JPH0412810A - Laminated article consisting fiber reinforcing poly(allylene sulfide) prepreg - Google Patents
Laminated article consisting fiber reinforcing poly(allylene sulfide) prepregInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
一面において、本発明はポリ(アリーレンスルフィド)
複合組成物に関する。別の面においては、本発明はポリ
(アリーレンスルフィド)複合組成物を形成するための
方法に関する。更に別の面においては、本発明は繊維強
化ポリ(アリーレンスルフィド)組成物内に添加剤を配
合することに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In one aspect, the present invention provides poly(arylene sulfide)
Relating to composite compositions. In another aspect, the invention relates to a method for forming a poly(arylene sulfide) composite composition. In yet another aspect, the present invention relates to incorporating additives into fiber reinforced poly(arylene sulfide) compositions.
強化ポリ(アリーレンスルフィド)組成物は種々の物に
成形するのに極めて適している。斯る組成物を強化する
ために一般的に繊維が使用される。Reinforced poly(arylene sulfide) compositions are highly suitable for forming into a variety of objects. Fibers are commonly used to strengthen such compositions.
通常使用される繊維は、カラス繊維、炭素繊維及びアラ
ミツド繊維である。い(つかの繊維は、異方性熱膨張を
示すので特定の問題を生じる。例えば炭素繊維は、温度
が上昇するにつれて長さ方向にごく僅かだけしか膨張し
ないが、直径方向にはかなり膨張する。炭素繊維を使用
してポリ(アリーレンスルフィド)組成物を強化すると
、炭素繊維と樹脂マトリックスとの間の相異なる熱膨張
により、温度サイクルによって樹脂マトリックス内に微
小亀裂が引き起こされる。互いに平行でない隣接する繊
維群間に応力が生じるので、この微小亀裂は、クロスブ
ライ状の準異方性の布基材積層品において特に注目され
る。Commonly used fibers are glass fibers, carbon fibers and aramid fibers. (Some fibers present particular problems because they exhibit anisotropic thermal expansion; carbon fibers, for example, expand only slightly along their length as the temperature increases, but expand significantly diametrically. When carbon fibers are used to strengthen poly(arylene sulfide) compositions, temperature cycling causes microcracks within the resin matrix due to the differential thermal expansion between the carbon fibers and the resin matrix. This microcracking is particularly noticeable in cross-bried, quasi-anisotropic fabric-based laminates because of the stress that occurs between the fiber groups.
ポリ(アリーレンスルフィド)を強化するために長い繊
維が使用される場合には、炭素繊維からマトリックス内
へと延びる微小亀裂が毛細管作用により液体吸収の通路
を提供し、これは複合強度を更に劣化させる。When long fibers are used to reinforce poly(arylene sulfide), microcracks extending from the carbon fibers into the matrix provide pathways for liquid absorption by capillary action, which further degrades composite strength. .
長炭素繊維強化ポリ(アリーレンスルフィド)組成物内
における亀裂形成のメカニズムは、−船釣に長さが1c
m以下の短繊維によって強化することができるポリ(ア
リーレンスルフィド)射出成形材料内における亀裂形成
とは異なる。射出成形材料においては、ポリ(アリーレ
ンスルフィド)樹脂は凝固する際に収縮し、凝固は射出
成形された物の外側表面において最初に起こるので亀裂
が引き起こされる。射出成形物の内側の樹脂は最後に凝
固し、成形物の外側表面によって既に決められた体積を
満たすのに必要な体積よりも小さい体積を占める。凝固
するにつれて最も深い部分の樹脂が、既に凝固した最も
表面に近い部分の樹脂を引き離して亀裂を生ずる。この
問題は、肉厚が例えば1cmよりも大きい厚肉の射出成
形物において特に深刻である。The mechanism of crack formation in long carbon fiber reinforced poly(arylene sulfide) compositions is as follows:
This is different from crack formation in poly(arylene sulfide) injection molding materials, which can be reinforced by short fibers of less than m. In injection molding materials, poly(arylene sulfide) resins shrink as they solidify, causing cracking as solidification occurs first on the outer surface of the injection molded article. The resin inside the injection molding finally solidifies and occupies a smaller volume than is required to fill the volume already determined by the outside surface of the molding. As it solidifies, the deepest resin pulls away from the already solidified resin closest to the surface, creating cracks. This problem is particularly acute in thick-walled injection molded articles, for example with a wall thickness of more than 1 cm.
一方、ポリフェニレンスルフィド(P P S)の如き
ポリ(アリーレンスルフィド)と長繊維との一方向ブレ
ブレグより形成された複合レイアップは、特にクロスブ
ライ及び準異方性レイアップにおいて微小亀裂を示す。On the other hand, composite layups formed from unidirectional blegged legs of poly(arylene sulfide) such as polyphenylene sulfide (PPS) and long fibers exhibit microcracking, especially in cross-bried and quasi-anisotropic layups.
これらの微小亀裂は、該積層品を切断し、切断表面を研
磨し、その表面を直接反射光によって顕微鏡観察するこ
とによって観察することができる。該微小亀裂は通常数
ミクロン幅以下であり、ブライの厚みを貫通して伸びて
いる。これは、複合体の強度を低減させ及び/又は特性
を劣化させる液体に対して感受性を増加させ得る。These microcracks can be observed by cutting the laminate, polishing the cut surface, and microscopically observing the surface using directly reflected light. The microcracks are typically less than a few microns wide and extend through the thickness of the braai. This may reduce the strength of the composite and/or increase its susceptibility to liquids degrading its properties.
