JPH0192234A

JPH0192234A - 炭素短繊維集合体及びそれを強化材とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0192234A
Application number: JP27864787A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Komata; 小俣　靖; Hironori Takeyama; 宏規武山
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Priority date: 1987-10-04
Filing date: 1987-10-04
Publication date: 1989-04-11
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: JP2512028B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、炭素短繊維集合体及びそれを強化材として用
いる繊維強化熱可塑性樹脂組成物に関する。

（従来の技術〕近年、炭素短繊維を各種のマトリックスに混合、分散さ
せてなる繊維強化樹脂組成物は、高強度、高剛性、低比
重、高電気伝導性、低熱膨張率、高耐摩耗性等の優れた
特長を有する炭素繊維を使用していることから工業的に
重要な材料として注目されている。

一般に、炭素繊維をポリエステル、ポリアミド２．ポリ
オレフィン、アクリル樹脂、エボキシ樹脂、フェノール
樹脂等の各種マトリックスに混合、分散させて繊維強化
樹脂材料を得る場合、炭素短繊維の取扱性を容易てして
混合、分散の工程における作業性を高めるためにあらか
じめ多数の炭素短繊維をサイジング剤等にょシ集合体化
させ用いられている。かかるサイジング剤としては、種
々知られているが、例えば上記した様なマトリックス樹
脂等か通常使用されている。しかしながら、従来の炭素
短繊維集合体では、集合体化か十分でなくマトリックス
樹脂への混合、分散する工程において種々の問題が有り
、例えばフィダーで供給する際に炭素短繊維の毛玉がで
き供給工程での詰まシを生じたシ或いはマトリックス中
に繊維を均一に分散させることができない等の欠点を有
していた。

そこで、マトリックス樹脂への混合、分散する工程にお
いて種々の問題点を解決するために特定のエポキシ化合
物の混合物を成分とする収束剤を用い嵩密度２５０？／
１３以上、安息角ｓ　ｏ０以下の炭素短繊維チップ（特
開昭Ａ／−４４Ａ／４号公報）を用いる等の工夫が提案
されている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、特開昭６／−「ら７６号公報の炭素短繊
維チップでは従来のマトリックス樹脂への混合、分散す
る工程において種々の問題点は、改善されているものの
、繊維強化樹脂組成物として、未だ十分な力学的特性を
発揮できず更に向上が望まれていた。

（問題を解決するだめの手段）そこで、本発明者等は、マトリックス樹脂への混合、分
散する工程において種々の問題点ばかシでなく力学特性
をも同時に向上させるべく鋭意検討した結果、意外なこ
とに室温で液状のエポキシ化合物と室温で固体状のエポ
キシ化合物とを特定割合で混合したサイジング剤を用い
た特定の物性を有する炭素短繊維集合体を熱可塑性樹脂
に配合することで、マトリックス樹脂への混合、分散す
る工程において種々の問題点は解消され、かつ優れた物
性の樹脂組成物が得られるという知見を見い出した。つ
ま）、室温で液状のエポキシ化合物単独では、繊維強化
樹脂組成物としての力学的特性は良好であるが、マＩ−
ＩＪソックス脂への混合、分散する工程における作業性
上の問題点は解消されなかった、また室温で固体状のエ
ポキシ化合物では、マトリックス樹脂への混合、分散す
る工程における作業性上の問題点は解消されたものの繊
維強化樹脂組成物としての力学的特性はとても満足でき
る値ではなかった。しかし、室温で液状のエポキシ化合
物と室温で固体状のエポキシ化合物とを特定の割合で混
合したサイジング剤を用いることでマトリックス樹脂へ
の混合、分散する工程における問題点が解消され、かつ
単独のエポキシ化合物よシ優れた物性の樹脂組成物が得
られるという知見を見い出し本発明に至った。

すなわち、本発明の目的は、繊維強化樹脂組成物を製造
する際に優れた作業性を有し、かつ得られた樹脂組成物
が良好な物性を示すための炭素短繊維集合体、並びにか
かる集合体と熱可塑性樹脂の組み合わせによ）極めて優
れた力学的物性を有する樹脂組成物全提供するととであ
る。

