JP7323384B2 - Polyvinyl chloride-based carbon fiber reinforced composite material - Google Patents
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Description
本発明は、炭素繊維基材に塩化ビニル系樹脂組成物を含浸させた炭素繊維強化複合材料に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon fiber reinforced composite material in which a carbon fiber substrate is impregnated with a vinyl chloride resin composition.
炭素繊維とマトリックス樹脂とからなる炭素繊維強化複合材料(以下、CFRPと略すことがある)は、比強度、比弾性率が高く、力学特性に優れ、耐候性、耐薬品性などの高機能特性を有する。そのため、CFRPは、航空機構造部材、風車のブレード、自動車外板や、一般産業用途においても注目され、その需要は年々高まりつつある。 Carbon fiber reinforced composite materials (hereinafter sometimes abbreviated as CFRP) composed of carbon fiber and matrix resin have high specific strength and specific modulus, excellent mechanical properties, and highly functional properties such as weather resistance and chemical resistance. have Therefore, CFRP is attracting attention in aircraft structural members, windmill blades, automobile outer panels, and general industrial applications, and its demand is increasing year by year.
マトリックス樹脂には、炭素繊維含浸時には低粘度であり、炭素繊維と優れた密着性を有するエポキシ樹脂で代表される熱硬化性樹脂が従来から知られている。近年では、マトリックス樹脂として、耐衝撃性の改善や高生産性への要求、リサイクル化への関心から、ポリオレフィンや、ポリアミド系ポリマーアロイなどの熱可塑性樹脂の開発が進められている。 As matrix resins, thermosetting resins typified by epoxy resins, which have low viscosity when impregnated with carbon fibers and have excellent adhesion to carbon fibers, have been conventionally known. In recent years, thermoplastic resins such as polyolefins and polyamide-based polymer alloys have been developed as matrix resins due to the demand for improved impact resistance, high productivity, and interest in recycling.
炭素繊維の優れた特性である軽量化と機械的強度を活かすためには、炭素繊維がマトリックス樹脂中に均一分散していることが重要であり、含浸時の樹脂粘度が低いことが必要である。しかしながら、一般に熱可塑性樹脂は高温条件では熱分解が進むことがあり、さらに溶融状態でも高粘度のものが多く、樹脂の含浸が不足するなどの課題を生じ易い。 In order to take advantage of the excellent properties of carbon fibers, such as weight reduction and mechanical strength, it is important that the carbon fibers are uniformly dispersed in the matrix resin, and it is necessary that the resin viscosity during impregnation is low. . However, in general, thermoplastic resins tend to undergo thermal decomposition under high-temperature conditions, and many of them have high viscosity even in a molten state, which tends to cause problems such as insufficient resin impregnation.
一方で、炭素繊維の優れた機械特性を活かすには、炭素繊維とマトリックス樹脂の界面接着性が優れることも重要である。例えばプロピレン系樹脂においては、炭素繊維に対する界面接着性が悪く、単にプロピレン系樹脂と炭素繊維を溶融混練しても期待する機械物性を得ることは困難である。この問題点を改善する方法として、無水マレイン酸などをプロピレン系樹脂にグラフト結合させた変性プロピレン系樹脂が開発され、これを添加することによりプロピレン系樹脂と炭素繊維との界面接着性の改善が図られている。 On the other hand, in order to take advantage of the excellent mechanical properties of carbon fibers, it is also important that the interfacial adhesion between the carbon fibers and the matrix resin is excellent. For example, propylene-based resins have poor interfacial adhesion to carbon fibers, and it is difficult to obtain expected mechanical properties simply by melt-kneading propylene-based resins and carbon fibers. As a method to solve this problem, a modified propylene resin was developed in which maleic anhydride or the like was grafted onto a propylene resin, and by adding this, the interfacial adhesion between the propylene resin and the carbon fiber was improved. is planned.
上記課題を材料面、プロセス面で解決することにより、ポリオレフィンやポリアミド系ポリマーアロイなどをマトリックス樹脂とするCFRPが実用化されているものの、依然として、マトリックス樹脂に依存する耐薬品性や難燃性の性能で劣ることが課題となる場合があった。 By solving the above problems in terms of materials and processes, CFRP with a matrix resin such as polyolefin or polyamide-based polymer alloy has been put into practical use. In some cases, poor performance was a problem.
汎用の熱可塑性樹脂である塩化ビニル樹脂は、難燃性、耐久性、耐油・耐薬品性に優れ、且つエチレン系樹脂やプロピレン系樹脂に比べてクリープ変形が極めて少なく、機械的強度も優れる材料であることが知られている。 Vinyl chloride resin, which is a general-purpose thermoplastic resin, is excellent in flame retardancy, durability, oil resistance, and chemical resistance. Compared to ethylene-based resins and propylene-based resins, it has extremely low creep deformation and excellent mechanical strength. is known to be
しかしながら、塩化ビニル樹脂は、熱可塑性樹脂の中でも溶融粘度が大きく、且つ炭素繊維へ塩化ビニル樹脂を含浸させる際の加工温度が塩化ビニル樹脂の熱分解温度に近いため炭素繊維への含浸は困難を伴うことが推測され、その実用化例も見られない。実際、特許文献1では、塩化ビニル樹脂は副成分としての配合量に留まり、且つ塩化ビニル樹脂を溶解する熱硬化性樹脂との混合物として取り扱われるもののみであった。 However, vinyl chloride resin has a high melt viscosity among thermoplastic resins, and the processing temperature when impregnating vinyl chloride resin into carbon fiber is close to the thermal decomposition temperature of vinyl chloride resin, so it is difficult to impregnate carbon fiber. It is presumed that it accompanies this, and there is no example of its practical application. In fact, in Patent Literature 1, the amount of vinyl chloride resin is limited to that contained as an auxiliary component, and is only handled as a mixture with a thermosetting resin that dissolves vinyl chloride resin.
塩化ビニル樹脂は、塩素基を有する極性ポリマーであるため、非極性ポリマーであるプロピレン樹脂よりも炭素繊維との界面接着性は優れると推測される。しかしながら、塩化ビニル樹脂は成形加工時において、熱分解や金型への付着が生じやすいため、熱分解反応を抑制する熱安定剤の配合や、成形加工過程において接触する必要のあるスクリューや金型などの金属表面への付着を防止するため、滑剤などの添加が必須となる。したがって、塩化ビニル樹脂ではその他の熱可塑性樹脂よりも、添加剤の含有比率が高い場合が一般的である。結果として、添加剤を多く含む塩化ビニル系樹脂組成物と炭素繊維の界面接着性に関しては、高含有の添加剤がどのように影響するか把握されていないのが現状である。 Since vinyl chloride resin is a polar polymer having chlorine groups, it is presumed to have better interfacial adhesiveness with carbon fibers than propylene resin, which is a non-polar polymer. However, vinyl chloride resin is prone to thermal decomposition and adhesion to molds during molding. In order to prevent adhesion to the metal surface, it is essential to add a lubricant or the like. Therefore, vinyl chloride resin generally has a higher additive content than other thermoplastic resins. As a result, the current situation is that it is not known how a high content of additives affects the interfacial adhesion between a vinyl chloride resin composition containing a large amount of additives and carbon fibers.
上記のように、塩化ビニル系樹脂組成物においては、溶融粘度が高く、熱安定性が低く、添加剤含有比率が高い。そのため、塩化ビニル系樹脂組成物は、炭素繊維基材に含浸し難く、複合化が困難と推測される。現状、どのような塩化ビニル系樹脂組成物がCFRP作成に適しているか、検討および解明が十分に成されていない。したがって、依然として、炭素繊維基材への含浸性が良好な塩化ビニル系樹脂組成物が求められている。また、そのような塩化ビニル系樹脂組成物を炭素繊維基材に含浸させたCFRPが求められている。 As described above, the vinyl chloride resin composition has a high melt viscosity, a low thermal stability, and a high additive content. Therefore, it is presumed that the vinyl chloride-based resin composition is difficult to impregnate into the carbon fiber base material, making it difficult to form a composite. At present, there has not been sufficient investigation and clarification of what kind of vinyl chloride resin composition is suitable for producing CFRP. Therefore, there is still a demand for a vinyl chloride-based resin composition having good impregnating properties into carbon fiber substrates. Further, there is a demand for CFRP in which a carbon fiber base material is impregnated with such a vinyl chloride resin composition.
本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意検討の結果、特定の条件を満たす塩化ビニル系樹脂組成物(A)を使用することにより、上記課題を解決しうることを見出し、本発明に至った。即ち、本発明の要旨は、以下のとおりである。 Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the inventors of the present invention have found that the above problems can be solved by using a vinyl chloride resin composition (A) that satisfies specific conditions. reached. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] 塩化ビニル系樹脂組成物(A)と、炭素繊維基材(B)とからなる炭素繊維強化複合材料であって、
前記塩化ビニル系樹脂組成物(A)が、塩化ビニル系樹脂および少なくとも1種の添加剤を含み、
前記塩化ビニル系樹脂組成物(A)は、200℃、周波数10Hzでの複素粘度ηが、1<η<1500であり、
前記塩化ビニル系樹脂の平均重合度が、400以上1500以下であり、
前記塩化ビニル系樹脂組成物(A)において、前記塩化ビニル系樹脂100質量部に対して、熱安定剤の含有量が0.1~30質量部であり、内部滑剤の含有量が20質量部以下であり、外部滑剤が10質量部以下であり、可塑剤の含有量が10質量部以下であることを特徴とする、炭素繊維強化複合材料。
[2] 塩化ビニル系樹脂組成物(A)は、200℃、周波数10Hzでの複素粘度ηが、10<η<1000である、[1]に記載の炭素繊維強化複合材料。
[3] 前記熱安定剤が、有機錫系安定剤、鉛系安定剤、カルシウム-亜鉛系安定剤、バリウム-亜鉛系安定剤、およびバリウムーカドミウム系安定剤からなる群から選択される少なくとも1種である、[1]または[2]に記載の炭素繊維強化複合材料。
[4] 前記内部滑剤が、ブチルステアレート、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、エポキシ大豆油、グリセリンモノステアレート、ステアリン酸、およびビスアミドからなる群から選択される少なくとも1種である、[1]~[3]のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。
[5] 前記外部滑剤が、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、エステルワックス、およびモンタン酸ワックスからなる群から選択される少なくとも1種である、[1]~[4]のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。
[6] 前記塩化ビニル系樹脂組成物(A)において、前記添加剤の合計含有量が、前記塩化ビニル系樹脂100質量部に対して70質量部以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。
[7] 前記炭素繊維強化複合材料の繊維体積率(Vf)が50±2%のとき、三点曲げ試験の平均曲げ強度が300MPa以上である、[1]~[6]のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。
[8] [1]~[7]のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料からなる、成形体。
[1] A carbon fiber reinforced composite material comprising a vinyl chloride resin composition (A) and a carbon fiber base material (B),
The vinyl chloride resin composition (A) contains a vinyl chloride resin and at least one additive,
The vinyl chloride resin composition (A) has a complex viscosity η of 1<η<1500 at 200° C. and a frequency of 10 Hz,
The average degree of polymerization of the vinyl chloride resin is 400 or more and 1500 or less,
In the vinyl chloride resin composition (A), the content of the heat stabilizer is 0.1 to 30 parts by mass and the content of the internal lubricant is 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin. A carbon fiber reinforced composite material comprising:
[2] The carbon fiber reinforced composite material according to [1], wherein the vinyl chloride resin composition (A) has a complex viscosity η of 10<η<1000 at 200° C. and a frequency of 10 Hz.
