JPH0356566A - 炭素繊維／熱可塑性樹脂コンパウンド - 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〕 本発明は射出戒形等に用いられる炭素繊維／熱可塑性樹
脂コンパウンドに関し，特に添加した繊維の補強性，導
電性他の特性を充分に引き出すことのできるコンパウン
ドに関するものである．〔従来の技術〕 炭素繊維／熱可塑性樹脂複合材（以下Ｃ　Ｆ　Ｒ　Ｐ）
の作製は，あらかじめ適当な充填量加えた炭素繊維と樹
脂を混線・押し出ししたコンパウンドと呼ばれるペレッ
ト状物を作製し，それを射出成形機により所望の形状に
或形するのが一般的である。

コンパウンドの作製工程では，炭素繊維と所望の樹脂を
車軸あるいは２軸混線機により樹脂の軟化温度以上で混
練・押し出したものを冷却しながら適当な長さに切断し
ペレットを得る． 〔発明が解決しようとする課題〕 上記コンパウンドの作製工程では，混線機中でのせん断
力等により炭素繊維の破壊が起こることが知られている
。特に粘性の高いＡＢ５４！ｌ脂などでは繊維にかかる
せん断力が大きく破壊の程度も著しい．ＣＦＲＰ或形に
用いるコンバウンド中の炭素繊維が破壊されることは，
すなわち或形したＣＦＲＰの特性（補強性，導電性など
）を低下させる原因となり，炭素繊維添加により期待さ
れたほどの特性とならないＣＦＲＰどなる恐れがある．
ＣＦＲＰの射出成形段階では，コンパウンドは或形機の
スクリューにより混練されるため，この工程での繊維の
破壊はある程度やむを得ないが，コンパウンド作製段階
で繊維が受けるせん断力を排除あるいは低減することは
，トータルの繊維の破壊を低く抑えるのに有効である．
ｗｔ維の破壊は混練機を通った回数にともなって大きく
なるという現象は，文献等で既知である（参考文献　長
野県工業試験場　研究報告　第６巻　ｐ．９）。

そこで，本発明はＣＦＲＰの射出戒形に必要なコンパウ
ンドを作製する際に，添加した炭素繊維をなるべく破壊
する事のないコンパウンドを得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨はあらかじめ炭素繊維のみを適当な大きさ
に造粒または威形し，その造粒物または戊型体に熱可塑
性樹脂を融点以上の温度で含浸した後，必要により含浸
品を適当な大きさに粉砕して炭素繊維／熱可塑性樹脂コ
ンパウンドとしたものである．これは特に，造粒，成形
による繊維の破壊の比較的少ない微小繊維である気相法
炭素繊維を用いたコンパウンドに有効な手段である，熱
硬化性樹脂はその硬化前の液状物を繊維集合体に含浸す
ることが容易であるが、熱可塑性樹脂は溶融しても粘度
が高く，含浸がむずかしいので従來含浸法は行なわれて
いない。

炭素！ｉｌ維，特に気相法炭素繊維の造粒には，転勤造
粒機，押し出し造粒機などを使用する。これは，まず繊
維に水，エタノール等の液体を噴霧するかまたは滴下し
，＊維と液体を混合または凝集体を作り，これを転勤造
粒機の場合は中で転勤させて凝集体を成長させ造粒する
。押し出し造粒機の場合は押出し後切断してペレット状
にするものである。その他プレス或形等種々の方法で或
形することができる。造粒物又は戒形体は樹脂含浸後適
当な大きさに破砕できるので，その大きさには特に制限
ない。液体を混合する際に，デンプン，ｖＩ蜜など一般
によく使用されるバインダーを添加すると，造粒体の形
戒が容易となるが，できあがったコンパウンド中に炭素
繊維以外の物質の混入を招く恐れがあるので，これが外
乱要因になる場合は造粒後にバインダーを加熱除去また
は加熱炭化してやる必要が生じてくる。

