JPH0526642B2

JPH0526642B2 -

Info

Publication number: JPH0526642B2
Application number: JP18908584A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Matsumoto; Kenji Pponda
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1984-09-10
Filing date: 1984-09-10
Publication date: 1993-04-16
Also published as: JPS6166615A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は集束化炭素短繊維チツプ、さらに詳し
くいえば、繊維強化成形材料の製造に用いられる
成形加工性に優れた、良好な集束性を有する炭素
短繊維チツプに関するものである。近年、炭素短繊維を各種マトリツクス中に混
合、分散させて成る繊維強化成形材料は、炭素繊
維の優れた特性、例えば高強度、高剛性、低比
重、高電気伝導性、低熱膨張率、高耐摩耗性など
を有していることから、幅広い用途が開けつつあ
り、工業的に重要な材料として注目されている。一般に、炭素短繊維を各種マトリツクスに混
合、分散させて繊維強化成形材料を得る場合、該
炭素短繊維の取扱い性を容易にして、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
め数百〜数百万本の炭素短繊維を集束したチツプ
が用いられている。従来の技術従来、このような集束化炭素短繊維チツプを得
るために、集束剤として、通常繊維強化成形材料
に用いられるマトリツクス樹脂、例えばポリオレ
フイン、ポリエステル、ポリアミド、アクリル樹
脂、エポキシ樹脂、フエノール樹脂などを用い、
炭素短繊維を集束してチツプ状に加工している。しかしながら、従来の集束化炭素短繊維チツプ
は、集束性が必ずしも十分ではないため、該炭素
短繊維チツプをマトリツクス中へ混合、分散する
工程において種々の問題を生じ、炭素短繊維強化
成形材料の製造に際して大きな障害となつてい
る。例えば、炭素短繊維チツプを、スクリユー・フ
イーダー、ホツパー・フイーダー、テーブル・フ
イーダーなどを用いて、マトリツクス中へ供給す
る場合、該炭素短繊維チツプが供給工程中に機械
的混合やかきまぜ作用を受けるために、集束性の
弱い炭素短繊維チツプでは、チツプが開繊して、
炭素繊維のからまつた毛玉が生じ、これが該チツ
プの供給工程で詰まる原因となり、供給が順調に
行えなくなる。また、炭素短繊維チツプの集束が
不完全な場合、当初から毛玉を含んでいるため
に、チツプの順調な供給を妨げる。したがつて、
従来の集束化炭素短繊維チツプにおいては、炭素
短繊維強化成形材料中の炭素繊維含有量を均一に
コントロールすることができず、また、押出機で
連続的に該炭素短繊維チツプとマトリツクスとを
混練して、ストランド状の炭素短繊維強化成形材
料を連続的に押出す場合、一定の押出速度が得ら
れず、ストランド切れが多発し、生産性が大幅に
低下する欠点を伴う。発明が解決しようとする問題点本発明の目的は、このような炭素短繊維強化成
形材料を製造する際に生じる欠点を改良するため
に、集束性に優れた炭素短繊維チツプを提供する
ことにあり、さらにマトリツクスへの分散性やマ
トリツクスとの親和性に優れ、その結果極めて優
れた物性を有する成形品を与えうる炭素短繊維チ
ツプを提供することにある。問題点を解決するための手段本発明者らは種々研究を重ねた結果、特定の分
子量を有する室温で固体状のエポキシ化合物を主
成分として含有するバインダーを用いて集束し、
かつかさ密度及び安息角が特定の値であるような
炭素短繊維チツプにすることにより前記目的を達
成しうることを見出し、この知見に基づいて本発
明を完成するに至つた。すなわち、本発明は、分子量600〜5000の室温
で固体状のエポキシ化合物を主成分としたバイン
ダーにより集束された多数の炭素短繊維で構成さ
れ、該エポキシ化合物の含有量0.1〜10重量％、
かさ密度300ｇ／以上、安息角50゜以下を有する
集束化炭素短繊維チツプを提供するものである。本発明におけるバインダーの主成分として用い
るエポキシ化合物としては、例えばビスフエノー
ル型、脂環族型、ノボラツク型、レゾール型、ア
ミノ型などのエポキシ化合物のモノマー、低重合
物及びこれらのエポキシ化合物と硬化剤との部分
反応生成物などの中から選ばれた少なくとも１種
の室温で固体状の成形が挙げられる。特に、本発
明を効果的に発揮させるために、分子量の異なる
２種以上のエポキシ化合物を混合して用いること
が好ましい。これらのエポキシ化合物は、室温で固体状であ