[3] The thermal stabilizer is at least one selected from the group consisting of organotin stabilizers, lead stabilizers, calcium-zinc stabilizers, barium-zinc stabilizers, and barium-cadmium stabilizers. The carbon fiber reinforced composite material according to [1] or [2], which is a seed.
[4] The internal lubricant is at least one selected from the group consisting of butyl stearate, lauryl alcohol, stearyl alcohol, epoxy soybean oil, glycerin monostearate, stearic acid, and bisamide, [1]-[ 3], the carbon fiber reinforced composite material according to any one of the above items.
[5] The carbon fiber reinforcement according to any one of [1] to [4], wherein the external lubricant is at least one selected from the group consisting of paraffin wax, polyolefin wax, ester wax, and montanic acid wax. Composite material.
[6] In the vinyl chloride resin composition (A), the total content of the additives is 70 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin of [1] to [5]. The carbon fiber reinforced composite material according to any one of the above.
[7] Any one of [1] to [6], wherein the carbon fiber reinforced composite material has an average bending strength of 300 MPa or more in a three-point bending test when the fiber volume fraction (Vf) is 50±2%. of carbon fiber reinforced composites.
[8] A molded body made of the carbon fiber reinforced composite material according to any one of [1] to [7].
本発明においては、特定の条件を満たす塩化ビニル系樹脂組成物(A)を用いることで、炭素繊維基材(B)への含浸性に優れ、曲げ強度が良好なCFRPを得ることができる。 In the present invention, by using the vinyl chloride-based resin composition (A) that satisfies specific conditions, it is possible to obtain a CFRP that is excellent in impregnation into the carbon fiber substrate (B) and has good bending strength.
<炭素繊維強化複合材料>
本発明による炭素繊維強化複合材料は、塩化ビニル系樹脂組成物(A)と、炭素繊維基材(B)とからなる炭素繊維強化複合材料である。以下、炭素繊維強化複合材料を構成する各要素について詳述する。
<Carbon fiber reinforced composite material>
A carbon fiber reinforced composite material according to the present invention is a carbon fiber reinforced composite material comprising a vinyl chloride resin composition (A) and a carbon fiber base material (B). Each element constituting the carbon fiber reinforced composite material will be described in detail below.
<塩化ビニル系樹脂組成物(A)>
塩化ビニル系樹脂組成物(A)は、炭素繊維基材(B)への含浸性に優れるものが好ましい。塩化ビニル系樹脂組成物(A)は、200℃、周波数10Hzでの複素粘度ηが、1<η<1500の範囲であり、10<η<1000Pa・sであることが好ましく、20<η<800Pa・sであることがより好ましい。上記複素粘度ηが1500Pa・s未満であることにより、炭素繊維フィラメント束の内部まで樹脂を含浸させることができ、炭素繊維の優れた機械特性を活かすことができる。一方、上記複素粘度ηが1Pa・s超であることにより、CFRPとしての機械強度を損なわない程度の、マトリックス樹脂自体の機械強度を得ることができる。
<Vinyl chloride resin composition (A)>
The vinyl chloride resin composition (A) preferably has excellent impregnating properties into the carbon fiber substrate (B). The vinyl chloride resin composition (A) has a complex viscosity η at 200° C. and a frequency of 10 Hz in the range of 1<η<1500, preferably 10<η<1000 Pa s, and 20<η< It is more preferably 800 Pa·s. When the complex viscosity η is less than 1500 Pa·s, the inside of the carbon fiber filament bundle can be impregnated with the resin, and the excellent mechanical properties of the carbon fiber can be utilized. On the other hand, when the complex viscosity η is more than 1 Pa·s, the mechanical strength of the matrix resin itself can be obtained to such an extent that the mechanical strength as CFRP is not impaired.
塩化ビニル系樹脂組成物(A)は、炭素繊維基材(B)表面への界面接着性に優れる、すなわち相溶性が高い方が良い。 The vinyl chloride resin composition (A) should be excellent in interfacial adhesion to the surface of the carbon fiber substrate (B), that is, should have high compatibility.
塩化ビニル系樹脂組成物(A)に用いる塩化ビニル系樹脂としては特に限定されず、塩化ビニル単量体の単独重合体の他、例えば、(1)塩化ビニル単量体と塩化ビニル単量体以外の重合性単量体との共重合体、(2)塩化ビニル系樹脂以外の重合体に塩化ビニル単量体または塩化ビニル系樹脂をグラフトさせたグラフト共重合体等が挙げられる。さらに、これらの塩化ビニル系樹脂を塩素化した塩素化塩化ビニル系樹脂も挙げられる。これら塩化ビニル系樹脂は単独で用いられてもよいし、2種以上が併用されてもよい。 The vinyl chloride resin used in the vinyl chloride resin composition (A) is not particularly limited, and in addition to homopolymers of vinyl chloride monomers, for example, (1) vinyl chloride monomer and vinyl chloride monomer and (2) a graft copolymer obtained by grafting a vinyl chloride monomer or a vinyl chloride resin to a polymer other than a vinyl chloride resin. Furthermore, chlorinated vinyl chloride resins obtained by chlorinating these vinyl chloride resins are also included. These vinyl chloride resins may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
(1)塩化ビニル単量体と塩化ビニル単量体以外の重合性単量体との共重合体における重合性単量体としては特に限定されないが、炭素数2以上16以下のα-オレフィン(例えば、エチレン、プロピレン、およびブチレン);炭素数2以上16以下の脂肪族カルボン酸のビニルエステル(例えば、酢酸ビニルおよびプロピオン酸ビニル);炭素数2以上16以下のアルキルビニルエーテル(例えば、ブチルビニルエーテルおよびセチルビニルエーテル);炭素数1以上16以下のアルキル(メタ)アクリレート(例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレートおよびブチルアクリレート);アリール(メタ)アクリレート(例えば、フェニルメタクリレート);芳香族ビニル(例えば、スチレンおよびα-置換スチレン(例えば、α-メチルスチレン));ハロゲン化ビニル(例えば、塩化ビニリデンおよびフッ化ビニリデン);およびN-置換マレイミド(N-フェニルマレイミドおよびN-シクロヘキシルマレイミド)が挙げられる。 (1) Polymerizable monomers in copolymers of vinyl chloride monomers and polymerizable monomers other than vinyl chloride monomers are not particularly limited, but α-olefins having 2 to 16 carbon atoms ( ethylene, propylene, and butylene); vinyl esters of aliphatic carboxylic acids having 2 to 16 carbon atoms (e.g., vinyl acetate and vinyl propionate); alkyl vinyl ethers having 2 to 16 carbon atoms (e.g., butyl vinyl ether and cetyl vinyl ether); alkyl (meth)acrylates having 1 to 16 carbon atoms (e.g., methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate and butyl acrylate); aryl (meth)acrylates (e.g., phenyl methacrylate); aromatic vinyl (e.g., styrene and α-substituted styrenes (e.g., α-methylstyrene)); vinyl halides (e.g., vinylidene chloride and vinylidene fluoride); and N-substituted maleimides (N-phenylmaleimide and N-cyclohexylmaleimide). mentioned.
(2)塩化ビニル単量体または塩化ビニル系樹脂とともにグラフト共重合体を与える重合体としては、塩化ビニルモノマーにグラフト重合可能な重合体であれば単独重合体および共重合体を問わず、いかなるものも含まれる。例えば、α-オレフィンとビニルエステルとの共重合体(例えば、エチレン-酢酸ビニル共重合体);α-オレフィンとビニルエステルと一酸化炭素との共重合体(例えば、エチレン-酢酸ビニル-一酸化炭素共重合体);α-オレフィンとアルキル(メタ)アクリレートとの共重合体(例えば、エチレン-メチルメタクリレート共重合体およびエチレン-エチルアクリレート共重合体);α-オレフィンとアルキル(メタ)アクリレートと一酸化炭素との共重合体(例えば、エチレン-ブチルアクリレート-一酸化炭素共重合体);異なる2種以上のα-オレフィンの共重合体(例えば、エチレン-プロピレン共重合体);不飽和ニトリルとジエンとの共重合体(例えば、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体);ポリウレタン;および塩素化ポリオレフィン(例えば、塩素化ポリエチレンおよび塩素化ポリプロピレン)が挙げられる。 (2) Polymers that give graft copolymers together with vinyl chloride monomers or vinyl chloride resins may be homopolymers or copolymers as long as they can be graft-polymerized with vinyl chloride monomers. things are also included. For example, copolymers of α-olefins and vinyl esters (e.g., ethylene-vinyl acetate copolymers); copolymers of α-olefins, vinyl esters, and carbon monoxide (e.g., ethylene-vinyl acetate-monoxide copolymers of α-olefins and alkyl (meth)acrylates (e.g., ethylene-methyl methacrylate copolymers and ethylene-ethyl acrylate copolymers); α-olefins and alkyl (meth)acrylates Copolymers with carbon monoxide (eg, ethylene-butyl acrylate-carbon monoxide copolymers); copolymers of two or more different α-olefins (eg, ethylene-propylene copolymers); unsaturated nitriles and dienes (eg, acrylonitrile-butadiene copolymers); polyurethanes; and chlorinated polyolefins (eg, chlorinated polyethylene and chlorinated polypropylene).