本発明の目的は、長炭素繊維によって強化されているポ
リ(アリーレンスルフィド)マトリックスの微小亀裂を
低減することである。The purpose of the present invention is to reduce microcracking in poly(arylene sulfide) matrices that are reinforced by long carbon fibers.
本発明の別の目的は、長炭素繊維強化材と共にマトリッ
クス材料として使用するのに適する亀裂防止剤をポリ(
アリーレンスルフィド)樹脂内に配合する方法を提供す
ることである。Another object of the present invention is to provide a crack inhibitor suitable for use as a matrix material with long carbon fiber reinforcement.
(arylene sulfide) into a resin.
本発明の更に別の目的は、低レベルの微小亀裂によって
特徴付られる炭素繊維強化組成物を提供することである
。Yet another object of the present invention is to provide carbon fiber reinforced compositions characterized by low levels of microcracking.
一つの実施態様において、本発明は、長炭素繊維強化材
を含む連続的なポリ(アリーレンスルフィド)樹脂マト
リックスからなる。微小亀裂の形成及び/又は進行を防
止するために、マトリックス内に亀裂防止剤ポリマーが
分散される。本発明の組成物は、一方向に配向された長
繊維強化材の領域と、これに隣接してその繊維の方向に
対して直角な方向に配向された繊維の別の領域とを含む
積層品を製造するのに特に好適である。というのは、炭
素繊維の互いに直角な配向は、熱により生じる応力を増
し、そして、繊維が互いに平行に配属している場合、亀
裂の進行を促進するからである。In one embodiment, the invention consists of a continuous poly(arylene sulfide) resin matrix that includes long carbon fiber reinforcement. A crack inhibitor polymer is dispersed within the matrix to prevent the formation and/or propagation of microcracks. The composition of the invention comprises a laminate comprising a region of long fiber reinforcement oriented in one direction and adjacent another region of fibers oriented in a direction perpendicular to the direction of the fibers. It is particularly suitable for manufacturing. This is because the mutually perpendicular orientation of the carbon fibers increases thermally induced stresses and promotes crack propagation if the fibers are oriented parallel to each other.
本発明の別の実施態様においては、炭素繊維強化ポリ(
アリーレンスルフィド)樹脂マトリックスの微小亀裂に
対する耐性を増すための方法が提供される。本発明の実
施態様では、亀裂防止剤ポリマーが樹脂マトリックス全
体に分散される。好ましくは、ポリ(アリーレンスルフ
ィド)樹脂と該亀裂防止剤の粒子とを粉末状態で混合し
、この混合物をポリ(アリーレンスルフィド)樹脂の軟
化点以上に加熱し、このように加熱された混合物に充分
な圧力をかけて該樹脂を高密度化し、亀裂防止剤ポリマ
ーが全体に分散されたポリ(アリーレンスルフィド)樹
脂連続マトリックスを有する製品を形成する。In another embodiment of the invention, carbon fiber reinforced poly(
A method is provided for increasing the microcracking resistance of a (arylene sulfide) resin matrix. In embodiments of the invention, a crack inhibitor polymer is dispersed throughout the resin matrix. Preferably, the poly(arylene sulfide) resin and particles of the anti-crack agent are mixed in powder form, the mixture is heated to a temperature above the softening point of the poly(arylene sulfide) resin, and the thus heated mixture is heated to a sufficient temperature. Pressure is applied to densify the resin to form a product having a continuous matrix of poly(arylene sulfide) resin with a crack-inhibiting polymer dispersed throughout.
本発明の更に好ましい実施態様においては、ポリ(アリ
ーレンスルフィド)樹脂の粒子と亀裂防止剤ポリマーを
構成する第2のポリマー粒子との混合では、これらの2
つの粒子の水性スラリーを調製し、該スラリーを撹拌し
、そしてこのスラリーの中を通して炭素繊維の少なくと
も一つのロービングを引っ張ることにより行い、この際
、ポリ(アリーレンスルフィド)樹脂の粒子と該第2の
ポリマー粒子との混合物を掬い上げ、含浸し湿潤したロ
ービングを形成し、次いで少なくとも部分的に乾燥し、
ダイを通して引いて連続する樹脂マトリックスを形成す
る。本方法によって形成される製品は、整列した炭素繊
維を含み、互いに積層され及び/又は熱成形されて所望
の形状にすることができる。In a further preferred embodiment of the invention, in mixing the particles of poly(arylene sulfide) resin with the second polymer particles constituting the crack inhibitor polymer, these two
by preparing an aqueous slurry of two particles, stirring the slurry, and pulling at least one roving of carbon fiber through the slurry, wherein the particles of poly(arylene sulfide) resin and the second scooping the mixture with the polymer particles, impregnating it to form a wet roving, and then at least partially drying;
Pull through a die to form a continuous resin matrix. The products formed by this method include aligned carbon fibers that can be laminated together and/or thermoformed into the desired shape.
本発明の組成物は、連続する熱可塑性樹脂マトリックス
、該マトリックス中に埋め込まれた長炭素繊維強化材及
び微小亀裂を軽減するのに足る量で該マトリックス全体
に分散された亀裂防止剤ポリマーからなる。The compositions of the present invention consist of a continuous thermoplastic matrix, a long carbon fiber reinforcement embedded within the matrix, and a crack inhibitor polymer dispersed throughout the matrix in an amount sufficient to reduce microcracks. .
