JPH0326726A - 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 - Google Patents

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町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｝　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、低熱膨脹率、高耐摩耗性等の優れ
た特長を有することから工業的に重要な材料として注目
されている。

特に最近では、ＯＡ機器や歯車等の帯電防止や電磁遮蔽
の為に機械的物性を保持しつつ電気的に導電性を持った
繊維強化樹脂組成物が求められている。

一般に、炭素繊維をポリエステル、ポリアミド、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にして混
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より集合体化さ
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
等が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、集合体化が十分でなくマト１７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
、例えばフィダーで共給する際に炭素短繊維の毛玉がで
き供給工程での詰まりを生じたり或いはマ｝　ＩＪ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｝　ＩＪ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２Ｓθ
ｇ　／　ｌ以上、安息角即０以下の炭素短繊維チップ（
特開昭Ａ／−ＡＡＩ，ｌＡ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課題） しかし々がら、特開昭Ａ／−６ＡＡ／Ａ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
並びに電気的特性を発揮できず更に向上が望まれていた
。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明者等は、炭素繊維をマトリックス樹脂へ
混合、分散する工程において種々の課題の改善ばかりで
なく繊維強化樹脂組成物としての力学特性並びに電気的
特性をも同時に向上させるべく鋭意検討した結果、特定
量のサイジング剤をカーボンブラックとともに被覆した
炭素短繊維集合体を熱可塑性樹脂に配合することで、上
記課題が解消することを見いだし本発明に到達した。従
来から電気的特性を向上させるためにカーボンブラック
を熱可塑性樹脂に添加するが、本発明では炭素短繊維と
ともに添加することにより従来では考えられなかったほ
ど少量で力学的特性、電気的特性の良好な樹脂組成物を
得るに至った。

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
が優れた力学特性並びに電気的特性を示すた 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り極めて優れた力学的％性並びに
電気的特性を有する樹脂組成物を提供することにある。

そして、その内容は （１）　　サイジング剤を炭素短繊維全量に対して０，
／〜ＩＯ重量％表面被覆された炭素短繊維集合体であっ
て、且つカーボンブラックを炭素短繊維全量に対一して
θ．＆−５重量％付着してなることを特徴とする炭素短
繊維集合体、（２）　　サイジング剤を炭素短繊維全量
に対して０，／〜／θ重量％表面被覆された炭素短繊維
集合体であって、且つカーボンブラックヲ炭素短繊維全
量に対してＯ．Ｓ−Ｓ重量％付着した炭素短繊維集合体
を熱可塑性樹脂１００重量部に対して、／−ｊθ重量部
配合してなる繊維強化熱可塑性樹脂組成物、 により容易に達成される。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明においては、サイジング剤を炭素短繊維表面被覆
し、集合化するが、そのサイジング剤としては通常任意
のものが使用することができ、モノフィラメントの集束
性の良いものが選択できる。本発明にて使用するサイジ
ング剤は例えばエポキシ化合物、飽和又は不飽和ポリエ
ステル，ポリフエニレンサルファイ｝１４，ボリフェニ
レンエーテル，ポリヵーボネ−ト，，ｌ−’ＩＪオキシ
メチレン，ポリステレン、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ボリマ
ー又はコポリマーが挙げられる。具体的には、室温で液
状のエポキシ化合物ｇ！；−９Ａ；重量％と室温で固体
状のエポキシ化合物＆−！．１重量％とから紅るエボキ
シ化合物、または、水溶性ボリアミド化合物等が好まし
い。また必要に応じて、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。その際使用するサイジング剤の付着量は短繊維全量
に対してθ．ｌ〜ｉｏ重量％，、好ましくはＯ．Ｓ〜７
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［”ｉ−＝一敢−１′Ｖ）本の炭
素尺峨ｉイｆｌ・（に、サ・イジング剤な含浸させたの
ち、乾燥する，、表面被覆に使用するサイジング剤は溶
剤等’（ｊ’！解させるか、あるいはサイジング剤を含
む．：’ｌ：　−ｉ”Ａ・ジ剃ンを用いて４）良い。用
いる溶剤としＣは、２−ブタノン、テｌ・ラヒドロフラ
ン、Ｎ，Ｎ−　ジメチルホルムアミド、ア叱トン、クロ
ロポルへ、ジクロロメタン等が有る。またエマルジ珊ン
圧用いる界面活性剤としては，例えば、ボリ３・へ・シ
メチレンのヒマシ油エーデル、ノールフユ−ユルエーテ
ル，スチ１／ン化フエニルエーテルナトのポリオキシエ
チ１，／ンアルキルス・一・テル又はポリオキシエチレ
ンアルキルアリルヱーテル及びボバールなどの中から選
ばれた少な＜ｈ４ｌ）ｉ種類の界面活性剤が挙げられる
。サイジング剤の付着量７１′−θ、／重量％未満では
該炭素短繊維集合体の集束性が劣り、ｌθ重置％を越え
ると炭素短繊維強化熱可塑性樹鮨の物性が低下するソ，
二め好ましくない。