塩化ビニル系樹脂の平均重合度は、400以上1500以下であり、400以上800以下であることがより好ましい。平均重合度が上記下限値以上であることにより、塩化ビニル系樹脂による好ましい物性(例えば強靭性)を得やすい。平均重合度が上記上限値以下であることにより、炭素繊維基材(B)への含浸性が良好になる。 The vinyl chloride resin has an average degree of polymerization of 400 or more and 1500 or less, more preferably 400 or more and 800 or less. When the average degree of polymerization is at least the above lower limit, it is easy to obtain desirable physical properties (for example, toughness) from the vinyl chloride resin. When the average degree of polymerization is equal to or less than the above upper limit, the impregnating property into the carbon fiber base material (B) is improved.
(添加剤)
塩化ビニル系樹脂組成物(A)に加えられる各種添加剤としては、熱安定剤、滑剤、加工助剤、衝撃改質剤、耐熱向上剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、光安定剤、充填剤、顔料、難燃剤、および可塑剤等が挙げられる。前記添加剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
(Additive)
Various additives added to the vinyl chloride resin composition (A) include heat stabilizers, lubricants, processing aids, impact modifiers, heat resistance improvers, antioxidants, ultraviolet absorbers, antistatic agents, light Stabilizers, fillers, pigments, flame retardants, plasticizers, and the like. Only one kind of the additive may be used, or two or more kinds thereof may be used in combination.
塩化ビニル系樹脂組成物(A)に含まれる添加剤の合計含有量は、塩化ビニル系樹脂100質量部に対して、70質量部以下であることが好ましく、60質量部以下であることがより好ましく、50質量部以下であることがさらに好ましい。少量である方が、連続炭素繊維基材(B)界面近傍に滲出する影響を軽減することができ、炭素繊維強化複合材料の曲げ強度などの物性低下を抑えることができる。 The total content of additives contained in the vinyl chloride resin composition (A) is preferably 70 parts by mass or less, more preferably 60 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin. It is preferably 50 parts by mass or less, and more preferably 50 parts by mass or less. A smaller amount can reduce the influence of exudation in the vicinity of the interface of the continuous carbon fiber substrate (B), and can suppress deterioration of physical properties such as bending strength of the carbon fiber reinforced composite material.
前記熱安定剤としては特に限定されず、熱安定剤および熱安定化助剤などが挙げられる。前記熱安定剤としては特に限定されず、有機錫系安定剤、鉛系安定剤、カルシウム-亜鉛系安定剤、バリウム-亜鉛系安定剤、およびバリウムーカドミウム系安定剤等が挙げられる。 The heat stabilizer is not particularly limited, and includes heat stabilizers and heat stabilization aids. The heat stabilizer is not particularly limited, and examples thereof include organic tin stabilizers, lead stabilizers, calcium-zinc stabilizers, barium-zinc stabilizers, and barium-cadmium stabilizers.
前記有機錫系安定剤としては、ジブチル錫メルカプト、ジオクチル錫メルカプト、ジメチル錫メルカプト、ジブチル錫メルカプト、ジブチル錫マレート、ジブチル錫マレートポリマー、ジオクチル錫マレート、ジオクチル錫マレートポリマー、ジブチル錫ラウレート、およびジブチル錫ラウレートポリマー等が挙げられる。上記安定剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The organotin stabilizers include dibutyltin mercapto, dioctyltin mercapto, dimethyltin mercapto, dibutyltin mercapto, dibutyltin maleate, dibutyltin maleate polymer, dioctyltin maleate, dioctyltin maleate polymer, dibutyltin laurate, and dibutyltin laurate polymer and the like. Only one of the above stabilizers may be used, or two or more thereof may be used in combination.
前記熱安定化助剤としては特に限定されず、例えば、エポキシ化大豆油、りん酸エステル、ポリオール、ハイドロタルサイト、およびゼオライト等が挙げられる。上記熱安定化助剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The heat stabilization aid is not particularly limited, and examples thereof include epoxidized soybean oil, phosphate ester, polyol, hydrotalcite, and zeolite. Only one type of the heat stabilization aid may be used, or two or more types may be used in combination.
塩化ビニル系樹脂組成物(A)に含まれる熱安定剤の含有量は、塩化ビニル系樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上30質量部以下であり、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。少量である方が、連続炭素繊維基材(B)界面近傍に滲出する影響を軽減することができ、炭素繊維強化複合材料の曲げ強度などの物性低下を抑えることができる。 The content of the heat stabilizer contained in the vinyl chloride resin composition (A) is 0.1 parts by mass or more and 30 parts by mass or less and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin. is preferable, and it is more preferably 5 parts by mass or less. A smaller amount can reduce the influence of exudation in the vicinity of the interface of the continuous carbon fiber substrate (B), and can suppress deterioration of physical properties such as bending strength of the carbon fiber reinforced composite material.
前記滑剤としては、内部滑剤および外部滑剤が挙げられる。前記内部滑剤は、成形加工時の溶融樹脂の流動粘度を下げ、摩擦発熱を防止する目的で使用される。前記内部滑剤としては特に限定されず、ブチルステアレート、ラウリルアルコール、ステアリルアルコール、エポキシ大豆油、グリセリンモノステアレート、ステアリン酸、およびビスアミド等が挙げられる。上記滑剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 Said lubricants include internal lubricants and external lubricants. The internal lubricant is used for the purpose of reducing the flow viscosity of the molten resin during molding and preventing frictional heat generation. The internal lubricant is not particularly limited, and includes butyl stearate, lauryl alcohol, stearyl alcohol, epoxy soybean oil, glycerin monostearate, stearic acid, bisamide, and the like. Only one type of the lubricant may be used, or two or more types may be used in combination.
塩化ビニル系樹脂組成物(A)に含まれる内部滑剤の含有量は、塩化ビニル系樹脂100質量部に対して、20質量部以下であり、10質量部以下であることが好ましく、5質量部以下であることがより好ましい。少量である方が、連続炭素繊維基材(B)界面近傍に滲出する影響を軽減することができ、炭素繊維強化複合材料の曲げ強度などの物性低下を抑えることができる。 The content of the internal lubricant contained in the vinyl chloride resin composition (A) is 20 parts by mass or less, preferably 10 parts by mass or less, and 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin. The following are more preferable. A smaller amount can reduce the influence of exudation in the vicinity of the interface of the continuous carbon fiber substrate (B), and can suppress deterioration of physical properties such as bending strength of the carbon fiber reinforced composite material.
前記外部滑剤は、成形加工時の溶融樹脂と金属面との滑り効果を上げる目的で使用される。前記外部滑剤としては特に限定されず、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、エステルワックス、およびモンタン酸ワックス等が挙げられる。上記滑剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The external lubricant is used for the purpose of enhancing the sliding effect between the molten resin and the metal surface during molding. The external lubricant is not particularly limited, and includes paraffin wax, polyolefin wax, ester wax, montanic acid wax, and the like. Only one type of the lubricant may be used, or two or more types may be used in combination.
塩化ビニル系樹脂組成物(A)に含まれる外部滑剤の含有量は、塩化ビニル系樹脂100質量部に対して、10質量部以下であり、5質量部以下であることが好ましく、2質量部以下であることがより好ましい。少量である方が、連続炭素繊維基材(B)界面近傍に滲出する影響を軽減することができ、炭素繊維強化複合材料の曲げ強度などの物性低下を抑えることができる。 The content of the external lubricant contained in the vinyl chloride resin composition (A) is 10 parts by mass or less, preferably 5 parts by mass or less, and 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin. The following are more preferable. A smaller amount can reduce the influence of exudation in the vicinity of the interface of the continuous carbon fiber substrate (B), and can suppress deterioration of physical properties such as bending strength of the carbon fiber reinforced composite material.
前記加工助剤としては特に限定されず、従来公知の加工助剤を使用することができ、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート等のアルキルメタクリレートの単独重合体または共重合体、アルキルメタクリレートと、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート等のアルキルアクリレートとの共重合体、アルキルメタクリレートと、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物との共重合体、アルキルメタクリレートと、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルシアン化合物等との共重合体等が挙げられ、これらは1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのなかでも、重量平均分子量が10万~200万であるアルキルアクリレート-アルキルメタクリレート共重合体等を好適に使用することができる。具体的には、n-ブチルアクリレート-メチルメタクリレート共重合体、および2-エチルヘキシルアクリレート-メチルメタクリレート-ブチルメタクリレート共重合体等が挙げられる。上記加工助剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The processing aid is not particularly limited, and conventionally known processing aids can be used, and homopolymers or copolymers of alkyl methacrylates such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate and butyl methacrylate, alkyl methacrylates, and methyl Copolymers of alkyl acrylates such as acrylates, ethyl acrylate and butyl acrylate, copolymers of alkyl methacrylates with aromatic vinyl compounds such as styrene, α-methylstyrene and vinyltoluene, alkyl methacrylates, acrylonitrile and methacrylo Examples thereof include copolymers with vinyl cyanide compounds such as nitrile, and the like, and these can be used singly or in combination of two or more. Among these, alkyl acrylate-alkyl methacrylate copolymers having a weight average molecular weight of 100,000 to 2,000,000 can be preferably used. Specific examples include n-butyl acrylate-methyl methacrylate copolymer and 2-ethylhexyl acrylate-methyl methacrylate-butyl methacrylate copolymer. Only one type of the processing aid may be used, or two or more types may be used in combination.
前記衝撃改質剤としては特に限定されず、特に限定されるものではなく従来公知の衝撃改質剤を使用することができ、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、塩素化ポリエチレン、フッ素ゴム、スチレン-ブタジエン系共重合体ゴム、メタクリル酸メチル-ブタジエン-スチレン系共重合体、メタクリル酸メチル-ブタジエン-スチレン系グラフト共重合体、アクリロニトリル-スチレン-ブタジエン系共重合体ゴム、アクリロニトリル-スチレン-ブタジエン系グラフト共重合体、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体ゴム、スチレン-イソプレン-スチレン共重合体ゴム、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン共重合体ゴム、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体ゴム(EPDM)、シリコーン含有アクリル系ゴム、シリコーン/アクリル複合ゴム系グラフト共重合体、シリコーン系ゴム等が挙げられる。前記衝撃改質剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The impact modifier is not particularly limited, and any conventionally known impact modifier can be used, including polybutadiene, polyisoprene, polychloroprene, chlorinated polyethylene, fluororubber, styrene- Butadiene copolymer rubber, methyl methacrylate-butadiene-styrene copolymer, methyl methacrylate-butadiene-styrene graft copolymer, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer rubber, acrylonitrile-styrene-butadiene graft Copolymer, styrene-butadiene-styrene block copolymer rubber, styrene-isoprene-styrene copolymer rubber, styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer rubber, ethylene-propylene copolymer rubber, ethylene-propylene-diene Copolymer rubbers (EPDM), silicone-containing acrylic rubbers, silicone/acrylic composite rubber graft copolymers, silicone rubbers, and the like can be mentioned. Only one type of the impact modifier may be used, or two or more types may be used in combination.