連続する熱可塑性樹脂マトリックスは、好ましくはポリ
(アリーレン)樹脂である。最も好ましいポリアリーレ
ン樹脂はモノスルフィド結合を含み、好ましくはポリ(
アリーレンスルフィド)(以下、PASと称す)樹脂で
ある。好適なPAS樹脂は、好ましくはポリ(フェニレ
ンスルフィド)(以下、PPSと称す)、ポリ(アリー
レンスルフィドケトン)(以下、PASKと称す)好ま
しくはポリ(フェニレンスルフィドフェニレンケトン)
、ポリ(アリーレンスルフィドスルホン)(以下、PA
SSと称す)好ましくはポリ(フェニレンスルフィドフ
ェニレンスルホン)、及びポリ(ビフェニレンスルフィ
ド)(以下、PBPSと称す)からなる群から選択され
る。好ましいPAS樹脂は、一般的に約250°C〜約
450℃の範囲の軟化点を有し且つゼロ近辺〜約400
グラム/10分の範囲のメルトフローを有し得る。有用
性の高い材料は、約5〜約200グラム/10分の範囲
のメルトフロー(ASTM DI238)を示すてあろ
う。The continuous thermoplastic resin matrix is preferably a poly(arylene) resin. The most preferred polyarylene resins contain monosulfide bonds, preferably poly(
arylene sulfide) (hereinafter referred to as PAS) resin. Suitable PAS resins are preferably poly(phenylene sulfide) (hereinafter referred to as PPS), poly(arylene sulfide ketone) (hereinafter referred to as PASK), preferably poly(phenylene sulfide phenylene ketone).
, poly(arylene sulfide sulfone) (hereinafter referred to as PA
SS) is preferably selected from the group consisting of poly(phenylene sulfide, phenylene sulfone), and poly(biphenylene sulfide) (hereinafter referred to as PBPS). Preferred PAS resins generally have softening points ranging from about 250°C to about 450°C and from near zero to about 400°C.
It may have a melt flow in the range of grams per 10 minutes. Materials of high utility will exhibit melt flows (ASTM DI238) in the range of about 5 to about 200 grams/10 minutes.
亀裂防止剤として、広く種々の材料を適当に使用するこ
とができる。亀裂防止剤は、微細形状でポリ(アリーレ
ンスルフィド)樹脂マトリックス全体に分散されるべき
である。亀裂防止剤は、好ましくは微細状のポリマー物
質であるのが好ましく、一般的に約50μmよりも小さ
い粒径を有する粉末状であるのが最も好ましい。一つの
実施態様においては、これらの粒子は、粒子の数を基準
に少なくとも90%が50ミクロンのフィルターを通過
することができるような断面の大きさを有するものとし
て特徴付けることができる。しかしながら、亀裂防止剤
をポリ(アリーレンスルフィド)マトリックス内に本質
的に溶解する程細かく粉砕する必要はない。良好な結果
を伴って使用された本発明の実施態様においては、該粉
末状の亀裂防止剤は、1ミクロンのフィルター上に重量
基準で少なくとも90%の残率を与えるような断面の大
きさを有する粒子によって構成されるものとして更に特
徴付けられ得る。本発明の一実施態様においては、亀裂
防止剤は、重量基準で約2ミフロン〜約20ミクロンの
範囲の平均粒径を有する。この実施態様においては、亀
裂防止剤の粒子は、樹脂を強化する炭素繊維の直径と同
じ程度の大きさである。A wide variety of materials can be suitably used as crack inhibitors. The anti-crack agent should be dispersed throughout the poly(arylene sulfide) resin matrix in fine form. The anti-crack agent is preferably a finely divided polymeric material, most preferably in powder form, generally having a particle size of less than about 50 μm. In one embodiment, the particles can be characterized as having a cross-sectional size such that at least 90%, by number of particles, can pass through a 50 micron filter. However, it is not necessary that the anti-crack agent be so finely ground that it essentially dissolves within the poly(arylene sulfide) matrix. In an embodiment of the invention that has been used with good results, the powdered anti-crack agent has a cross-sectional size that provides at least 90% retention by weight on a 1 micron filter. can be further characterized as being composed of particles having In one embodiment of the invention, the crack inhibitor has an average particle size ranging from about 2 microns to about 20 microns on a weight basis. In this embodiment, the crack inhibitor particles are as large as the diameter of the carbon fibers reinforcing the resin.
