JPH0669687B2 - 短繊維チツプの製造方法 - Google Patents

短繊維チツプの製造方法

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JPH0669687B2
JPH0669687B2 JP798686A JP798686A JPH0669687B2 JP H0669687 B2 JPH0669687 B2 JP H0669687B2 JP 798686 A JP798686 A JP 798686A JP 798686 A JP798686 A JP 798686A JP H0669687 B2 JPH0669687 B2 JP H0669687B2
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慶一 原口
嘉生 松本
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旭化成工業株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B9/00Making granules
    • B29B9/12Making granules characterised by structure or composition
    • B29B9/14Making granules characterised by structure or composition fibre-reinforced
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2307/00Use of elements other than metals as reinforcement

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集束した炭素短繊維チツプの製造方法に関す
るものである。さらに詳しくは、繊維強化成形材料の強
化剤として、取扱いに優れた炭素短繊維チツプの製造方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、炭素繊維を各種マトリツクス中に混合、分散させ
てな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
が期待され、工業的に重要な材料として注目されてい
る。
一般に、炭素繊維を各種熱可塑性樹脂に混合、分散させ
て繊維強化成形材料を得るには、数百〜数百万本から成
る炭素繊維束をあらかじめ1〜10mmに切断して短繊維チ
ツプとし、これを熱可塑性樹脂のペレツト又はパウダー
とともに押出機中で溶融混練する方法がとられている。
この際、該短繊維チツプの嵩密度が低く集束性が不十分
であると、熱可塑性樹脂中に均一に分散させることが困
難な上に、作業効率も低下する。
したがつて、炭素繊維の短繊維チツプにおいては、十分
な高さの嵩密度が要求されるが、嵩密度を高めるために
は通常、炭素繊維束を集束剤により処理する方法、すな
わち集束剤として通常繊維強化成形材料に用いられるマ
トリツクス樹脂と同じ種類の樹脂、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、これらの樹脂を溶
媒に溶解して、炭素繊維に対し、0.1〜10重量%付着さ
せ、乾燥させた後1〜30mmの長さに、空気中でカツテイ
ングして炭素短繊維チツプを製造する方法が行なわれて
いる。
しかしながら、前記方法によつても、炭素繊維は剛性が
高く、強度も高い繊維であるために、カツテイング時に
大きな衝撃力が必要であり、如何に炭素繊維同士を強固
に集束しようとも、カツテイング時に一本一本が分離し
てしまうという現象があり、十分な高さの嵩密度を有す
る炭素短繊維チツプを得ることが困難であり、炭素繊維
強化成形材料の製造に際して重大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、マツ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、それが
該チツプの供給工程で詰りの原因となる。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が阻害される。この
ように、従来の集束された炭素短繊維チツプにおいて
は、炭素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
トランド状の炭素繊維強化成形材料を連続的に押出そう
とする場合、一定の押出し速度が得られず、ストランド
切れが多発し、生産性が著しく低下するという欠点があ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、炭素繊維強化成形材料を製造する際に
生じるこのような欠点を克服し、作業性が良好でかつマ
トリツクス中への分散性が優れた炭素短繊維チツプの製
造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、サイジング剤により集束された炭素繊維連続
