JP7211791B2 - Short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric and carbon fiber reinforced resin - Google Patents

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本発明は、炭素短繊維湿式不織布及び炭素繊維強化樹脂に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics and carbon fiber reinforced resins.

炭素繊維は鉄よりも軽量であり、強度が強いという優れた力学特性を有している。そのため、炭素繊維複合材料は航空機、自動車、テニスラケット、釣り竿、風力発電の羽根などの幅広い分野で使用されており、今後も用途が拡大すると予想される。 Carbon fiber is lighter than iron and has excellent mechanical properties such as high strength. Therefore, carbon fiber composite materials are used in a wide range of fields, such as aircraft, automobiles, tennis rackets, fishing rods, and blades for wind power generation, and their applications are expected to expand in the future.

炭素繊維としては、現在主に、ポリアクリロニトリルを炭素化、黒鉛化することで得られるPAN系炭素繊維と、タールピッチ液化石炭を溶融紡糸してから炭素化、黒鉛化することで得られるピッチ系炭素繊維とが使用されている。こうして生産された炭素繊維は、織物として加工するか、あるいは一方向に並べた後に、未硬化樹脂を含浸させた炭素繊維プリプレグと呼ばれる材料を、目標とする成形物の型に合うように裁断した後に樹脂を硬化することで得られる、炭素繊維強化樹脂(以下、「炭素繊維強化樹脂」を「CFRP」と略記する場合がある)として使用されることが多い。あるいは、CFRP廃材をリサイクルして得られた炭素繊維を使用する場合は、炭素繊維がリサイクル過程において短繊維化して炭素短繊維となることから、織物として加工することはできないため、不織布として加工されることが一般的である。 Currently, the main carbon fibers are PAN-based carbon fibers obtained by carbonizing and graphitizing polyacrylonitrile, and pitch-based carbon fibers obtained by melt-spinning tar pitch liquefied coal and then carbonizing and graphitizing it. Carbon fiber is used. The carbon fibers produced in this way are either processed as a fabric, or after being arranged in one direction, a material called carbon fiber prepreg impregnated with uncured resin is cut to fit the mold of the target molding. It is often used as a carbon fiber reinforced resin (hereinafter, "carbon fiber reinforced resin" may be abbreviated as "CFRP") that is obtained by curing the resin later. Alternatively, when using carbon fibers obtained by recycling CFRP waste materials, the carbon fibers become short fibers in the recycling process and become short carbon fibers, so it cannot be processed as a woven fabric, so it is processed as a nonwoven fabric. It is common to

炭素短繊維をシート化して炭素短繊維湿式不織布とする方法としては、炭素短繊維と水膨潤フィブリル化繊維とを水中に分散させ、抄紙用スラリーを作製し、繊維を交絡させて、炭素短繊維湿式不織布を製造する方法が開示されている。水膨潤フィブリル化繊維としては、フィブリル化パラ型芳香族ポリアミド繊維や、フィブリル化アクリル繊維が挙げられている(特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1では、炭素短繊維湿式不織布をCFRP加工する際の繊維・樹脂の成形流動性や不織布内の炭素短繊維の均一性などの点については考慮されておらず、CFRP加工する際にトラブルが発生する場合がある。CFRP加工の際に繊維・樹脂の成形流動性が低い場合、複雑な形状のCFRPを加工する際に細かい部分にまで繊維・樹脂が広がらず、複雑な形状に加工することができない場合がある。また、不織布内の炭素短繊維が均一でない場合、CFRP加工後の強度も不均一になり、CFRPとしては適さない場合がある。 As a method for forming a short carbon fiber into a sheet to form a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric, the short carbon fiber and the water-swollen fibrillated fiber are dispersed in water to prepare a slurry for papermaking, the fibers are entangled, and the short carbon fiber is prepared. A method of making a wet-laid nonwoven is disclosed. Examples of water-swollen fibrillated fibers include fibrillated para-aromatic polyamide fibers and fibrillated acrylic fibers (see Patent Document 1). However, Patent Document 1 does not consider the molding flowability of fibers and resins and the uniformity of carbon short fibers in the nonwoven fabric when CFRP processing the carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric. may cause trouble. If the molding fluidity of the fiber/resin is low during CFRP processing, the fiber/resin may not spread to fine parts when processing CFRP with a complex shape, and processing into a complex shape may not be possible. In addition, if the short carbon fibers in the nonwoven fabric are not uniform, the strength after CFRP processing will also be uneven, which may not be suitable for CFRP.

また、炭素短繊維湿式不織布を製造する別方法としては、炭素短繊維75質量%~97質量%、セルロース25質量%~3質量%からなる炭素短繊維湿式不織布を製造する方法において、含窒素有機溶媒を含有する水性分散助剤を炭素短繊維に対して10質量%以下と炭素短繊維を所定量の水に添加して撹拌し、さらに水でスラリー固形分濃度を0.05質量%以下に希釈して回流させる工程を経た後、湿式抄紙する方法が示されている(特許文献2参照)。しかしながら、特許文献2の炭素短繊維湿式不織布は、ガス透過性や導電性を有する不織布であり、CFRPに使用される不織布ではないため、炭素短繊維湿式不織布をCFRP加工する際の繊維・樹脂の成形流動性や不織布内の炭素短繊維の均一性などの点においては考慮されておらず、CFRP加工の際やCFRP加工後に不具合が発生する場合がある。 In addition, as another method for producing a carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric, in a method for producing a carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric composed of 75% to 97% by mass of carbon short fibers and 25% to 3% by mass of cellulose, a nitrogen-containing organic An aqueous dispersing aid containing a solvent is added to 10% by mass or less of the short carbon fibers and the short carbon fibers are added to a predetermined amount of water and stirred, and the solid content concentration of the slurry is reduced to 0.05% by mass or less with water. A wet papermaking method is disclosed after passing through the step of diluting and circulating (see Patent Document 2). However, the carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric of Patent Document 2 is a nonwoven fabric having gas permeability and conductivity, and is not a nonwoven fabric used for CFRP. Molding fluidity and uniformity of short carbon fibers in the nonwoven fabric are not considered, and problems may occur during or after CFRP processing.

国際公開第2014/021366号パンフレットWO 2014/021366 pamphlet 特開2004-353124号公報JP 2004-353124 A

本発明は、CFRPに加工する際に優れた成形流動性を示し、またCFRP加工後には優れた強度及び均一性を持つ炭素短繊維湿式不織布を得ることを目的としている。 An object of the present invention is to obtain a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric that exhibits excellent molding fluidity when processed into CFRP, and that has excellent strength and uniformity after CFRP processing.

本発明者らは、この課題を解決するため研究を行った結果、下記手段を見出した。 The present inventors have found the following means as a result of conducting research to solve this problem.

<1>結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個以上であり、炭素短繊維の平均繊維長が1mm以上50mm未満であり、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%未満であり、流れ方向の引張強度が30N/m以上5000N/m未満であり、セルロース繊維を含有することを特徴とする炭素短繊維湿式不織布。
<2>炭素短繊維の配合量が10質量%以上98質量%以下である<1>記載の炭素短繊維湿式不織布。
<3>坪量が20g/m以上500g/m未満である<1>又は<2>記載の炭素短繊維湿式不織布。
<4><1>~<3>のいずれかに記載の炭素短繊維湿式不織布と、該炭素短繊維湿式不織布と複合化された樹脂とからなる炭素繊維強化樹脂。
<1> The number of bundled short carbon fibers is 5 or more The number of short carbon fiber bundles is 3 or more per 1 cm 2 , the average fiber length of the short carbon fibers is 1 mm or more and less than 50 mm, and the wet heat adhesive binder resin fiber A short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric having a blending amount of less than 15% by mass, a tensile strength in the machine direction of 30 N/m or more and less than 5000 N/m, and containing cellulose fibers .
<2> The short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric according to <1>, wherein the blending amount of the short carbon fibers is 10% by mass or more and 98% by mass or less.
<3> The short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric according to <1> or <2>, which has a basis weight of 20 g/m 2 or more and less than 500 g/m 2 .
<4> A carbon fiber reinforced resin comprising the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric according to any one of <1> to <3> and a resin compounded with the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric.