最も望ましくは、亀裂防止剤は、ポリ(アリーレンスル
フィド)樹脂マトリックスが処理される温度よりも高い
分解温度を有するポリマーの種類である。処理温度は、
一般的に樹脂の軟化点より数度高い。亀裂防止剤が選択
される好適なポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン、ナイロン6、ナ
イロン6.6.ナイロン11又はナイロン12の如きポ
リアミド、ポリエチレンテレフタレート又はポリブチレ
ンテレフタレートの如きポリエステル、ポリスチレン、
スチレン−アクリロニトリルコポリマー、ポリスルホン
、ポリエーテルスルホンである。これらの材料のコポリ
マーも同様に使用することができる。好ましい実施態様
においては、亀裂防止剤は、ポリエチレン、ポリプロピ
レン及び約10重量%以下の他のモノマーとポリエチレ
ン又はポリプロピレンとのコポリマーからなる群から選
択される。好適なコモノマーは、プロピレン、ブテン、
ヘキセン、オクテン若しくは4−メチル−1−ペンテン
の如きポリα−オレフィン、アクリル酸又はメタクリル
酸から選択される。酸の基は、ナトリウム、アンモニウ
ム、カルンウム又は亜鉛イオンによって、部分的に若し
くは全体的に塩の形に変形されてもよい。エチレンポリ
マーが最も好ましい。最も好ましいエチレンポリマーは
、好ましくは約0694〜約0.97グラム/ CCの
範囲の密度を有する高密度エチレンポリマーである。選
択されたエチレンポリマーのメルトインデックスは重要
ではないけれども、最も好ましいエチレンポリマーは、
ゼロ近辺〜約400グラム/10分の範囲、好ましくは
約2〜約200グラム/10分の範囲のメルトインデッ
クスを有する。Most desirably, the crack inhibitor is a type of polymer that has a decomposition temperature higher than the temperature at which the poly(arylene sulfide) resin matrix is processed. The processing temperature is
Generally several degrees higher than the softening point of the resin. Suitable polymers from which crack inhibitors are selected include polyethylene, polypropylene, poly-4-methyl-1-pentene, nylon 6, nylon 6.6. polyamides such as nylon 11 or nylon 12, polyesters such as polyethylene terephthalate or polybutylene terephthalate, polystyrene,
These are styrene-acrylonitrile copolymer, polysulfone, and polyethersulfone. Copolymers of these materials can be used as well. In a preferred embodiment, the crack inhibitor is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and copolymers of polyethylene or polypropylene with up to about 10% by weight of other monomers. Suitable comonomers are propylene, butene,
It is selected from polyalpha-olefins such as hexene, octene or 4-methyl-1-pentene, acrylic acid or methacrylic acid. The acid radicals may be partially or totally converted into salt form by sodium, ammonium, carunium or zinc ions. Ethylene polymers are most preferred. The most preferred ethylene polymers are high density ethylene polymers, preferably having densities ranging from about 0.694 to about 0.97 grams/CC. Although the melt index of the ethylene polymer selected is not critical, the most preferred ethylene polymers are
It has a melt index ranging from near zero to about 400 grams/10 minutes, preferably from about 2 to about 200 grams/10 minutes.
本発明において使用される炭素繊維は、広く種々の材料
から選択することができる。長い炭素繊維が好ましい。The carbon fibers used in the present invention can be selected from a wide variety of materials. Long carbon fibers are preferred.
長いということは、少なくとも2センチメートルの長さ
を有する炭素繊維を意味し、好ましくは少なくとも10
センチメートルの平均長さを有する炭素繊維を意味する
。連続的な炭素繊維が最も好ましい。かかる炭素繊維は
、炭素繊維若しくはフィラメントの別々の束又はロービ
ングの形状でマトリックスに存在するのが好ましい。Long means carbon fibers having a length of at least 2 cm, preferably at least 10 cm.
means carbon fibers with an average length of centimeters. Continuous carbon fibers are most preferred. Such carbon fibers are preferably present in the matrix in the form of discrete bundles or rovings of carbon fibers or filaments.
ロービング内の個々のフィラメントは、通常約4〜約1
0ミクロンの範囲の直径を有し得る。通常、各々のロー
ビングは1000〜約12000のオーダーのフィラメ
ントを含んでいるであろう。本発明は、個々のフィラメ
ントが上記で特定したようなものであることができるよ
うな炭素繊維織物に対しても適用できる。The individual filaments within the roving typically range from about 4 to about 1
It may have a diameter in the range of 0 microns. Typically, each roving will contain on the order of 1000 to about 12000 filaments. The invention is also applicable to carbon fiber fabrics where the individual filaments can be as specified above.
一般的に、重量基準で本発明の組成物の約50%〜約8
0%は炭素繊維からなり得る。好ましくは、本発明の組
成物の約55〜約70重量%が炭素繊維からなるであろ
う。亀裂防止剤は、好ましくは組成物全体の約0.1〜
10重量%の量で存在する。好ましくは、炭素繊維、ポ
リ(アリーレンスルフィド)樹脂マトリックス及び亀裂
防止剤の重量を基準として本発明の組成物の約0.2〜
約5重量%の範囲で亀裂防止剤が存在するであろう。該
組成物の残部はPAS樹脂からなる。好ましくは、該組
成物の約5重量%以下が、長炭素繊維、亀裂防止剤及び
PAS樹脂以外の成分によって形成される。最も好まし
くは、該組成物の残部は本質的にPAS樹脂からなる。Generally, from about 50% to about 8% of the composition of the invention by weight
0% may consist of carbon fiber. Preferably, about 55 to about 70% by weight of the compositions of the present invention will consist of carbon fibers. The anti-crack agent preferably accounts for about 0.1 to 0.1 of the total composition.
Present in an amount of 10% by weight. Preferably, from about 0.2 to about 0.2% of the composition of the present invention, based on the weight of carbon fiber, poly(arylene sulfide) resin matrix, and crack inhibitor.
There will be an anti-crack agent present in the range of about 5% by weight. The remainder of the composition consists of PAS resin. Preferably, no more than about 5% by weight of the composition is formed by components other than the long carbon fibers, crack inhibitor and PAS resin. Most preferably, the remainder of the composition consists essentially of PAS resin.
亀裂防止剤は連続する樹脂マトリックス全体に分散され
る。長炭素繊維強化材はマトリックス内に埋まっている
。好ましくは、炭素繊維強化材内の個々の繊維は、製品
内の1以上の主要な強化軸に対してほぼ平行に配向され
る。棒、I型ビームの如き構造部材、及びテープの場合
には、主要な強化軸は製品の長手方向軸と一致するであ
ろう。The crack inhibitor is dispersed throughout the continuous resin matrix. Long carbon fiber reinforcement is embedded within the matrix. Preferably, the individual fibers within the carbon fiber reinforcement are oriented substantially parallel to one or more major reinforcement axes within the product. In the case of structural members such as bars, I-beams, and tapes, the primary reinforcement axis will coincide with the longitudinal axis of the product.
