molding pressure 140 tons, screw diameter 60 mm) manufactured by Nissei Resin Industry Co., Ltd. is used. The following injection molded article was molded under the conditions of a molding temperature of 280 ° C., a mold temperature of 130-145 ° C., an injection pressure of 53 MPa, an injection speed of 12 mm / s, a screw rotation speed of 80 rpm, and a cooling time of 20 seconds.
Shape of multipurpose test piece: ISO 20753, JIS K7139 A1 type, total length 120 mm, thickness 4 mm, chuck width 20 mm, constriction width 10 mm,
The same length 80 mm (Z runner method)
The ZOLDEK carbon fiber (CF15%) reinforced / modified pet resin pellet R1 showed good injection moldability without burr by-products. The surface of the test piece was smooth and glossy. The test was carried out at a tensile speed of 2 mm / min and a bending speed of 5 mm / min. The physical characteristics of these pellets are shown in Table 1.
Compared with the transparent pellet P1 containing only the sticky resin of Production Example 8, the mixing effect of about 15% of ZOLDEK carbon fibers of this Example R1 is 2.9 times the tensile strength, 4.1 times the Young's modulus, and the bending strength. It has a flexural modulus of 3.5 times and a flexural modulus of 5.7 times.

製造例2Manufacturing example 2

[ペット樹脂と炭素繊維チョップ30%と改質剤から成るZOLTEK炭素繊維強化・改質ペット樹脂ペレットR2の製造]
前記の製造例1とほぼ同一条件にて、ペレットR2の製造を実施した。但し、炭素維繊チョップの含有量を約30%にする為にサイドフィードの速度を2倍にした。A成分のポリエステルとして汎用ペット樹脂ペレット(ボトルグレード:台湾・南亜3802T、IV値0.80)100重量部(乾燥後の水分含有率約100ppm以下)とC成分の結合剤として多官能エポキシ樹脂0.56重量部、D成分の結合反応の混合触媒0.16重量部とE成分の展着剤としての流動パラフィン0.06重量部をスーパーミキサーで均一混合した。これらを主体樹脂押出用の第1ホッパーに納入した。一方、B成分の炭素繊維としてLT炭素繊維チョップ(米国・ZOLTEK社の太籐PAN系炭素繊維「Panex35」6mm長)をサイドフィーダー用の第2ホッパーに納入した。
同方向2軸押出機(口径60mm、1ベント式)を使用し、この押出機の10ブロックから成るシリンダーとダイスの設定温度を150−270℃およびスクリュー回転数150rpmとした。重量式計量フィーダーを使用し、第1ホッパーからA成分とC成分とD成分等の混合樹脂を100Kg/hの速度で反応押出を行い、また第2ホッパーから炭素繊維チョップを42Kg/h(炭素繊維の含有量30%)の速度で連続的にサイドフィードした。
ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッターで切断して黒色樹脂ペレットR2約250Kgを製造した。金型出口から水盤中へのストランドは直線状であり溶融張力が増加していた。
その形状は、円柱状で直径約3.4mm×長さ約6mmであった。また、MFR(260℃、荷重2.16Kg)は、6.7g/10分であった。この炭素繊維(CF15%)強化・改質ペット樹脂ペレットR2は、バリの副生が無くて良好な射出成型性を示し、試験片の表面はほぼ平滑で艶があった。このペレットの物性値を表1に示した。製造例8のPET樹脂のみの透明ペレットP1に比べると、本例R2のZOLTEK炭素繊維約30%の混合効果は、引張強さ3.5倍、ヤング率6.1倍、曲げ強さ3.9倍、曲げ弾性率10.3倍であった。射出成形性が良好で、機縅的強度が大福改善された炭素繊維強化・改質ペット樹脂ペレットが得られた。
[Manufacture of ZOLTEK carbon fiber reinforced / modified pet resin pellet R2 consisting of pet resin, carbon fiber chop 30% and modifier]
The pellet R2 was produced under substantially the same conditions as in Production Example 1 described above. However, the speed of the side feed was doubled in order to increase the content of carbon fiber chops to about 30%. 100 parts by weight (water content after drying of about 100 ppm or less) of general-purpose pet resin pellets (bottle grade: Taiwan / South Asia 3802T, IV value 0.80) as polyester of component A and polyfunctional epoxy resin as a binder of component C 0.56 parts by weight, 0.16 parts by weight of the mixing catalyst for the binding reaction of the D component and 0.06 parts by weight of the liquid paraffin as the spreading agent of the E component were uniformly mixed with a super mixer. These were delivered to the first hopper for extrusion of the main resin. On the other hand, as the carbon fiber of the B component, LT carbon fiber chop (6 mm long rattan PAN-based carbon fiber "Panex35" manufactured by ZOLDEK in the United States) was delivered to the second hopper for the side feeder.
A twin-screw extruder (diameter 60 mm, 1 vent type) in the same direction was used, and the set temperature of the cylinder and die consisting of 10 blocks of this extruder was set to 150-270 ° C. and the screw rotation speed was 150 rpm. Using a heavy-duty weighing feeder, a mixed resin of A component, C component, D component, etc. is reacted and extruded from the first hopper at a rate of 100 kg / h, and a carbon fiber chop is 42 kg / h (carbon) from the second hopper. Continuous side-feeding at a rate of fiber content (30%).
The strand was continuously extruded into water from an obliquely downward nozzle having a diameter of 3 mm and cut with a rotary cutter to produce about 250 kg of black resin pellet R2. The strands from the mold outlet to the basin were linear and the melt tension increased.
Its shape was columnar with a diameter of about 3.4 mm and a length of about 6 mm. The MFR (260 ° C., load 2.16 kg) was 6.7 g / 10 minutes. The carbon fiber (CF15%) reinforced / modified pet resin pellet R2 showed good injection moldability without burr by-products, and the surface of the test piece was almost smooth and glossy. The physical characteristics of these pellets are shown in Table 1. Compared with the transparent pellet P1 containing only PET resin in Production Example 8, the mixing effect of about 30% of ZOLDEK carbon fibers in Example R2 is 3.5 times the tensile strength, 6.1 times the Young's modulus, and 3. It was 9 times and the flexural modulus was 10.3 times. A carbon fiber reinforced / modified pet resin pellet having good injection moldability and improved mechanical strength was obtained.