前記耐熱向上剤としては特に限定されず、α-メチルスチレン系、およびN-フェニルマレイミド系樹脂等が挙げられる。前記耐熱向上剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The heat resistance improver is not particularly limited, and examples thereof include α-methylstyrene-based and N-phenylmaleimide-based resins. Only one type of the heat resistance improver may be used, or two or more types may be used in combination.
前記酸化防止剤としては特に限定されず、4,4’-ブチリデンビス-(6-t-ブチル-3-メチルフェノール)等のフェノール系酸化防止剤、トリス(ミックスドモノ及びジ-ノニルフェニル)ホスファイト等のホスファイト系酸化防止剤、ジステアリルチオジプロピオネート等のチオエーテル系酸化防止剤等が挙げられる。中でも、高温分解阻害機能が低い4,4’-ブチリデンビス-(6-t-ブチル-3-メチルフェノール)等のフェノール系酸化防止剤が特に好ましい。前記酸化防止剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The antioxidant is not particularly limited, and phenolic antioxidants such as 4,4′-butylidenebis-(6-t-butyl-3-methylphenol), tris (mixed mono- and di-nonylphenyl) phosphite Phosphite antioxidants such as phyto, thioether antioxidants such as distearyl thiodipropionate, and the like. Among them, phenolic antioxidants such as 4,4'-butylidenebis-(6-t-butyl-3-methylphenol), which have a low high-temperature decomposition inhibiting function, are particularly preferred. Only one kind of the antioxidant may be used, or two or more kinds thereof may be used in combination.
前記紫外線吸収剤としては特に限定されず、サリチル酸エステル系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、およびシアノアクリレート系紫外線吸収剤等が挙げられる。前記紫外線吸収剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The ultraviolet absorber is not particularly limited, and includes salicylic acid ester ultraviolet absorbers, benzophenone ultraviolet absorbers, benzotriazole ultraviolet absorbers, and cyanoacrylate ultraviolet absorbers. As for the said ultraviolet absorber, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
前記帯電防止剤としては特に限定されず、従来公知の帯電防止剤を使用することができ、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤等を使用することがきる。アニオン性界面活性剤としては、脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、液体脂肪油硫酸エステル塩類、脂肪族アミン、アミドの硫酸塩類、二塩基性脂肪酸エステルのスルホン塩類、脂肪酸アミドスルホン酸塩類、アルキルアリールスルホン酸塩類、ホルマリン縮合のナフタレンスルホン酸塩類及びこれらの混合物等を挙げることができる。カチオン性界面活性剤としては、脂肪族アミン塩類、第四級アンモニウム塩類、アルキルピリジウム塩及びこれらの混合物等を挙げることができる。非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエステル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ソルビタンアルキルエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類、およびこれらの混合物等を挙げることができる。非イオン性界面活性剤と、アニオン性界面活性剤あるいはカチオン性界面活性剤との混合物でもよい。両性界面活性剤としては、イミダゾリン型、高級アルキルアミノ型(ベタイン型)、硫酸エステル、リン酸エステル型、スルホン酸型等を挙げることができる。帯電防止剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The antistatic agent is not particularly limited, and conventionally known antistatic agents can be used, and anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, amphoteric surfactants, etc. are used. can do Examples of anionic surfactants include fatty acid salts, higher alcohol sulfates, liquid fatty oil sulfates, fatty amines, amide sulfates, dibasic fatty acid ester sulfone salts, fatty acid amide sulfonates, alkylaryl Sulfonates, formalin-condensed naphthalene sulfonates, mixtures thereof, and the like can be mentioned. Cationic surfactants include aliphatic amine salts, quaternary ammonium salts, alkylpyridium salts and mixtures thereof. Nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkylphenol esters, polyoxyethylene alkyl esters, sorbitan alkyl esters, polyoxyethylene sorbitan alkyl esters, mixtures thereof, and the like. be able to. A mixture of a nonionic surfactant and an anionic or cationic surfactant may also be used. Amphoteric surfactants include imidazoline type, higher alkylamino type (betaine type), sulfate ester, phosphate ester type, sulfonic acid type and the like. Only one antistatic agent may be used, or two or more antistatic agents may be used in combination.
前記光安定剤としては特に限定されず、ヒンダードアミン系光安定剤等が挙げられる。前記光安定剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The light stabilizer is not particularly limited, and includes hindered amine light stabilizers and the like. As for the said light stabilizer, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together.
前記充填剤としては特に限定されず、タルク、重質炭酸カルシウム、沈降性炭酸カルシウム、膠質炭酸カルシウム等の炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化チタン、クレー、マイカ、ウォラストナイト、ゼオライト、シリカ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、カーボンブラック、グラファイト、ガラスビーズ、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の無機質系のもののほか、ポリアミド等のような有機繊維が挙げられる。上記充填剤は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The filler is not particularly limited, and talc, heavy calcium carbonate, precipitated calcium carbonate, carbonates such as colloidal calcium carbonate, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, titanium oxide, clay, mica, wollastonite, zeolite. , silica, zinc oxide, magnesium oxide, carbon black, graphite, glass beads, glass fibers, carbon fibers, and metal fibers, as well as organic fibers such as polyamide. Only one kind of the filler may be used, or two or more kinds thereof may be used in combination.
前記顔料としては特に限定されず、有機顔料および無機顔料が挙げられる。前記有機顔料としては、アゾ系有機顔料、フタロシアニン系有機顔料、スレン系有機顔料、および染料レーキ系有機顔料等が挙げられる。上記無機顔料としては、酸化物系無機顔料、クロム酸モリブデン系無機顔料、硫化物・セレン化物系無機顔料、およびフェロシアニン化物系無機顔料等が挙げられる。 前記顔料は、1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The pigment is not particularly limited and includes organic pigments and inorganic pigments. Examples of the organic pigments include azo-based organic pigments, phthalocyanine-based organic pigments, threne-based organic pigments, and dye lake-based organic pigments. Examples of the inorganic pigments include oxide-based inorganic pigments, molybdenum chromate-based inorganic pigments, sulfide/selenide-based inorganic pigments, and ferrocyanine-based inorganic pigments. Only one type of the pigment may be used, or two or more types may be used in combination.
難燃剤としては、例えば金属水酸化物、臭素系化合物、トリアジン環含有化合物、亜鉛化合物、リン系化合物、ハロゲン系難燃剤、シリコーン系難燃剤、イントメッセント系難燃剤、酸化アンチモン等が挙げられ、これらは1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of flame retardants include metal hydroxides, bromine compounds, triazine ring-containing compounds, zinc compounds, phosphorus compounds, halogen flame retardants, silicone flame retardants, intumescent flame retardants, antimony oxide, and the like. These can be used singly or in combination of two or more.
前記可塑剤は、成形時の加工性を高める目的で添加されていてもよい。前記可塑剤としては特に限定されず、従来公知の可塑剤を用いることができ、例えばフタル酸エステル可塑剤、や非フタル酸系の可塑剤を用いることができる。フタル酸エステル可塑剤としては、フタル酸ジオクチル(DOP)等が挙げられる。また、非フタル酸系の可塑剤としては、トリメリット酸系化合物、リン酸系化合物、アジピン酸系化合物、クエン酸系化合物、エーテル系化合物、ポリエステル系化合物、大豆油系化合物、シクロヘキサンジカルボキシレート系化合物、テレフタル酸系化合物等が挙げられる。前記可塑剤は1種のみが用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。 The plasticizer may be added for the purpose of enhancing workability during molding. The plasticizer is not particularly limited, and conventionally known plasticizers can be used. For example, phthalate ester plasticizers and non-phthalate plasticizers can be used. Phthalate plasticizers include dioctyl phthalate (DOP) and the like. Non-phthalate plasticizers include trimellitic acid-based compounds, phosphoric acid-based compounds, adipic acid-based compounds, citric acid-based compounds, ether-based compounds, polyester-based compounds, soybean oil-based compounds, and cyclohexanedicarboxylate. and terephthalic acid-based compounds. Only one type of the plasticizer may be used, or two or more types may be used in combination.
塩化ビニル系樹脂組成物(A)に含まれる可塑剤の含有量は、塩化ビニル系樹脂組成物(A)に多量に含まれるとCFRPの機械強度を損なう恐れがあるため、少ない方が好ましい。具体的には、可塑剤の含有量は、塩化ビニル系樹脂100質量部に対して、10質量部以下であり、好ましくは5質量部以下であり、さらに好ましくは1質量部以下であり、さらにより好ましくは0.1質量部以下であり、前記可塑剤は含まれないことが最も好ましい。 The content of the plasticizer contained in the vinyl chloride resin composition (A) is preferably as small as possible because a large amount of the plasticizer in the vinyl chloride resin composition (A) may impair the mechanical strength of CFRP. Specifically, the content of the plasticizer is 10 parts by mass or less, preferably 5 parts by mass or less, more preferably 1 part by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin. It is more preferably 0.1 part by mass or less, and most preferably does not contain the plasticizer.
例えば、耐熱性や難燃性の向上を期待する場合には、塩化ビニル系樹脂として塩素化塩化ビニル系樹脂を主成分とするものを選択すると良い。一般に塩素化塩化ビニル系樹脂組成物は、塩化ビニル系樹脂組成物よりも溶融粘度が高く熱分解し易いため、炭素繊維への含浸が難しい。したがって、塩化ビニル系樹脂組成物(A)に塩素化塩化ビニル系樹脂を用いる場合には、低重合度の塩素化塩化ビニル樹脂を用いたり、添加剤の添加量を増やしたりすることにより、期待する耐熱性・難燃性と、機械物性を維持したCFRPが得られる。 For example, when an improvement in heat resistance and flame retardancy is expected, it is preferable to select a vinyl chloride resin containing a chlorinated vinyl chloride resin as a main component. In general, a chlorinated vinyl chloride resin composition has a higher melt viscosity than a vinyl chloride resin composition and is more likely to be thermally decomposed, making it difficult to impregnate carbon fibers. Therefore, in the case of using a chlorinated vinyl chloride resin for the vinyl chloride resin composition (A), by using a chlorinated vinyl chloride resin with a low degree of polymerization or by increasing the amount of additives added, the expected CFRP can be obtained that maintains heat resistance, flame retardancy, and mechanical properties.