この煩雑さを回避するためには，目的とするコンパウン
ド用の熱可塑性樹脂とよく馴染み，特性に影響しないも
の，例えば，目的樹脂がポリプロピレン，ポリエチレン
等のポリオレフィンの場合は，パラフィン類，目的樹脂
がナイロン等のボリアミドの場合は，エポキシ類という
ようにバインダーを選択することにまり造粒，成形後の
後処理を簡略化できる。

以上のようにしてできた炭素繊維，特に気相法炭素繊維
の造粒物または或形体に，ｒｌＩｔ燥（必要な場合は焼
或処理ｖｉ）、減圧脱気後オートクレープ等の加圧充填
容器の中で所望の熱可塑性樹脂含浸を行う．含浸は樹脂
をその融点とそれよりも１００℃位高い温度の範囲で溶
融し、加圧して行なう．加圧の圧力は１〜ｌ　Ｏ　Ｋ　
ｇ　／　ｃ　．ｍ　２が適当である。

この段階で，コンパウンドへの炭素繊維の添加量を造粒
物または戊形体の密度，含浸する樹ｎ量を調節すること
により任意に変えることができるが、通常炭素ａｌ維が
５〜５０重量％含まれるものが適する． 含浸後．容器から取り出し冷却して複合体を得る．造粒
物を使用したものはそのままコンパウンドとして使用で
きるが，戒形体を使用したものあるいは造粒物でも大き
さの不揃いなものは軽く粉砕して適当な大きさに揃える
．コンパウンドの粒径がせいぜい２〜３　ｍ　ｍのべレ
ソトであることから考えて，元の繊維長，とりわけ微小
な気相法炭素繊維の繊維長にこの粉砕が影響することは
少なく，コンパウンド中の炭素繊維の繊維長は作製前と
ほとんど変わらないものとなっている．炭素繊維は一般
の短繊維を用いることができるが、特に本発明に適する
ものは気相法の炭素ｍ．＊で径０．ＯＬ”ｌμｍ程度，
長さが１　−　Ｌ　Ｏ　Ｏ　μｍ程度のものである。

〔作用〕 上記のような方法で作製した炭素繊維／熱可塑性樹脂の
コンパウンドを用いて適当な金型を使ってＣＦＲＰ或形
体を作製すると，従来の車軸あるいは２軸混：ｓｍを通
して得られたコンーパウンドを用いた場合に比べ，機械
的特性（強度，耐衝撃性等），電気的特性（電気伝導性
，電磁波遮蔽性等），熱的特性（熱伝導率等）において
優れた特性を有するＣＦＲＰとなる。これは，Ｆ／ｉ形
体内の炭素繊維の破壊の程度が少なく従来より長繊維化
しているため補強性の向上，電気，熱の伝達性の向上と
いう効果が現れたことによるものである，（実施例　１
） 平均繊維長１０μｍ，繊維径０．３μｍの微小な気相法
炭素繊維（焼成品，黒鉛化品２種）３５０ｇにエタノー
ル１００ｃｃを添加混線後、径１５０ｍｍ、厚さ１００
ｍｍ　の大きさにプレス或形した．乾燥後の成形体の嵩
密度は約０．４ｇ／ａｍ３であった。

上記成形体とポリプロピレン（エースポリプロＭＡ４１
０）のべレフト約１０００ｇをオートクレープ内に入れ
，容器内を油回転ポンプで減圧説気した後，ヒーターに
よりポリプロピレンの融点以上の２２０℃に加熱し窒素
加圧５ｋｇ／ｃｍ２で加圧含浸を行った。

気相法炭素ｗｉ．雄の或形体は構或する繊維が微小なこ
とから戒形体内部の気孔サイズも微小で保液性に優れて
いる。そのため，ポリプロピレンを効率良く含浸するこ
とができる。含浸後の戒形体の嵩密度はいずれも０．６
５ｇ／ｃｍ３であり，実際に含浸した樹脂と繊維の重量
比から求・めると気相法炭素繊維の含有率が約３０重量
％となっていた。