そして、その内容は（１）　　エポキシ化合物を主成分とするサイジング剤
で表面被覆された炭素短繊維集合体であって、該エポキ
シ化合物が室温で液状のエポキシ化合物５５〜？ｊｉｉ
％と室温で固体状のエポキシ化合物５〜ダ５重ｉ％とか
らなυ、５０℃における粘度がすくなくともｓｏｏ。

ボイズである混合物であフ、該サイジング剤の含有量が
炭素短繊維全量に対して０．１〜７０重量係重量部、か
つ該集合体の安息角ｓ　ｏ０１以下であることを特徴と
する炭素短繊維集合体及び（２）室温で液状のエポキシ化合物５５〜９ｊ重量係と
室温で固体状のエポキシ化合物ｊ〜夕５重量係とからな
シ５０”Ｃにおける粘度がすくなくとも５ｏｏｏボイズ
であるエポキシ化合物の混合物を主成分とするサイジン
グ剤を炭素短繊維全量に対して０．７〜ｌＯＮ童チ含有
し、かつ安息角ｓ　ｏ０以下である炭素短繊維集合体を
熱可塑性樹脂７００Ｍ量部に対して、５〜ｔＯＭ量部配
合してなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物、にある。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明で用いる室温で液状のエポキシ化合物とは、例え
ば、ビスフェノール型、ノボラック型、脂環族型、レゾ
ール型、アミン型なトノエポキシ化合物のモノマー、低
重合物及びこれらのエポキシ化合物と硬化剤との部分反
応生成物などが挙げられ、中でも、ビスフェノールＡ型
で分子量が１Ｉ７０以下、あるいは、ノボラック型で分
子量が６００以下のエポキシ化合物力；好ましい。例え
ば、シェル化学社製ゝエピコート・ＧＥ工ＧＹ　社製１
アラルダイト’　ＥＯＮ−／２３！である。

また室温で固体状のエポキシ化合物とは、例えば、ビス
フェノール型、ノボラック型、脂環族型、レゾール型、
アミン型などのエポキシ化合物のモノマー、低重合物及
びこれらのエポキシ化合物と硬化剤との部分反応生成物
などが挙げられ、中でも、ビスフェノールＡ型で分子量
が９００−！ｒ００θ、あるいは、ノボラック型で分子
量が１ｏｏｏ〜’Ｊ　０００のエポキシ化合物が好まし
い。例えば、シェル化学社製゛エビ”−ト’　１００／
、１００２、／１）０１７、／θＱ７及び／θ０９、Ｃ
よりＡ−ＧＥ工ＧＹ社製１アラルダイト′Ｅ　ＯＮ　−
／、２７３及び／２９デである。

本発明におけるサイジング剤とは、室温で液状のエポキ
シ化合物と室温で固体状のエポキシ化合物を主成分とす
る混合物であり、ｓＯ′Ｇにおける粘度がすくなくとも
ＳＯＯθボイズ、好ましくは１ｏｏｏｏボイズ以上であ
ることが重要である。その混合割合としては室温で液状
のエポキシ化合物５５〜９５重量％と室温で固体状のエ
ポキシ化合物５〜ケ５重量係、好ましくは室温で液状の
エポキシ化合物６０〜７５重量％と室温で固体状のエポ
キシ化合物２５〜ｔｉｏ重量係の範囲から選択され、こ
れは室温で液状のエポキシ化合物の少なくとも７種類と
室温で固体状のエポキシ化合物の少なくとも７種類との
混合物として用いられる。５０℃における粘度が前記範
囲を逸脱すると、力学的特性の低下や該炭素短繊維果合
体とマトリックス樹脂とのトライブレンド性及び押出し
性の悪化の原因となり好ましくない。また混合割合が、
前記範囲を逸脱すると室温で液体状のエポキシ化合物が
９５係を超えると該炭素短繊維果合体とマトリックス樹
脂とのトライブレンド性及び押出し性が悪化し、ｓｓ％
未満では炭素短繊維強化熱可塑性樹脂の力学的物性が低
下する。このように室温で液状のエポキシ化合物と室温
で固体状のエポキシ化合物の混合割合と粘度は本発明の
特長を発揮させるために極めて重要な要因である。