本発明によれば、CFRPに加工する際に優れた成形流動性を示し、CFRP加工後には優れた強度及び均一性を持つ炭素短繊維湿式不織布を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric that exhibits excellent molding fluidity when processed into CFRP and has excellent strength and uniformity after CFRP processing.

実施例において、<CFRP成形流動性評価>の際に、リブ成形する方法を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a method of rib molding during <CFRP molding fluidity evaluation> in Examples.

本発明は、CFRPに加工する際に優れた成形流動性を持つ炭素短繊維湿式不織布を得るための発明である。炭素短繊維湿式不織布をCFRPに加工する際において、炭素短繊維湿式不織布の成形流動性が低い場合、複雑な形状に加工することができないという問題が発生する場合がある。すなわち、炭素短繊維が樹脂と共に流動せず、樹脂のみが複雑な形状を形成するが、樹脂のみの箇所の強度が非常に弱くなり、CFRPとしては適さないという問題が発生する場合がある。また、炭素短繊維湿式不織布の成形流動性はあったとしても、炭素短繊維が流動するにあたり、炭素短繊維が寄り集まり、高密度となる箇所ができ、その結果、低密度箇所の強度と高密度箇所の強度が不均一となるため、CFRPの品質も不均一になり、CFRP加工用炭素短繊維湿式不織布として適さないという問題が発生する場合があった。 The present invention is an invention for obtaining a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric having excellent molding fluidity when processed into CFRP. When processing the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric into CFRP, if the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric has low molding fluidity, a problem may occur in that it cannot be processed into a complicated shape. That is, the short carbon fibers do not flow together with the resin, and only the resin forms a complicated shape, but the strength of the portion where only the resin is present becomes extremely weak, which may cause a problem that it is not suitable for CFRP. In addition, even if the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric has molding fluidity, when the short carbon fibers flow, the short carbon fibers gather together and create areas with high density. Since the strength of the density portion becomes uneven, the quality of the CFRP becomes uneven, which sometimes causes a problem that it is not suitable as a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric for CFRP processing.

これらの問題を解決するため、鋭意研究を行った結果、結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個以上であり、炭素短繊維の平均繊維長が1mm以上50mm未満であり、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%未満であり、流れ方向の引張強度が30N/m以上5000N/m未満であることを特徴とする炭素短繊維湿式不織布は、炭素短繊維湿式不織布の成形流動性が高く、CFRP加工後の強度及び均一性も高いことが分かった。 In order to solve these problems, as a result of intensive research, the number of carbon short fiber bundles in which the number of bundled carbon short fibers is 5 or more is 3 or more per 1 cm 2 and the average fiber length of the carbon short fibers is 1 mm or more. A short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric having a length of less than 50 mm, a wet heat adhesive binder resin fiber content of less than 15% by mass, and a tensile strength in the machine direction of 30 N/m or more and less than 5000 N/m, It was found that the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric has high molding fluidity and high strength and uniformity after CFRP processing.

結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個未満である炭素短繊維湿式不織布は、分散された炭素短繊維同士が複雑に交錯することによって成形流動性が低くなり、CFRP用炭素短繊維湿式不織布として適さない場合がある。炭素短繊維の平均繊維長が1mm未満の場合は、炭素短繊維が短いため、炭素短繊維湿式不織布の強度が十分に発揮されず、CFRP加工後の強度が弱くなる。また、炭素短繊維の平均繊維長が50mm以上である場合は、長い繊維同士が複雑に交錯することにより、炭素短繊維湿式不織布の成形流動性が低くなり、CFRP用炭素短繊維湿式不織布として適さない。炭素短繊維の平均繊維長は、より好ましくは3mm以上30mm以下である。 A short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric in which the number of bundled short carbon fibers is 5 or more and less than 3 short carbon fiber bundles per 1 cm 2 has low molding fluidity due to the intricate interlacing of the dispersed short carbon fibers. Therefore, it may not be suitable as a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric for CFRP. When the average fiber length of the short carbon fibers is less than 1 mm, the short carbon fibers are short, so that the strength of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric is not sufficiently exhibited, and the strength after CFRP processing becomes weak. In addition, when the average fiber length of the carbon short fibers is 50 mm or more, the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric is less suitable for CFRP because the long fibers are interlaced in a complicated manner, resulting in low molding fluidity of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric. Absent. The average fiber length of the short carbon fibers is more preferably 3 mm or more and 30 mm or less.

流れ方向の引張強度が30N/m未満である場合、抄紙の際に紙切れが多発して、生産性が著しく劣り、CFRP用炭素短繊維湿式不織布として適さない。流れ方向の引張強度が5000N/m以上である場合、繊維同士が強く結着していることから、成形流動性が低くなり、CFRP用炭素短繊維湿式不織布として適さない。流れ方向の引張強度は、より好ましくは50N/m以上4500N/m以下であり、さらに好ましくは100N/m以上4000N/m以下である。 If the tensile strength in the machine direction is less than 30 N/m, frequent paper breaks occur during papermaking, resulting in markedly inferior productivity, which is not suitable as a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric for CFRP. If the tensile strength in the machine direction is 5000 N/m or more, the fibers are strongly bound to each other, resulting in low molding fluidity and not suitable as a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric for CFRP. The tensile strength in the machine direction is more preferably 50 N/m or more and 4500 N/m or less, and still more preferably 100 N/m or more and 4000 N/m or less.

本発明において、炭素短繊維湿式不織布に含まれる全繊維に対して、炭素短繊維の配合量は10~98質量%であることが好ましく、20~97質量%であることがより好ましく、30~96質量%であることがさらに好ましい。炭素短繊維の配合量が10質量%未満である場合は、加工した際に炭素短繊維が持つ「強度が高く、質量が軽い」という効果が十分に発揮できない場合がある。炭素短繊維の含有量が98質量%よりも多い場合は、繊維同士の結着が不十分となり、脱落繊維が発生する場合がある。 In the present invention, the amount of short carbon fibers is preferably 10 to 98% by mass, more preferably 20 to 97% by mass, more preferably 30 to 98% by mass, based on the total fibers contained in the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric. More preferably, it is 96% by mass. If the blending amount of the short carbon fibers is less than 10% by mass, the effects of "high strength and light weight" that the short carbon fibers have when processed may not be sufficiently exhibited. If the content of short carbon fibers is more than 98% by mass, the binding between fibers may be insufficient, and fibers may fall off.

なお、本発明において、炭素短繊維とは、繊維長が50mm以下の繊維を言う。また、繊維長の下限値は、0.1mmであることが好ましい。炭素短繊維の繊維長が0.1mm未満になると、湿式不織布を製造する際に繊維が脱落する場合がある。繊維長の上限値は特に規定しないが、繊維長が50mmを超える繊維が含まれると、その繊維を核に繊維がダマ状の塊となり、均一に抄紙を行うことが難しくなる場合がある。 In the present invention, short carbon fibers refer to fibers having a fiber length of 50 mm or less. Also, the lower limit of the fiber length is preferably 0.1 mm. If the fiber length of the short carbon fibers is less than 0.1 mm, the fibers may fall off during the production of the wet-laid nonwoven fabric. Although the upper limit of the fiber length is not particularly specified, if fibers with a fiber length exceeding 50 mm are included, the fibers may form clumps with the fibers as nuclei, making it difficult to perform uniform papermaking in some cases.