板の場合には、−船釣に製品内にいくつかの強化軸が存
在する。例えば板が織物から形成される場合には、通常
互いに90°に配向された2つの強化材が存在するであ
ろう。積層プライを含む板の場合には、例えば45°の
角度若しくは90°の角度で分けられた多数の強化軸が
存在することもしばしばある。In the case of plates, there are several reinforcing shafts in the product for boat fishing. For example, if the board is formed from fabric, there will typically be two reinforcements oriented at 90° to each other. In the case of plates containing laminated plies, there are often a number of reinforcing axes separated by, for example, 45° angles or 90° angles.
本発明の組成物の各成分は、種々の方法によって合わせ
ることができる。守るべき最も需要な基準は、亀裂防止
剤ポリマーが最終製品の樹脂マトリックス全体に分散さ
れることである。The components of the compositions of the invention can be combined by a variety of methods. The most important criterion to adhere to is that the anti-crack agent polymer be dispersed throughout the resin matrix of the final product.
まず最初に、ポリ(アリーレンスルフィド)樹脂は、粉
末、ベレット若しくはソートの如きどのような都合のよ
い形状でも供給することができる。Initially, the poly(arylene sulfide) resin can be supplied in any convenient form, such as powder, pellets, or sorts.
この樹脂を亀裂防止剤ポリマーの粒子と混合して混合物
を作る。所望ならば、亀裂防止剤をミキサー若しくは押
出機内でマトリックス先駆物質と配合し、予め混合した
形で炭素繊維と合わせることができる。例えば、亀裂防
止剤ポリマーの粒子を含む樹脂は、炭素繊維と積み重ね
るためにフィルムの形で供給することができる。別の実
施態様においては、予備混合し樹脂と亀裂防止剤とをク
ロスヘツド押出機に供給し、この際にクロスヘツド押出
機には炭素繊維ロービングも供給される。更に別の実施
態様においては、亀裂防止剤の粒子を更に含むPAS粒
子の水性スラリーを調製し、炭素繊維の少なくとも一つ
のロービングを該スラリーを通して引き抜く。このよう
な炭素繊維のスラリー含浸を採用する場合には、スラリ
ー内の粒子は重量基準で約2ミフロン〜約50ミクロン
の平均粒径を有することが望ましい。−船釣には、亀裂
防止剤の1重量部に対して約20〜約500重量部のP
ASがスラリー内に存在する。最も好ましい実施態様に
おいては、亀裂防止剤は、PAS粒子の軟化温度より高
い熱分解温度を有するポリマー粒子からなる。亀裂防止
剤の均一な分散を与えるために、スラリーを撹拌し、必
要ならば界面活性剤を添加する。炭素繊維を、ポリ(ア
リーレンスルフィド)及び第2のポリマー粒子からなる
混合物をスラリーから掬い上げ、このようにして含浸し
た湿潤ロービングを形成し、これを次いで少なくとも部
分的に乾燥し、ホットダイを通して引張るという方法で
スラリーから引き取る。ダイ内の温度は充分に高く、−
船釣にはPASの軟化点より約10°〜100°高くて
PASマトリックスを軟化させ、ダイは断面の大きさが
充分小さ(てPAS粒子を溶融して連続的な樹脂マトリ
ックスとするのに足る圧力をかけることができる。This resin is mixed with particles of crack inhibitor polymer to form a mixture. If desired, the crack inhibitor can be blended with the matrix precursor in a mixer or extruder and combined with the carbon fibers in premixed form. For example, a resin containing particles of crack-inhibiting polymer can be supplied in the form of a film for stacking with carbon fibers. In another embodiment, the resin and anti-crack agent are premixed and fed to a crosshead extruder, which is also fed with carbon fiber roving. In yet another embodiment, an aqueous slurry of PAS particles further comprising particles of a crack inhibitor is prepared and at least one roving of carbon fibers is drawn through the slurry. When employing such slurry impregnation of carbon fibers, the particles within the slurry desirably have an average particle size of about 2 microns to about 50 microns on a weight basis. - For boat fishing, about 20 to about 500 parts by weight of P per 1 part by weight of crack inhibitor.
AS is present within the slurry. In the most preferred embodiment, the crack inhibitor consists of polymer particles having a thermal decomposition temperature higher than the softening temperature of the PAS particles. The slurry is stirred and surfactant is added if necessary to provide a uniform distribution of the anti-crack agent. Carbon fibers are scooped from a slurry of a mixture of poly(arylene sulfide) and second polymer particles, thus forming an impregnated wet roving, which is then at least partially dried and drawn through a hot die. method to remove it from the slurry. The temperature inside the die is sufficiently high, −
For boat fishing, the temperature is approximately 10° to 100° above the softening point of PAS to soften the PAS matrix, and the die has a sufficiently small cross-sectional size (sufficient to melt the PAS particles into a continuous resin matrix). Can apply pressure.
ダイは入口から出口へと収束しているのが好ましい。Preferably, the dies converge from the inlet to the outlet.
本発明に従って作られた製品は、その大きさばかりでな
くそれに含まれる炭素繊維の配向及び長さによって、し
ばしば射出成形製品と区別され得る。長炭素繊維強化複
合製品は、しばしば約1センチメートル未満、通常0.
