JPH0413761A

JPH0413761A - 炭素繊維含有樹脂組成物

Info

Publication number: JPH0413761A
Application number: JP11586390A
Authority: JP
Inventors: Takuo Asami; 琢夫浅見; Yoshihisa Goto; 善久後藤; Toshiaki Takahashi; 敏明高橋
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1990-05-07
Publication date: 1992-01-17

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］本発明は耐熱性と機械強度に優れた炭素繊維含有樹脂組
成物に関するものである。

［従来の技術１アリルエーテルケトン系重合体、ポリエーテルイミド（
以下　ＰＥＴ　　と略記する）等の耐熱性樹脂は耐熱性
、機械強度の点で汎用エンジニアリングプラスチックよ
り大幅に優れており、スーパーエンジニアリングプラス
チックと称されており、自動車部品、電気・電子機器、
機械等の成形材料として有望である。

しかし、最近の技術の進歩と市場の要求により、耐熱性
、機械特性の向上、特に金属材料に近い引張強度を有す
る材料の開発が所望されている。

スーパーエンジニアリングプラスチックの中でも、アリ
ルエーテルケトン系重合体は機械特性、特に、引張強度
に優れた材料であるが、成形加工性に難点がある。また
、ＰＥＩは機械特性がやや劣るが、成形加工性に優れて
いる。このため、機械強度、成形加工性、耐熱性に優れ
たものを得るために、これら２種類の耐熱性樹脂を混合
したものが開発されている。しかし、このものでも、機
械強度、耐熱性の向上には限界があるため、これらの樹
脂混合物に繊維状補強材、特に、炭素繊維を混合したも
のが開発されている。しかし、炭素繊維をそのまま混合
したものでは耐熱性樹脂と炭素繊維間の接着が不十分な
ため、所望するような物性の向上が認められない。その
ため、炭素繊維と樹脂との接着性を改良する各種の方法
が施されている。中でも、炭素繊維表面をエポキシ樹脂
で処理したものが幅広く用いられている。しかし、かか
る処理したものを用いてもまだ不十分であった。

［発明が解決しようとする問題１本発明は、炭素繊維と樹脂との接着性を大幅に改良させ
、機械強度、特に引張強度の高い炭素繊維含有樹脂組成
物を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明者らはかかる問題を解決するため鋭意検討して、
本発明を完成した。

即ち、アリルエーテルケトン系重合体にポリエーテルイ
ミドを混合した樹脂混合物に炭素繊維を混入した樹脂組
成物において、該樹脂組成物中に存在する炭素繊維の表
面がアリルエーテルケトン系重合体のトランスクリスタ
ル構造を有するように製造されていることを特徴とする
炭素繊維含有樹脂組成物である。

本発明で用いられるアリルエーテルケトン系重合体とは
、重合体の七ツマー単位にアリルエーテテル基を１個以
上、かつ、ケトン基を１個以上含む重合体である。中で
も、（１）弐に示すポリエーテルケトン（以下　ＰＥＫ
　　と略記する）、（２）式に示すポリエーテルエーテ
ルケトン（以下ＰＥＥＫ　　と略記する）が好ましく用いられ、その中でも特に、ＰＥＫが好まし
い。

一方、ＰＥＩとはビスフェノール類、芳香族ジアミン、
ニトロフタル酸の３種の七ツマ−から合成される非品性
の熱可塑性ポリエーテルイミドであり、例えば、米（、
Ｅ社製の商品名ウルテム（＋１１ＴＥＭ　）で提供され
ているものがある。

本発明における樹脂混合物は、アリルエーテルケトン系
重合体９５〜３０重量部とＰＥＩ　５〜７０重量部から
なる混合物である。好ましくはアリルエーテルケトン系
重合体９ｓ＝６ｏ重量部とＰＥ１５〜４０重量部、より
好ましくはアリルエーテルケトン系重合体９０〜７０重
量部とＰＥｌｌ０〜３０重量部からなる樹脂混合物が耐
熱性、ｌ！械強度に優れたものを得るのに好ましい。

また、本発明で用いられる炭素繊維は、アクリル系、レ
ーヨン系、リグニン系、ピッチ系等が挙げられ、中でも
、繊維強度の高いアクリル系がもっとも好ましく使用さ
れる。またその形状は、チョンブストランド、ロービン
グ、織物などいずれでも良い。