以上のようにして作製した気相法炭素繊維／ポリプロピ
レンの複合体をミキサーで軽く粉砕し平均粒径２　ｍ　
ｍのペレットとした。このペレットを射出戊形機（日積
樹脂工業■　ＮＣ−８０００）により引っ張り試験，比
抵抗測定用等の試験片に戒形して各種物性を評価した。

（比較例　１） 実施例１と同じ配合，すなわち気相法炭素繊維（焼戒品
，黒鉛化品２種）７００ｇとポリプロピレン１６００ｇ
を２軸ｆｆｉｌ！！！　（塚ｓ［ｍＨ　　ＲＴ３５−２
８形）により２３０℃設定で混線・押し出して炭素繊維
添加率３０％のコンパウンドを作製した．このコンパウ
ンドを実施例ｌと同様に射出戊形して試験片の物性を実
施例１と比較した．実施例１と比較例１の物性値を表−
１に示す．表−１ （気相法炭素織維一焼戊品） 表一ｌ （気相法炭素繊維一黒鉛化品） （実施例　２） 気相法炭素繊維（ｔＲ成品，黒鉛化品２種）ｌｋｇに水
５００ｇを添加しヘンシェルミキサーで混練した後，押
し出し造粒機（不二パウダル■　Ｆ−２０形）で径３　
ｍ　ｍ　Ｘ長さ４　ｍ　ｍのペレット状に造粒した．乾
燥後の造粒物の嵩密度は０．３５ｇ／　ｃ　ｍ　’であ
った． 上記造粒物８００ｇを実施例１と同様にオートクレープ
に入れ，樹脂としてナイロン６．６ペレット（テクニー
ルＡ２１６）を２．５ｋｇ入れ２６５℃に加熱し加圧含
浸を行った．含浸後の遺粒体は約２５％の炭素繊維含有
率のコンパウンドとなった． 以上のようにしてできたコンパウンドを用いて試験片を
射出戒形し物性測定を実施した，（比較例　２） 気相法炭素繊維１ｋｇとナイロン６，６を３ｋｇ用いて
設定２６０〜２７０℃の２軸混練機によるコンバウンド
作製を実施した．得られたコンパウンドを射出成形して
試験片を作製，物性測定を行つた。

実施例２と比較例２の物性値を表−２に示す．表−２ （気相法炭素繊維一焼戒品） 表−２ （気相法炭素繊維一黒鉛化品） （実施例　３） 実施例ｌ（及び比較例１）で作製した気相法炭素繊維（
焼戒品）／ポリプロピレン系のコンバウンド及び射出戊
形品から炭素繊維のみを抽出し，繊維長を測定した． 炭素繊維の抽出には，１４０”Ｃに加熱したデヵリンに
よりポリプロピレンを溶解する方法を用いた．抽出した
炭素繊維をスライドガラス上に乗せ，少量のＪ［微鏡用
油浸オイルで繊維を分散させた上にカバーガラスをかぶ
せて繊維長測定用サンプルとした， 繊維長の測定はＮＩＲＥＣＯｉｍ　　ＬＵＺＥＸ−５０
００により光学顕微鋺から画像スカすることで行った．
得られた平均繊維長，標準偏差を表−３に示す。実施例
１と比較例１を比べた場合，前者の方が繊維の破壊の程
度が少なく，結果的に物性向上につながったことが確認
された．（以下余白） 表−３ 〔発明の効果〕 本発明により作製した炭素繊維／熱可塑性樹脂コンパウ
ンドは，添加剤としての炭素繊維の破壊が少ないため，
その特徴を充分に発揮し，補強性，電気伝導性，熱伝達
性等に優れたＣＦＲＰを射出戊形で作製するのに適した
コンパウンドとして期待できる．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素繊維造粒体あるいは成型体に熱可塑性樹脂を含
   浸してなる炭素繊維／熱可塑性樹脂コンパウンド。 ２、炭素繊維が気相法炭素繊維である請求項１記載の炭
   素繊維／熱可塑性樹脂コンパウンド。 ３、炭素繊維の含有量が５〜５０重量％である請求項１
   又は２記載の炭素繊維／熱可塑性樹脂コンパウンド。