5センチメートル未満の大きさを有する。Products made according to the invention can often be distinguished from injection molded products not only by their size but also by the orientation and length of the carbon fibers they contain. Long carbon fiber reinforced composite products are often less than about 1 centimeter, usually 0.
It has a size of less than 5 centimeters.
以下の実施例によって本発明を更に説明する。The invention is further illustrated by the following examples.
(実施例)
実施例I
微細ポリエチレン(アライド^C−6A低密度ポリエチ
レン)を、流量50g/10分で空気硬化されていない
微細ポリ(フェニレンスルフィド)50部に対して1部
の割合で混合した。次いで、これを空気ミル中で更に粉
砕して20μm粒径範囲の完全に混合された粒子とした
。得られた混合粉末を強く撹拌しながらエトキシル化オ
クチルフェノール非イオン性界面活性剤(フィッンヤー
ンンチレーンヨン界面活性剤)の希釈水溶液に添加した
。得られたスラリー中のポリフェニレンスルフィド/ポ
リエチレン混合物の濃度は約10%であり、スラリーの
全重量に対する界面活性剤の濃度は約01%であった。(Example) Example I Fine polyethylene (Allied C-6A low density polyethylene) was mixed at a ratio of 1 part to 50 parts of non-air cured fine poly(phenylene sulfide) at a flow rate of 50 g/10 minutes. . This was then further ground in an air mill to give thoroughly mixed particles in the 20 μm size range. The obtained mixed powder was added to a diluted aqueous solution of an ethoxylated octylphenol nonionic surfactant (Finnyanntylaneyon surfactant) with strong stirring. The concentration of polyphenylene sulfide/polyethylene mixture in the resulting slurry was about 10%, and the concentration of surfactant relative to the total weight of the slurry was about 0.01%.
次いで、炭素繊維を、撹拌下のスラリーに通し、高温エ
アーオーブンに通しそして約650’Fの高温成形ダイ
へ引き、多層積層品に作り上げるのに適したテープを作
った。テープの炭素繊維含量は代表的には60%であり
、テープの厚みは7ミルであった。The carbon fibers were then drawn through an agitated slurry, through a high temperature air oven, and into a hot forming die at approximately 650'F to produce a tape suitable for fabrication into multilayer laminates. The carbon fiber content of the tape was typically 60% and the tape thickness was 7 mils.
実施例■
メルトフロー50g/10分の微細ポリフェニレンスル
フィド5.1gを、強く撹拌し5なから非イオン界面活
性剤エトキシル化オクチルフェノールの48m1を43
kgの水に溶解させた溶液に添加して含浸用スラリーの
第1の部分を形成した。Example ■ 5.1 g of fine polyphenylene sulfide with a melt flow of 50 g/10 minutes was stirred vigorously and 48 ml of the nonionic surfactant ethoxylated octylphenol was added to 43
kg of water to form the first portion of the impregnating slurry.
エチレンアクリル酸コポリマー懸濁液(商標名M1ch
em Prime 4990) 307 g部を細い流
れとして、強く撹拌した水3kg1:注いで含浸用スラ
リーの第2の部分を形成した。次いて、撹拌しながら第
2の部分を第1の部分に添加し、炭素繊維を得られたス
ラリーに通し、乾燥オーブンに通し、高温成形ダイに通
して引き、約60重量%の炭素繊維からなり且つ厚みが
7ミルのテープを製造した。Ethylene acrylic acid copolymer suspension (trade name M1ch
em Prime 4990) 307 g portions were poured in a thin stream with 3 kg of strongly stirred water to form the second portion of the impregnating slurry. The second part is then added to the first part with stirring, and the carbon fibers are passed through the resulting slurry, passed through a drying oven, and drawn through a hot forming die to obtain approximately 60% by weight of carbon fibers. A tape was produced with a thickness of 7 mils.
実施例■ 次に示す方法により試料の微小亀裂を評価した。Example■ Microcracks in the sample were evaluated using the following method.
プレプレグテープを継ぎ合わせて長さ10インチ幅10
インチのテープを作った。次いて、これらのテープを積
み重ねて繊維配向が0. 90. 0゜90、 90.
0. 90. 0 (簡単に(0,90) 2Sと表
される)の8プライの連続体とし、接触圧力下で4分間
及び150ps iで10分間、625℃で成形して1
0インチ成形品とした。直ちにこの成形品を冷圧圧縮機
に移し、冷却しなから150ps1で圧縮した。圧縮機
から取り出した後、試料を循環エアーオーブン中で15
0℃で2時間アニールした。該積層品の厚みは50〜6
0ミルであった。 その上で、該積層品から約1インチ
幅の積層品ストリップを繊維配向に刻して45°の角度
で切り取り、低温硬化エポキノ内に詰め、次いて低速ダ
イヤモンドカンタ−で切断し、最後に、次第に小さくな
っており末端が1μmダイヤモンド若しくは05μmア
ルミナになっている一連のグリッドによって研磨した。Prepreg tape spliced to length 10 inches width 10
I made inch tape. These tapes are then stacked so that the fiber orientation is 0. 90. 0°90, 90.
0. 90. 0 (simply expressed as (0,90) 2S) and molded at 625° C. for 4 minutes under contact pressure and 10 minutes at 150 psi to form 1
It was made into a 0 inch molded product. The molded product was immediately transferred to a cold compressor and compressed at 150 ps1 without cooling. After removal from the compressor, the sample was placed in a circulating air oven for 15 minutes.