フイラメントを、カツテイングして、30mm以下の短繊維
チツプにする際、炭素繊維連続フイラメントを液体で濡
らしてからカツテイングし、その後、濡れたチツプを乾
燥させることを特徴とする短繊維チツプの製造方法であ
る。
本発明において、サイジング剤として用いる樹脂は、例
えば、尿素樹脂やメラミン樹脂などのアミノ樹脂、ビス
フエノールA型、ノボラツク型、ビスフエノールF型エ
ポキシ樹脂、臭素化エポキシ樹脂、エポキシ化アクリル
樹脂などのエポキシ樹脂あるいはフエノール樹脂、フラ
ン樹脂、不飽和ポリエステル、ビニルエステル樹脂、ポ
リイミド、ポリアミドイミド、ポリビスマレイミド、ポ
リウレタン樹脂、ポリフエニレンスルフイドなどであ
り、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系
樹脂、スチレン系樹脂、ポリオレフイン系樹脂などであ
つて、何らかの手段、例えば、溶媒に溶かすとか、乳化
剤を用いてエマルジヨン液体化するとかによつて、液体
化することが可能な樹脂である。
本発明において、サイジング剤により集束された炭素繊
維連続フイラメントを製造するには、前記、樹脂を例え
ば、溶媒に溶かしたり、乳化剤を混練した後、エマルジ
ヨン化したりして、液体流動状態にすることにより、炭
素繊維表面上に、まんべんなく付着させた後、乾燥冷却
することにより製造することができる。
本発明において素材として用いる炭素繊維については、
特に制限はなく、各種の公知の炭素繊維、例えばレーヨ
ン、ポリアクリロニトリル、ピツチ、リグニン、炭化水
素ガスなどを用いて製造された炭素質繊維や黒鉛質繊維
及びこれらに金属をコーテイングした金属被覆炭素繊維
などの中から任意に選んで用いることができる。
本発明においては、集束剤として、前記のようにして液
体流動化した樹脂を、炭素繊維の重量に基づき0.1〜10
重量%、好ましくは0.5〜6重量%の範囲の量で用い
る。この量が0.1重量%未満では集束性が不十分である
し、また10重量%を超えると、これを用いて得られた成
形品の物性が劣化する。
本発明において用いる液体は、サイジング剤樹脂を著し
く溶解するようなものでなく、乾燥に必要な温度が200
℃以下のものであれば良い。好ましくは水を使うことが
最適である。
本発明の炭素短繊維チツプは、かさ密度が350g/l以
上、好ましくは400g/l以上であり、また安息角は50°
以下、好ましくは40°以下である。かさ密度が350g/l
未満のものでは、完全に集束されているとはいえず、本
発明の目的を十分に発揮することができない。また安息
角50°を超えるものでは、押出機の供給ホツパー中にお
ける流動性が悪いので、押出機スクリユーへの供給不良
やマトリツクス樹脂への不均一分散などが生じ、連続的
な生産が困難になる。
本発明の目的は、このようにして集束性の良好な集束炭
素短繊維チツプを提供することにあるが、繊維強化成形
材料に用いられる他の充てん剤、例えばガラス繊維、ア
ラミド繊維、炭化ケイ素繊維、金属繊維、ボロン繊維な
どに対しても本発明を応用できる。
炭素繊維強化成形材料は、例えば本発明の炭素短繊維チ
ツプとマトリツクス樹脂とをそれぞれ単独で、あるいは
ドライブレンド物の形態で押出機に供給し、溶融混練し
たのち、ストランド状に押出された混練物を水冷して、
2〜8mmの長さに切断することによつて得られる。この
成形材料には、充てん剤として炭素繊維以外のもの、例
えばガラス繊維やアラミド繊維などの繊維強化材料、あ
るいはガラス、炭酸カルシウム、金属酸化物、カーボン
ブラツクなどの粉末状やフレーク状の添加剤などを、必
要に応じて1種以上併用することができる。
また、前記炭素繊維強化成形材料に用いられるマトリツ
クス樹脂としては、公知の樹脂、例えばポリビチレンテ
レフタレート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂の
ような熱可塑性飽和ポリエステル樹脂、ポリオレフイン
系樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド樹脂、ポリフエ
ニレンオキサイド、ポリアセタール樹脂、ポリスルホン
樹脂、ポリフエニレンサルフアイド、スチレン系樹脂、
塩化ビニル樹脂、アクリル系樹脂などの熱可塑性樹脂、
エポキシ樹脂、フエノール樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。
実施例 次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
なお、各物性は次のようにして測定した。
(1) 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入れ、メスシ
リンダーを数回振つたのち、50mlになるまでさらに該短
繊維チツプを加える。このときの短繊維チツプの重さを
体積で除して求める。
(2) 炭素短繊維チツプの安息角 炭素短繊維チツプ約20gを10cmの高さから徐々に落下さ
せ、堆積した山の傾斜角度を求める。