炭素短繊維としては、PAN系、ピッチ系など、どのような製法で製造された炭素短繊維でも使用することができる。また、新品未使用の炭素短繊維でも、廃棄された炭素繊維をリサイクル処理して得られた炭素短繊維でもなんら問題は無い。炭素短繊維を得るのに必要なコストを考慮すると、リサイクル処理して得られた炭素短繊維がより好ましい。 As short carbon fibers, short carbon fibers manufactured by any manufacturing method such as PAN-based and pitch-based short fibers can be used. Also, there is no problem with short carbon fibers that are new and unused, or short carbon fibers that are obtained by recycling discarded carbon fibers. Considering the cost required to obtain short carbon fibers, short carbon fibers obtained by recycling are more preferable.

本発明の炭素短繊維湿式不織布においては、性能を阻害しない範囲で、バインダー合成繊維を使用することができる。バインダー合成繊維としては、芯鞘繊維(コアシェルタイプ)、並列繊維(サイドバイサイドタイプ)、放射状分割繊維などの複合繊維;未延伸繊維;低融点合成樹脂単繊維;湿熱接着性バインダー樹脂繊維等が挙げられる。バインダー合成繊維は、繊維全体又は繊維の一部のガラス転移温度又は溶融温度(融点)が低く、抄紙機の乾燥工程において、バインダー能力を発現する。複合繊維は、皮膜を形成しにくいので、炭素短繊維湿式不織布の空間を保持したまま、機械的強度を向上させることができる。より具体的には、複合繊維としては、ポリプロピレン(芯)とポリエチレン(鞘)の組み合わせ、ポリプロピレン(芯)とエチレンビニルアルコール(鞘)の組み合わせ、高融点ポリエステル(芯)と低融点ポリエステル(鞘)の組み合わせ、高融点ポリエステル(芯)とポリエチレン(鞘)の組み合わせ等が挙げられる。未延伸繊維としては、ポリエステル等の未延伸繊維が挙げられる。また、ポリエチレンやポリプロピレン等の低融点樹脂のみで構成される単繊維(全融タイプ)等の低融点合成樹脂単繊維や、ポリビニルアルコール系のような湿熱接着性バインダー樹脂繊維は、乾燥工程で皮膜を形成しやすいが、本発明では使用することができる。 In the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric of the present invention, a binder synthetic fiber can be used as long as the performance is not impaired. Examples of binder synthetic fibers include composite fibers such as core-sheath fibers (core-shell type), parallel fibers (side-by-side type), and radially split fibers; undrawn fibers; low melting point synthetic resin single fibers; wet heat adhesive binder resin fibers, etc. . The binder synthetic fiber has a low glass transition temperature or melting temperature (melting point) of the whole fiber or a part of the fiber, and exhibits binder ability in the drying process of the paper machine. Composite fibers are less likely to form a film, so the mechanical strength can be improved while maintaining the spaces of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric. More specifically, composite fibers include a combination of polypropylene (core) and polyethylene (sheath), a combination of polypropylene (core) and ethylene vinyl alcohol (sheath), and a high melting point polyester (core) and low melting point polyester (sheath). and a combination of high melting point polyester (core) and polyethylene (sheath). Examples of undrawn fibers include undrawn fibers such as polyester. In addition, low-melting synthetic resin single fibers such as single fibers (full-melting type) composed only of low-melting resins such as polyethylene and polypropylene, and wet heat adhesive binder resin fibers such as polyvinyl alcohol are coated in the drying process. can be used in the present invention.

本発明において、炭素短繊維湿式不織布に含まれる全繊維に対して、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量は15質量%未満であり、12質量%未満がより好ましく、10質量%未満がさらに好ましい。湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%以上である場合、炭素短繊維同士が強く結着することで、成形流動性が阻害され、CFRP用炭素短繊維湿式不織布として適さない。湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量の下限値は特に規定しておらず、ゼロ質量%でもなんら支障はないが、2質量%以上配合させることで、湿潤状態でもある程度強度を発現するため、抄造性が安定する傾向にある。 In the present invention, the blending amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is less than 15% by mass, more preferably less than 12% by mass, and even more preferably less than 10% by mass, based on the total fibers contained in the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric. . If the content of the wet heat adhesive binder resin fiber is 15% by mass or more, the short carbon fibers are strongly bound to each other, impeding molding fluidity, and the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric for CFRP is not suitable. The lower limit of the amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is not particularly specified, and even if it is 0% by mass, there is no problem. tend to be stable.

本発明の炭素短繊維湿式不織布においては、性能を阻害しない範囲で、半合成繊維、合成繊維(バインダー合成繊維を除く)、無機繊維、セルロース繊維等を含有することもできる。 The short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric of the present invention may contain semi-synthetic fibers, synthetic fibers (excluding binder synthetic fibers), inorganic fibers, cellulose fibers, etc., as long as the performance is not impaired.

合成繊維(バインダー合成繊維を除く)としては、例えば、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリアクリル系、ビニロン系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリ塩化ビニル系、ポリエステル系、ベンゾエート系、ポリクラール系、フェノール系などの合成繊維を挙げることができる。また、無機繊維としては、ガラス繊維、岩石繊維、スラッグ繊維、金属繊維などの無機繊維が挙げられる。また、半合成繊維としては、アセテート、トリアセテート、プロミックス等が挙げられる。 Synthetic fibers (excluding binder synthetic fibers) include, for example, polyolefin-based, polyamide-based, polyacrylic-based, vinylon-based, polyvinylidene chloride-based, polyvinyl chloride-based, polyester-based, benzoate-based, polyclar-based, phenol-based, etc. Synthetic fibers may be mentioned. Examples of inorganic fibers include inorganic fibers such as glass fibers, rock fibers, slag fibers, and metal fibers. Semisynthetic fibers include acetate, triacetate, promix, and the like.

合成繊維(バインダー合成繊維を除く)、バインダー合成繊維、無機繊維及び半合成繊維の繊維長は特に限定しないが、3mm以上30mm未満であることが好ましい。これらの繊維の繊維長が長いほど、一本あたりの繊維同士の接触点が多くなり、繊維が脱落しにくくなる傾向があるため、これらの繊維の繊維長は3mm以上であることが好ましい。繊維長が長すぎる場合は、抄紙性や不織布の地合いが悪化する場合があるため、30mm未満であることが好ましい。繊維径についても特に限定しないが、1μm以上30μm未満であることが好ましく、2μm以上20μm未満であることが特に好ましい。繊維径が1μm未満の繊維を配合すると、炭素短繊維湿式不織布内が過剰に密な構造になることから、例えば炭素短繊維湿式不織布に樹脂を浸透させるなどの加工を行う際に樹脂の浸透を阻害し、加工後のCFRPの性能が下がる場合がある。繊維径が30μm以上である場合は、合成繊維(バインダー合成繊維を除く)又は無機繊維が脱落しやすい場合がある。 Although the fiber length of synthetic fibers (excluding binder synthetic fibers), binder synthetic fibers, inorganic fibers and semi-synthetic fibers is not particularly limited, it is preferably 3 mm or more and less than 30 mm. As the fiber length of these fibers increases, the number of contact points between fibers increases, and the fibers tend to be less likely to fall off. Therefore, the fiber length of these fibers is preferably 3 mm or more. If the fiber length is too long, the papermaking properties and texture of the nonwoven fabric may deteriorate, so it is preferably less than 30 mm. Although the fiber diameter is not particularly limited, it is preferably 1 μm or more and less than 30 μm, and particularly preferably 2 μm or more and less than 20 μm. When fibers with a fiber diameter of less than 1 μm are blended, the inside of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric becomes an excessively dense structure. It may hinder the performance of the CFRP after processing. If the fiber diameter is 30 μm or more, synthetic fibers (excluding binder synthetic fibers) or inorganic fibers may easily come off.