本発明においては、かかるサイジング剤を炭素短繊維表
面被覆し、集合化するが、その際使用するサイジング剤
の含有量は短繊維全量だ対して０・１〜１０重量係、好
ましくはＯ，Ｓ〜り重量％の範囲で選択される。そして
、その表面被覆方法としては、例えば、数百〜数十万本
の炭素長繊維束に、前記エポキシ化合物の混合物を含浸
させたのち、乾燥する。表面被覆に使用する該エポキシ
化合物は溶剤等に溶解させるか、あるいはエポキシ化合
物を含むエマルジョンを用いても良い。用いる溶剤とし
ては、コープタノン、テトラヒドロフラン、Ｎ、Ｎ−ジ
メチルホルムアミド、アセトン、クロロホルム、ジクロ
ロメタン等が有る。またエマルジョンに用いる界面活性
剤としては、例えば、ポリオキシメチレンのヒマシ油エ
ーテル、ノニルフェニルエーテル、スチレン化フェニル
エーテルなどのホリオキシエチレンアルキルエーテル又
はポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル及ヒホハ
ールなどの中から選ばれた少なくとも７種類の界面活性
剤が挙げられる。サイジング剤の含有量がθ、／重量多
未満では該炭素短繊維集合体の集束性が劣シ、１０重量
ｑｂを越えると炭素短繊維強化熱可塑性樹脂の物性が低
下するため好ましく　な、い。

尚、本発明のサイジング剤は主成分のエポキシ化合物以
外に、必要に応じて、例えば、飽和又は不飽和ポリエス
テル５．ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレン
エーテル、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポ
リスチレン、ポリオレフィン、アクリル樹脂、酢酸ビニ
ル樹脂、ポリアミド樹脂などのホモポリマー又ハコポリ
マー、界面活性剤、シランカップリング剤、エポキシ硬
化剤、触媒、接着剤等を配合しても良い。

本発明の炭素短繊維集合体は、このようにして得られる
が、安息角ｓ　ｏ０以下、好ましくは７５°以下である
。この範囲を逸脱すると該炭素短繊維集合体とマトリッ
クス樹脂とのトライブレンド性及び押出し性が悪化する
。安息角は、この炭素短繊維集合体の効果を発揮させる
ために重要な要因である。

本発明で用いる炭素繊維としては従来公知の種々の炭素
繊維が使用されるが、具体的にはポリアクリロニトリル
系、レーヨン系、ピッチ系、ポリビニルアルコール系等
が挙げられ、これらの炭素繊維を表面被覆したのち公知
の切断方法で長さ７〜２０ｍｍ５好ましくは３〜７０朋
に切断して使用するのが良い。

次に、かかる炭素短繊維集合体を強化材として用いる繊
維強化樹脂組成物について説明する。

用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネー
ト、ポリスチレン、ポリエステル、ポリオレフィン、ア
クリル樹脂、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンサル
ファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオ
キシド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテル・
エーテルケトン、ポリフェニレンスルホン、フッ素樹脂
などのポリマー類又はこれらのコポリマー類などの公知
の熱可塑性樹脂を挙げられ、好ましくは、ポリカーボネ
ート、ポリオキシメチレン、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサルファ
イドを用いるのが良い。

この配合割合としては、熱可塑性樹脂１００重量部に対
して７〜５０部、好ましくは５〜グＯ部である。この範
囲を逸脱すると熱可塑性樹脂１００重量部に対して７部
未満では、炭素繊維の補強効果が発揮されず、また熱可
塑性樹脂１００重量部に対して５０部を超えると、マト
リックス樹脂への混合、分散する工程において種々の問
題が発生する。

また、この様なマトリックス樹脂と本発明の炭素短繊維
集合体との配合方法としては特に限定されるものではな
いが通常−軸押出機、二軸押出機、プレス機、高速ミキ
サー、射出成形機、引抜成形機等の方法によシ行われる
。