次にカーボンプラックの添加方法とし℃は、Ｌ’ｒ？素
繊維１爪一リイジング剤な櫓布し小中７シＩ．一後優ド
ラ・イフ１／ンドを行なう方法あるいほ、ν゛イジνグ
剤中にカーボンブラックを分散し２、糸Ｕ一添殖する方
法等が挙げられるが、後者の方法が本効沫なより発揮す
る３、その添加景は炭素短繊組全量に対し、Ｏ．Ｓ＝Ｓ
重量％好ま１−クはθ。，夕一．７重置％とするのがよ
い。使用するカーボンブラックとしては，、公知のいず
れの力・一・ボンブラ・，７ク屯使用することが出来る
が、、ｌＦｊに賦活処理な行１４二わな（ともある程度
の導電付ｈ能力紀有するア量テレンブラックあるいは副
生カーボングラック専の導電性カーボンブラノクで、比
茨面積が窺素吸着鳳′で．’ｒ　Ｏ　ｎｌ　／　ｔ以上
好ましくはｔθθ，ｒ？／９’以上のものも・用いろこ
とが物セ１ミ発現上好ましい。

本発明の炭素単繊維集合体＆’．ｔ　％ｔこσ〕ように
１，′（得られるが、更に他の物性としては安息角Ｓ゛
θ゛以下、好ましくは４’！’以下の屯の力：よい。

この範囲を逸脱すると該炭素短繊維集合体Ｌ′マトリッ
クス樹脂＆のドライブレンド性及び押出し性が悪化ずる
ので好まＬ　＜　ｔ．ｃい。

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
繊維フ］；使用されるが．具体灼にはポリアクリロニト
リル系、レーＥｌン系、ピクチ系、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／＝２θ闇、好まし２《は．７
−／　Ｏ　ｍｉｒ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
繊維強化樹脂組或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、ポリステレン，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Ｉ／ン、ボリフェニレンサ
ルファイド，ポリフェニレンエーテル、ボリフェニレン
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，ボ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ボリマー類などの公
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、ボリオキシメチレン、ポリブチレンテ１７フタ
レー１・、ボリフェニレンオギシド、ポリフェニレンザ
ルファ・イドな用いるのが良い。

本発明の熱可塑性樹脂組成物は、これらの成分を配合ｌ
一たもぬであるが、この配合割合とＬ２ては、熱可塑性
樹脂ｌＯθ重量部κ対して炭素短繊維集合体／〜ＳＯ重
置部、好まＬ，　＜は３・〜ａＯ重置部、また炭素短繊
維中のカーボンブラックはｏ．ｒ　−　．ｔ重量％好ま
しくはθ。５〜３重量％とするのカｔよい。熱可塑性樹
脂／θθ重量部に対して炭素短繊維集合体が／部未満で
は、炭素繊維の補強効果が発揮されず、一方熱可塑性樹
脂ｌＯθ重量部に対して５０■部を越えると，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、炭素短繊維中のカーボンブランク量が
θ。Ｓ重量％未満では、導電性は改善されず、５重量κ
を越えると、導電性は改善されるが機械的物性が低下し
且つ糸の集束注が低下して作業性が著しく低下する。

また、この様な熱可塑性樹脂と本発明の炭素短繊維集合
体とカーボンブラック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一軸押出機、二軸押出機、プレス
機、高速ミキサー射出成形機、引抜或形機等の方法によ
り行われる。

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短繊維及び長繊維、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材類、あるいはカーボン
プラック、二硫化モリブデン、マイカ、メルク、炭酸カ
ルシウムなどのフィラー類から成る強化剤、安定剤く滑
剤、七の他添２ａ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さらに詳細に説明する。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３０９を１０（Ｍｌ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。

（２）成形品の物性 成形品の物性は以下の法に準拠して測定する。

引張強度：　ＡＳＴＭ法［）　１，３ｔ体積固有抵抗：
ＳＲＩＳ法　ＳＲＩＳ２．７ｏ／実施例／ （４）炭素短繊維集合体の製造 ピッチ系炭素長繊維（“ダイアリード Ｋ２２３．三菱化成■製）ｔ，ｏｏｏ本を”エピコート
”ｒ３ｌＩ（シェル化学社製）６０重量部と１エピコー
ト″／００ｌＩ（シェル化学社製）グ０重量部とのエマ
ルジジン溶液（１！１度３重量％）中にカーポンブラッ
ク（“ダイアブラック”＋３９！；ＯＢ，三菱化成■製
）ｉ．ｏ重量部をペイントシェーカー分散させた液に含
浸させたのち，約ｌコＯ℃でコＯ分間加熱乾燥し、さら
に切断機でｂｔａＩ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エボキシ化合物付着量は３
．７重量％であった。

（日　炭素短繊維強化戒形材料の製造 前記炭素短繊維集合体２０重量部と乾燥したポリオキシ
メチレン樹脂ペレット輪ジュラコン”Ｍ９θ−０２，ポ
リプラスチック社製）ｇｏ重量部とをドライブレンドし
た後、スクリュー押出機にしこみ、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？θ
℃ｔｉ時間乾燥した後、射出成形にて成形し試験片を得
た。

