JPH05156081A - 炭素繊維強化熱可塑性樹脂用熱可塑性樹脂ならびにこれを用いたプリプレグおよび炭素繊維強化熱可塑性樹脂 - Google Patents

炭素繊維強化熱可塑性樹脂用熱可塑性樹脂ならびにこれを用いたプリプレグおよび炭素繊維強化熱可塑性樹脂

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JPH05156081A
JPH05156081A JP29178191A JP29178191A JPH05156081A JP H05156081 A JPH05156081 A JP H05156081A JP 29178191 A JP29178191 A JP 29178191A JP 29178191 A JP29178191 A JP 29178191A JP H05156081 A JPH05156081 A JP H05156081A
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JP
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thermoplastic resin
carbon fiber
reinforced thermoplastic
carbodiimide reagent
resin
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Toshiharu Fukushima
敏晴 福島
Kaoru Hashimoto
かおる 橋本
Masuhiro Okada
升宏 岡田
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Yamaha Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 炭素繊維と熱可塑性樹脂との接着性が高い炭
素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)を得る。また、
炭素繊維と熱可塑性樹脂との複合化の際、作業、効率が
よく、少ない作業工程数で複合化できるようにする。 【構成】 カルボジイミド試薬を、炭素繊維と熱可塑性
樹脂との接着性促進のために使用し、このカルボジイミ
ド試薬を熱可塑性樹脂に配合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、炭素繊維強化熱可塑
性樹脂(以下、CFRTPと略記する。)のマトリック
スとなるCFRTR用熱可塑性樹脂に関し、該熱可塑性
樹脂にカルボジイミド試薬を配合混入することにより、
炭素繊維とマトリックスとなる熱可塑性樹脂との接着性
を高め、かつ複合化の際の作業性を改善できるようにし
たものである。
【0002】
【従来の技術】CFRTPの強化材として用いられる炭
素繊維とマトリックスとなる熱可塑性樹脂との接着性を
改善する方法としては、例えば炭素繊維表面をポリビニ
ルピロリドンで被覆するもの(特開昭57−56586
号公報参照)、炭素繊維表面をポリウレタン樹脂で被覆
するもの(特開昭58−126375号公報参照)、炭
素繊維表面をアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂で
被覆するもの(特開昭59−71478号公報参照)、
炭素繊維表面をポリエーテルイミド樹脂でサイジングす
るもの(特開昭62−299580号公報参照)などが
知られている。
【0003】しかしながら、これらの先行技術にあって
は、炭素繊維とマトリックスとなる熱可塑性樹脂との接
着性改善効果は不十分であり、マトリックスがエポキシ
樹脂などの熱硬化性樹脂を用いる炭素繊維強化プラスチ
ック(CFRP)に比較して機械的強度が劣り、炭素繊
維が有する優秀な機械的特性を十分に生かしきれない不
満がある。
【0004】このような不都合を解決するものとして、
本発明者は、先に炭素繊維をカルボジイミド試薬で処理
することにより、炭素繊維とマトリックスとなる熱可塑
性樹脂との接着性が格段に向上することを知見し、これ
を特許出願している。しかし、この先行発明にあって
は、カルボジイミド試薬を溶剤に溶解し、この溶液に炭
素繊維を浸漬し、ついで乾燥し、熱可塑性樹脂と複合化
すると言う多数の工程を必要とし、作業が面倒で、生産
性がかならずしも良好とは言えない不都合があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】よって、この発明にお
ける課題は、作業性が良く、作業工程数の低減が可能で
あり、しかも炭素繊維とマトリックスとなる熱可塑性樹
脂との接着性も十分に確保できるカルボジイミド試薬に
よる処理技術を得ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】かかる課題は、カルボジ
イミド試薬をマトリックスとなる熱可塑性樹脂に配合し