Figure 0006892572
Figure 0006892572

製造例3Manufacturing example 3

[ぺっと樹脂のみによるペレットP1の製造]
A成分のPET樹脂(ペットボトル用市販汎用品のペレット:IV値0.80、MFR35g/10分、280℃・2.16Kg)100重量部(3Kg)のみを使用し、製造例4と5とほぼ同様な押出条件にてリペレットP1を製造し、透明ペレット2.9Kgを得た。ストランドは、金型出口から水面までに弓状に垂れ、水盤中では蛇行して溶融張力が小さいことを示した。この透明ペレットP1は、円柱状で直径約3mm×長さ約5mmであった。また、MFR(280℃、荷重2.16Kg)は、57g/10分で、比較的低溶融粘度であった。
このPET樹脂のみのペレットP1を、射出成形して製造例1および2と同様にして引張試験片および曲げ試験片を成形した。引張強さ59MPa、ヤング率1.9GPaおよび曲げ強さ84MPa、曲げ弾性率2.1GPaであった。
[Manufacture of pellet P1 using only pet resin]
Using only 100 parts by weight (3 kg) of PET resin of component A (pellets of commercially available general-purpose products for PET bottles: IV value 0.80, MFR 35 g / 10 minutes, 280 ° C., 2.16 kg), and Production Examples 4 and 5. Repellet P1 was produced under almost the same extrusion conditions to obtain 2.9 kg of transparent pellets. The strands drooped from the mold outlet to the water surface and meandered in the basin, indicating that the melt tension was small. The transparent pellet P1 was columnar and had a diameter of about 3 mm and a length of about 5 mm. The MFR (280 ° C., load 2.16 kg) was 57 g / 10 minutes, and the melt viscosity was relatively low.
The pellet P1 containing only PET resin was injection-molded to form a tensile test piece and a bending test piece in the same manner as in Production Examples 1 and 2. The tensile strength was 59 MPa, the Young's modulus was 1.9 GPa, the bending strength was 84 MPa, and the flexural modulus was 2.1 GPa.

