JP7325277B2 - リサイクル炭素繊維含有樹脂複合材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[A]樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂よりなる群から選択される少なくとも一種である。[A]樹脂の具体例としては、フェノール樹脂として、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、変性フェノール樹脂(例えば、アルキルフェノール変性フェノール樹脂、ニトリル変性フェノール樹脂、ブチルエーテル化レゾール樹脂、ロジン変性フェノール樹脂等)等を;
エポキシ樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、脂環式型エポキシ樹脂、長鎖脂肪族型エポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、ヒタンドイン系エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂等を;
PEEK樹脂としては、市販品として、VESTAKEEP1000G、2000G、3300G、L4000G、5000G(以上、ダイセル・エボニック社製)、VICTREX PEEK90G、同150G、同450G、同3300G(以上、ビクトレックスジャパン社製)等を、それぞれ挙げることができる。なお、[A]樹脂としては、これらの一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
[B]リサイクル炭素繊維は、リサイクル用に回収された炭素繊維強化プラスチック(以下、「リサイクル用CFRP」ともいう。)を熱分解することによって得られた炭素繊維であり、有機物の炭化による残留物が繊維表面に付着している。
本実施形態のリサイクル炭素繊維含有樹脂複合材は、必要に応じて、[A]樹脂及び[B]リサイクル炭素繊維以外の成分を更に用いて製造されてもよい。
本実施形態のリサイクル炭素繊維含有樹脂複合材は、[A]樹脂と[B]リサイクル炭素繊維とを溶融混練することにより製造することができる。具体的には、[A]樹脂と[B]リサイクル炭素繊維とを溶融混練装置に投入する原料投入工程と、溶融混練装置において[A]樹脂と[B]リサイクル炭素繊維とを溶融混練する混練工程と、を含む方法により製造することができる。
1.リサイクル炭素繊維含有樹脂複合材の製造
リサイクル炭素繊維(カーボンファイバーリサイクル工業社製の一次加熱品)を約3mm幅に切断した。この切断したリサイクル炭素繊維とPEEK樹脂(ダイセル・エボニック社製)とを、PEEK樹脂とリサイクル炭素繊維との合計量に対してリサイクル炭素繊維の配合量が30質量%となるように通常の2軸混練機に投入して溶融混練し、ペレット化した。このペレットを原料として、射出成形機にて80mm×80mm×2.0mmの板に成形し、その中央部から30mm×30mm×2.0mmの板を切り取り、リサイクル炭素繊維含有PEEK複合材の滑り摩耗評価用の角板試験片を作製した。
上記1.で作製した角板試験片を用い、JIS K 7218 A法に準拠して滑り摩耗試験を行い、試験片及び相手材の摩耗質量[mg]を測定した。測定は以下の条件で行った。
(測定条件)
測定装置:エー・アンド・デイ社製摩擦摩耗試験機 MODEL EMF-III-F
滑り速度;1.0m/s、荷重;100N
試験時間;100分、測定環境温度;23℃
相手材;S45C回転中空円筒(表面粗さ約0.8μmRa,接触面積2cm2)
摩耗質量の測定結果を図1に示した。摩耗質量は、試験前の試料と試験後の試料との質量差とした。なお、本実施例では、滑り摩耗試験を3回行い、3回の測定により得られた試験片摩耗質量の平均値を測定結果として図1(a)に示し、3回の摩耗試験のうち任意の1回の測定により得られた相手材摩耗質量を測定結果として図1(b)に示した。図1中、(a)は試験片(複合材)の摩耗質量[mg]であり、(b)は相手材の摩耗質量[mg]である(以下の図3、図5及び図7についても同じ)。
市販のガラス繊維含有PEEK複合材(ダイセル・エボニック社製、品番2000GF30、ガラス繊維の含有量=30質量%)100mm×100mm×3.0mmの平板の中央部から切り取り、30mm×30mm×3.0mmのガラス繊維含有PEEK複合材を滑り摩耗評価用の角板試験片として作製した。また、得られた角板試験片を用いて、実施例1と同様にして滑り摩耗試験を行った。その結果を図1に示した。
実施例1及び比較例1のうち、任意の各1試験片について、動摩擦係数及び試料温度の経時変化をモニターした結果を図2に示した。試料温度の測定は、試験片に接する相手材円筒に温度測定用の熱電対を設置して、試験中の温度を測定することにより行った。
1.リサイクル炭素繊維含有樹脂複合材の製造