本発明に於いては、上記炭素繊維の表面は次に示す各種
の処理を施したものが使用される。■未処理のもの、■
炭素繊維の表面をオゾンまたは電解酸化等で酸化したも
の、■炭素繊維表面を酸化エンチング処理したもの、こ
の処理には乾式法、湿式法の２種類があるが共に有効で
ある。乾式法としでは炭素繊維表面を二酸化硫黄雰囲気
下で高温熱処理したもの、あるいは、炭素繊維表面を高
温下、二酸化硫黄で処理した後、アミン化合物で処理し
たもの等がある。また湿式法としては、炭素繊維表面を
硫酸浸漬後、熱処理したもの等がある。■炭素繊維表面
を被覆処理したもの。被覆処理としては炭素繊維表面を
、通常のエンジニアリングプラスチックで被覆し、熱処
理するもの等がある。

上記炭素繊維の表面の処理方法の違いにより、炭素繊維
含有樹脂組成物の製造方法も以下に示すように行う必要
がある。■未処理の炭素繊維を用いる場合には、未処理
の炭素繊維と所定量の樹脂混合物を通常公知の方法、例
えば、溶融混練させ、均一配合ペレットの樹Ｂｙ、組酸
物とした後、さらに、この組成物を２５０〜３５０°Ｃ
１１〜３０時間熱処理させる。また、■炭素ｍ維の表面
を酸化処理、酸化エンチング処理、または被覆処理した
ものを使用する場合には、処理した炭素繊維と所定量の
樹脂混合物を通常公知の方法と同様にして製造できる。

例えば、樹脂と炭素繊維とを所定量混合させ溶融混練し
てえられる。

上記炭素繊維の使用量は樹脂混合物１００重量部に対し
て通常５〜１００重量部である。好ましくは１０〜７０
重量部が適当である。

上記の方法によりえられた炭素繊維含有樹脂組成物の特
徴は、組成物中に存在する炭素繊維の表面がアリルエー
テルケトン系重合体のトランスクリスタル構造を有して
いることである。

第１図は本発明による組成物中の炭素繊維の表面構造を
示す偏光下の光学顕微鏡写真であるが、結晶（Ｃｒｙｓ
　ｔａ　ｌ　Ｉ　）が炭素繊維を横切っているように（
Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）生成しており、このような構造
をトランスクリスタルと称する。第２図は従来の方法に
よりえられた組成物中の炭素繊維の表面構造を示す偏光
下の光学顕微鏡写真であるが、結晶（Ｃｒｙｓｔａｌｌ
）は炭素繊維を横切るようには生成していない。

このトランスクリスタル構造の生成を確認する方法とし
ては半結晶化時間を調べることにより確認できる。半結
晶化時間とは、炭素繊維を含有した樹脂組成物中のアリ
ルエーテルケトン系重合体を融解後、所定の温度（例え
ば、３２０．３４０℃等）に急冷した時間を０として、
その時、現れる等温結晶化による発熱ピークの極大を示
す瞬間までに要した時間を示差走査熱量計を用いて測定
される。この時、時間無限大時の結晶化度のうち半分が
結晶化している状態と見なし、半結晶化時間と呼ぶもの
である。

従来の組成物では半結晶化時間は、炭素繊維の有無に関
係がないが、本発明による組成物の半結晶化時間は、炭
素繊維を混合していない樹脂混合物より短くなっており
、その特異性がみとめられる。

［実施例］以下、本発明を実施例及び、比較例により詳細に説明す
る。

実施例−１ＰＥＫとして　ＩＣ１社製　商品名ＰＥＫ２２０Ｇ、　
ＰＥＩとして　ＧＥ社製　ＵＬＴＥＭ１００Ｏ１炭素繊
維として東邦レーヨン社製のアクリル系のロービング商
品名ＨＴＡ、を用いた。　ＰＥＫとＰＥＩを重量比８０
／２０の割合で配合した樹脂混合物１００重量部に対し
、表面を酸化エツチング処理の乾式法、つまり、二酸化
硫黄雰囲気下で高温熱処理を行った炭素繊維を４５重量
部を添加し混合し、この混合物をナカタ二社製２軸押出
機（直径３０ｍｍ）により、シリンダー温度３８０°Ｃ
で溶融混練することにより得た炭素繊維含有樹脂組成物
の結果を表１に示す。

この樹脂組成物中に含有される炭素繊維表面にアリルエ
ーテルケトン系重合体の結晶によるトランスクリスタル
構造が存在しく第１図）、半結晶化時間も炭素繊維を含
有していない樹脂混合物の値よりも短くなっている。

また、えられた樹脂組成物より日本製鋼所社製の射出成
形機（型締カフ５トン、シリンダー温度３９０°Ｃ）で
ＡＳＴＭ−１号ダンベル片を作成し、その引張試験をＡ
ＳＴＭ　　Ｄ６３８−６８で行った。同じく結果を表１
に示す。