実施例1−3Example 1-3

[ZOLTEK(30%)の炭素繊維強化・改質ペット樹脂ペレットR2から超臨界窒素ガスによる射出平板Aおよび射出発泡板B1−B2の製造]
(株)日本製鋼所のマイクロセルラーフオーム(MuCell)射出成形装置(450トン)に、平板金型(内側寸法360mm×250mm、厚さ4mmにて容積360cc)を設置した。
(実施例1)ZOLTEK炭素繊維(6mmチョップ、30%)を含む炭素繊維強化ペット樹脂R2(乾燥した黒色ペレット、比重1.45、MFR6.7g/10分:260℃、荷重2.16Kg)100重量%をシリンダー温度260−290℃、金型温度140−150℃、板厚み4.0mmにて射出成形を実施した。製造された平板A(36cm×25cm、厚み4mm)の平均重量は532gであり、比重は1.48、無発泡であった。樹脂の注入部から炭素繊維の流れ方向(MD)の切出し試験片の曲げ弾性率は14.6GPaであった。
(実施例2)同様な条件ではあるが、超臨界窒素ガスを所定量注入して樹脂充填率80%の射出発泡体(MuCell)を製造した。発泡平板B1(36cm×25cm、厚み4mm)の平均重量は432gであり、比重は1.19、発泡倍率1.24であった。樹脂の注入部から炭素繊維の流れ方向(MD)の切出し試験片の曲げ弾性率は11.5GPaであった。
(実施例3)同様な条件ではあるが、超臨界窒素ガスを所定量注入して樹脂充填率70%の射出発泡体(MuCell)を製造した。発泡平板B2(36cm×25cm、厚み4mm)の平均重量は370gであり、比重は1.03、発泡倍率1.44であった。樹指の注入部から炭素繊維の流れ方向(MD)の切出し試験片の曲げ弾性率は10.1GPaであった。
[Manufacture of injection flat plate A and injection foam plate B1-B2 from supercritical nitrogen gas from ZOLTEK (30%) carbon fiber reinforced / modified pet resin pellet R2]
A flat plate mold (inner dimension 360 mm × 250 mm, thickness 4 mm, volume 360 cc) was installed in a microcellular form (MuCell) injection molding device (450 tons) of The Japan Steel Works, Ltd.
(Example 1) Carbon fiber reinforced pet resin R2 (dried black pellet, specific gravity 1.45, MFR 6.7 g / 10 minutes: 260 ° C., load 2.16 kg) containing ZOLTEK carbon fiber (6 mm chop, 30%) 100 Injection molding was carried out at a cylinder temperature of 260-290 ° C., a mold temperature of 140-150 ° C., and a plate thickness of 4.0 mm by weight%. The produced flat plate A (36 cm × 25 cm, thickness 4 mm) had an average weight of 532 g, a specific gravity of 1.48, and no foaming. The flexural modulus of the test piece cut out from the resin injection portion in the flow direction (MD) of the carbon fiber was 14.6 GPa.
(Example 2) Under the same conditions, an injection foam (MuCell) having a resin filling rate of 80% was produced by injecting a predetermined amount of supercritical nitrogen gas. The average weight of the foamed flat plate B1 (36 cm × 25 cm, thickness 4 mm) was 432 g, the specific gravity was 1.19, and the foaming ratio was 1.24. The flexural modulus of the test piece cut out from the resin injection portion in the flow direction (MD) of the carbon fiber was 11.5 GPa.
(Example 3) Under the same conditions, an injection foam (MuCell) having a resin filling rate of 70% was produced by injecting a predetermined amount of supercritical nitrogen gas. The average weight of the foamed flat plate B2 (36 cm × 25 cm, thickness 4 mm) was 370 g, the specific gravity was 1.03, and the foaming magnification was 1.44. The flexural modulus of the test piece cut out from the injection portion of the tree finger in the flow direction (MD) of the carbon fiber was 10.1 GPa.