セルロース繊維の種類としては、天然セルロース繊維、再生セルロース繊維等が挙げられる。天然セルロース繊維としては、針葉樹パルプ、広葉樹パルプなどの木材パルプ;藁パルプ、竹パルプ、リンターパルプ、ケナフパルプなどの木本類又は草本類のパルプが挙げられる。再生セルロース繊維としては、レーヨン、キュプラ、リヨセル等の再生セルロース繊維が挙げられる。これらのセルロース繊維は、フィブリル化(叩解)されていてもなんら差し支えない。さらに、古紙、損紙などから得られるパルプ繊維を使用してもよい。 Types of cellulose fibers include natural cellulose fibers and regenerated cellulose fibers. Natural cellulose fibers include wood pulps such as softwood pulps and hardwood pulps; woody or herbaceous pulps such as straw pulps, bamboo pulps, linter pulps and kenaf pulps. Regenerated cellulose fibers include regenerated cellulose fibers such as rayon, cupra, and lyocell. These cellulose fibers may be fibrillated (beaten) without any problem. Furthermore, pulp fibers obtained from waste paper, waste paper, etc. may be used.

上記セルロース繊維の中で、針葉樹パルプ、リンターパルプ及びリヨセルの群から選ばれる1種以上のセルロース繊維を使用することが好ましく、リヨセルを使用することがより好ましい。また、リヨセルはフィブリル化(叩解)されていることが好ましい。これらの好ましいセルロース繊維を使用することによって、繊維の脱落を抑制することができる。また、炭素短繊維湿式不織布を抄紙法で製造する場合の操業性が安定するという効果も得られる。 Among the cellulose fibers, it is preferable to use one or more cellulose fibers selected from the group consisting of softwood pulp, linter pulp and lyocell, and more preferably lyocell. Also, the lyocell is preferably fibrillated (beaten). By using these preferable cellulose fibers, it is possible to suppress the shedding of the fibers. In addition, the effect of stabilizing the operability when producing the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric by the papermaking method can also be obtained.

フィブリル化(叩解)セルロース繊維は、上記のセルロース繊維をフィブリル化することによって製造することができる。フィブリル化するための装置としては、ビーター、PFIミル、シングルディスクリファイナー(SDR)、ダブルディスクリファイナー(DDR)、また、顔料等の分散や粉砕に使用するボールミル、ダイノミル、ミキサー、摩砕装置、高速の回転刃により剪断力を与える回転刃式ホモジナイザー、高速で回転する円筒形の内刃と固定された外刃との間で剪断力を生じる二重円筒式の高速ホモジナイザー、超音波による衝撃で微細化する超音波破砕器、繊維懸濁液に少なくとも20MPaの圧力差を与えて小径のオリフィスを通過させて高速度とし、これを衝突させて急減速することにより繊維に剪断力、切断力を加える高圧ホモジナイザー等の装置が挙げられる。これらの装置を、単独又は組み合わせて用いることによって、フィブリル化セルロース繊維を製造することができる。そして、これらの装置の種類、処理条件(繊維濃度、温度、圧力、回転数、リファイナーの刃の形状、リファイナーのプレート間のギャップ、処理回数)等のフィブリル化条件の調整により、目的のフィブリル化状態を得ることができる。 Fibrillated (beaten) cellulose fibers can be produced by fibrillating the above cellulose fibers. Devices for fibrillation include beaters, PFI mills, single disc refiners (SDR), double disc refiners (DDR), ball mills, dyno mills, mixers, grinders, and high-speed grinders used for dispersing and grinding pigments. A rotating blade homogenizer that applies shearing force with rotating blades, a double cylindrical high-speed homogenizer that produces shearing force between a cylindrical inner blade that rotates at high speed and a fixed outer blade, and atomization by ultrasonic impact. A high pressure ultrasonic crusher that applies a pressure difference of at least 20 MPa to the fiber suspension to pass through a small-diameter orifice to a high speed, which is then collided and rapidly decelerated to apply a shearing force and a cutting force to the fiber. A device such as a homogenizer may be used. Fibrillated cellulose fibers can be produced by using these devices alone or in combination. Then, by adjusting fibrillation conditions such as the type of equipment and processing conditions (fiber concentration, temperature, pressure, rotation speed, refiner blade shape, refiner plate gap, number of processing times), the desired fibrillation can be achieved. status can be obtained.

セルロース繊維を配合する場合、その配合量は1質量%以上30質量%未満であることが好ましく、2質量%以上20質量%未満であることがさらに好ましい。セルロース繊維の配合量が1質量%未満である場合、セルロース繊維を配合しなかった場合と変わらない。セルロース繊維の配合量が1質量%以上であると、繊維同士の接触点が増え、抄紙の際に紙切れがより起こり難くなり、より安定した生産が可能になる。セルロース繊維の配合量が30質量%以上である場合、CFRP加工の際に、セルロース繊維が樹脂の浸透を阻害することがあり、樹脂を均一に含浸させることが難しい場合がある。 When cellulose fibers are blended, the blending amount is preferably 1% by mass or more and less than 30% by mass, and more preferably 2% by mass or more and less than 20% by mass. When the amount of cellulose fiber blended is less than 1% by mass, there is no difference from the case where cellulose fiber is not blended. When the content of cellulose fibers is 1% by mass or more, the number of contact points between fibers increases, paper breakage is less likely to occur during papermaking, and more stable production becomes possible. If the blending amount of cellulose fibers is 30% by mass or more, the cellulose fibers may inhibit the permeation of the resin during CFRP processing, and it may be difficult to uniformly impregnate the resin.

本発明の炭素短繊維湿式不織布は、炭素短繊維を抄紙機でシート化する抄紙法によって得られる。 The short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric of the present invention is obtained by a papermaking method in which short carbon fibers are formed into a sheet by a paper machine.

抄紙法では、例えば、長網式、円網式、傾斜ワイヤー式を用いることができる。これらの抄紙方式を単独で有する抄紙機を使用しても良いし、同種又は異種の2機以上の抄紙方式がオンラインで設置されているコンビネーション抄紙機を使用しても良い。均一性に優れた炭素短繊維湿式不織布を製造するには、長網式、傾斜ワイヤー式のように、緩やかに、ワイヤー上のスラリーから脱水することができる抄紙方式を使用することが好ましい。本発明の炭素短繊維湿式不織布は、単層であっても良いし、複層であっても良い。 In the papermaking method, for example, a Fourdrinier method, a cylinder method, or an inclined wire method can be used. A paper machine having one of these papermaking systems alone may be used, or a combination paper machine in which two or more papermaking systems of the same or different types are installed online may be used. In order to produce a carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric with excellent uniformity, it is preferable to use a papermaking method such as a fourdrinier method or an inclined wire method, which can gently dewater the slurry on the wire. The short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric of the present invention may have a single layer or multiple layers.