更に、上記成分以外に本発明の効果を損なわない程度に
例えば、他種炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボ
ロン繊維、炭化ケイ素繊維などの単繊維及び長繊維、ホ
イスカー類、これらにニッケル、アルミニウム、銅など
の金属コーティング繊維状強化剤類、あるいはカーボン
ブラック、二硫化モリブデン、マイカ、タルク、炭酸カ
ルシウムなどのフィラー類から成る強化剤、安定剤、滑
剤、その他添加剤などを加えることができる。

（実施例）次に実施例により本発明を更に詳細に説明する。

尚、各物性は次のようにして測定した。

（１）炭素短繊維集合体の安息角炭素短繊維集合体約３０２を／θ鑞の高さから徐々に落
下させ、堆積した山の傾斜角度を求める。

（２１成形品の物性成形品の物性は以下のＡＳＴＭ法に準拠して測定する。

引張強度　　：Ｄｔ、３ｇ曲げ強度　　：　　Ｄ７ｑ。

■ｚｏｄ衝撃試験：　　Ｄｓｓｂ実施例／（Ａｌ　　炭素短繊維集合体の製造ピンチ系炭素長繊維ｔｏｏｏ本を、エポキシ、化合物ゝ
エピコートＩｇ３１Ｉ（シェル化学社製）４０重量部と
１エピコート’１ｏｏａ（シェル化学社製）り０重量部
とのエマルジョン溶液（濃度３重量係〕中に含浸させた
のち、約／２０℃で２０分間加熱乾燥し、さらに切断機
でる重要の炭素短繊維集合体を製造した。

得られた炭素短繊維集合体のサイジング剤含有量は３．
７重量％であった。

ＦＢＩ　　炭素短繊維強化成形材料の製造前記炭素短繊
維集合体２０重量部と乾燥したポリオキシメチレン樹脂
ベレット（ポリプラスチックス社ゝジュラコン’Ｍ９０
−０．２）ざ０重量部とをトライブレンドした後、スク
リュー押出機にしみこみ、溶融混合してストランド状に
押出し、水冷後ベレット状に切断した。押出機への仕込
みはスムーズで、かつ炭素短繊維集合体と樹脂とは均一
な分散状態であった。

このようにして得られた炭素短繊維強化成形材料を９０
℃、９時間乾燥した後、射出成形にて成形し試験片を得
た。

実施例２（Ｎ　炭素短繊維集合体の製造ピンチ系炭素長繊維ｔｏｏｏ本を、エポキシ化合物ゝエ
ピコート’、？、７４（シェル化学社製）７０重量部と
１エピコート’１ｏｏ４ｔ（シェル化学社製）３０重量
部とのエマルジョン溶液（濃度３重量％）中に含浸させ
たのち、約／２０℃でＳＯ分間加熱乾燥し、さらに切断
機でる重要の炭素短繊維集合体を製造したＱ得られた炭素短繊維集合体のサイジング剤含有量は３．
２重量％であった。

（Ｂｌ　　炭素短繊維強化成形材料の製造実施例／と同
様にして試験片を得た。

実施例３（Ａｌ　　炭素短繊維集合体の製造実施例／と同様だして炭素短繊維集合体を製造した。

、得られた炭素短繊維集合体のサイジング剤含有量は３
．０重量％であった。

（Ｂｌ　　炭素短繊維強化成形材料の製造マトリックス
樹脂をポリカーボネート（三菱化成工業株式会社製、１
ツバレツクス′７０．２．２ＰＪ）にかえ、実施例／と
同様にして炭素短繊維強化成形材料を製作した。

このようにして得られた炭素短繊維強化成形材料を７２
０℃３時間乾燥した後、射出成形にて成形し試験片を得
た。

比較例／ｆＡｌ　　炭素短繊維集合体の製造ピンチ系炭素長繊維６０００本を、エポキシ化合物ゝエ
ピコート′どＪｌ（シェル化学社製９のエマルジョン溶
液、（濃度３重量％）中に含浸させたのち、約／２０℃
で一０分間加熱乾燥し、さらに切断機でる市長の炭素短
繊維集合体を製造した。