実施例4−5Example 4-5

[ZOLTEK(30%)の炭素繊維強化・改質ペット樹脂ペレットR2から超臨界窒素ガスを使用しコアバック式による射出平板C1および射出発泡板C2の製造]
(実施例4)実施例1と同様な装置を使用した。コアバック式射出発泡板の無発泡時の板厚を2.7mmに設定して、平板を製造した。この製造された平板C1(36cm×25cm、厚み2.7mm)の平均重量は342gであり、比重は1.41、無発泡であった。
(実施例5)実施例4と同様な装置を使用した。コアバック式射出発泡板の発泡時の板厚を4.0mmに設定して、射出発泡板を製造した。この製造された発泡平板C2(36cm×25cm、厚み4.0mm)の平均重量は349gであり、比重は0.969、容積発泡倍率1.48であった。樹脂の注入部から炭素繊維の流れ方向(MD)の切出し試験片の曲げ弾性率は9.20GPaであった。
[Manufacture of injection flat plate C1 and injection foam plate C2 by core back method using supercritical nitrogen gas from ZOLTEK (30%) carbon fiber reinforced / modified pet resin pellet R2]
(Example 4) The same apparatus as in Example 1 was used. A flat plate was manufactured by setting the thickness of the core-back type injection foam plate when it was not foamed to 2.7 mm. The produced flat plate C1 (36 cm × 25 cm, thickness 2.7 mm) had an average weight of 342 g, a specific gravity of 1.41, and no foaming.
(Example 5) The same apparatus as in Example 4 was used. The injection foam plate was manufactured by setting the thickness of the core back type injection foam plate at the time of foaming to 4.0 mm. The produced foamed flat plate C2 (36 cm × 25 cm, thickness 4.0 mm) had an average weight of 349 g, a specific gravity of 0.969, and a volume foaming ratio of 1.48. The flexural modulus of the test piece cut out from the resin injection portion in the flow direction (MD) of the carbon fiber was 9.20 GPa.

実施例6−13Example 6-13

[ZOLTEK(30%)の炭素繊維強化・改質ペット樹脂ペレットR2から超臨界窒素ガスを使用しコアバック式による射出発泡板D1−D8の製造]
引き続きコアバック式を継続した。
(実施例6)板厚を2.7→5.26mm(D1):発泡板重量は348gであり、比重は0.421、容積発泡倍率1.95であった。
(実施例7)板厚を2.7→6.20mm(D2):発泡板重量は349gであり、比重は0.422、容積発泡倍率2.30であった。
(実施例8)板厚を2.7→7.16mm(D3):発泡板重量は347gであり、比重は0.363、容積発泡倍率2.65であった。
(実施例9)板厚を2.7→8.10mm(D4):発泡板重量は348gであり、比重は0.322、容積発泡倍率3.00であった。
(実施例10)板厚を2.7→9.10mm(D5):発泡板重量は346gであり、比重は0.285、容積発泡倍率3.37であった。
(実施例11)板厚を2.7→10.1mm(D6):発泡板重量は348gであり、比重は0.258、容積発泡倍率3.74であった。
(実施例12)板厚を2.7→11.0mm(D7):発泡板重量は348gであり、比重は0.237、容積発泡倍率4.07であった。
(実施例13)板厚を2.7→12.7mm(D8):発泡板重量は346gであり、比重は0.204、容積発泡倍率4.70であった。
一連のコアバック式射出発泡試験において、(実施例9)板厚を2.7→8.10mm(D4)積発泡倍率3.37までは、発泡成形が安定し、気泡が均一分散して良好であった。本発明品は、既存のナイロン−ガラス繊維系に比べて、驚くほど成形安定性が良く、表面平滑性も優れていた。
[Manufacture of injection foam plate D1-D8 by core back method using supercritical nitrogen gas from ZOLTEK (30%) carbon fiber reinforced / modified pet resin pellet R2]
The core back type was continued.
(Example 6) Plate thickness 2.7 → 5.26 mm (D1): The foam plate weight was 348 g, the specific gravity was 0.421, and the volume foaming ratio was 1.95.
(Example 7) Plate thickness 2.7 → 6.20 mm (D2): The foam plate weight was 349 g, the specific gravity was 0.422, and the volume foaming ratio was 2.30.
(Example 8) Plate thickness 2.7 → 7.16 mm (D3): The foam plate weight was 347 g, the specific gravity was 0.363, and the volume foaming ratio was 2.65.
(Example 9) Plate thickness 2.7 → 8.10 mm (D4): The foam plate weight was 348 g, the specific gravity was 0.322, and the volume foaming ratio was 3.00.
(Example 10) Plate thickness 2.7 → 9.10 mm (D5): The foam plate weight was 346 g, the specific gravity was 0.285, and the volume foaming ratio was 3.37.
(Example 11) Plate thickness 2.7 → 10.1 mm (D6): The foam plate weight was 348 g, the specific gravity was 0.258, and the volume foaming ratio was 3.74.
(Example 12) Plate thickness 2.7 → 11.0 mm (D7): The foam plate weight was 348 g, the specific gravity was 0.237, and the volume foaming ratio was 4.07.
(Example 13) Plate thickness 2.7 → 12.7 mm (D8): The foam plate weight was 346 g, the specific gravity was 0.204, and the volume foaming ratio was 4.70.
In a series of core-back injection foaming tests (Example 9), foam molding is stable and bubbles are uniformly dispersed and good until the plate thickness is 2.7 → 8.10 mm (D4) and the foaming ratio is 3.37. Met. Compared with the existing nylon-glass fiber system, the product of the present invention had surprisingly good molding stability and excellent surface smoothness.