<炭素繊維基材(B)>
本発明における炭素繊維および炭素繊維基材についての定義を下記に示す。
炭素繊維とは、炭素を含む材料で構成された繊維のことである。その他の繊維と併用した場合、単独で用いた場合も含む概念である。
炭素繊維基材とは、複数の炭素繊維からなる炭素繊維束を経糸束および緯糸束とする炭素繊維織物のことである。
炭素繊維は、短炭素繊維、長炭素繊維、連続炭素繊維を含む概念である。
短炭素繊維とは、1mm以下の繊維長を有する炭素繊維のことである。
長炭素繊維とは、5cm以下の繊維長を有する炭素繊維のことである。
連続炭素繊維とは、短繊維と長繊維、以外の炭素繊維のことである。
<Carbon fiber base material (B)>
Definitions of carbon fibers and carbon fiber substrates in the present invention are shown below.
A carbon fiber is a fiber composed of a material containing carbon. It is a concept including the case of using together with other fibers and the case of using alone.
A carbon fiber base material is a carbon fiber fabric having carbon fiber bundles composed of a plurality of carbon fibers as a warp bundle and a weft bundle.
Carbon fiber is a concept including short carbon fiber, long carbon fiber, and continuous carbon fiber.
A short carbon fiber is a carbon fiber having a fiber length of 1 mm or less.
A long carbon fiber is a carbon fiber having a fiber length of 5 cm or less.
Continuous carbon fibers are carbon fibers other than short fibers and long fibers.
(炭素繊維の材料)
炭素繊維の材料としては特に限定されず、PAN(ポリアクリロニトリル)系炭素繊維およびピッチ系炭素繊維などの炭素繊維であれば良く、その他の繊維;スチール繊維などの金属繊維;ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維などの無機繊維;ならびに、アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール、高強度ポリプロピレンなどの有機繊維;ケナフ、麻などの天然繊維と複数種を組み合わされて使用されてよい。比強度の観点からは、炭素繊維のみから構成されることが好ましい。
(Carbon fiber material)
The carbon fiber material is not particularly limited, and may be carbon fibers such as PAN (polyacrylonitrile)-based carbon fiber and pitch-based carbon fiber, and other fibers; metal fibers such as steel fibers; glass fibers, ceramic fibers, Inorganic fibers such as boron fibers; organic fibers such as aramid, polyester, polyethylene, nylon, vinylon, polyacetal, polyparaphenylene benzoxazole, and high-strength polypropylene; natural fibers such as kenaf and hemp, combined with multiple types may be From the viewpoint of the specific strength, it is preferable to consist only of carbon fibers.
本発明で用いられる炭素繊維は、短炭素繊維、長炭素繊維、連続炭素繊維を適宜用いることができるが、得られるCFRPの機械物性の観点から連続炭素繊維が好ましい。 Short carbon fibers, long carbon fibers, and continuous carbon fibers can be appropriately used as the carbon fibers used in the present invention, but continuous carbon fibers are preferable from the viewpoint of the mechanical properties of the obtained CFRP.
(炭素繊維基材(B)の形態・製造方法)
繊維の形態としては連続繊維であれば特に限定されず、例えば、トウ、トウの方向を一方向に引き揃え横糸補助糸で保持した形態、繊維を経緯にして織物とした形態(クロス);繊維の方向を一方向に引き揃えた複数の繊維シートを、それぞれ繊維の方向が異なるように重ね補助糸でステッチして留めたマルチアキシャルワープニットの形態などが挙げられる。炭素繊維を上記形態に基づく各製造方法で製造することで、炭素繊維基材(B)を得ることができる。
(Form and manufacturing method of carbon fiber base material (B))
The form of the fiber is not particularly limited as long as it is a continuous fiber, and for example, a form in which the tow is aligned in one direction and held by auxiliary weft yarns, a form in which the fiber is made into a woven fabric (cloth); A multi-axial warp knit in which a plurality of fiber sheets arranged in one direction are overlapped so that the directions of the fibers are different from each other and stitched with auxiliary yarns. A carbon fiber base material (B) can be obtained by producing carbon fibers by each production method based on the above-described configuration.
各炭素繊維は、一般的に単繊維であり、また、炭素繊維は複数集まって炭素繊維束を構成する。各炭素繊維束を構成している炭素繊維の本数は、1000~50000本であることが好ましく、2000~40000本であることがより好ましく、5000~25000本であることがさらに好ましい。 Each carbon fiber is generally a single fiber, and a plurality of carbon fibers are gathered to form a carbon fiber bundle. The number of carbon fibers constituting each carbon fiber bundle is preferably 1,000 to 50,000, more preferably 2,000 to 40,000, even more preferably 5,000 to 25,000.
フィラメントの繊維径は3μm以上であることが好ましく、また、12μm以下であることが好ましい。繊維径が3μm以上であれば十分な強度が得られ、例えばフィラメントが、各種加工プロセスにおいて、ロールやスプール等の表面で横移動を起こす際に、切断したり毛羽だまりが生じたりすることを抑制できる。上限については、炭素繊維の製造が容易であるという理由から、通常12μm程度である。 The fiber diameter of the filaments is preferably 3 μm or more, and preferably 12 μm or less. If the fiber diameter is 3 μm or more, sufficient strength can be obtained, and for example, when the filament undergoes lateral movement on the surface of a roll or spool in various processing processes, it suppresses cutting and fuzz accumulation. can. The upper limit is usually about 12 μm for the reason that the carbon fiber can be easily produced.
複数の炭素繊維束は、特に限定されないが、シート状とされることが好ましい。シート状とされた炭素繊維束の目付は、例えば100g/m2以上600g/m2以下が好ましく、150g/m2以上500g/m2以下がより好ましい。目付が前記下限値以上であることは、得られたCFRPシートを積層などさせて二次加工する際に効率的である点で好ましく、前記上限値以下であることは、含浸性を得やすいなどの点で好ましい。 Although the plurality of carbon fiber bundles is not particularly limited, it is preferable to form a sheet. The basis weight of the sheet-shaped carbon fiber bundle is, for example, preferably 100 g/m 2 or more and 600 g/m 2 or less, more preferably 150 g/m 2 or more and 500 g/m 2 or less. It is preferable that the basis weight is equal to or higher than the above lower limit in terms of efficiency when secondary processing is performed by laminating the obtained CFRP sheet, and if it is equal to or lower than the above upper limit, it is easy to obtain impregnation. is preferable.
前記炭素繊維基材(B)としては、樹脂の含浸を容易にする目的で、予め開繊処理されている炭素繊維束(以下、開繊炭素繊維束ということがある)を用いることが好ましい。開繊工程としては特に限定されるものではなく、例えばスペーサ粒子を含ませる方法、丸棒で繊維をしごく方法、気流を用いる方法、超音波等で繊維を振動させる方法等を挙げることができる。好ましくは、スペーサ粒子を含ませる方法であり、このように繊維間距離を広げておくことで、製造段階で炭素繊維に高い張力が付与されても、繊維間の距離が予め広くされているので、樹脂の含浸が容易になる。また、繊維に張力が付与されても、繊維間距離が狭くなりにくい。 As the carbon fiber base material (B), it is preferable to use a carbon fiber bundle that has undergone a fiber-opening treatment in advance (hereinafter sometimes referred to as a fiber-opened carbon fiber bundle) for the purpose of facilitating resin impregnation. The opening step is not particularly limited, and examples thereof include a method of including spacer particles, a method of squeezing the fibers with a round bar, a method of using an air current, and a method of vibrating the fibers with ultrasonic waves or the like. A preferred method is to include spacer particles. By increasing the inter-fiber distance in this way, even if high tension is applied to the carbon fibers in the manufacturing stage, the inter-fiber distance is widened in advance. , facilitates resin impregnation. Further, even if tension is applied to the fibers, the inter-fiber distance is less likely to narrow.
スペーサ粒子は、各繊維束において炭素繊維間に入り込み、それにより、炭素繊維束を開繊させる。炭素繊維間に入り込んだスペーサ粒子は、炭素繊維間を架橋させるとよい。ここで、「架橋」するとは、炭素繊維間に入り込んだスペーサ粒子が少なくとも2つの炭素繊維を架け渡すように配置される構造を有することを意味する。またスペーサ粒子は、粒子表面に存在する炭素同素体を介して炭素繊維に接着されるとよい。炭素繊維が炭素繊維間を架橋し、また、スペーサ粒子が炭素繊維に接着することで、繊維束の開繊状態をより強固に保持しやすくなる。 The spacer particles get between the carbon fibers in each fiber bundle, thereby opening the carbon fiber bundle. It is preferable that the spacer particles that have entered between the carbon fibers bridge the carbon fibers. Here, "crosslinked" means having a structure in which spacer particles interposed between carbon fibers are arranged so as to bridge at least two carbon fibers. Also, the spacer particles are preferably bonded to the carbon fibers via carbon allotropes present on the particle surfaces. The carbon fibers bridge between the carbon fibers, and the spacer particles adhere to the carbon fibers, thereby making it easier to more firmly maintain the open state of the fiber bundle.
スペーサ粒子は特に限定されないが、例えば、炭素同素体を含んでもよい。スペーサ粒子において、炭素同素体は、例えば、無定形炭素、黒鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。無定形炭素としてはアモルファスカーボンが挙げられる。これらの中では、無定形炭素が好ましく、アモルファスカーボンがより好ましい。 The spacer particles are not particularly limited, but may contain, for example, a carbon allotrope. Examples of carbon allotropes in spacer particles include amorphous carbon, graphite, and diamond. Amorphous carbon includes amorphous carbon. Among these, amorphous carbon is preferred, and amorphous carbon is more preferred.
