JPS63248857A - 繊維と樹脂の複合粒状物及びその製造法 - Google Patents

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 本発明は気相法炭素繊維、炭化珪素ウィスカー等の微細
な繊維を樹脂に付着した複合粒状物及びその製造法に関
する。これらの繊維を樹脂に付着した複合粒状物を用い
て押出成型機、射出成型機等により成形する場合、その
取扱い性、輸送性、成形体中の繊維の分散性を向上させ
ることができる。

従来の技術 繊維状補強材を用いた複合材としては一般に長繊維を主
体とした材料あるいは短繊維を主体とした材料に分類さ
れる。

長繊維を主体としたものは繊維の織布あるいは不織布等
のシートに熱硬化性樹脂を含浸させたのちに硬化する方
法がとられ、短繊維を主体としたものは熱可塑性樹脂あ
るいは熱硬化樹脂と短繊維とを混練し、押出機あるいは
成型機に依って成型する方法が一般的である。

発明が解決しようとする問題点 前記した複合材に用いられる繊維は通常数ミクロンの直
径を有し、繊維の形状も直線的であり相互に絡み合いを
していないのが通常である。

更にはこれらの繊維は集束剤が塗布或いは含浸され輸送
性にも優れ、繊維のほぐれも少いため成型も容易である
。

特に短繊維の場合には集束剤を塗布或いは含浸する事に
依って実質的にかさ密度を大きくしこれに熱可塑性樹脂
あるいは熱硬化性樹脂を混合し、押出機、成型機等のス
クリー−への食い込み性を向上させる方法がとられてい
る。

これらに対し繊維径の細いウィスカー状のもの例えば気
相法であって繊維を炉内に浮遊させることにより得られ
た炭素繊維の如きは径０．１〜２．０μｍのものが相互
に絡み合い綿状の塊となっているのが通常である。

これらは製法上の問題から反応炉内にて浮遊堆積するた
めに形状も千差万別であり、かさ密度も小さいという問
題を有し輸送性が悪く、かつ混合の際、繊維と樹脂との
かさ密度の差が大きすぎるため樹脂に繊維を分散させる
のがむづかしく、押出機等のスクリューへの食い込みが
悪く繊維含有量の均一な成型が出来ないという問題を有
していた。

かかる問題点に対処するために例えば炭素質繊維集合体
を一旦ミル等に依り粉砕し更に水、液状の樹脂等の集束
剤を添加しミキサーで造粒する事に依りかさ密度を大き
くし、これに熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂を混合
し、押出機への食い込み性を改善する方法が公知である
。

しかしながらこの様な方法は粉砕、集束剤の塗布、含浸
、混合、場合に依っては乾燥も必要となり工程数が多く
なる欠点を有し、更に最大の欠点は集束剤は一般的に液
状のものが用いられ、特に熱可塑性樹脂の如き常温で固
体のものは含浸性が悪く、一方では集束剤は複合材とし
て使用される母材樹脂との相溶性の良いものが選択され
なければならないことである。

本発明の目的は微細な無機繊維、特に相互に絡み合って
いる綿状のウィスカー状無機繊維集合体を用いて樹脂と
の複合材を製造する場合、特に集束材を使用しなくても
かさ密度が大きい複合粒状物にして、その取扱い及び押
出成型機等による成形を容易とし、かつ成形体の繊維の
均一分散性をはかることにある。

問題点を解決するための手段 本発明者らは上記目的を達成するため鋭意検討した結果
ヘンシルミキサーやスーツや一ミキサー等の高速混合ミ
キサーを使用して加熱下に微細な無機繊維と樹脂粉粒体
を高速混合することにより、無機繊維が樹脂表面に付着
し、かさ密度が大きい粒状体となること、そしてこの粒
状体を用いて成形した場合、押出機等への食い込み性が
大巾に改善されると同時に繊維の分散状態が均一である
ことを見出し、本発明に至ったものである。

即ち、本発明の第１は合成樹脂粉粒体の表面に多数の微
細な無機繊維が付着した複合粒状物であり、第２は微細
な無機繊維に合成樹脂粉粒体を添加し、加熱下で高速混
合して合成樹脂粉粒体の表面に前記繊維を付着させ守−
ることからなる複合粒状物の製造方法である。

以下具体的に本発明を説明する。

本発明の複合粒状物は合成樹脂粉粒体の表面に微細な無
機繊維が多数付着したものである。その大きさは製造の
容易性等より大部分が約０．０１〜約１０ｍ１ｌＩであ
り、粉粒体のかさ密度は０．３〜１．０ｇ／ｃｍ程度で
ある。