実施例14−17Examples 14-17

[ZOLTEK(30%)の炭素繊維強化・改質ペット樹脂ペレットR2からコアバック式による射出平板E1、化学発泡剤による発泡板E2およびE3、マイクロカプセルによる射出発泡板E4の製造]
ニイガタマシンテクノの射出成形装置(MD100X、100トン)に、平板金型(内側寸法100mm×200mmを設置した。
(実施例14)ZOLTEK炭素繊維(6mmチョップ、30%)を含む炭素繊維強化ペット樹脂R2(乾燥した黒色ペレット、比重1.45、MFR6.7g/10分:260℃、荷重2.16Kg)100重量%をシリンダー温度260−300℃、金型温度70−80℃、板厚み2.4mmにて射出成形を実施した。製造された平板E1(厚み2.4mm)の平均重量は78.3gであり、比重は1.46、無発泡であった。金型からの離形性が良く、表面平滑性も良かった。
(実施例15)同様な条件ではあるが、化学発泡剤(永和化成工業製、ポリスレンE16D、分解温度200℃、ガス発生量190ml/5g)3重量部を混合して、コアバック厚み2.4→3.6mmにて射出発泡板を製造した。発泡平板E2は、平均重量76.2g、容積発泡倍率1.5であった。金型からの離形性が良く、表面平滑性も良かった。
(実施例16)同様な条件ではあるが、化学発泡剤(永和化成工業製、ポリスレンEE204、分解温度240℃、ガス発生量80ml/5g)を5重量部に変更して、コアバック厚み2.4→3.6mmにて射出発泡板を製造した。発泡平板E3は、平均重量75.8g、容積発泡倍率1.5であった。金型からの離形性が良く、表面平滑性も良かった。
(実施例17)同様な条件ではあるが、マイクロカプセル剤(松本油脂製薬製、MBF2860PE、分解温度280℃、ガス発生量190ml/5g)を3重量部を混合して、コアバック厚み2.4→3.6mmにて射出発泡板を製造した。発泡平板E4は、平均重量77.1g、容積発泡倍率1.5であった。
[Manufacture of injection flat plate E1 by core back type, foam plates E2 and E3 by chemical foaming agent, and injection foam plate E4 by microcapsules from carbon fiber reinforced / modified pet resin pellet R2 of ZOLTEK (30%)]
A flat plate mold (inner dimension 100 mm × 200 mm) was installed in an injection molding device (MD100X, 100 tons) of Niigata Machine Techno.
(Example 14) Carbon fiber reinforced pet resin R2 (dried black pellet, specific gravity 1.45, MFR 6.7 g / 10 minutes: 260 ° C., load 2.16 kg) containing ZOLTEK carbon fiber (6 mm chop, 30%) 100 Injection molding was carried out at a cylinder temperature of 260-300 ° C., a mold temperature of 70-80 ° C., and a plate thickness of 2.4 mm by weight%. The produced flat plate E1 (thickness 2.4 mm) had an average weight of 78.3 g, a specific gravity of 1.46, and no foaming. The releasability from the mold was good, and the surface smoothness was also good.
(Example 15) Under the same conditions, 3 parts by weight of a chemical foaming agent (manufactured by Eiwa Kasei Kogyo, Polyslen E16D, decomposition temperature 200 ° C., gas generation amount 190 ml / 5 g) was mixed to achieve a core back thickness of 2.4. → An injection foam plate was manufactured at 3.6 mm. The foamed flat plate E2 had an average weight of 76.2 g and a volume foaming ratio of 1.5. The releasability from the mold was good, and the surface smoothness was also good.
(Example 16) Under the same conditions, the chemical foaming agent (manufactured by Eiwa Kasei Kogyo, Polyslen EE204, decomposition temperature 240 ° C., gas generation amount 80 ml / 5 g) was changed to 5 parts by weight, and the core back thickness was changed to 2. An injection foam plate was manufactured from 4 to 3.6 mm. The foamed flat plate E3 had an average weight of 75.8 g and a volume foaming ratio of 1.5. The releasability from the mold was good, and the surface smoothness was also good.
(Example 17) Under the same conditions, 3 parts by weight of a microcapsule (manufactured by Matsumoto Yushi Pharmaceutical Co., Ltd., MBF2860PE, decomposition temperature 280 ° C., gas generation amount 190 ml / 5 g) was mixed, and the core back thickness was 2.4. → An injection foam plate was manufactured at 3.6 mm. The foamed flat plate E4 had an average weight of 77.1 g and a volume foaming ratio of 1.5.