リサイクル炭素繊維(アイカーボン社製の一次加熱品)を約4mm幅に切断した。この切断したリサイクル炭素繊維とノボラック型フェノール樹脂(住友ベークライト社製)とを、フェノール樹脂とリサイクル炭素繊維との合計量に対してリサイクル炭素繊維の配合量が35%(体積分率)となるようにロールを使用して硬化剤(ヘキサミン)と共に溶融混練し、一部硬化させて顆粒化した。続いて、この顆粒を原料として、射出成形機にて60mm×60mm×2.0mmの板に成形・硬化し、その中央部から30mm×30mm×2.0mmの板を切り取り、リサイクル炭素繊維含有フェノール複合材の滑り摩耗評価用の角板試験片を作製した。
上記1.で作製した角板試験片を用い、実施例1と同様にして試験片及び相手材の摩耗質量[mg]を測定した。その結果を図3に示した。
ガラス繊維含有フェノール複合材(住友ベークライト社製、ガラス繊維の含有量=35%(体積分率))を射出成型機にて60mm×60mm×2.0mmの平板に成形し、中央部から切り取って30mm×30mm×2.0mmのガラス繊維含有フェノール複合材を滑り摩耗評価用の角板試験片として作製した。また、得られた角板試験片を用いて、実施例1と同様にして滑り摩耗試験を行った。その結果を図3に示した。
実施例2及び比較例2のうち、任意の各1試験片について、動摩擦係数及び試料温度の経時変化をモニターした結果を図4に示した。
1.リサイクル炭素繊維含有樹脂複合材の製造
リサイクル炭素繊維(アイカーボン社製の一次加熱品)を約4mm幅に切断した。この切断したリサイクル炭素繊維とエポキシ樹脂(クラスターテクノロジー社製、品番J103相当)とを、エポキシ樹脂とリサイクル炭素繊維との合計量に対してリサイクル炭素繊維の配合量が30質量%となるようにその他添加剤(硬化剤を含む)と共に溶融混練し、一部硬化させて顆粒化した。この顆粒を原料として、圧縮成形機にて80mm×80mm×2.0mmの板に成形・硬化し、その中央部から30mm×30mm×2.0mmの板を切り取り、リサイクル炭素繊維含有エポキシ複合材の滑り摩耗評価用の角板試験片を作製した。
上記1.で作製した角板試験片を用い、実施例1と同様にして試験片及び相手材の摩耗質量[mg]を測定した。その結果を図5に示した。
リサイクル炭素繊維に代えてガラス繊維(市販品標準品)を用いた以外は実施例3と同様の操作を行い、30mm×30mm×2.0mmのガラス繊維含有エポキシ複合材を滑り摩耗評価用の角板試験片として作製した。また、得られた角板試験片を用いて、実施例1と同様にして滑り摩耗試験を行った。その結果を図5に示した。
実施例3及び比較例3のうち、任意の各1試験片について、動摩擦係数及び試料温度の経時変化をモニターした結果を図6に示した。
PEEK樹脂に代えてポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂(東レ社製、低粘度グレード)を用い、リサイクル炭素繊維の配合率を40質量%とした以外は実施例1と同様の操作を行い、30mm×30mm×2.0mmのリサイクル炭素繊維含有PPS複合材を滑り摩耗評価用の角板試験片として作製した。また、得られた角板試験片を用いて、実施例1と同様にして滑り摩耗試験を行った。その結果を図7に示した。
市販のガラス繊維含有PPS複合材(東レ製、品番トレリナA604B、ガラス繊維の含有量=40質量%)を使用した点以外は実施例1と同様の操作を行い、30mm×30mm×2.0mmのガラス繊維含有PPS複合材を滑り摩耗評価用の角板試験片として作製した。また、得られた角板試験片を用いて、実施例1と同様にして滑り摩耗試験を行った。その結果を図7に示した。
ΔR=〔(Q2-Q1)/Q2]×100 ・・・(1)
(式(1)中、Q1は実施例1~3のリサイクル炭素繊維含有樹脂複合材の摩耗質量を表し、Q2は比較例1~3のガラス繊維含有樹脂複合材の摩耗質量を表す。)
低減率ΔRが大きいほど、[B]リサイクル炭素繊維による耐摩耗性及び低攻撃性の改善効果が大きく、複合材の摺動特性が良好であることを表す。表1には、試験片(複合材)及び相手材の摩耗質量[mg]を併せて示した。
Claims (2)
- フェノール樹脂、エポキシ樹脂及びポリエーテルエーテルケトン樹脂よりなる群から選択される少なくとも一種である[A]樹脂と、リサイクル用に回収された炭素繊維強化プラスチックを熱分解することにより得られ、前記炭素繊維強化プラスチックのマトリックス成分が炭化した残留炭素が付着しているリサイクル炭素繊維と、を溶融混練装置に投入する原料投入工程と、
前記原料投入工程により前記溶融混練装置に投入された前記[A]樹脂と前記リサイクル炭素繊維とを溶融混練する混練工程と、
を含み、
前記リサイクル炭素繊維は、前記炭素繊維強化プラスチックを200~800℃で乾留することにより得られる一次加熱品であって、単繊維が多数凝集し、前記残留炭素による炭素皮膜により覆われた炭素繊維集合体である、リサイクル炭素繊維含有樹脂複合材の製造方法。 - 前記炭素繊維集合体は、短冊状又は板状である、請求項1に記載のリサイクル炭素繊維含有樹脂複合材の製造方法。
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