無機繊維は炭素繊維、炭化ケイ素等でその径は大部分が
約０．１μｍ〜約２μｍ１長さは約１μｍ〜約１０００
μｍのものが用いられる。これらはいずれも公知のもの
である。例えば炭素繊維については特公昭６２−２４２
の方法で得ることができる。

炭化ケイ素繊維はウィカー状繊維として公知の結晶成長
により得られるものが多く、繊維自体の特性は優れたも
のが多い。

本発明において用いられる樹脂は基本的に限定されるも
のではなく、成型分野で使用される樹脂を有効に用いる
事が出来、ポリエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン
、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢
酸ビニル、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリアクリロ
ニトリル、ポリカーテネート、ポリフェニレンオキサイ
ド、ポリケトン、ポリスルホン、ポリフェニレンスルフ
ィド、ポリイミド、フッ素樹脂、熱硬化性樹脂としては
フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹
脂などの一種以上の粉末であることが出来る。

樹脂と繊維の量的割合については全量中繊維は６０％程
度（％は重量、以下同じ）まで付着させることができ、
下限については特に制限はないが、このものから成形体
を得る場合における実用上から１％程度である。

次に図面を参考にして樹脂に繊維が付着した状態につい
て説明する。

図１は本発明の１実施例を示すもので、無機繊（ＳＥＭ
　）による表面構造を示す写真（６０倍）である。図２
は図１と同じものの断面のＳＥＭ写真（６０倍）、図３
は同粒状物の表面の繊維を示す拡大ＳＥＭ写真（３００
倍）である。

粒状物の表面は図１かられかるように樹脂によって接着
された微細な繊維が付着している。繊維は図３に示すよ
うに非常に微細で多くは粒の表面に沿って重なり合って
存在している。図１に見られるように多少は繊維が小さ
く凝集して微粒状となり、粒状物表面に付着しているも
のもある。図示のものは繊維間は粒状の樹脂が軟化ある
いは形が崩れない程度に溶融し、それに繊維が付着し、
固化したものである。樹脂の溶融を調整する等により、
繊維を図示のものよシ多量、即ち６０チ程度まで付着さ
せることもできる。

粒状物の内部は図２に示すように樹脂同志が融着したも
のと思われ、その融着の界面に多少繊維が含まれる場合
もある。しかし、大部分（繊維の８０％以上）は表面に
存在している。内部の合成樹脂については図示のものは
いくつかの粒子が融着したと思われるが、融着しないも
のを得ることは可能であり、本発明は図示のようなもの
に限られるものではない。

次に製造法の発明について説明する。

本発明で用いられる樹脂粉粒体は重合プロセスによシ生
成される熱可塑性樹脂の重合物いわゆるフラフ、あるい
は熱硬化性のオリゴマーまたはプレポリマーの粉体であ
る場合や、さらにこれらを顆粒状に造粒した樹脂、ある
いは押出機等により被レット状に造粒したものを用いる
事ができる。

さらには一旦顆粒状あるいは被レット状に造粒された樹
脂を所望の粒径分布を有する粉粒体に再度粉砕して用い
ることもできる。

これらの樹脂の粒度については、本発明の粒状物は繊維
が付着した状態で最大的１０ｍ程度であり、そして樹脂
の粒度が比較的大きく、かつ付着させるときの温度が低
目の場合は融着を殆んど起さないこと及び繊維の付着量
が少ない場合は、繊維が付着しても大きさは大差がない
ことから、樹脂は最大約１０ｗ程度のものまで使用され
る。繊維がかなり多い場合は樹脂の大きさを目的とする
繊維付着後の粒度より多少小さくする。樹脂の粒度の下
限は特に制限ないが、扱い易さ等より０，０１醪位が適
当である。

無機繊維は予め必要に応じて公知の方法により表面処理
し、内部加熱した攪拌翼を有するヘンシェルミキサーあ
るいはスーハーミキサー等の高速混合ミキサーを使用し
て前記した熱可塑性樹脂或いは熱硬化性樹脂の粉粒体、
或いは必要に応じて添加剤等とともに攪拌羽根の周速が
１０〜６５ｆｆ！／　Ｓ　ｅ　ｅで攪拌すると、混合物
と攪拌羽根、槽壁間の摩擦熱及び粉粒体同志の摩擦熱に
依り混合物の温度が上昇し、そしてついには樹脂表面の
みが融点或いは軟化点に達する事に依り、樹脂粉粒体表
面に繊維が付着してそのまま一つの粒状物となり、また
温度にもよるが多くは樹脂が融着し、その際に１部繊維
を巻込み、さらにこれらの融着樹脂の表面に繊維が付着
し、適度々顆粒状態に至りかさ密度が大きくなる。