本発明によれば、世界最高級の20GPaを越える曲げ弾性率を持つ炭素繊維(30%)強化・改質ペット樹脂の射出発泡体が、超臨界流ガス、化学発泡剤およびマイクロカプセル型発泡剤を使用し、超臨界流ガス発泡方式およびコアバック方式により、1.2−3倍(比重1.2−0.48)にて容易に製造出来た。
炭素繊維強化により、PET系ポリエステル樹脂は、機械的強度を飛躍的に高めることが出来たが、今回発泡により軽量化が達成された。本発明は、当面は急発展して高強度・軽量化が必要不可欠な産業用飛翔体「ドローン」の計器、カメラ、電池を収納する容器や高強度・軽量化と耐熱・放熱が必要な自動車のエンジンカバーを対象とする。また、耐食性、耐熱性、伝熱性、導電性、耐油性、耐候性等の諸物性も向上させることが出来る。また、回収炭素繊維、炭素繊維強化エポキシ樹脂複合材からの再生炭素繊維および安価な新品炭素繊維強も使用してコストダウンすることが出来る。
今後は、土木・建築資材の用途を対象とする。近い将来は鉄道車両、自動車産業、新幹線車両業、リニヤーモーターカー、航空宇宙産業等の先端産業分野に於ける内装材料や構成材料の強度改善による一層の軽量化・省エネルギー化の用途を対象とする。また、電波吸収性、導電性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善ができるので、この機能性材料分野の利用可能性が大きい。
According to the present invention, the injection foam of carbon fiber (30%) reinforced / modified pet resin having a flexural modulus exceeding 20 GPa, which is the highest in the world, is a supercritical flow gas, a chemical foaming agent and a microcapsule type foaming agent. Was easily produced at 1.2-3 times (specific gravity 1.2-0.48) by the supercritical flow gas foaming method and the core back method.
By strengthening the carbon fiber, the PET-based polyester resin was able to dramatically increase the mechanical strength, but this time, the weight was reduced by foaming. The present invention is a container for storing instruments, cameras, and batteries of an industrial flying object "drone", which is rapidly developing for the time being and indispensable for high strength and weight reduction, and an automobile that requires high strength and weight reduction and heat resistance and heat dissipation. Targets the engine cover of. Further, various physical properties such as corrosion resistance, heat resistance, heat transfer property, conductivity, oil resistance, and weather resistance can be improved. In addition, the cost can be reduced by using recovered carbon fiber, recycled carbon fiber from carbon fiber reinforced epoxy resin composite material, and inexpensive new carbon fiber strength.
In the future, we will target applications for civil engineering and building materials. In the near future, it will be targeted for further weight reduction and energy saving applications by improving the strength of interior materials and constituent materials in advanced industrial fields such as railroad vehicles, automobile industry, Shinkansen train industry, linear motor cars, and aerospace industry. To do. In addition, since it is possible to further improve the performance such as radio wave absorption, conductivity, heat resistance, and heat dissipation, the utility of this functional material field is great.

