JPS62167011A - 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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JPS62167011A
JPS62167011A JP798686A JP798686A JPS62167011A JP S62167011 A JPS62167011 A JP S62167011A JP 798686 A JP798686 A JP 798686A JP 798686 A JP798686 A JP 798686A JP S62167011 A JPS62167011 A JP S62167011A
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carbon fiber
fiber
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resin
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JP798686A
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Keiichi Haraguchi
慶一 原口
Yoshio Matsumoto
松本 嘉生
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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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)

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、集束した炭素短繊維チッ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ップの製造方
法に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、炭素繊維を各筏マトリックス中に混合、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1炭素繊維を各稲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1〜10門に切断して短繊維
チップとし、これを熱可塑性樹脂のペレット又はノミウ
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、該短繊維チッ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
が困難な上知1作業効率も低下するつ したがって、炭素繊維の短襟維チップにおいては、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線維強化成形材料に用いられるマ
トリックス樹脂と同じ種類の樹脂、例えばポリオレフィ
ン、ポリエステル、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキ
シ樹脂、フェ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1〜30喘の長さに、空気中でカ
ッティングして炭素短繊維チップを製造する方法が行な
われている。
しかしながら、前記方法によっても、炭素繊維は剛性が
高く、g1度も高い繊維であるために、カッティング時
に大きな衝撃力が必要であり、如何に炭素槽維同士を強
固に集束しようとも、カッティング時に一本一本が分離
1−で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ッ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((際して重大な障害となって
いる。
例えば、炭素短繊維チップを、スクリュー・フィーダー
、ホッパー・フィーダー、テーブル・フィーダーなどを
用いて、マトリックス中へ供給する場合、該炭素短繊維
チッ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ップでは、チップ
が開繊して、炭素繊維のからまった毛玉が生じ、それが
該チップの供給工程で詰りの原因となる。また、炭素短
繊維チッ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、チッ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ップにおいては
、炭素繊維強化成形材料中の炭素繊維含有清を均一にコ
ントロールすることができず、また、押出機で連続的に
該炭素短繊維チップとマトリックスとを混練して、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
トリックス中への分散性が潰れた炭素短繊維チップの製
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
フィラメントを、カッティングして、30龍以下の短繊
維チップにする際、炭素繊維連続フィラメントを液体で
濡らしてからカッティングし、その後、濡れたチップを
乾燥させることを特徴とする短繊維チップの製造方法で
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ン樹脂、ビス
フェノールA型、ノボラック型、ビスフェノールF型エ
ペキシ樹脂、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明り旨あるいはフェノール樹脂、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、ポリフェニレンスルフィドなどであ
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、ポリオレフィン系樹脂などであ
って、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ョン液体化するとかKよって、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線
維連続フィ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
ョン化したりして、液体流動状態にすることにより、炭
素線維表面上に、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、例工ばレーヨ
ン、ポリアクリロニトリル、ピッチ、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ィ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01〜1
0重量%、好ましくは0.5〜6重量%の範囲の債で用
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−t%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・クング剤樹脂番著
しく溶解するようなものでなく、乾燥に必要な温度が2
00℃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ップは、かさ密度が350g/犯
以上、好ましくは400g/1.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350 g/It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。まだ安息角が50°を超えるもので