得られた炭素短繊維集合体のサイジング剤含有量は３．
０重量％であった。

比較例コ（Ａｌ　　炭素短繊維集合体の製造ピッチ系炭素長繊維ｔ、ｏｏｏ本を、エポキシ化合物１
エピコート’１ｏｏａ（シェル化学社製）のエマルジョ
ン溶液（濃度３重量％）中に含浸させたのち、約／２０
’Ｑで２０分間加熱乾燥し、さらに切断機で６ｍｍ長の
炭素短繊維集合体を製造した。

比較例３（ＡＩ　　炭素短繊維集合体の製造ピッチ系炭素長繊維３０００本を、エポキシ化合物１エ
ピコート’ｇ３７％（シェル化学社製）り０重量部と１
エビコー）　’１００４ｔ（シェル化学社製）４０重量
部とのエマルジョン溶液（濃度３重量係ｐ中に含浸させ
たのち、約／２０℃で２０分間加熱乾燥し、さらに切断
機でＡ　ｍｍ長の炭素短繊維集合体を製造した。

比較例弘（Ａｌ　　炭素短繊維集合体の製造ピッチ系炭素長繊維６０００本を、エポキシ化合物ゝエ
ピコート’ｇ２ｇ（シェル化学社製〕のエマルジョン溶
液（濃度３重量％）中に含浸させたのち、□約／２０℃
で２０分間加熱乾燥し、さらに切断機で＋　ｍｍ長の炭
素短繊維集合体を製造した。

（Ｂｌ　　炭素短繊維強化成形材料の製造実施例３と同
様にして試験片を得た。

尚、実施例１〜３、比較例７〜グの押出し性及び力学的
特性を第１表に示す。

（発明の効果９本発明の炭素短繊維集合体は、集束性に極めて優れｌた
ものであり、また炭素短繊維集合体分用いて繊維強化樹
脂成形材料を製造する場合、該炭素短繊維集合体は押出
機ホッパーにおける流動性が良好で、押出機スクリュー
へ安定供給されるので繊維強化樹脂成形材料の生産性が
大幅に向上する。

さらに、該炭素短繊維集合体のマトリックスに対する親
和性に優れているため、この繊維強化樹脂成形材料を用
いて得られる成形品の力学的物性は極めて良好の値を示
すため、工業上極めて有用である。

出　願　人　　三菱化成工業株式会社代　理　人　　弁理士　長谷用　　− ほか７名手　　続　　補　　正　　書　（匂４ヒフ昭和６．２年
ｌコ月／／日／　　事件の表示　　　昭和６２年特許願第ｕ７ｆｆ＆
’ｉ’７号３　発明の名称出願人　（ＩＡ）三菱化成工業株式会社を代理人〒１０
０東京都千代田区丸の内二丁目５番−号三菱化成工業株式会社内Ｓ　補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄６　補正の内容

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エポキシ化合物を主成分とするサイジング剤で表
面被覆された炭素短繊維集合体であって、該エポキシ化
合物が室温で液状のエポキシ化合物５５〜９５重量％と
室温で固体状のエポキシ化合物５〜４５重量％とからな
り、５０℃における粘度がすくなくとも５０００ポイズ
である混合物であり、該サイジング剤の含有量が炭素短
繊維全量に対して０．１〜１０重量％であり、かつ該集
合体の安息角５０゜以下であることを特徴とする炭素短
繊維集合体。
（２）室温で液状のエポキシ化合物５５〜９５重量％と
室温で固体状のエポキシ化合物５〜４５重量％とからな
り５０℃における粘度がすくなくとも５０００ポイズで
あるエポキシ化合物を主成分とするサイジング剤を炭素
短繊維全量に対して０．１〜１０重量％含有し、かつ安
息角５０゜以下である炭素短繊維集合体を熱可塑性樹脂
１００重量部に対して、５〜４０重量部配合してなる繊
維強化熱可塑性樹脂組成物。