ておき、これと強化材となる炭素繊維とを組み合せるこ
とで解決される。
【0007】以下、この発明を詳しく説明する。この発
明において使用されるカルボジイミド試薬とは、下記の
一般式(I)で示される構造を有する化合物で、単にカ
ルボジイミドと称呼されるときもある。 R1 −N=C=N−R2 (I) (式中、R1 およびR2 は、シクロヘキシル等の脂環族
置換基,エチル,メチル,イソプロピル等の脂肪族置換
基およびフェニル,P−トルオイル等の芳香族置換基を
示し、R1 およびR2 は同一でも異ってもよい。)この
カルボジイミド試薬の具体的な化合物としては、ジシク
ロヘキシルカルボジイミド、ジ−P−トルオイルカルボ
ジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、ジフェニル
カルボジイミドなどがある。
【0008】また、本発明で用いられるマトリックスと
なる熱可塑性樹脂としては、特に限定されるものではな
いが、例えば、ポリカーボネイト樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレ
ート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエー
テルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポ
リフェニレンスルフィド樹脂、ポリフェニレンオキサイ
ド樹脂などがあり、特に好ましいものとしてポリカーボ
ネイト樹脂がある。
【0009】この熱可塑性樹脂にカルボジイミド試薬を
配合、混入する方法としては、種々のものが挙げられる
が、例えば熱可塑性樹脂の粉末やペレットに、粉末状ま
たは溶媒に溶解した溶液状もしくは融液状のカルボジイ
ミド試薬を添加し、高速ミキサなどの混合装置を用いて
混合する方法や、押出機で混練してペレットとする方法
などの乾式法がある。また、熱可塑性樹脂が比較的有機
溶媒に溶解しやすいものでは、熱可塑性樹脂とカルボジ
イミド試薬とをこれらの共通溶媒に溶解して樹脂溶液と
する方法やこの溶液中の共通溶媒を蒸発除去して粉末
状、固形状の樹脂とするなどの湿式法がある。また、熱
可塑性樹脂の溶融物にカルボジイミド試薬を添加し、こ
の溶融物を混合する方法も採用できる。
【0010】カルボジイミド試薬の熱可塑性樹脂への配
合物は、0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜8重
量%、さらに好ましくは1〜5重量%の範囲とされ、
0.1重量%未満ではカルボジイミド試薬の添加効果が
得られず、10重量%を越えると過剰となり、逆に得ら
れるCFRTPの曲げ強度などの特性が低下し、好まし
くない。
【0011】また、本発明で使用される炭素繊維として
は、アクリロニトリル系繊維、レーヨン、ピッチなどを
原料とする高弾性率タイプおよび高強度タイプのもの
で、モノフィラメント、ストランド、ロービング、チョ
ップドストランド、チョップドストランドマット、ロー
ビングクロス、ロービング、平織りクロス、朱子織りク
ロスなどの形態のものなどが用いられる。また、一般の
炭素繊維のロービング、ストランドは、サイジング剤
(集束剤)で表面処理されて市販されているため、この
ような炭素繊維を使用する場合には、予め空気中で高温
で加熱してこのサイジング剤を燃焼して除去してから使
用することが好ましい。さらに、これの使用に先立っ
て、炭素繊維に表面活性化処理を施しておくこともでき
る。この表面活性化処理としては、過マンガン酸カリウ
ム、硝酸による処理、電解質溶液中での電気分解処理な
どの種々の処理方法が用いられる。
【0012】以上のようにしてカルボジイミド試薬が配
合された熱可塑性樹脂は、上記炭素繊維と複合化されて
プリプレグあるいはCFRTP成形品などとされる。カ
ルボジイミド試薬が配合された熱可塑性樹脂と炭素繊維
との複合化の方法としては、種々の方法が用いられ、例
えば炭素繊維のチョップドストランドをカルボジイミド
試薬が配合された熱可塑性樹脂の粉末、ペレットと混合
し、押出機で混練し、そのまま成形品とする方法や押出
機で混練して一旦混合ペレットとし、これを射出成形、
押出成形して成形品とする方法、あるいはカルボジイミ
ド試薬を配合した熱可塑性樹脂をフィルム、シート、不
織布などに加工し、これらフィルムなどを炭素繊維のマ
ットやクロスと交互に積層し、加熱加圧して一体化して
成形品とする方法、またカルボジイミド試薬を配合した
熱可塑性樹脂の粉末を炭素繊維のマットやクロスに散布
し、加熱して含浸せめプリプレグとする方法、カルボジ
イミド試薬を配合した熱可塑性樹脂の溶液もしくは溶融
物を炭素繊維のマットやクロスに含浸してプリプレグと
したり、これらプリプレグを用いて成形品とする方法な
どがある。
【0013】このようにして得られるCFRTP成形品
中での炭素繊維含有量は、体積比で30〜65%程度に
すると、成形品の強度が好適に得られるが、成形品の用