実施例コ （４）炭素短繊維集合体の製造 ビノテ系炭素長繊維（″′ダイアリードＫ２２３，三菱
化成■製）６θｏｏ本を、水溶性ポリアミド水溶液（濃
度３重量κ）中にカーボンブラック（“ダイアブラック
“◆３９３θＢ，三菱化成■製）／．ＯＮ量部をペイン
トシェーカー分散させた液に含浸させたのち、約／２０
℃で２Ｑ分間加熱乾燥し、さらに切断機で６閣長の炭素
短繊維集合体を製造した。

得られた炭素短繊維集合体の水溶性ポリアミド付着量は
３．０重量％であった。

■　炭素短繊維強化成形材料の製造 前記炭素繊雑集合体２０重量部と乾燥したポリオキシメ
テレン樹脂ペレット”ジュラコン″Ｍ９０一θコ，ポリ
プラスチックス社製）ｇｏ重量部とをドライブレンドし
た後、スクリネー押出機にしこみ、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９　
０　’（：　ｆ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／ ■　炭素短繊維集合体の製造 ピッチ系炭素長繊維（″ダイアリード″Ｋ２２３三菱化
或■製）６θθ体１　エビコード′ｇ３ダ（−／′エル
化学社製）６θ重量部と゛エピコード′゜／００１１（
シェル化学社製）４／！θ重量部とのエマルジョン溶液
（濃度３重量優）中にカーボンブラック（″ダイアブラ
ック”◆３９ｓθＢ，三菱化成■製）θ．／及び／θ．
０重量部をペイントシェーカー分散させた液に含浸させ
たのち、約７２０９でλθ分間加熱乾燥し、さらに切断
機で６ｍｘ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エボキシ化合物付着量それ
ぞれは３．７及び２．６重量多であった。

たポリオキシメチレン樹脂ベレ，ト“ジュラコン”Ｍ９
０一０２，ポリプラスチック社製）ｇｏ重量部とをドラ
イブレンドした後、スクリ一一押出機にしこみ、溶融混
合してストヲンド状に押出し、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５１ＣＬて得られた炭素短繊維強化成形材料なデ
θ℃ｔｔ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２ （４）炭素短繊維集合体の製造 ピッチ系炭素長繊維（″′ダイアリード’Ｋ２２３．三
菱化成■製）ｔｏｏｏ本を、′エビコート″ｇ３ｔｉ（
シェル化学社＃）４０ｆｔ量部と１エピコート”／０θ
タ（シェル化学社Ｈ　）　Ｑ　Ｏ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／．２
０℃で２０分間加熱乾燥し、さらに切断機でＡ關長の炭
素繊維集合体を製造した。

得られた炭素短繊維集合体のエポキシ化合物付着量は３
．３重量％であった。

（自　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１ジュラコン”Ｍ９０一〇コ，
ポリプラスチック社製）ｔθ重量部とをドライブレンド
した後，スクリュー押出機にしこみ、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
脂とは均一々分散状態であった。

このよ５ＫＬて得られた炭素短繊維強化戒形材料を９０
℃ｙ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３ （４）炭素短繊維集合体の製造 ピッチ系炭素長繊維（″ダイアリード’Ｋ２２３，三菱
化成■製）６０θＱ本を，水溶性ボリアミド水溶液（！
１度３重ｉ％）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６鴫長の炭素短繊維集
合体を製造した。

得られた炭素短繊維集合体の水溶性ポリアミド付着量は
Ｊ．θ重量〜であった。

０　炭素短繊維強化或形材料の製造 前記炭素短繊維集合体２０Ｎ量部と乾燥したポリオキシ
メチレン樹脂ベレット１ジュラコン”Ｍ９θ一θコ，ボ
ッ，・プラスチックス社ｆｆ）ざθ重量部とをドライブ
レンドした後、スクリュー押出機にしこみ、溶融混合し
てストランド状に押出し、水冷後ペ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科を？θ
’Ｃ　ｕ時間乾燥した後，射出成形にて成形し試験片を
得た。

尚、実施例／〜２、比較例／〜グの押出し性及び力学的
特性を第７表に示す。

（発明の効果） 本発明の炭素短繊維集合体は、あらかじめ繊維表面に導
電性カーポンプシックを存在させることにより従来では
考えられなかった少量のカーポンブラック添加量で該炭
素短繊維強化樹脂組成物の電気的特性を改善した。しか
も、少量のカーボンブラック添加量で該目的を達せられ
るために従来言われている力叩ボンブラック添加による
物性の低下は起こらず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。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）サイジング剤を炭素短繊維全量に対して０．１〜
   １０重量％表面被覆された炭素短繊維集合体であつて、
   且つカーボンブラックを炭素短繊維全量に対して０．５
   〜５重量に付着してなることを特徴とする炭素短繊維集
   合体。
2. （２）サイジング剤を炭素短繊維全量に対して０．１〜
   １０重量％表面被覆された炭素短繊維集合体であつて、
   且つカーボンブラックを炭素短繊維全量に対して０．５
   〜５重量％付着した炭素短繊維集合体を熱可塑性樹脂１
   ００重量部に対して、１〜５０重量部配合してなる繊維
   強化熱可塑性樹脂組成物。