抄紙法において、繊維を分散することを目的に、パルパーでの離解作業を行う。パルパーの種類は特に限定しておらず、縦型パルパーを使用しても良いし、横型パルパーを使用しても良いし、その他の形式のパルパーでもなんら問題は無い。パルパーの離解能力も特に限定していないが、パルパーの離解能力が強すぎる場合、炭素短繊維がパルパーによって砕かれ、ミルド状となり、CFRP加工後の強度が低くなる場合がある。パルパーの離解能力が弱すぎる場合、炭素短繊維が全く離解せずに、地合いが悪くなり、炭素短繊維が不均一になり、CFRP加工後の強度も不均一になる場合がある。炭素短繊維の離解の状態については、パルパーの強度、時間を調節することでコントロールすることが望ましい。 In the papermaking process, a pulper is used to defiber for the purpose of dispersing the fibers. The type of pulper is not particularly limited, and a vertical pulper may be used, a horizontal pulper may be used, and other types of pulpers may be used without any problem. The pulper's disintegration ability is not particularly limited, but if the pulper's disintegration ability is too strong, the short carbon fibers may be crushed by the pulper and become milled, resulting in reduced strength after CFRP processing. If the pulper's disintegration ability is too weak, the short carbon fibers may not be disintegrated at all, resulting in poor texture, uneven carbon short fibers, and uneven strength after CFRP processing. It is desirable to control the state of disaggregation of short carbon fibers by adjusting the strength and time of the pulper.

抄紙法において、繊維を均一に水中に分散させる目的や各種機能を付与する目的で、繊維を水中に分散する際に、各種アニオン性、ノニオン性、カチオン性、あるいは両性の分散剤、消泡剤、親水剤、濾水剤、紙力向上剤、粘剤、帯電防止剤、高分子粘剤、離型剤、抗菌剤、殺菌剤、pH調整剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤等の薬品を添加する場合もある。 In the papermaking process, various anionic, nonionic, cationic or amphoteric dispersants and antifoaming agents are used when dispersing fibers in water for the purpose of uniformly dispersing fibers in water or for the purpose of imparting various functions. , Hydrophilic agents, drainage agents, paper strength improvers, viscous agents, antistatic agents, polymer viscous agents, release agents, antibacterial agents, bactericides, pH adjusters, pitch control agents, slime control agents, etc. It may be added.

本発明の炭素短繊維湿式不織布には、必要に応じてサイズ剤を配合することができる。サイズ剤としては、本発明の所望の効果を損なわないものであれば、強化ロジンサイズ剤、ロジンエマルジョンサイズ剤、石油樹脂系サイズ剤、合成サイズ剤、中性ロジンサイズ剤、アルキルケテンダイマー(AKD)などのサイズ剤の中からいずれをも用いることができる。 The short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric of the present invention may optionally contain a sizing agent. As the sizing agent, reinforced rosin sizing agents, rosin emulsion sizing agents, petroleum resin-based sizing agents, synthetic sizing agents, neutral rosin sizing agents, alkylketene dimers (AKD ) and other sizing agents can be used.

抄紙機で製造された湿紙を、ヤンキードライヤー、エアードライヤー、シリンダードライヤー、サクションドラム式ドライヤー、赤外方式ドライヤー等で乾燥することにより、炭素短繊維湿式不織布を得る。湿紙の乾燥の際に、ヤンキードライヤー等の熱ロールに密着させて熱圧乾燥させることによって、密着させた面の平滑性が向上する。熱圧乾燥とは、タッチロール等で熱ロールに湿紙を押しつけて乾燥させることを言う。熱ロールの表面温度は、100~180℃が好ましく、100~160℃がより好ましく、110~160℃がさらに好ましい。圧力は、好ましくは50~1000N/cmであり、より好ましくは100~800N/cmである。 The wet paper produced by the paper machine is dried with a Yankee dryer, an air dryer, a cylinder dryer, a suction drum dryer, an infrared dryer, or the like to obtain a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric. When the wet paper is dried, it is brought into close contact with a hot roll such as a Yankee dryer and dried under heat and pressure, thereby improving the smoothness of the contacted surface. Hot and pressure drying means drying by pressing the wet paper against a hot roll with a touch roll or the like. The surface temperature of the heat roll is preferably 100 to 180°C, more preferably 100 to 160°C, even more preferably 110 to 160°C. The pressure is preferably 50-1000 N/cm, more preferably 100-800 N/cm.

以下、実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の部数や百分率は質量基準である。実施例17及び18は参考例である。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. The parts and percentages in the examples are based on mass. Examples 17 and 18 are reference examples.

実施例1
表1記載の繊維長の炭素短繊維と叩解リヨセルとPVAバインダー(クラレ製、製品名:VPB107-1)とを、表1記載の配合比率(質量基準)で水に投入して、縦型パルパーで10分間混合分散した後、湿紙を傾斜ワイヤー方式で、一層抄きで湿式抄紙し、表面温度130℃のヤンキードライヤーで乾燥し、抄紙速度20m/minで、坪量50g/mの炭素短繊維湿式不織布を得た。
Example 1
A short carbon fiber having a fiber length described in Table 1, a beaten lyocell, and a PVA binder (manufactured by Kuraray, product name: VPB107-1) were added to water at the blending ratio (mass basis) described in Table 1, and a vertical pulper was added. After mixing and dispersing the wet paper for 10 minutes, the wet paper is wet paper-made in a single layer with an inclined wire method, dried with a Yankee dryer at a surface temperature of 130 ° C., and a paper-making speed of 20 m / min and a basis weight of 50 g / m 2 carbon A short fiber wet-laid nonwoven fabric was obtained.

実施例2、3、比較例1及び2
炭素短繊維の分散状態を変えて、表1記載の繊維結束数に変えた以外は、実施例1と同様に、実施例2、3、比較例1及び2の炭素短繊維湿式不織布を得た。
Examples 2, 3, Comparative Examples 1 and 2
Short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics of Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the dispersed state of the short carbon fibers was changed to the number of fiber bundles shown in Table 1. .

実施例4~7、比較例3及び4
炭素短繊維の配合比率及び平均繊維長を表1記載内容に変えた以外は、実施例1と同様に、実施例4~7、比較例3及び4の炭素短繊維湿式不織布を得た。
Examples 4-7, Comparative Examples 3 and 4
Short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics of Examples 4 to 7 and Comparative Examples 3 and 4 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the mixing ratio and average fiber length of the short carbon fibers were changed to those described in Table 1.

実施例8~19、比較例5及び6
炭素短繊維、セルロース繊維及びバインダー合成繊維の配合比率を表1記載内容に変えた以外は、実施例1と同様に実施例8~19、比較例5及び6の炭素短繊維湿式不織布を得た。
Examples 8-19, Comparative Examples 5 and 6
Short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics of Examples 8 to 19 and Comparative Examples 5 and 6 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the blending ratios of the short carbon fibers, cellulose fibers, and synthetic binder fibers were changed to those described in Table 1. .

実施例20~23
炭素短繊維、セルロース繊維、合成繊維(バインダー合成繊維を除く)及びバインダー合成繊維の配合比率を表1の値に変えた以外は、実施例1と同様に実施例20~23の炭素短繊維湿式不織布を得た。
Examples 20-23
Short carbon fibers of Examples 20 to 23 were wet-processed in the same manner as in Example 1, except that the blending ratios of short carbon fibers, cellulose fibers, synthetic fibers (excluding synthetic binder fibers), and synthetic binder fibers were changed to the values shown in Table 1. A non-woven fabric was obtained.