ここで、炭素同素体は、熱硬化性樹脂の炭素由来であることが好ましく、すなわち、炭素同素体は、熱硬化性樹脂を炭化することで得られることが好ましい。熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、オキサジン系樹脂などが挙げられ、低温での炭化処理によって、強固なアモルファスカーボンの皮膜を形成できる観点から、オキサジン系樹脂が好ましい。また、オキサジン系樹脂としては、例えば、ベンゾオキサジン樹脂、ナフトキサジン樹脂などが挙げられる。これらの中では、より低温で炭化しやすい点からナフトキサジン樹脂が好ましく、本発明のCFRP製造時の温度および圧力の条件下であっても、過度に軟化しにくい。このため、繊維間距離が十分に確保され、樹脂の含浸性がより一層高くなる。 Here, the carbon allotrope is preferably derived from the carbon of the thermosetting resin, that is, the carbon allotrope is preferably obtained by carbonizing the thermosetting resin. Thermosetting resins include, for example, phenolic resins, epoxy resins, melamine resins, urea resins, unsaturated polyester resins, alkyd resins, polyurethanes, oxazine resins, and the like. Oxazine-based resins are preferable from the viewpoint of being able to form a film of. Examples of oxazine-based resins include benzoxazine resin and naphthoxazine resin. Among these resins, naphthoxazine resin is preferable because it is easily carbonized at a lower temperature, and is less likely to be excessively softened even under the conditions of temperature and pressure during CFRP production of the present invention. Therefore, the distance between the fibers is sufficiently secured, and the impregnating property of the resin is further enhanced.
また、スペーサ粒子は炭素同素体から構成された炭素同素体粒子であってもよいが、コア粒子と、コア粒子を被膜する炭素同素体とを含む被膜粒子であってもよい。スペーサ粒子は、樹脂含浸性の観点から、被膜粒子であることが好ましい。被膜粒子は、その表面全体が炭素同素体により被膜されてもよいし、表面の一部が炭素同素体により被膜されてもよい。コア粒子は、炭素繊維束に熱可塑性樹脂を含浸する際の圧力および温度で変形ないし破壊されないものであれば特に制限なく使用することができ、例えば、無機粒子、有機粒子等を使用することができる。コア粒子は、無機粒子または有機粒子を単独で使用してもよいし、両者を併用してもよい。 Further, the spacer particles may be carbon allotrope particles composed of a carbon allotrope, or may be coated particles containing a core particle and a carbon allotrope coating the core particle. The spacer particles are preferably coated particles from the viewpoint of resin impregnation. The coated particles may be coated with the carbon allotrope over the entire surface, or may be partially coated with the carbon allotrope. The core particles can be used without any particular limitation as long as they are not deformed or destroyed by the pressure and temperature when the carbon fiber bundle is impregnated with the thermoplastic resin. For example, inorganic particles, organic particles, etc. can be used. can. As the core particles, inorganic particles or organic particles may be used alone, or both may be used in combination.
スペーサ粒子の平均粒子径は、1~20μmであることが好ましい。この範囲の大きさのスペーサ粒子を使用することにより、スペーサ粒子を炭素繊維間に入り込ませやすくなるとともに、炭素繊維束をより広く開繊させることができる。スペーサ粒子のより好ましい平均粒子径は2~20μmであり、特に好ましくは4~15μmである。 The average particle size of the spacer particles is preferably 1-20 μm. By using spacer particles having a size within this range, the spacer particles can be easily inserted between the carbon fibers, and the carbon fiber bundle can be spread more widely. The spacer particles preferably have an average particle size of 2 to 20 μm, particularly preferably 4 to 15 μm.
開繊処理した炭素繊維束におけるスペーサ粒子の合計付着量は、開繊炭素繊維束基準で0.5~20質量%が好ましく、1~10質量%がより好ましい。付着量を下限値以上とすることで、炭素繊維束を適切に開繊できる。また、付着量を上限値以下とすることで、開繊炭素繊維束が必要以上にスペーサ粒子を含有し、機械物性が低下することが防止される。 The total adhesion amount of spacer particles in the spread carbon fiber bundle is preferably 0.5 to 20% by mass, more preferably 1 to 10% by mass, based on the spread carbon fiber bundle. The carbon fiber bundle can be properly opened by setting the adhesion amount to be equal to or higher than the lower limit. Further, by setting the adhesion amount to the upper limit or less, it is possible to prevent the spread carbon fiber bundle from containing the spacer particles more than necessary and lowering the mechanical properties.
[炭素繊維強化複合材料の製造方法]
本発明による炭素繊維強化複合材料は、一例として、(1)基材準備工程、(2)樹脂含浸工程を含む方法により製造することができる。以下、各工程について詳述する。
[Method for producing carbon fiber reinforced composite material]
The carbon fiber reinforced composite material according to the present invention can be produced, for example, by a method including (1) substrate preparation step and (2) resin impregnation step. Each step will be described in detail below.
(1)基材準備工程
(1)基材準備工程は、上記で説明した炭素繊維基材(B)を準備する工程である。炭素繊維基材(B)としては、上記で説明した通りであり、例えば、適切な炭素繊維の材料、形態、や目付量を選択することができる。また、市販の炭素繊維束を用いて所望の組織となるような織布を作製してもよい。
(1) Substrate preparation step (1) Substrate preparation step is a step of preparing the carbon fiber substrate (B) described above. The carbon fiber substrate (B) is as described above, and for example, an appropriate carbon fiber material, form, and basis weight can be selected. Also, a woven fabric having a desired structure may be produced using commercially available carbon fiber bundles.
炭素繊維基材の準備工程は、炭素繊維束を開繊する工程を含むことが好ましい。以下、炭素繊維束を開繊する工程について説明する。炭素繊維束の開繊は種々の方法が考えられるが、一例として、炭素繊維束が、炭素繊維間に配置されたスペーサ粒子を備えてもよい。炭素繊維間にスペーサ粒子が配置されることにより、炭素繊維束が開繊され、熱可塑性樹脂を炭素繊維織物に十分に含浸することができる。その他、物理的な開繊などの処理を行うと、繊維束が横に開繊され、織物のピッチ幅が増加し、繊維強化複合材の意匠性が悪化する場合がある。上記のような炭素繊維表面にスペーサ粒子を備える炭素繊維束から構成された炭素繊維織物は、物理的に開繊されたものではないことから、繊維強化複合材の意匠性の悪化を抑制することができ、かつスペーサ粒子によって炭素繊維束が十分に開繊されていることから、熱可塑性樹脂の含浸性を向上させることができると考えられる。 The step of preparing the carbon fiber substrate preferably includes a step of opening the carbon fiber bundle. The process of opening the carbon fiber bundle will be described below. Various methods are conceivable for opening the carbon fiber bundle, but as an example, the carbon fiber bundle may be provided with spacer particles arranged between the carbon fibers. By arranging the spacer particles between the carbon fibers, the carbon fiber bundles are opened, and the carbon fiber fabric can be sufficiently impregnated with the thermoplastic resin. In addition, when a treatment such as physical fiber opening is performed, the fiber bundle is horizontally opened, the pitch width of the fabric increases, and the design of the fiber-reinforced composite material may deteriorate. Since the carbon fiber fabric composed of carbon fiber bundles having spacer particles on the carbon fiber surface as described above is not physically opened, it is possible to suppress the deterioration of the design of the fiber reinforced composite material. and the carbon fiber bundles are sufficiently opened by the spacer particles, it is thought that the impregnability of the thermoplastic resin can be improved.
開繊炭素繊維束は、炭素繊維束を開繊含浸液に接触させ、加熱することで製造することができる。炭素繊維束を開繊した後に、当該開繊炭素繊維束を用いて炭素繊維織物を得てもよいが、炭素繊維束を用いて炭素繊維織物を製造した後、上記方法により炭素繊維束を開繊するのが好ましい。 The spread carbon fiber bundle can be produced by contacting the carbon fiber bundle with the spread impregnation liquid and heating. After the carbon fiber bundle is spread, the carbon fiber fabric may be obtained using the spread carbon fiber bundle. Fiber is preferred.
炭素繊維束を開繊含浸液に接触させるタイミングは、炭素繊維織物を作製する前に予め炭素繊維束を開繊含浸液に接触させてもよく、また、炭素繊維束を経糸束および緯糸束として炭素繊維織物を織布し、得られた炭素繊維織物を開繊含浸液に接触させて炭素繊維束開繊してもよい。 As for the timing of contacting the carbon fiber bundle with the opening impregnation liquid, the carbon fiber bundle may be brought into contact with the opening impregnation liquid in advance before producing the carbon fiber fabric, or the carbon fiber bundle may be used as a warp bundle and a weft bundle. A carbon fiber fabric may be woven, and the resulting carbon fiber fabric may be brought into contact with an opening impregnation liquid to open a carbon fiber bundle.
開繊含浸液の接触は、開繊含浸液を炭素繊維束に含浸させることで行ってもよい。具体的には、開繊含浸液を炭素繊維束にスプレー、塗布などしてもよいし、開繊含浸液に炭素繊維束を浸漬させてよい。開繊含浸液に炭素繊維束を接触させることで、樹脂粒子が、炭素繊維束の炭素繊維間の隙間に入り込み、それにより、炭素繊維束を開繊させることができる。 The contact with the fiber-opening impregnation liquid may be performed by impregnating the carbon fiber bundle with the fiber-opening impregnation liquid. Specifically, the fiber-opening impregnation liquid may be sprayed or applied to the carbon fiber bundle, or the carbon fiber bundle may be immersed in the fiber-opening impregnation liquid. By bringing the carbon fiber bundle into contact with the fiber-opening impregnation liquid, the resin particles enter the gaps between the carbon fibers of the carbon fiber bundle, thereby opening the carbon fiber bundle.
炭素繊維束の開繊に使用する開繊含浸液は、熱硬化性樹脂を形成し得るモノマー(以下、単に「モノマー」ともいう)を含む。モノマーは、反応することで熱硬化性樹脂となるものである。熱硬化性樹脂は上記のようにオキサジン系樹脂が好ましいが、熱硬化性樹脂がオキサジン系樹脂である場合、モノマーは、例えば、フェノール類、ホルムアルデヒド、およびアミン類である。オキサジン系樹脂は、上記のとおり、ナフトキサジン樹脂が好ましい。 The fiber-opening impregnation liquid used for fiber-opening the carbon fiber bundle contains a monomer capable of forming a thermosetting resin (hereinafter also simply referred to as "monomer"). A monomer becomes a thermosetting resin by reacting with it. As described above, the thermosetting resin is preferably an oxazine-based resin. When the thermosetting resin is an oxazine-based resin, the monomers are, for example, phenols, formaldehyde, and amines. The oxazine-based resin is preferably a naphthoxazine resin, as described above.