ることが必要であり、好ましくは60℃以上の融点
を有することが望ましい。該エポキシ化合物が室
温で液状の場合は、得られた炭素短繊維チツプの
集束性が劣り好ましくない。また、本発明で用いるエポキシ化合物の分子量
は600〜5000の範囲、好ましくは800〜4000の範囲
である。分子量が600未満では炭素短繊維チツプ
の集束性が劣り、また5000を超えると得られる炭
素短繊維強化成形材料の物性が低下する。さらに、前記エポキシ化合物の炭素短繊維チツ
プに対する含有量は0.1〜10重量％、好ましくは
0.5〜８重量％の範囲で選ばれる。この含有量が
0.1重量％未満では該炭素短繊維チツプの集束性
が劣り、一方10重量％を超えると得られる炭素短
繊維強化成形材料の物性が低下する。本発明に用いるバインダーには、主成分の分子
量600〜5000を有する室温で固体状のエポキシ化
合物以外に、必要に応じて、例えば飽和又は不飽
和ポリエステル、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹
脂、ポリアミド樹脂、プリフエニレンサルフアイ
ド、ポリフエニレンエーテル、ポリカーボネー
ト、ポリオキシメチレン、ポリスチレン、ポリオ
レフインなどのホモポリマー又はコポリマー、界
面活性剤、シランカツプリング剤、エポキシ硬化
剤、触媒、接着剤などの添加剤を配合することも
できる。また、該バインダーが前記エポキシ化合物を含
むエマルジヨンである場合には、得られた炭素短
繊維チツプの集束性が極めて良好であるので、特
に好ましい。このようなエマルジヨンに用いる界面活性剤と
しては、例えばポリオキシメチレンのヒマシ油エ
ーテル、ノニルフエニルエーテル、スチレン化フ
エニルエーテルなどのポリオキシエチレンアルキ
ルエーテル又はポリオキシエチレンアルキルアリ
ルエーテル及びポバールなどの中から選ばれた少
なくとも１種の界面活性剤が好ましく挙げられ
る。本発明の炭素短繊維チツプは、かさ密度が300
ｇ／以上、好ましくは350ｇ／以上であり、
また安息角は50゜以下、好ましくは45゜以下であ
る。かさ密度及び安息角が前記範囲を逸脱する
と、該炭素短繊維チツプとマトリツクスとのドラ
イブレンド性及び練合、押出し性が低下する。こ
のように、かさ密度及び安息角は本発明の特徴を
発揮させるために、極めて重要な要因である。本発明の炭素短繊維チツプに用いる炭素繊維と
しては、公知の各種炭素繊維、例えばポリアクリ
ロニトリル、レーヨン、ピツチ、炭化水素ガスな
どを原料とする炭素化繊維、黒鉛化繊維及びこれ
らにニツケル、アルミニウム、銅などの金属をコ
ーテイングした炭素繊維などの中から選ばれた少
なくとも１種の炭素繊維が挙げられる。また、炭
素繊維の繊維径については、特に制限はないが、
通常３〜20μの範囲のものが用いられる。さら
に、これらの炭素繊維を集束剤組成物で集束する
前に、公知の方法で表面処理することもできる。本発明の炭素短繊維チツプは、例えば数百〜数
百万本の炭素長繊維束に、前記の集束剤組成物の
溶液、エマルジヨン、溶融物などを含浸させたの
ち、乾燥するか、あるいは乾燥せずに、該炭素長
繊維束を公知の切断方法によつて１〜10mmの長さ
に切断し、必要に応じてさらに乾燥処理すること
によつて製造することができる。本発明の炭素短繊維チツプを用いて繊維強化成
形材料を製造するのに使用されるマトリツクスと
しては、例えばポリオレフイン、ポリエステル、
ポリアミド、アクリル樹脂、ポリオキシメチレ
ン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリフエ
ニレンサルフアイド、ポリフエニレンエーテル、
ポリエーテル・エーテルケトン、ポリフエニレン
スルホン、フツ素樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミ
ド、ポリウレタン、フエノール樹脂などのポリマ
ー類又はこれらのコポリマー類、金属類、セラミ
ツクス類などの公知のマトリツクスを挙げること
ができるが、特にポリマー類、コポリマー類又は
これらの混合物が好適である。このようなマトリツクスと本発明の炭素短繊維
チツプとの混合は、一軸又は二軸の押出機、高速
ミキサー、プレス機、射出成形機、引抜成形機な
どによつて行うことができる。特に一軸又は二軸
の押出機が好ましく用いられる。また、該炭素短繊維チツプとマトリツクスとの
混合時に、例えば他種炭素繊維、ガラス繊維、ア
ラミド繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維などの
長繊維や短繊維、ホイスカー類、これらにニツケ
ル、アルミニウム、銅などの金属をコーテイング
した繊維状強化剤類、あるいはマイカ、タルク、
炭酸カルシウム、カーボンブラツク、二硫化モリ