Annealing was performed at 0°C for 2 hours. The thickness of the laminate is 50-6
It was 0 mil. Approximately 1 inch wide laminate strips are then cut from the laminate at a 45° angle with fiber orientation, packed in cold cure epochino, then cut with a low speed diamond canter, and finally: It was polished with a series of increasingly smaller grids terminating in 1 μm diamond or 05 μm alumina.
研磨した表面を次いて40〜400Xの倍率の光学顕微
鏡によって検査した。微小亀裂が観察された場合は、亀
裂は通常3μm幅未満であり、1つのブライの幅まで延
びていた。ポリエチレン含有の試料(実施例I)は実質
的に微小亀裂を含んでおらず、エチレンアクリル酸コポ
リマー含有の試料(実施例■)は極めて少数の微小亀裂
しか含んでいなかった。これに対して、ポリエチレンも
エチレンアクリル酸コポリマーも含まない対照試料は、
規則正しく間隔を置いてセンチメートル当たり10〜2
0個の微小亀裂を含んでいた。The polished surface was then examined by optical microscopy at 40-400X magnification. Where microcracks were observed, they were typically less than 3 μm wide and extended to the width of one braai. The polyethylene-containing sample (Example I) contained virtually no microcracks, and the ethylene acrylic acid copolymer-containing sample (Example ■) contained very few microcracks. In contrast, a control sample containing neither polyethylene nor ethylene acrylic acid copolymer
10-2 per centimeter at regular intervals
Contained 0 microcracks.
微小亀裂は、長平方向における炭素繊維の低い膨張係数
と横断方向における樹脂と繊維の相対的に高い膨張係数
のため、冷却工程によって惹起される応力から生じると
思われる。これは、各プライにおいて横引張り応力を生
じ、これは炭素繊維樹脂界面によって支えることができ
る応力よりも大きい。更に、ポリエチレン若しくはエチ
レンアクリル酸ポリマーの有益な効果は冷却中に応力を
減じることであると思われる。The microcracks appear to arise from the stresses induced by the cooling process due to the low expansion coefficient of the carbon fibers in the longitudinal direction and the relatively high expansion coefficients of the resin and fibers in the transverse direction. This creates transverse tensile stresses in each ply that are greater than the stresses that can be supported by the carbon fiber resin interface. Additionally, a beneficial effect of polyethylene or ethylene acrylic acid polymers appears to be to reduce stress during cooling.
(外4名)(4 other people)
Claims (14)
品であって、 各プレプレグ層は、連続する樹脂マトリックスを有し且
つ100重量%の層を基準にして、前記マトリックス内
の約50〜80重量%の炭素繊維と、前記樹脂マトリッ
クス全体に分散された約0.1〜10重量%の微細に分
割された形状の亀裂防止剤と、前記樹脂マトリックスと
してポリ(アリーレンスルフィド)を含む100重量%
までの残部とからなり、 前記炭素繊維は、少なくとも約2センチメートルの長さ
を有し且つ約4〜10ミクロンの直径を有し、 前記亀裂防止剤は、約50ミクロンより小さい平均粒径
を有し且つポリエチレン、ポリプロピレン又は全コポリ
マー重量を基準として約10重量%以下の他のモノマー
とエチレン若しくはプロピレンとのコポリマーである、
微小亀裂に対して耐性を有する積層品。1. A laminate consisting of a plurality of prepreg layers heat-fused together, each prepreg layer having a continuous resin matrix and comprising about 50 to 80% by weight of the resin matrix in the matrix, based on a 100% by weight layer. 100% by weight comprising carbon fibers, about 0.1 to 10% by weight of a finely divided form of anti-crack agent dispersed throughout the resin matrix, and a poly(arylene sulfide) as the resin matrix.
the carbon fibers have a length of at least about 2 centimeters and a diameter of about 4 to 10 microns, and the crack inhibitor has an average particle size of less than about 50 microns. and is a copolymer of ethylene or propylene with up to about 10% by weight of polyethylene, polypropylene or other monomers, based on the total copolymer weight.
Laminated product resistant to microcracks.
項記載の積層品。2. A laminate according to claim 1, wherein said anti-crack agent comprises polyethylene.
0.94〜0.97グラムの範囲の密度を有し且つ約2
〜20ミクロンの範囲の平均粒径を有する、第2請求項
記載の積層品。3. The polyethylene has a density in the range of about 0.94 to 0.97 grams per cubic centimeter and about 2
A laminate according to claim 2, having an average particle size in the range ˜20 microns.
いずれか一に記載の積層品。4. A laminate according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon fibers are continuous.
質的に一方向に配向されている、第4請求項記載の積層
品。5. 5. The laminate of claim 4, wherein the carbon fibers are oriented substantially in one direction in each of the prepreg layers.
物形状である、第1〜第5請求項のいずれか一に記載の
積層品。6. A laminate according to any one of claims 1 to 5, wherein the carbon fibers are in the form of a woven fabric in each of the prepreg layers.
素繊維に対して角度をつけている、第1〜第5請求項の
いずれか一に記載の積層品。7. A laminate according to any one of claims 1 to 5, wherein the carbon fibers of one of the layers are angled relative to the carbon fibers of an adjacent layer.
品。8. 8. The laminate of claim 7, wherein said angle is about 90 degrees.
品。9. 8. The laminate of claim 7, wherein said angle is about 45[deg.].
度の粒径を有する、第1〜第9請求項のいずれか一に記
載の積層品。10. The laminate according to any one of claims 1 to 9, wherein the crack preventive agent has a particle size that is approximately the same as the diameter of the carbon fiber.