又必要に応じ効率良く行なうために外部よりスチーム加
熱等により内部温度を融点近くまで加温しても良い。攪
拌速度は遅過ぎると繊維の付着が十分でなく、また極端
に早くするのは装置上の問題もあるので、上記の範囲が
適当である。

この方法においては母材樹脂の他に異種の集束剤を加え
なくても良く従って母材樹脂との相溶性を考慮する必要
がないばかりか混合工程が−工穆で済みコストダウンも
計れるという長所を有する。

−例をあげるならウィスカー状炭素質繊維を用いた場合
には最終的に炭素質繊維樹脂粒状物のかさ密度は約０．
３〜約１．０ｇ／（７）のものが得られる。

その大きさは約０．０１＋ｍ〜約１０閣のものが容易に
出来る。

以下本発明の実施例により更に詳細に説明する。

実施例１〜４ 特公昭６２’−２４２に基づいて触媒としてフェロセン
をベンゼンに２ｗｔ％溶解した原料液を１１００℃に昇
温された内径１０５ｍｍの炉管に定量ポンプで８　、！
ｉ’／ｍｉｎを水素ガス２５７／ｍｉｎに同伴させて供
給した。反応時間１時間で２４０ｇの炭素質繊維が気流
中で生成し炉管内に堆積した。

得られた炭素質繊維の径は０．１〜２μｍ１繊維の長さ
は１〜１０００μｍで形態は綿状の塊で相互に絡み合っ
ておりそのかさ密度は圧縮なしで０、０４８１７ｃｍ　
であった。

上記の炭素質繊維の集合体をスチームに依シ内部加熱し
た攪拌翼を有する内容積２０１のスーパーミキサー（株
式会社力ワタ製作所）を用い、プリプロピレン樹脂〔シ
ョウアロマ−８ＭＡ４１０　、　ＭＦＲ＝７．５’／１
０分、粒度１０〜１０００μｍ（３００〜６００μｍが
７０〜８０％）、昭和電工株式会社の商品名〕とともに
攪拌羽根の周速４０　ｍ／ｓｅｃで混合攪拌した。結果
を第１表に示す。なお、添付写真は実施例１で得られた
ものの約１．５　ｗｎのものを示す。

実施例５ 実施例１で得られた炭素質繊維の果合体をスチームに依
り内部加熱した攪拌翼を有する内容、積２０１！のスー
パーミキサー（株式会社力ワタ製作所）を用いフレーク
状のエポキシ樹脂（ＥＣＮ１２９９、チパガイギー株式
会社の商品名）とともに前記周速で混合攪拌した。結果
を第１表に示す。

実施例６ 炭化ケイ素ウィスカー直径０．１〜１．０μｍ長さ５０
〜２００μｍ１かさ密度０．１９７’α　（トーカマッ
クス、東海カーボン株式会社製）をスチームに依り内部
加熱した攪拌翼を有する内容積２０１のクー／４’−ミ
キサー（株式会社力ワタ製作所）を用い、前記ポリプロ
ピレン樹脂粉末とともに前記周速で混合攪拌した。結果
を第１表に示す。

効果 本発明によれば上表の結果が示すようにウィスカー状の
繊維を樹脂粉粒体に付着させ粒状物とする事に依りかさ
密度が上昇し押出機への食い込み押出性が改善される事
が明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の線維含有樹脂粒状物の表面構造を示す
走査型電子顕微鏡写真、第２図は同断面写真、第３図は
同粒状物の同拡大写真である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）合成樹脂粉粒体の表面に多数の微細な無機繊維が
   付着してなる繊維と樹脂の複合粒状物。
2. （２）無機繊維が気相法炭素繊維、又は炭化ケイ素ウィ
   スカーである特許請求の範囲第１項記載の複合粒状物。
3. （３）微細な無機繊維に合成樹脂粉粒体を添加し、加熱
   下で高速混合して、合成樹脂粉粒体の表面に前記繊維が
   付着した粒状物とすることを特徴とする繊維と樹脂の複
   合粒状物の製造法。
4. （４）無機繊維が気相法炭素繊維又は炭化ケイ素ウィス
   カーである特許請求の範囲第２項記載の複合粒状物の製
   造法。