ブデンなどのフイラー類から成る強化剤、安定
剤、滑剤、その他添加剤などを加えることができ
る。発明の効果本発明の集束化炭素短繊維チツプは集束性に優
れたものであり、これを用いて繊維強化成形材料
を製造する場合には、該炭素短繊維チツプとマト
リツクスとのドライブレンド性、該炭素短繊維チ
ツプ単独又はマトリツクスとのドライブレンド物
の押出し機への供給安定性、押出し機から押出さ
れるストランドの吐出速度均一性、ストランド切
れに対する安定性などが極めて良好であつて、繊
維強化成形材料の生産性が大幅に向上する。さらに、該繊維強化成形材料において、炭素短
繊維のマトリツクスに対する分散性及び炭素短繊
維とマトリツクスとの親和性が優れているため、
この成形材料を用いて得られる成形品の各種物性
は極めて良好な値を示す。このように、本発明の集束化炭素短繊維チツプ
は工業的価値の極めて高いものである。実施例次に実施例によつて本発明をさらに詳細に説明
する。なお、各種物性は次のようにして測定した。 (1) エポキシ化合物の融点ホツトプレート付き顕微鏡型微量融点測定機
を用いて液状化する温度を測定する。 (2) エポキシ化合物の分子量ゲルパーミエーシヨン・クロマトグラフイー
法による。 (3) 炭素短繊維チツプのかさ密度 50mlメスシリンダーに炭素短繊維チツプを充
填したのち、メスシリンダーに上下の衝撃的振
動を与え、平衡に達した炭素短繊維チツプの体
積でその重さを除して求める。 (4) 炭素短繊維チツプの安息角高さ10cmに固定したＶ型漏斗から、炭素短繊
維チツプを下方の水平面上に自然落下させ、山
状に堆積した炭素短繊維チツプの傾斜面の傾き
角度を測定する。 (5) 炭素短繊維チツプの集束性炭素短繊維チツプを高速ミキサーで一定時間
かきまぜたのち、該炭素短繊維チツプの開繊程
度から、集束性の良否を１〜３の３段階で評価
する。３が最良値である。 (6) 炭素短繊維強化成形品の力学的物性JIS
K6810に準拠して測定する。実施例１ (A) 炭素短繊維チツプの製造ポリアクリロニトリルを原料とする炭素化繊維
12000本を分子量約1000、融点75〜80℃のビスフ
エノールＡ型エポキシ樹脂をメチルエチルケトン
に溶解した溶液（濃度10重量％）中に含浸させた
のち、130〜150℃で10分間乾燥し、さらに切断機
で６mmの長さに切断して炭素短繊維チツプを製造
した。得られた炭素短繊維チツプのかさ密度は370
ｇ／、安息角は41゜、集束性は３、エポキシ化
合物含有量は5.1重量％であつた。 (B) 炭素短繊維強化成形材料の製造前記炭素短繊維チツプ30重量部とナイロン−66
樹脂ペレツト70重量部とをＶ型ミキサーでドライ
ブレンドした。このドライブレンド物をスクリユー・フイーダ
ー付きの二軸押出機で練合・押出しして得られた
ストランドをペレタイズし、炭素短繊維強化成形
材料を製造した。本実施例では、二軸押出機を１時間連続して運
転したが、スクリユー・フイーダーでの炭素短繊
維の開繊による供給停止や押出されたストランド
の切断などのトラブルは発生しなかつた。このようにして得られた炭素短繊維強化成形材
料を射出成形したテストピースの引張強度は2600
Kg／cm²、曲げ強度は3800Kg／cm²、Izod衝撃値は
9.5Kg・cm／cmあつた。比較例１実施例１において、エポキシ化合物として、分
子量約400、室温で液状のビスフエノールＡ型エ
ポキシ樹脂を用いた以外は、実施例１と全く同様
にして炭素短繊維チツプを製造し、さらに炭素短
繊維強化成形材料を作成した。炭素短繊維チツプのかさ密度は210ｇ／、安
息角は60゜、集束性は１、エポキシ化合物含有量
は5.2重量％であつた。また、二軸押出機運転時において、スクリユ
ー・フイーダーでの炭素短繊維の詰りや押出され
たストランドの切断が多発した。得られた成形材料の引張強度は2300Kg／cm²、曲
げ強度は3400Kg／cm²、Izod衝撃値は8.2Kg・cm／
cmであつた。実施例２〜８、比較例２〜４次表に示した条件で、実施例１と同様にして炭
素短繊維チツプを製造し、さらに炭素短繊維強化
成形材料を作成した。各物性及び押出し性を該表
に示す。ただし、実施例３，４においては、バインダー
として、該表に記したエポキシ化合物100重量部、
ポバールとポリオキシメチレンノニルフエニルエ
ーテルとの混合物10重量部及び水1000重量部から
成るエマルジヨンを用いた。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】

１分子量600〜5000の室温で固体状のエポキシ
化合物を主成分としたバインダーにより集束され
た多数の炭素短繊維で構成され、全量当たりのエ
ポキシ化合物の含有量0.1〜10重量％、かさ密度
300ｇ／以上、安息角50゜以下を有する集束化炭
素短繊維チツプ。