実施例24~30及び比較例7
炭素短繊維湿式不織布の坪量、繊維配合比率を表1記載内容に変えた以外は、実施例1と同様に実施例24~30及び比較例7の炭素短繊維湿式不織布を得た。
Examples 24-30 and Comparative Example 7
Short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics of Examples 24 to 30 and Comparative Example 7 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the basis weight and fiber blending ratio of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric were changed to those described in Table 1.

Figure 0007211791000001
Figure 0007211791000001

表1に記載されている繊維の詳細は、以下のとおりである。 Details of the fibers listed in Table 1 are as follows.

叩解リヨセル:リヨセル繊維(繊度1.4デシテックス、繊維長3mm)を、ダブルディスクリファイナーを用いて処理し、平均繊維径14.0μmの幹部から平均繊維径1μm以下の枝部を発生させるように調製した繊維。
叩解針葉樹パルプ:ろ水度500mlCSFとなるように調製した天然針葉樹パルプ。
PET繊維:ポリエチレンテレフタレート(PET)延伸繊維、繊度1.7デシテックス、繊維長5mm
アラミド繊維:繊度0.9デシテックス、繊維長5mm
PVAバインダー:ポリビニルアルコール系バインダー合成繊維(湿熱接着性バインダー樹脂繊維、クラレ製、製品名:VPB107-1)
PETバインダー:PET未延伸バインダー合成繊維(熱融着性バインダー合成繊維、繊度1.2デシテックス、繊維長5mm)
Beating lyocell: Lyocell fibers (fineness 1.4 decitex, fiber length 3 mm) are processed using a double disc refiner to generate branches with an average fiber diameter of 1 μm or less from a stem with an average fiber diameter of 14.0 μm. fiber.
Beat softwood pulp: Natural softwood pulp prepared to have a freeness of 500 ml CSF.
PET fiber: polyethylene terephthalate (PET) drawn fiber, fineness 1.7 decitex, fiber length 5 mm
Aramid fiber: fineness 0.9 decitex, fiber length 5 mm
PVA binder: Polyvinyl alcohol binder synthetic fiber (wet heat adhesive binder resin fiber, manufactured by Kuraray, product name: VPB107-1)
PET binder: PET unstretched binder synthetic fiber (heat-fusible binder synthetic fiber, fineness 1.2 decitex, fiber length 5 mm)

実施例及び比較例で作製した炭素短繊維湿式不織布において、結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束の数(繊維結束数)、坪量、流れ方向の引張強度(強度)を測定した。また、CFRP加工後の強度、均一性及び成形流動性を評価した。測定結果及び評価結果を表1に示した。 In the carbon short fiber wet-laid nonwoven fabrics produced in Examples and Comparative Examples, the number of carbon short fiber bundles having 5 or more bundled short carbon fibers (number of fiber bundles), the basis weight, and the tensile strength (strength) in the machine direction were measured. It was measured. In addition, the strength, uniformity and molding fluidity after CFRP processing were evaluated. Table 1 shows the measurement results and evaluation results.

<繊維結束数>
炭素短繊維湿式不織布を1cm×1cmに断裁して、その中に含まれる結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束の数をルーペで観察してカウントを行った。
<Number of fiber bundles>
The carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric was cut to 1 cm×1 cm, and the number of carbon short fiber bundles containing 5 or more bundled carbon short fibers was observed with a loupe and counted.

<坪量>
炭素短繊維湿式不織布の坪量をJIS P 8124:2011に則って測定した。
<Basis weight>
The basis weight of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric was measured according to JIS P 8124:2011.

<強度>
JIS P8113(2006)に準じ、引張強度の測定を行った。なお、引張試験機には(日本A&D社製、商品名:テンシロン(登録商標)UTM-III-100型)を使用した。測定した引張強度からN/mの値を求めた。
<Strength>
The tensile strength was measured according to JIS P8113 (2006). A tensile tester (trade name: Tensilon (registered trademark) UTM-III-100 type, manufactured by Japan A&D Co., Ltd.) was used. A value of N/m was obtained from the measured tensile strength.

<抄紙安定性>
炭素短繊維湿式不織布を抄紙するにあたり、抄紙の安定性の評価を行った。抄紙の安定性が低い場合、安定した生産が困難となる場合がある。
<Papermaking stability>
The stability of papermaking was evaluated in papermaking of short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric. When the stability of papermaking is low, stable production may become difficult.

○:紙切れ等の問題が発生せず、安定した抄紙ができる。
△:紙切れ等の問題がやや発生したものの、抄紙ができる。
×:紙切れ等の問題が頻発して、安定した抄紙ができない。
◯: Problems such as paper breakage do not occur, and stable papermaking is possible.
Δ: Paper can be made, although some problems such as paper breakage occurred.
x: Problems such as paper breakage occurred frequently, and stable papermaking was not possible.

<CFRP加工>
炭素短繊維湿式不織布のCFRP加工を行った。炭素短繊維湿式不織布に、硬化剤を混合した熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)を炭素短繊維湿式不織布の質量の二倍量塗工した後、厚みが2mmとなるように熱プレス加工(温度120℃、圧力5MPa)を行い、炭素短繊維湿式不織布のCFRP板を得た。
<CFRP processing>
A short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric was subjected to CFRP processing. After applying a thermosetting resin (epoxy resin) mixed with a curing agent to the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric in an amount twice the weight of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric, it is hot-pressed (temperature: 120°C) to a thickness of 2 mm. ° C. and a pressure of 5 MPa) to obtain a CFRP plate of carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric.

使用したエポキシ樹脂は以下のとおりである。
エポキシ樹脂:GM-6800(ブレニー技研)
硬化剤混合後粘度:505cps
The epoxy resins used are as follows.
Epoxy resin: GM-6800 (Blenny Giken)
Viscosity after mixing curing agent: 505 cps

エポキシ樹脂は、硬化剤を主剤/硬化剤が10/3となるように混合した後、CFRP加工を実施した。 The epoxy resin was processed by CFRP after mixing the curing agent so that the ratio of main agent/curing agent was 10/3.

<CFRP加工後の強度評価>
作製したCFRP板の強度をJIS K 7074:1988に則って、サンプルごとにN=10回測定して、評価を行った。
<Strength evaluation after CFRP processing>
The strength of the produced CFRP plate was evaluated by measuring N=10 times for each sample according to JIS K 7074:1988.

○:CFRPとして十分高い強度が得られた。
△:CFRPとしてやや低めではあるものの、高い強度が得られた。
×:CFRPとして強度が不足していた。
◯: Sufficiently high strength was obtained as CFRP.
Δ: A high strength was obtained although the CFRP was slightly low.
x: Insufficient strength as CFRP.

<CFRP加工後の均一性評価>
作製したCFRP板の強度の変動係数を求め、評価を行った。
<Uniformity evaluation after CFRP processing>
The coefficient of variation of the strength of the produced CFRP plate was determined and evaluated.

○:変動係数が10%未満であり、強度が均一であった
△:変動係数が10~30%であり、強度がやや不均一であった。
×:変動係数が30%よりも高く、強度が不均一であった。
○: The coefficient of variation was less than 10%, and the strength was uniform. △: The coefficient of variation was 10 to 30%, and the strength was somewhat uneven.
x: The coefficient of variation was higher than 30%, and the strength was uneven.