層品であって、 各プレプレグ層は、連続する樹脂マトリックスを有し且
つ100重量%の層を基準にして、前記マトリックス内
の約50〜80重量%の炭素繊維と、前記樹脂マトリッ
クス全体に分散された約0.1〜10重量%の微細に分
割された形状の亀裂防止剤と、前記樹脂マトリックスと
してポリ(アリーレンスルフィド)を含む100重量%
までの残部とからなり、 前記炭素繊維は、少なくとも約2センチメートルの長さ
を有し且つ約4〜10ミクロンの直径を有し、 前記亀裂防止剤は、エチレンポリマーであり且つ立方セ
ンチメートル当たり約0.94〜0.97グラムの範囲
の密度を有する、微小亀裂に対して耐性を有する積層品
。11. A laminate consisting of a plurality of prepreg layers heat-fused together, each prepreg layer having a continuous resin matrix and comprising about 50 to 80% by weight of the resin matrix in the matrix, based on a 100% by weight layer. 100% by weight comprising carbon fibers, about 0.1 to 10% by weight of a finely divided form of anti-crack agent dispersed throughout the resin matrix, and a poly(arylene sulfide) as the resin matrix.
the carbon fibers have a length of at least about 2 centimeters and a diameter of about 4 to 10 microns, and the crack inhibitor is an ethylene polymer and has a diameter of about 0.0 microns per cubic centimeter. A laminate resistant to microcracking having a density ranging from .94 to .97 grams.
層品であって、 各プレプレグ層は、連続する樹脂マトリックスを有し且
つ100重量%の層を基準にして、前記マトリックス内
の約50〜80重量%の炭素繊維と、前記樹脂マトリッ
クス全体に分散された約0.1〜10重量%の微細に分
割された形状の亀裂防止剤と、前記樹脂マトリックスと
してポリ(アリーレンスルフィド)を含む100重量%
までの残部とからなり、 前記炭素繊維は、少なくとも約2センチメートルの長さ
を有し且つ約4〜10ミクロンの直径を有し、 前記亀裂防止剤が、前記ポリ(アリーレンスルフィド)
の軟化点よりも高い分解温度を有し且つポリエチレン、
ポリプロピレン又は全コポリマー重量を基準として約1
0重量%以下の他のモノマーとエチレン若しくはプロピ
レンとのコポリマーである、微小亀裂に対して耐性を有
する積層品。12. A laminate consisting of a plurality of prepreg layers heat-fused together, each prepreg layer having a continuous resin matrix and comprising about 50 to 80% by weight of the resin matrix in the matrix, based on a 100% by weight layer. 100% by weight comprising carbon fibers, about 0.1 to 10% by weight of a finely divided form of anti-crack agent dispersed throughout the resin matrix, and a poly(arylene sulfide) as the resin matrix.
the carbon fibers have a length of at least about 2 centimeters and a diameter of about 4 to 10 microns, and the crack inhibitor comprises the poly(arylene sulfide).
and has a decomposition temperature higher than the softening point of polyethylene,
Based on the weight of polypropylene or total copolymer, about 1
Laminates resistant to microcracking, which are copolymers of ethylene or propylene with up to 0% by weight of other monomers.
又は第12請求項記載の積層品。13. 11th, wherein the crack preventive agent is made of polyethylene;
Or the laminate product according to claim 12.
ェニレンスルフィド)、ポリ(アリーレンスルフィドケ
トン)、ポリ(アリーレンスルフィドスルホン)又はポ
リ(ビフェニレンスルフィド)であり、前記ポリ(アリ
ーレンスルフィド)は、約250°〜450℃の範囲の
軟化点及びASTM試験D1238で測定して分当たり
ゼロ近辺〜約400グラムのメルトフローを有する、第
1〜第13請求項のいずれか一に記載の積層品。14. The poly(arylene sulfide) is poly(phenylene sulfide), poly(arylene sulfide ketone), poly(arylene sulfide sulfone), or poly(biphenylene sulfide), and the poly(arylene sulfide) is about 250° to 450°C 14. The laminate of any one of claims 1 to 13, having a softening point in the range of from near zero to about 400 grams per minute as measured by ASTM test D1238.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2114983A JPH0412810A (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Laminated article consisting fiber reinforcing poly(allylene sulfide) prepreg |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2114983A JPH0412810A (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Laminated article consisting fiber reinforcing poly(allylene sulfide) prepreg |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0412810A true JPH0412810A (en) | 1992-01-17 |
Family
ID=14651449
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2114983A Pending JPH0412810A (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Laminated article consisting fiber reinforcing poly(allylene sulfide) prepreg |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0412810A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0598042A (en) * | 1991-10-03 | 1993-04-20 | Toray Ind Inc | Fibrous sheet impregnated with polyphenylene sulfide resin |
KR100346131B1 (en) * | 2000-07-25 | 2002-08-09 | 아세아종합기계 주식회사 | Transplanting device for vegetable seeding |
JP2017171905A (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-28 | ダイセルポリマー株式会社 | Manufacturing method of pas resin impregnated long fiber pellet |
-
1990
- 1990-04-27 JP JP2114983A patent/JPH0412810A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0598042A (en) * | 1991-10-03 | 1993-04-20 | Toray Ind Inc | Fibrous sheet impregnated with polyphenylene sulfide resin |
KR100346131B1 (en) * | 2000-07-25 | 2002-08-09 | 아세아종합기계 주식회사 | Transplanting device for vegetable seeding |
JP2017171905A (en) * | 2016-03-17 | 2017-09-28 | ダイセルポリマー株式会社 | Manufacturing method of pas resin impregnated long fiber pellet |
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