途等によっては、この範囲外であってもよい。
【0014】このように、この発明のCFRTP用熱可
塑性樹脂は、カルボジイミド試薬を配合したものである
ので、これを強化材となる炭素繊維と複合化した際に、
炭素繊維表面にカルボジイミド試薬が移行し、後述の実
施例から明らかなように炭素繊維と熱可塑性樹脂との接
着性が大きく向上する。よって、この熱可塑性樹脂を用
いて得られるCFRTPは、炭素繊維が持つ高度の機械
的特性が十分に生かされ、高い機械的特性を有する優れ
た複合材料となる。また、そのCFRTPの製造に際し
ては、熱可塑性樹脂にカルボジイミド試薬を配合、混入
しておき、これと炭素繊維とを組合せて複合化する方法
を採ることができるので、炭素繊維をカルボジイミド試
薬で表面処理し、このものを熱可塑性樹脂と組合せて複
合化する方法に比べて作業数が減り、生産性を高めるこ
とができ、製造コストの低減が可能となる。
【0015】以下、実施例を示して、この発明の作用効
果を明確にする。 (実施例)ポリカーボネイト樹脂粉末「パンライト12
50WJ」(試作品,帝人(株)製)25gをジクロロ
メタン75gに溶解し、樹脂含有量25重量%の樹脂溶
液とした。この樹脂溶液にジシクロヘキシルカルボジイ
ミドをその添加量を変化させて添加し、溶解させて、混
合溶液とした。一方、炭素繊維として、「トレカクロス
C06343」(東レ(株)製,平織りクロス,坪量1
98g/m2 )を用意し、これを400℃の電気炉中で
25分間加熱し、サイジング剤を焼いて除去した。つい
で、上記混合溶液をトレイに入れ、上記炭素繊維クロス
(30cm×30cm)を混合溶液中に漬し、混合溶液
を炭素繊維クロスに浸透させ、40℃のホットプレート
上に置いてジクロロメタンを揮散させ、含浸プリプレグ
とした。この含浸プリプレグをさらに80℃で一昼夜真
空乾燥した。
【0016】次に、このようにして製作した含浸プリプ
レグを9枚交互にその繊維方向を直交させて積層し、プ
レス機にて加熱加圧して0゜方向および90゜方向強化
品の板状のCFRTP成形品とした。成形品中の炭素繊
維含量(Vf)は、50体積%となるように混合溶液の
含浸量を調節した。加熱加圧条件は温度250℃、圧力
15kgf/cm2 、時間10分とした。
【0017】上述のようにして得られた板状のCFRT
P成形品の物性評価を三点曲げ試験によって行った。試
験片は幅25.4mm、長さ60mm、厚さ2mmであ
り、支点間距離を40mm、荷重支点の曲率半径を3m
m、試験速度を1mm/分、サンプル数を10個以上と
した。結果を図1に示す。
【0018】図1のグラフは、横軸に熱可塑性樹脂に対
するジシクロヘキシルカルボジイミドの配合量(重量
%)を、縦軸に曲げ強度(kg/mm2 )を取ったもの
である。また、ジシクロヘキシルカルボジイミドの配合
量が0重量%のものは、ジシクロヘキシルカルボジイミ
ドを溶解していないポリカーボネイト樹脂のみを溶解し
た樹脂溶液を用いたものである。
【0019】図1のグラフから、ジシクロヘキシルカル
ボジイミドをポリカーボネイト樹脂に配合することで、
曲げ強度が向上し、炭素繊維とポリカーボネイト樹脂と
の接着性が改善されていることがわかる。また、配合量
が8重量%を越えると接着性が逆に低下しはじめること
がわかる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、この発明のCFR
TP用熱可塑性樹脂は、カルボジイミド試薬が配合され
たものであるので、炭素繊維に対する接着性が高いもの
となる。このため、この熱可塑性樹脂と炭素繊維とから
なるCFRTRは、炭素繊維本来の優れた機械特性を十
二分に生かしたものとなり、高い機械的強度などを持つ
ものとなる。また、炭素繊維をカルボジイミド試薬で処
理し、このものを熱可塑性樹脂と複合化するものに比べ
て、作業が効率的となり、作業工程数を削減でき、生産
コストを下げることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施例の結果を示すグラフであ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 カルボジイミド試薬を配合した炭素繊維
    強化熱可塑性樹脂用熱可塑性樹脂。
  2. 【請求項2】 カルボジイミド試薬を配合した炭素繊維
    強化熱可塑性樹脂用熱可塑性樹脂を炭素繊維に含浸させ
    たプリプレグ。
  3. 【請求項3】 カルボジイミド試薬を配合した炭素繊維
    強化熱可塑性樹脂用熱可塑性樹脂組成物と炭素繊維から
    なる炭素繊維強化熱可塑性樹脂。
JP29178191A 1991-10-11 1991-11-07 炭素繊維強化熱可塑性樹脂用熱可塑性樹脂ならびにこれを用いたプリプレグおよび炭素繊維強化熱可塑性樹脂 Withdrawn JPH05156081A (ja)

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