は、押出機の供給ホッパー中における流動性が悪いので
、押出機スクリューへの供給不良やマトリックス樹脂へ
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
素短繊維チップを提供することK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
ップとマトリックス樹脂とをそれぞれ単独で、あるいは
ト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、
2〜8簡の長さに切断することによって得られる。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、力−ゼン
ブラッ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1種以上併用することができる。
まだ、前記炭素繊維強化成形材料に用いられるマトリッ
クス樹脂としては、公知の樹脂、例えばポリブチレンテ
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、ポリオレフィン
系樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド樹脂、ポリスェ
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、ポリフェニレンサルファイド、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、フェノール樹脂、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 次洗実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
なお、各PAtt’111次のようにして測定した。
(1)炭素短繊維チップのかさ密度 50−メスシリンダーに炭素短繊維チップを入れ、メス
シリンダーを数回撮ったのち、50rxlVCなるまで
さらに該短繊維チップを加える。このときの短繊維チッ
プの重さを体積で除して求める。
(2)  炭素短繊維チップの安息角 炭素短繊維チップ約20gを10crn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 J4S  K6810に準拠して測定する。
実施例1 (At、  集束された炭素繊維連続フィラメントの製
造分(−を約toooのビスフェノールA型エポキシ化
合物too重量部、ボッマール、POEノニルフェニル
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
した水系エマルジョン1000重量部を調整した。
次にこのエマルジョ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t%を付着させたのち、180℃で1分
間熱風で乾燥させて炭素!J!維連続フィラメントを得
た。
(B)、該フィラメントのカッティング囚で得られたフ
ィラメントに注水し、フィラメント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
製り型ギロチン力カッターを用いて6間の長さに切断し
た後、これを120℃1時間で乾燥させて、該チップを
得た。
このものの嵩密度は500g/I!、、安息角は41°
であった。
(C)、炭素繊維強化成形材料の製造 前記炭素短繊維チップ30重量部とナイロン66樹脂ペ
レツ)70重量部とをV型ミキサーでドライブレンドし
た。このトライブレンド物をスクリュー・フィーダー付
きの二軸押出機で混線・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、
スクリシ・フィーダーでの炭素短繊維の量線によるトラ
イブレンド物の供給停止、あるいは押出され麩トランド
の切断などのようなトラブルは一切発生しなかった。
このようにして得られた炭素炉繊維強化成形材料を射出
成形した試験片の引張強度は2800 Kp/閏2、曲
げ強度は3500’h/cm2、アイゾツト衝撃値は&
5に9・crn/crnであった。
実施例2 集束剤として変性ポリアミド(東しA−90)を100
重量部含有17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ップを製造した。
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460g/J2、安息角44°であった。
この炭素短繊維チップを用いて実施例1と同様にして炭
素短繊維強化成形材料を製造したが、トラブルはなかっ
た。
射出成形した試験片の引張強度は2500 Kg/cm
2、曲げ強度は3000 Kg/cat2、アイゾツト
衝撃値は748に7・σ/ζであった。
実施例3 フィ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
短繊維チップを製造した。このものの、かさ密度は49
og/R1安息角43°であった。
この炭素短繊維チップを用いて実施例1と同様にして炭
素短繊維強化成形材料を製造したが、トラブルはなかっ
た。
射出成形した試験片の引張強度は2600Kg/4#L
2、曲げ強度は3200 Kq/cm”、アイゾツト衝
撃値は&OKf−m/cmであった。
比較例1 カッティングする際、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52重量%、
かさ密度340 g/fl、安息角55°の炭素短繊維
チップが得られた。この炭素短繊維チップは、4時間の
押出機運転中スクリュー・フィ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って
発生し、その度にストランド切11が生じた。前記短繊
維チップから作られた炭素旬繊維強化材料の試験片は、
引張強度2200Kq/c72、曲げ強度2600 K
q/e、−”、アイゾツト衝盤値6.5 Kq ・cm
/cmであった。
比較例2 カッティングする際、液体で濡らさないこと以外は実施
例2と同様テして実施したところ、付着−115,6重
量%、かさ密度300 g/p、、安息角53°の炭素
短繊維チップが得られた。この炭素炉繊維チップは、ス
クリュー・フィーダーでの開繊がひどく、ブレンド物の
供1拾(4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碓であった。前記短繊維チップ全
強制的に供給して得られた成形材、科を射出成形して成
る試験片は引張強度2100 K9/c@2、曲げ強度
1900に974”、アイゾツト衝撃値4.1 Kg・
σ/備であった。
〔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ップを製造することができ、
この方法で得られたチップは、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. サイジング剤により集束された炭素繊維連続フィラメン
    トをカッティングして、30mm以下の短繊維チップに
    する際、炭素繊維連続フィラメントを液体で濡らしてか
    らカッティングし、その後、濡れたチップを乾燥させる
    ことを特徴とする短繊維チップの製造方法
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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JPH0669687B2 JPH0669687B2 (ja) 1994-09-07

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