<CFRP成形流動性評価>
炭素短繊維湿式不織布の成形流動性を測定するため、上記<CFRP加工>と同様に、炭素短繊維湿式不織布に熱硬化性樹脂を塗工して得た、炭素短繊維湿式不織布+エポキシ樹脂複合体31を、上板(スリットあり)11と下板(スリットなし)21との間に置き、熱プレス成形(温度120℃、圧力5MPa)して、幅2mm、長さ50mmのリブ41を成形して、成形流動性の評価を行った(図1)。
<CFRP molding fluidity evaluation>
In order to measure the molding fluidity of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric, a short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric + epoxy resin composite obtained by coating the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric with a thermosetting resin in the same manner as <CFRP processing> above. A body 31 is placed between an upper plate (with slits) 11 and a lower plate (without slits) 21, and hot-pressed (at a temperature of 120° C. and a pressure of 5 MPa) to form ribs 41 having a width of 2 mm and a length of 50 mm. Then, molding fluidity was evaluated (Fig. 1).

○:炭素短繊維を含んだリブが3mmよりも高く形成され、高い成形流動性が見られた。
△:炭素短繊維を含んだリブが高さ0.5~3mmの範囲で形成され、やや高い流動性が見られた。
×:炭素短繊維を含んだリブが0.5mmよりも低く形成され、成形流動性が見られなかった。
◯: Ribs containing short carbon fibers were formed higher than 3 mm, and high molding fluidity was observed.
Δ: Ribs containing short carbon fibers were formed in the range of 0.5 to 3 mm in height, and slightly high fluidity was observed.
x: Ribs containing short carbon fibers were formed below 0.5 mm, and molding fluidity was not observed.

結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個以上であり、炭素短繊維の平均繊維長が1mm以上50mm未満であり、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%未満であり、流れ方向の引張強度が30N/m以上5000N/m未満であることを特徴とする炭素短繊維湿式不織布である実施例に1~3においては、優れた成形流動性とCFRP加工後の強度及び均一性を持つことが分かる。炭素短繊維結束が多いため、複雑に絡み合った炭素短繊維が少なく、また、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が少ないため、繊維同士の結着が適度な強度に抑えられていることから、優れた成形流動性が示されたと推測される。 The number of bundled short carbon fibers is 5 or more, and the number of short carbon fiber bundles is 3 or more per 1 cm 2 , the average fiber length of the short carbon fibers is 1 mm or more and less than 50 mm, and the blending amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is In Examples 1 to 3, which are short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics characterized by having a tensile strength of less than 15% by mass and a tensile strength in the machine direction of 30 N / m or more and less than 5000 N / m, excellent molding fluidity and It can be seen that the CFRP has strength and uniformity after processing. Since there are many short carbon fiber bundles, there are few carbon short fibers that are intricately entangled, and since the amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is small, the binding between fibers is suppressed to an appropriate strength. It is presumed that excellent molding fluidity was exhibited.

また、結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個未満である比較例1及び2では、優れたCFRP加工後の強度を持つものの、CFRP加工の際の成形流動性が低いことが分かる。これは炭素短繊維が複雑に絡み合い、炭素短繊維が流動しづらい状態になっているため、成形流動性や均一性に劣る結果となったと推測される。 In addition, in Comparative Examples 1 and 2 in which the number of bundled short carbon fibers is 5 or more and the number of short carbon fiber bundles is less than 3 per 1 cm 2 , although excellent strength after CFRP processing is obtained, molding during CFRP processing It can be seen that the liquidity is low. It is presumed that this is because the short carbon fibers are intricately entangled and are in a state where it is difficult for the short carbon fibers to flow, resulting in poor molding fluidity and uniformity.

結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個以上であり、炭素短繊維の平均繊維長が1mm以上50mm未満であり、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%未満であり、流れ方向の引張強度が30N/m以上5000N/m未満であることを特徴とする炭素短繊維湿式不織布である実施例4~7においては、優れた成形流動性とCFRP加工後の強度及び均一性を持つことが分かる。炭素短繊維の配合比率を変更して平均繊維長を調節しても、1mm以上50mm未満の範囲では優れた成形流動性が示されたと推測する。 The number of bundled short carbon fibers is 5 or more, and the number of short carbon fiber bundles is 3 or more per 1 cm 2 , the average fiber length of the short carbon fibers is 1 mm or more and less than 50 mm, and the blending amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is In Examples 4 to 7, which are short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics characterized by having a content of less than 15% by mass and a tensile strength in the machine direction of 30 N/m or more and less than 5000 N/m, excellent molding fluidity and CFRP It can be seen that it has strength and uniformity after processing. Even if the blending ratio of short carbon fibers was changed to adjust the average fiber length, it is presumed that excellent molding fluidity was exhibited in the range of 1 mm or more and less than 50 mm.

また、炭素短繊維の平均繊維長が1mmであっても、炭素短繊維束が1cmあたり3個未満である比較例3では、高い成形流動性が確認されているものの、抄紙安定性やCFRP加工後の強度が劣ることが分かる。抄紙の安定性が低い原因は、炭素短繊維の平均繊維長が1mmであり、且つ炭素短繊維束が少ないため、炭素短繊維同士の絡み合いが極端に少なく、紙切れが多発したためと推測する。CFRP加工後の強度が劣る原因は、炭素短繊維の平均繊維長が1mmであり、且つ炭素短繊維束が少ないことから、炭素短繊維の持つ強度を十分に発揮できていないためと推測する。また、炭素短繊維の平均繊維長が50mmである比較例4では、炭素短繊維同士が複雑に絡み合うことで、繊維が流動しにくくなり、成形流動性が劣る結果となったと推測する。抄紙についても、長い炭素短繊維が複雑に絡み合い、ダマ状になりやすいことから、安定性が劣る結果となった。 Further, even if the average fiber length of the short carbon fibers is 1 mm, in Comparative Example 3 in which the number of short carbon fiber bundles is less than 3 per 1 cm 2 , although high molding fluidity is confirmed, papermaking stability and CFRP It can be seen that the strength after processing is inferior. It is speculated that the reason for the low papermaking stability is that the short carbon fibers have an average fiber length of 1 mm and the number of short carbon fiber bundles is small. It is speculated that the reason why the strength after CFRP processing is inferior is that the short carbon fibers have an average fiber length of 1 mm and the number of short carbon fiber bundles is small. In addition, in Comparative Example 4 in which the average fiber length of the carbon short fibers was 50 mm, the short carbon fibers were intricately entangled with each other, making it difficult for the fibers to flow, presumably resulting in poor molding fluidity. As for papermaking, long short carbon fibers are complicatedly entangled and tend to form lumps, resulting in poor stability.

結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個以上であり、炭素短繊維の平均繊維長が1mm以上50mm未満であり、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%未満であり、流れ方向の引張強度が30N/m以上5000N/m未満であることを特徴とする炭素短繊維湿式不織布である実施例8~19においては、優れた成形流動性とCFRP加工後の強度及び均一性を持つことが分かる。セルロース繊維及び湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量を調節しても、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の割合が15質量%未満の範囲では、優れた成形流動性が示された。また、セルロース繊維のみを配合した場合、又は湿熱接着性バインダー合成繊維や熱融着性バインダー樹脂繊維のみを配合した場合においても、問題無く優れた成形流動性が示されることが分かる。 The number of bundled short carbon fibers is 5 or more, and the number of short carbon fiber bundles is 3 or more per 1 cm 2 , the average fiber length of the short carbon fibers is 1 mm or more and less than 50 mm, and the blending amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is In Examples 8 to 19, which are short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics characterized by having a tensile strength of less than 15% by mass and a tensile strength in the machine direction of 30 N / m or more and less than 5000 N / m, excellent molding fluidity and CFRP It can be seen that it has strength and uniformity after processing. Even when the blending amounts of cellulose fibers and wet heat adhesive binder resin fibers were adjusted, excellent molding fluidity was exhibited when the ratio of wet heat adhesive binder resin fibers was less than 15% by mass. Moreover, even when only the cellulose fiber is blended, or when only the wet heat adhesive binder synthetic fiber or the heat fusible binder resin fiber is blended, excellent molding fluidity is exhibited without any problem.