比較例＝１炭素繊維として、表面をエポキシ処理したものを用いた
以外は、実施例−１と同様にして炭素繊維含有樹脂組成
物をえた。この組成物中の炭素繊維表面にはアリルエー
テルケトン系重合体によるトランスクリスタル構造は存
在しなかった（第２図）。半結晶化時間も炭素繊維を含
有しない場合の値とほぼ同じであり、引張強度も実施例
−１の値に比べて低い。

実施例−２〜７ＰＥＫとＰＥＩをそれぞれ重量比　９５１５．６０／４
０．９０／１０．７０／３０．４０／６０．３０／７０
の割合で配合した樹脂混合物１００重量部に対して、実
施例−１で使用した炭素繊維を４５重量部混合して、実
施例−１と同様にして炭素繊維含有樹脂組成物をえた。

この組成物の特性について同じ〈実施例−１と同様にし
た。結果を表１に示す。

比較例−２〜７炭素繊維として比較例−１で混合したものを用いた以外
は、実施例−２〜７と同様にした。結果を表１に示す。

比較例−８ＰＥＫ１００重量部、実施例−１で使用した炭素繊維を
４５重量部を用いた他は、実施例−１と同様にした。結
果を表１に示す。

比較例−９，１ＯＰＥＫとＰＥＩを重量比　２０／８０で配合した樹脂混
合物、及び、ＰＥＩ単体１００重量部を用いた他は、実
施例〜１と同様にした。結果を表１に示す。

実施例−８炭素繊維として、表面を酸化エツチング処理の湿式法、
つまり、硫酸浸漬後、熱処理を行ったものを用いた以外
は、実施例−■と同様にした。結果を表１に示す。

実施例−９炭素繊維として、表面を被覆処理、すなわち、他の耐熱
性樹脂、例えば、ポリエーテルスルホン樹脂等で被覆し
た後、３５０°Ｃ２０時間熱処理したものを用いた以外
は、実施例−１と同様にした。結果を表１に示す。

実施例−１０ＰＥＥＫとして、インペリアル・ケミカル・インダスト
リーズ社製　のＰＥＥＫ４５０Ｐを用いて、ＰＥＥＫと
ＰＥｆを重量比８０／２０で配合した樹脂混合物１００
重量部に対して、実施例−１で使用した炭素繊維を４５
重量部混合した他は実施例−１と同様にした。結果を表
１に示す。

比較例−１１炭素繊維として、比較例−１で使用したものを用いた以
外は実施例−１０と同様にした。結果を表１に示す。

実施例−１１実施例−１０に於いて炭素繊維を２５重量部にした他は
実施例−１０と同様にした。結果を表１に示す。

比較例−１２比較例−１１に於いて炭素繊維を２５重量部にした他は
比較例−１１と同様にした。結果を表１に示す。

実施例−１２実施例−１０に於いて炭素繊維を７０重量部にした他は
実施例−１０と同様にした。結果を表１に示す。

比較例−１３比較例−１１に於いて炭素繊維を７０重量部にした他は
比較例−１１と同様にした。結果を表１に示す。

表１より、実施例に示す炭素繊維含有樹脂組成物中では
、全て炭素繊維の表面にアリルエーテルケトン系重合体
のトランスクリスタル構造を示し比較例の炭素繊維の表
面は（比較例８．９を除く）トランスクリスタル構造を
示していない。比較例８．９の炭素繊維の表面はトラン
スクリスタル構造を示すが、樹脂混合物の使用割合が本
願の範囲以外である為、物性改良効果が乏しい。以上の
ように樹脂混合物の使用割合が本願の範囲以内であり、
且つ炭素繊維の表面にトランスクリスタル構造を有する
ように製造された組成物が引張強度に代表される物性改
良効果が著しい。

［効果］本発明による炭素繊維含有樹脂組成物は、従来の組成物
にない効果、特に、引張強度に優れており、実用面での
巾広い応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１によりえられた組成物の偏光下の光学
顕微鏡写真（倍率３００倍）である。第２図は比較例１によりえられた組成物の偏光下の光学
顕微鏡写真（倍率３００倍）である。特許出願人　三井東圧化学株式会社第１凶第２図手続補正書（甚）平成２年８月７日

Claims

【特許請求の範囲】

　アリルエーテルケトン系重合体９５〜３０重量部とポ
リエーテルイミド５〜７０重量部よりなる樹脂混合物１
００重量部と炭素繊維５〜１００重量部よりなる樹脂組
成物において、該樹脂組成物中に存在する炭素繊維の表
面がアリルエーテルケトン系重合体のトランスクリスタ
ル構造を有するように製造されていることを特徴とする
炭素繊維含有樹脂組成物。