(2)樹脂含浸工程
(2)樹脂含浸工程は、上記で準備した炭素繊維基材(B)に塩化ビニル系樹脂組成物(A)を含浸する工程である。本発明による炭素繊維強化複合材料は、上記した開繊炭素繊維束から構成される炭素繊維織物に塩化ビニル系樹脂組成物(A)を含浸することにより製造することができる。
(2) Resin impregnation step (2) The resin impregnation step is a step of impregnating the vinyl chloride resin composition (A) into the carbon fiber substrate (B) prepared above. The carbon fiber reinforced composite material according to the present invention can be produced by impregnating the vinyl chloride resin composition (A) into the carbon fiber fabric composed of the above-described spread carbon fiber bundles.
例えば、開繊炭素繊維束から構成される炭素繊維基材(B)に、塩化ビニル系樹脂組成物(A)からなるフィルムを重ね合わせ熱プレス成形したり、炭素繊維基材(B)上に塩化ビニル系樹脂組成物(A)の溶融押出し成形を行ったりすることにより、塩化ビニル系樹脂組成物(A)を炭素繊維基材(B)に含浸することができる。炭素繊維強化複合材料は、塩化ビニル系樹脂組成物(A)を含浸した炭素繊維基材(B)を複数枚重ね合わせてもよく、この際、各炭素繊維織物の組織方向が一定の角度でずれるように該炭素繊維基材(B)を重ね合わせることにより、より一層機械強度に優れる炭素繊維強化複合材料を得ることができる。 For example, a film made of a vinyl chloride resin composition (A) is superimposed on a carbon fiber substrate (B) composed of an open carbon fiber bundle, and hot press molding is performed, or a The carbon fiber base material (B) can be impregnated with the vinyl chloride resin composition (A) by performing melt extrusion molding of the vinyl chloride resin composition (A). The carbon fiber reinforced composite material may be obtained by stacking a plurality of carbon fiber substrates (B) impregnated with the vinyl chloride resin composition (A), and at this time, the texture direction of each carbon fiber fabric is at a certain angle. By stacking the carbon fiber substrates (B) in a staggered manner, a carbon fiber reinforced composite material having even better mechanical strength can be obtained.
熱プレスには、押出成形やプレス成形を用いることができ、成形型を使用することにより、所望形状の炭素繊維強化複合材料を得ることができる。熱プレス成形を行う際の温度は、使用する塩化ビニル系樹脂組成物(A)が軟化ないし溶融する温度以上で行うことができる。 Extrusion molding or press molding can be used for hot pressing, and a carbon fiber reinforced composite material having a desired shape can be obtained by using a mold. The temperature at which the hot press molding is carried out can be carried out above the temperature at which the vinyl chloride resin composition (A) used softens or melts.
(曲げ強度)
本発明による炭素繊維強化複合材料は、良好な曲げ強度を有するものである。例えば、炭素繊維強化複合材料の繊維体積率(Vf)が50±2%のとき、三点曲げ試験の曲げ強度は300MPa以上であることが好ましく、400MPa以上であることがより好ましく、500MPa以上であることがさらに好ましい。曲げ強度が上記下限値以上であれば、航空機構造部材、風車のブレード、自動車外板等の高強度が要求される用途において好適に使用することができる。なお、三点曲げ試験は、JIS K 7074に準拠し、長さ(l)40±1mm、幅(b)15±0.2mm、厚さhのサイズの試験片について、支点間距離(L)は40×hmmとして、測定した値(MPa)である。曲げ試験の治具圧子の半径は5mmで、圧子の幅は2mmのものを使用した。
(bending strength)
The carbon fiber reinforced composite material according to the present invention has good bending strength. For example, when the fiber volume fraction (Vf) of the carbon fiber reinforced composite material is 50±2%, the bending strength in the three-point bending test is preferably 300 MPa or more, more preferably 400 MPa or more, and 500 MPa or more. It is even more preferable to have If the bending strength is at least the above lower limit, it can be suitably used in applications requiring high strength, such as aircraft structural members, windmill blades, and automobile outer panels. In addition, the three-point bending test conforms to JIS K 7074, and a test piece having a length (l) of 40 ± 1 mm, a width (b) of 15 ± 0.2 mm, and a thickness of h is measured. is a value (MPa) measured at 40 x hmm. In the bending test, a jig indenter with a radius of 5 mm and a width of 2 mm was used.
(繊維体積率Vfの算出)
本発明による炭素繊維強化複合材料の繊維体積率(Vf)の計算は下記の通り算出した。
Vf(%)=100×炭素繊維の厚み(mm)÷炭素繊維強化複合材料の厚み(mm)
(Calculation of fiber volume fraction Vf)
The fiber volume fraction (Vf) of the carbon fiber reinforced composite material according to the present invention was calculated as follows.
Vf (%) = 100 x thickness of carbon fiber (mm)/thickness of carbon fiber reinforced composite material (mm)
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.
<樹脂フィルム作成>
塩化ビニル樹脂1(徳山積水工業製、SL-P40、重合度約400)を溶液濃度約10%になるようにテトラヒドロフランへ溶解した。続いて、当該溶液に、前記塩化ビニル樹脂100質量部に対して、添加剤として、熱安定剤1(メチル錫メルカプト、液体安定剤、日東化成社製:AT5300)0.5質量部加え、十分撹拌させて、塩化ビニル系樹脂組成物(A)を得た。得られた塩化ビニル系樹脂組成物(A)をガラス板上にガラス棒を用いて溶液を塗布し、静置し溶媒を揮発させて、樹脂フィルムを得た。得られた樹脂フィルムをガラス板から剥離させた後、さらに60℃の巡風式オーブンにて約3時間乾燥させて、CFRP作成用の樹脂フィルムを得た。
<Resin film creation>
Vinyl chloride resin 1 (SL-P40 manufactured by Tokuyama Sekisui Kogyo Co., Ltd., degree of polymerization: about 400) was dissolved in tetrahydrofuran to a solution concentration of about 10%. Subsequently, 0.5 parts by mass of heat stabilizer 1 (methyltin mercapto, liquid stabilizer, manufactured by Nitto Kasei Co., Ltd.: AT5300) as an additive is added to the solution with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin, and sufficient The mixture was stirred to obtain a vinyl chloride resin composition (A). A solution of the vinyl chloride resin composition (A) thus obtained was applied onto a glass plate using a glass rod and allowed to stand still to volatilize the solvent to obtain a resin film. After peeling the obtained resin film from the glass plate, it was further dried in a circulating air oven at 60° C. for about 3 hours to obtain a resin film for CFRP production.
<炭素繊維基材(B)作成>
1,5-ジヒドロキシナフタレン10質量部、40質量%メチルアミン水溶液4質量部、およびホルマリン(ホルムアルデヒドの含有量:37質量%)8質量部からなるモノマーと、溶媒としてエタノール水(エタノールの含有量:50質量%)800質量部とを均一に混合して、モノマーを溶解してなるモノマー溶液を作製した。次に上記モノマー溶液にジビニルベンゼン架橋重合体からなる粒子(積水化学工業株式会社社製、商品名「ミクロパールSP」、平均粒径10μm)を10質量部添加し、開繊含浸液を作製した。
<Preparation of carbon fiber base material (B)>
A monomer consisting of 10 parts by mass of 1,5-dihydroxynaphthalene, 4 parts by mass of a 40% by mass aqueous methylamine solution, and 8 parts by mass of formalin (formaldehyde content: 37% by mass), and ethanol water as a solvent (ethanol content: 50% by mass) and 800 parts by mass were uniformly mixed to prepare a monomer solution in which the monomer was dissolved. Next, 10 parts by mass of particles composed of a divinylbenzene crosslinked polymer (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., trade name "Micropearl SP", average particle size 10 μm) were added to the above monomer solution to prepare an opening impregnation liquid. .
続いて、PAN系炭素繊維束から構成される炭素繊維織物(炭素繊維数:3000本、炭素繊維の平均径:7μm、目付:200g/m2、厚み:0.19mm、平織)を用意した。当該炭素繊維織物を上記の開繊含浸液に浸漬した後に引き上げ、その後、200℃で2分間加熱した。この加熱によって、ナフトキサジン樹脂の重合反応と、炭化が生じ、ナフトキサジン樹脂由来のアモルファスカーボンが生成し、開繊炭素繊維束の織物が得られた。開繊炭素繊維束における有機粒子および炭素同素体の合計付着量は、1質量%であった。この開繊炭素繊維束を炭素繊維基材(B)とした。 Subsequently, a carbon fiber fabric (number of carbon fibers: 3000, average diameter of carbon fibers: 7 μm, basis weight: 200 g/m 2 , thickness: 0.19 mm, plain weave) composed of PAN-based carbon fiber bundles was prepared. The carbon fiber fabric was immersed in the fiber-opening impregnation liquid, pulled out, and then heated at 200° C. for 2 minutes. This heating caused a polymerization reaction and carbonization of the naphthoxazine resin, generated amorphous carbon derived from the naphthoxazine resin, and obtained a fabric of open carbon fiber bundles. The total attachment amount of organic particles and carbon allotrope in the spread carbon fiber bundle was 1% by mass. This spread carbon fiber bundle was used as a carbon fiber substrate (B).
(実施例1)
<CFRPのプレス成形>
上記にて得られた炭素繊維基材(B)を、上記にて得られた樹脂フィルム2枚で上下より挟み込み、200℃にて0~6MPaへ段階的に加圧し、合計約10分間プレスすることによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用のサンプル「実-1」とした。
(Example 1)
<Press molding of CFRP>
The carbon fiber base material (B) obtained above is sandwiched between the two resin films obtained above from the top and bottom, and the pressure is applied stepwise from 0 to 6 MPa at 200° C. for a total of about 10 minutes. CFRP was thus obtained. The obtained CFRP was used as a sample "Example-1" for evaluating physical properties.
(実施例2)
上記樹脂フィルム作成において、熱安定剤1を2質量部へ増量した他は、前記実施例1と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用のサンプル「実-2」とした。
(Example 2)
CFRP was obtained by the same process as in Example 1, except that the amount of heat stabilizer 1 was increased to 2 parts by mass in the preparation of the resin film. The obtained CFRP was used as a sample "Example-2" for evaluating physical properties.
(実施例3)
上記樹脂フィルム作成において、熱安定剤1を10質量部へ増量した他は、前記実施例1と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用のサンプル「実-3」とした。
(Example 3)
CFRP was obtained by the same process as in Example 1, except that the heat stabilizer 1 was increased to 10 parts by mass in the resin film preparation. The resulting CFRP was used as a sample "Example-3" for evaluating physical properties.
(実施例4)
上記樹脂フィルム作成において、熱安定剤1を20質量部へ増量した他は、前記実施例1と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用のサンプル「実-4」とした。
(Example 4)
CFRP was obtained by the same process as in Example 1, except that the heat stabilizer 1 was increased to 20 parts by mass in the resin film preparation. The obtained CFRP was used as a sample "Example-4" for evaluating physical properties.