(3) 成形品の物性 JIS K6810に準拠して測定する。
実施例1 (A).集束された炭素繊維連続フイラメントの製造分子
量約1000のビスフエノールA型エポキシ化合物100重量
部、ポバール、POEノニルフエニルエーテルから成る非
イオン性界面活性剤5重量部を含有した水系エマルジヨ
ン1000重量部を調整した。
次にこのエマルジヨン液中にポリアクリロニトリルを原
料とする炭素繊維12000本を浸せきして、前記エポキシ
化合物5重量%を付着させたのち、180℃で1分間熱風
で乾燥させて炭素繊維連続フイラメントを得た。
(B).該フイラメントのカツテイング (A)で得られたフイラメントに注水し、フイラメント100
重量部に対し、10重量部の水が含まれる状態にして、小
野打製作所製D型ギロチンカツターを用いて6mmの長さ
に切断した後、これを120℃1時間で乾燥させて、該チ
ツプを得た。
このものの嵩密度は500g/l、安息角は41°であつた。
(C).炭素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・スイーダー付きの二
軸押出機で混練・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4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ド
ライブレンド物の供給停止、あるいは押出されたストラ
ンドの切断などのようなトラブルは一切発生しなかつ
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
成形した試験片の引張強度は2800Kg/cm2、曲げ強度は35
00Kg/cm2、アイゾツド衝撃値は8.5Kg・cm/cmであつ
た。
実施例2 集束剤として変性ポリアミド(東レA-90)を100重量部
含有した水溶液1000重量部を調整し、以下、実施例1と
同様にして炭素短繊維チツプを製造した。このものの変
性ポリアミド化合物の付着量は5.5重量%、かさ密度460
g/l、安息角44°であつた。
この炭素短繊維チツプを用いて実施例1と同様にして炭
素短繊維強化成形材料を製造したが、トラブルはなかつ
た。
射出成形した試験片の引張強度は2500Kg/cm2、曲げ強度
は3000Kg/cm2、アイゾツト衝撃値は7.8Kg・cm/cmであ
つた。
実施例3 フイラメントを濡らす液体として、市販の工業用エチル
アルコールを用いた以外は、実施例1と同様にして炭素
短繊維チツプを製造した。このものの、かさ密度は490g
/l、安息角43°であつた。
この炭素短繊維チツプを用いて実施例1と同様にして炭
素短繊維強化成形材料を製造したが、トラブルはなかつ
た。
射出成形した試験片の引張強度は2600Kg/cm2、曲げ強度
は3200Kg/cm2、アイゾツト衝撃値は8.0Kg・cm/cmであ
つた。
比較例1 カツテイングする際、液体で濡らさないこと以外は実施
例1と同様にして実施したところ、付着量5.2重量%、
かさ密度340g/l、安息角55°の炭素短繊維チツプが得
られた。この炭素短繊維チツプは、4時間の押出機運転
中スクリユー・フイーダーでの開繊維がひどく、押出機
へのブレンド物の供給停止が数度にわたつて発生し、そ
の度にストランド切れが生じた。前記短繊維チツプから
作られた炭素短繊維強化材料の試験片は、引張強度2200
Kg/cm2、曲げ強度2600Kg/cm2、アイゾツト衝撃値6.5Kg
・cm/cmであつた。
比較例2 カツテイングする際、液体で濡らさないこと以外は実施
例2と同様にして実施したところ、付着量5.6重量%、
かさ密度300g/l、安息角53°の炭素短繊維チツプが得
られた。この炭素短繊維チツプは、スクリユー・フイー
ダーでの開繊がひどく、ブレンド物の供給停止が頻繁に
生じ、ストランド切れも多発し、押出機の連続運転が困
難であつた。前記短繊維チツプを強制的に供給して得ら
れた成形材料を射出成形して成る試験片は引張強度2100
Kg/cm2、曲げ強度1900Kg/cm2、アイゾツト衝撃値は4.1K
g・cm/cmであつた。
〔発明の効果〕 本発明の製造方法によれば、極めて容易に集束性のある
嵩密度の高い炭素短繊維チツプを製造することができ、
この方法で得られたチツプは、押出機における食込みが
良いので、繊維強化成形材の生産性が大幅に向上する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サイジング剤により集束された炭素繊維連
    続フイラメントをカツテイングして、30mm以下の短繊維
    チツプにする際、炭素繊維連続フイラメントを液体で濡
    らしてからカツテイングし、その後、濡れたチツプを乾
    燥させることを特徴とする短繊維チツプの製造方法。
JP798686A 1986-01-20 1986-01-20 短繊維チツプの製造方法 Expired - Lifetime JPH0669687B2 (ja)

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