また、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%以上である比較例5及び6では、炭素短繊維湿式不織布の強度が高くなり、CFRP加工時の成形流動性が劣ることが分かる。これは炭素短繊維湿式不織布の強度が高く、樹脂が流動する力よりも炭素短繊維湿式不織布の強度の方が強いため、炭素短繊維が流動しづらかったことが原因であると推測される。 In addition, in Comparative Examples 5 and 6, in which the content of the wet heat adhesive binder resin fiber is 15% by mass or more, the strength of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric is high, and the molding fluidity during CFRP processing is poor. It is presumed that this is because the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric has a high strength, and the strength of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric is stronger than the force with which the resin flows, so that the short carbon fibers were difficult to flow.

結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個以上であり、炭素短繊維の平均繊維長が1mm以上50mm未満であり、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%未満であり、流れ方向の引張強度が30N/m以上5000N/m未満であることを特徴とする炭素短繊維湿式不織布である実施例20~23においては、優れた成形流動性とCFRP加工後の強度及び均一性を持つことが分かる。実施例20から、セルロース繊維を変更しても、変わらず優れた成形流動性とCFRP加工後の強度を持つことが分かる。また、実施例21から、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の代わりにPET未延伸バインダー合成繊維を使用しても、変わらず優れた成形流動性とCFRP加工後の強度を持つことが分かる。また、実施例22及び23から、PET繊維やアラミド繊維などの合成繊維(バインダー合成繊維を除く)を配合しても、変わらず優れた成形流動性とCFRP加工後の強度を持つことが分かる。 The number of bundled short carbon fibers is 5 or more, and the number of short carbon fiber bundles is 3 or more per 1 cm 2 , the average fiber length of the short carbon fibers is 1 mm or more and less than 50 mm, and the blending amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is In Examples 20 to 23, which are short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics characterized by having a content of less than 15% by mass and a tensile strength in the machine direction of 30 N/m or more and less than 5000 N/m, excellent molding fluidity and CFRP It can be seen that it has strength and uniformity after processing. From Example 20, it can be seen that excellent molding fluidity and strength after CFRP processing are maintained even when the cellulose fiber is changed. Also, from Example 21, it can be seen that even when the PET unstretched binder synthetic fiber is used instead of the wet heat adhesive binder resin fiber, excellent molding fluidity and strength after CFRP processing are maintained. In addition, from Examples 22 and 23, even if synthetic fibers such as PET fibers and aramid fibers (excluding binder synthetic fibers) are blended, excellent molding fluidity and strength after CFRP processing remain unchanged.

結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個以上であり、炭素短繊維の平均繊維長が1mm以上50mm未満であり、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%未満であり、流れ方向の引張強度が30N/m以上5000N/m未満であることを特徴とする炭素短繊維湿式不織布である実施例24~30においては、優れた成形流動性とCFRP加工後の強度及び均一性を持つことが分かる。炭素短繊維湿式不織布の坪量を変更しても、炭素短繊維湿式不織布の強度が30N/m以上5000N/m未満であれば、変わらず優れた成形流動性とCFRP加工後の強度を持つことが分かる。ただし、坪量が低く、流れ方向の引張強度が弱い実施例24においては、抄紙の際に紙切れが発生し、抄紙の安定性がやや欠ける結果となった。また、坪量が大きい実施例29においては、湿紙が乾燥しづらく、抄紙の安定性がやや欠ける結果となった。実施例224と同坪量であるものの、炭素短繊維の配合量を更に上げた実施例30においては、抄紙の際に紙切れが更に多く発生し、抄紙安定性が実施例24よりも低かった。 The number of bundled short carbon fibers is 5 or more, and the number of short carbon fiber bundles is 3 or more per 1 cm 2 , the average fiber length of the short carbon fibers is 1 mm or more and less than 50 mm, and the blending amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is In Examples 24 to 30, which are short carbon fiber wet-laid nonwoven fabrics characterized by having a content of less than 15% by mass and a tensile strength in the machine direction of 30 N/m or more and less than 5000 N/m, excellent molding fluidity and CFRP It can be seen that it has strength and uniformity after processing. Even if the basis weight of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric is changed, if the strength of the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric is 30 N/m or more and less than 5000 N/m, it has excellent molding fluidity and strength after CFRP processing without change. I understand. However, in Example 24, which had a low basis weight and a low tensile strength in the machine direction, paper breakage occurred during papermaking, resulting in a slight lack of stability in papermaking. In Example 29, which had a large basis weight, the wet paper was difficult to dry, resulting in a slight lack of stability in papermaking. In Example 30, which had the same basis weight as Example 224 but had a higher blending amount of short carbon fibers, more paper breakage occurred during papermaking, and the papermaking stability was lower than that of Example 24.

さらに炭素短繊維の含有量が多く、流れ方向の引張強度が30N/m未満である比較例7においては、紙切れが非常に多く発生し、抄紙安定性が著しく欠けることから、炭素短繊維湿式不織布として適さないという結果となった。 Furthermore, in Comparative Example 7, in which the content of short carbon fibers is high and the tensile strength in the machine direction is less than 30 N/m, a large number of paper cuts occur and the papermaking stability is significantly lacking. As a result, it is not suitable as

本発明の炭素短繊維湿式不織布は、炭素繊維強化樹脂(CFRP)加工用として好適に使用できる。 The short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric of the present invention can be suitably used for carbon fiber reinforced resin (CFRP) processing.

11 上板(スリットあり)
21 下板(スリットなし)
31 炭素短繊維湿式不織布+エポキシ樹脂複合体
41 リブ
11 Upper plate (with slit)
21 lower plate (no slit)
31 carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric + epoxy resin composite 41 rib

Claims (4)

結束炭素短繊維本数が5本以上である炭素短繊維束が1cmあたり3個以上であり、炭素短繊維の平均繊維長が1mm以上50mm未満であり、湿熱接着性バインダー樹脂繊維の配合量が15質量%未満であり、流れ方向の引張強度が30N/m以上5000N/m未満であり、セルロース繊維を含有することを特徴とする炭素短繊維湿式不織布。 The number of bundled short carbon fibers is 5 or more, and the number of short carbon fiber bundles is 3 or more per 1 cm 2 , the average fiber length of the short carbon fibers is 1 mm or more and less than 50 mm, and the blending amount of the wet heat adhesive binder resin fiber is A short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric comprising cellulose fibers in an amount of less than 15% by mass, having a tensile strength in the machine direction of 30 N/m or more and less than 5000 N/m. 炭素短繊維の配合量が10質量%以上98質量%以下である請求項1記載の炭素短繊維湿式不織布。 The carbon short fiber wet-laid nonwoven fabric according to claim 1, wherein the carbon short fiber content is 10% by mass or more and 98% by mass or less. 坪量が20g/m以上500g/m未満である請求項1又は請求項2記載の炭素短繊維湿式不織布。 The short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric according to claim 1 or 2, having a basis weight of 20 g/m 2 or more and less than 500 g/m 2 . 請求項1~請求項3のいずれかに記載の炭素短繊維湿式不織布と、該炭素短繊維湿式不織布と複合化された樹脂とからなる炭素繊維強化樹脂。 A carbon fiber reinforced resin comprising the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric according to any one of claims 1 to 3 and a resin compounded with the short carbon fiber wet-laid nonwoven fabric.
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