(実施例5)
上記樹脂フィルム作成において、熱安定剤1を熱安定剤2に変更し(オクチル錫メルカプト、液体安定剤、日東化成社製、KK6476)10質量部加えた他は、前記実施例1と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用のサンプル「実-5」とした。
(Example 5)
In the preparation of the resin film, the same process as in Example 1 was performed except that heat stabilizer 1 was changed to heat stabilizer 2 (octyl tin mercapto, liquid stabilizer, manufactured by Nitto Kasei Co., Ltd., KK6476) and 10 parts by mass were added. CFRP was obtained by The obtained CFRP was used as a sample "Example-5" for evaluating physical properties.
(実施例6)
上記樹脂フィルム作成において、塩化ビニル樹脂1から塩化ビニル樹脂2(徳山積水工業製、TS-640M、重合度約640)に変更した他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「実-6」とした。
(Example 6)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2 except that vinyl chloride resin 1 was changed to vinyl chloride resin 2 (manufactured by Tokuyama Sekisui Kogyo Co., Ltd., TS-640M, degree of polymerization: about 640). The obtained CFRP was used as a carbon fiber base material sample "Ex-6" for physical property evaluation.
(実施例7)
上記樹脂フィルム作成において、外部滑剤1(三井化学社製 HIWAX220RKT ポリエチレンワックス)を0.5質量部加えた他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「実-7」とした。
(Example 7)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2 except that 0.5 parts by mass of external lubricant 1 (HIWAX220RKT polyethylene wax manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) was added in the resin film preparation. The resulting CFRP was used as a carbon fiber base material sample "Ex-7" for evaluating physical properties.
(実施例8)
上記樹脂フィルム作成において、外部滑剤1を2質量部加えた他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「実-8」とした。
(Example 8)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2, except that 2 parts by mass of the external lubricant 1 was added in the resin film preparation. The obtained CFRP was used as a carbon fiber base material sample "Example-8" for physical property evaluation.
(実施例9)
上記樹脂フィルム作成において、外部滑剤1を5質量部加えた他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「実-9」とした。
(Example 9)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2, except that 5 parts by mass of the external lubricant 1 was added in the resin film preparation. The obtained CFRP was used as a carbon fiber base material sample "Ex-9" for physical property evaluation.
(実施例10)
上記樹脂フィルム作成において、外部滑剤2(ハネウェル社製 AC316 酸化ポリエチレンワックス)を5質量部加えた他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「実-10」とした。
(Example 10)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2, except that 5 parts by mass of external lubricant 2 (AC316 oxidized polyethylene wax manufactured by Honeywell) was added to the resin film. The resulting CFRP was used as a carbon fiber base material sample "Ex-10" for evaluating physical properties.
(実施例11)
上記樹脂フィルム作成において、外部滑剤3(理研ビタミン社製 SG22 エステル系ワックス)を5質量部加えた他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「実-11」とした。
(Example 11)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2 except that 5 parts by mass of external lubricant 3 (SG22 ester-based wax manufactured by Riken Vitamin Co., Ltd.) was added in the resin film preparation. The resulting CFRP was used as a carbon fiber base material sample "Ex-11" for evaluating physical properties.
(実施例12)
上記樹脂フィルム作成において、内部滑剤1(エメリーオレオケミカル社製 LOXIOL G60 グリセリンモノステアレート)を10質量部加えた他は、前記実施例2同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「実-12」とした。
(Example 12)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2 except that 10 parts by mass of internal lubricant 1 (LOXIOL G60 glycerin monostearate manufactured by Emery Oleochemical Co., Ltd.) was added in the resin film preparation. The resulting CFRP was used as a carbon fiber base material sample "Ex-12" for evaluating physical properties.
(実施例13)
上記樹脂フィルム作成において、可塑剤1(ジェイプラス社製 ジオクチルフタレート)を0.1質量部加えた他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「実-13」とした。
(Example 13)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2 except that 0.1 part by mass of plasticizer 1 (dioctyl phthalate manufactured by J-Plus Co., Ltd.) was added to the resin film. The resulting CFRP was used as a carbon fiber base material sample "Ex-13" for evaluating physical properties.
(比較例1)
上記樹脂フィルム作成において、内部滑剤1を25質量部添加した他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用のサンプル「比-1」とした。
(Comparative example 1)
CFRP was obtained by the same process as in Example 2, except that 25 parts by mass of internal lubricant 1 was added in the resin film preparation. The resulting CFRP was used as a sample "ratio-1" for evaluating physical properties.
(比較例2)
上記樹脂フィルム作成において、塩化ビニル樹脂1の代わりに塩化ビニル樹脂3(徳山積水工業製 TS-1000R、重合度約1000(高重合度品))を用いた他は、前記実施例2と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用の炭素繊維基材サンプル「比-2」とした。
(Comparative example 2)
In the preparation of the resin film, vinyl chloride resin 3 (TS-1000R manufactured by Tokuyama Sekisui Kogyo Co., Ltd., degree of polymerization: about 1000 (high degree of polymerization product)) was used instead of vinyl chloride resin 1. CFRP was obtained by the process. The obtained CFRP was used as a carbon fiber base material sample "comparison-2" for evaluating physical properties.
(比較例3)
上記樹脂フィルム作成において、可塑剤1を30質量部添加した他は、前記実施例1と同様のプロセスによりCFRPを得た。得られたCFRPを物性評価用のサンプル「比-3」とした。
(Comparative Example 3)
CFRP was obtained by the same process as in Example 1, except that 30 parts by mass of plasticizer 1 was added in the resin film preparation. The obtained CFRP was used as a sample "ratio-3" for evaluating physical properties.
<粘度測定用サンプルの作成>
作成した塩化ビニル系樹脂組成物(A)からなる樹脂フィルムを、30(mm)×90(mm)のサイズに切り出し、約5gとなるように重さを量り、170℃、約3分間、熱プレス成形し、約1分間冷却することにより、厚み1mmの粘度測定用サンプルを作成した。
<Preparation of sample for viscosity measurement>
The resin film made of the prepared vinyl chloride resin composition (A) was cut into a size of 30 (mm) × 90 (mm), weighed to be about 5 g, and heated at 170 ° C. for about 3 minutes. A sample for viscosity measurement with a thickness of 1 mm was prepared by press molding and cooling for about 1 minute.
<複素粘度ηの測定>
上記樹脂フィルム作成に用いた塩化ビニル系樹脂組成物(A)について、以下の方法により、複素粘度ηを測定した。測定結果を表1に示した。
測定には粘弾性測定装置(MCR102 Anton Paar社製)を使用し、平行平板の半径を25mm、平行間距離1mm、温度200℃、角周波数10Hzの条件で測定し、複素粘度ηを算出した。
<Measurement of complex viscosity η>
The complex viscosity η of the vinyl chloride resin composition (A) used for preparing the resin film was measured by the following method. Table 1 shows the measurement results.
A viscoelasticity measuring device (MCR102 manufactured by Anton Paar) was used for the measurement under the conditions of a parallel plate radius of 25 mm, a distance between parallel plates of 1 mm, a temperature of 200° C. and an angular frequency of 10 Hz to calculate the complex viscosity η.
<曲げ強度測定>
上記で作成したサンプル「実-1」~「実-5」および「比-1」~「比-4」から、測定用試料としてJIS K 7074に準拠し、長さ(l)40±1mm、幅(b)15±0.2mm、厚さhのサイズの試験片について、支点間距離(L)は40×h(mm)として、試験片を作成した。作成した試験片について、試験機(SHIMADZU製、AUTOGRAPH AGS-H)を用い、3点曲げ方式にて曲げ強度(MPa)を測定した。測定結果を表1に示した。
<Bending strength measurement>
From the samples "actual-1" to "actual-5" and "ratio-1" to "ratio-4" prepared above, as a measurement sample conforming to JIS K 7074, length (l) 40 ± 1 mm, A test piece having a width (b) of 15±0.2 mm and a thickness of h was prepared with a distance between fulcrums (L) of 40×h (mm). The bending strength (MPa) of the prepared test piece was measured by a three-point bending method using a tester (AUTOGRAPH AGS-H manufactured by SHIMADZU). Table 1 shows the measurement results.
(Vf50%の曲げ強度の算出)
Vfが50±2%の範囲にあるサンプルの曲げ強度をN=3以上測定し、測定値から、直線近似を行い、Vf50%の時の曲げ強度を算出し、以下の評価基準により評価を行った。評価結果を表1に示した。
(評価規準)
400MPa以上:○
300MPa以上、400Mpa未満:△
300MPa未満:×
(Calculation of bending strength at Vf50%)
Measure the bending strength of a sample with Vf in the range of 50 ± 2% N = 3 or more, perform linear approximation from the measured value, calculate the bending strength at Vf 50%, and evaluate according to the following evaluation criteria. rice field. The evaluation results are shown in Table 1.
(Evaluation criteria)
400 MPa or more: ○
300 MPa or more and less than 400 MPa: △
Less than 300 MPa: ×
Claims (8)
前記塩化ビニル系樹脂組成物(A)が、塩化ビニル系樹脂および少なくとも1種の添加剤を含み、
前記塩化ビニル系樹脂組成物(A)は、200℃、周波数10Hzでの複素粘度ηが、1<η<1500であり、
前記塩化ビニル系樹脂の平均重合度が、400以上1500以下であり、
前記塩化ビニル系樹脂組成物(A)において、前記塩化ビニル系樹脂100質量部に対して、熱安定剤の含有量が0.1~30質量部であり、内部滑剤の含有量が20質量部以下であり、外部滑剤が10質量部以下であり、可塑剤の含有量が10質量部以下であることを特徴とする、炭素繊維強化複合材料。 A carbon fiber reinforced composite material comprising a vinyl chloride resin composition (A) and a carbon fiber base material (B),
The vinyl chloride resin composition (A) contains a vinyl chloride resin and at least one additive,
The vinyl chloride resin composition (A) has a complex viscosity η of 1<η<1500 at 200° C. and a frequency of 10 Hz,
The average degree of polymerization of the vinyl chloride resin is 400 or more and 1500 or less,
In the vinyl chloride resin composition (A), the content of the heat stabilizer is 0.1 to 30 parts by mass and the content of the internal lubricant is 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the vinyl chloride resin. A carbon fiber reinforced composite material comprising:
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