Claims (6)

(A)成分ポリエチレンテレフタレート100重量部、
(B)成分炭素繊維5〜150重量部、
(C)成分結合剤として該分子内に2個以上のエポキシ基を含有する高分子型多官能エポキシ化合物0.1〜2重量部、
(D)成分結合反応触媒0.01〜1重量部、から構成される組成物を、該ポリエチレンテレフタレートの融点以上の温度で加熱反応させてJIS法K7210(260℃、荷重2.16Kg)にてメルトフローレートが1〜40g/10分である炭素繊維強化・改質ポリエチレンテレフタレート樹脂とし、次いで該樹脂に発泡剤を加えて射出成形方式にて発泡させる工程を含み、
前記結合反応触媒は、アルカリ金属のステアリン酸塩又はアルカリ土類金属のステアリン酸塩からなる群から選ばれた少なくとも一種類以上を含有することを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリエチレンテレフタレート樹脂の射出発泡成形体の製造方法。
(A) Ingredients Polyethylene terephthalate 100 parts by weight,
(B) Ingredients Carbon fiber 5 to 150 parts by weight,
(C) A polymer-type polyfunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups in the molecule as a component binder, 0.1 to 2 parts by weight,
(D) A composition composed of 0.01 to 1 part by weight of a component binding reaction catalyst is heated and reacted at a temperature equal to or higher than the melting point of the polyethylene terephthalate, and is subjected to JIS method K7210 (260 ° C., load 2.16 kg). a melt flow rate of 1 to 40 g / 10 min at a carbon fiber reinforced-modified polyethylene terephthalate resin and then includes the step of foaming by injection molding method by adding a foaming agent to the resin,
The binding reaction catalyst is a carbon fiber reinforced / modified polyethylene terephthalate resin containing at least one selected from the group consisting of alkali metal stearate or alkaline earth metal stearate. A method for manufacturing an injection foam molded product.
前記射出成形方式がコアバック式であることを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化・改質ポリエチレンテレフタレート樹脂の射出発泡成形体の製造方法。The method for producing an injection foam molded product of a carbon fiber reinforced / modified polyethylene terephthalate resin according to claim 1, wherein the injection molding method is a core back type. 前記発泡剤が、揮発性発泡剤であり、超臨界流体不活性ガスの窒素ガスおよびまたは炭酸ガスであることを特徴とする請求項1または2に記載の炭素繊維強化・改質ポリエチレンテレフタレート樹脂の発泡成形体の製造方法。The carbon fiber reinforced / modified polyethylene terephthalate resin according to claim 1 or 2 , wherein the foaming agent is a volatile foaming agent and is a supercritical fluid inert gas nitrogen gas and / or carbon dioxide gas. A method for producing a foamed molded product. 前記発泡剤が、揮発性発泡剤であり、不活性ガスの炭酸ガスおよびまたは窒素ガスであることを特徴とする請求項1または2に記載の炭素繊維強化・改質ポリエチレンテレフタレート樹脂の発泡成形体の製造方法。The foamed molded product of a carbon fiber reinforced / modified polyethylene terephthalate resin according to claim 1 or 2 , wherein the foaming agent is a volatile foaming agent and is an inert gas such as carbon dioxide gas and / or nitrogen gas. Manufacturing method. 前記発泡剤が、加熱分解型発泡剤であることを特徴とする請求項1または2に記載の炭素繊維強化・改質ポリエチレンテレフタレート樹脂の発泡成形体の製造方法。The method for producing a foamed molded product of a carbon fiber reinforced / modified polyethylene terephthalate resin according to claim 1 or 2 , wherein the foaming agent is a heat-decomposable foaming agent. 前記発泡剤が、低沸点の炭化水素系化合物を含有するマイクロカプセルであることを特徴とする請求項1または2に記載の炭素繊維強化・改質ポリエチレンテレフタレート樹脂の発泡成形体の製造方法。The method for producing a foamed molded product of a carbon fiber reinforced / modified polyethylene terephthalate resin according to claim 1 or 2 , wherein the foaming agent is a microcapsule containing a hydrocarbon compound having a low boiling point.
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