JPS63286469A

JPS63286469A - 炭素繊維複合樹脂成形用組成物

Info

Publication number: JPS63286469A
Application number: JP12180187A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Iwakiri; 岩切　正充; Yukinari Komatsu; 小松　行成
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1987-05-19
Filing date: 1987-05-19
Publication date: 1988-11-24

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、炭素繊維複合樹脂成形に適した樹脂組成物に
関するものである。

〔従来の技術〕

近年、炭素繊維を各種樹脂中に混合分散させてなる複合
樹脂成形用組成物は、炭素繊維が優れた特性、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ため、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や硬化性樹脂に混合分散させ
て複合樹脂成形用組成物を得るには、数百〜数百万本か
らなる炭素繊維（ＰＡＮ系またはピッチ系炭素繊維）を
あらかじめ１〜１０ｗに切断したチョツプドストランド
が用いられ、このチョツプドストランドを樹脂ペレット
またはパウダーとともに押出機中で熔融しストランド状
にしたり、シートにする方法がとられる。一方気相成長
法炭素繊維を補強材、その他機能付与材として樹脂マト
リックス中に混入することも公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、本発明者らの知見によれば、気相成長法
炭素繊維の複合樹脂組成物を押出機等でストランド状に
連続押出する場合、気相成長法炭素繊維の食込みが不充
分であるため、ベレット状樹脂との分離が生じ、一定の
押出速度が得られず、ストランド切れが多発し、均一な
ストランドが得られなかった。また、気相成長法炭素繊
維とベレット状樹脂の混合物をシート状に分散させて成
形すると、分散性および絡抱性が悪いためにシート状成
形体に亀裂が多発してしまうという欠点があった。

本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決し、押出機
等に食込みがよく、また、均一な成形体を与える複合樹
脂成形用組成物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、粒子径１ｍ以下の熱可塑性または硬化性の樹
脂粉末が気相成長法炭素繊維に絡抱され、樹脂粉末と気
相成長法炭素繊維の組成比が全量ＩＱＱｗｔ％として樹
脂粉末２０〜９０ｗｔ％、気相成長法炭素繊維ｌＯ〜８
０ｗｔ％である樹脂成形用組成物である。

本発明において熱硬化性樹脂とは、加熱することにより
高分子化合物間で複雑な反応が進み、三次元的な構造に
組織が発生し、熱可塑性状態からついに不溶、不融の状
態に硬化するプラスチックを意味し、例えばフェノール
樹脂、フラン樹脂、キシレン・ホルムアルデヒド樹脂、
尿素樹脂、メラミン樹脂、アニリン樹脂、アルキド樹脂
、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などがある。

本発明において熱可塑性樹脂とは、常温では可塑性を示
さないが適当な温度に加熱することにより可塑性があら
れれる樹脂であり、例えばポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリ−ｐ−キシレン、ポリ酢酸ビニ
ル、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ素系プラスチック、
ポリアクリロニトリル、ポリビニルエーテル、ポリビニ
ルケトン、ポリエーテル、ポリカーボネート、熱可塑性
ポリエステル、ポリアミド、ジエン系プラスチック、ポ
リウレタン系プラスチック等があげられる。

本発明において、樹脂粉末の粒子径とは熱可塑性または
硬化性樹脂の粉末の粒径であり、−大粒子が凝集または
融着している場合は一次粒子の粒径をいう。この粒子径
は１ｆｉ以下であり、好ましくは０．０１μ〜１．０　
ｍｏｗ、さらに好ましくは０．１μ〜０．３ｆｉ、特に
０．１μ〜０．１ｆｉのものが好ましい。

粒子径が大きいと均一な成形体が得られにくい。

また粒子径が小さすぎると取扱いが困難であるため、取
扱いの容易さから一定粒径以上のものを用いるのが便利
である。　　　゛本発明において、気相成長法炭素繊維とは、炭化水素な
どの炭素源を触媒の存在下に加熱して気相成長させて作
られる繊維状の炭素質の物質、これを粉砕したり切断し
たりした種々の形態の炭素質物質、またはこれらを加熱
処理した炭素質もしくは黒鉛質物質である。本発明の気
相成長法炭素繊維は、電子顕微鏡で観察すると、芯の部
分と、これを取巻く、−見して、年輪状の炭素層からな
る特異な形状の繊維およびこれが粉砕、破砕、切断、混
練などの加工を受けたものである。

本発明において、気相成長法炭素繊維の直径は特に限定
されないが、一般には直径５μｍ以下、好ましくは０．
０１〜４μｍ１さらに好ましくは０゜０１〜１μｍ、最
も好ましくは０．０１−０．５ｕｍである。繊維のアス
ペクト比は特に制限されないが、１０〜１０ｓが好まし
く、特に５０〜１０４が好ましい。アスペクト比の大き
い繊維のほうが絡抱性に優れている傾向にあるが、アス
ペクト比が大きすぎると射出成形物の均一性が低下する
傾向にある。

本発明において、気相成長法炭素繊維は、酸性官能基を
有していてもよ（、その場合、繊維の表面接当たり１〜
１００μｅ　ｑ　／　ｒｄが好ましく、２〜５０μｅ　
ｑ　／　ｒｄが特に好ましく、４〜３０μｅｑ／ｎｆが
最も好ましい。酸性官能基を有している繊維は、成形体
の機械物性に優れる傾向にある。

酸性官能基は、気相成長法炭素繊維を酸素などの酸化性
ガスや硝酸などの酸化剤などで酸化することによって導
入され、−Ｃｏ２Ｈ１−ＯＨ等の酸性官能基を有する気
相成長法炭素繊維が得られる。

本発明おいて、絡抱とは、気相成長法炭素繊維の繊維間
に多（の空間が存在しており、その空間に樹脂粉末が存
在しているため、樹脂粉末がその空間から容易に移動、
脱落しないようになっていることであり、あたかも樹脂
粉末が繊維に包みこまれているようになっていることで
ある。従って組成物の移動等における振動や成形時にお
いても繊維と樹脂との分離が生じることなく、分散され
たまま成形されるため、均一な成形体が得られる。

繊維間に路地された樹脂粉末は、繊維に接着しても、し
ていなくてもよいが、樹脂粉末と気相成長法炭素繊維を
攪拌機等で混合中に、樹脂粉末のスキン層の一部が溶け
て、繊維に融着し接着していてもよく、またサイジング
剤や接着剤等で接着されていてもよい。また樹脂粉末は
気相成長法炭素繊維に、均一に分散されて路地されてい
るのが好ましく、より均一な成形体を得ることができる
。

本発明において、気相成長法炭素繊維と樹脂粉末との組
成比は、全量１００ｗｔ％として前者１０〜３Ｑｗｔ％
、後者２０〜９　Ｑ　ｗ　ｔ％であり、好ましくは前者
ｌＯ〜５　Ｑ　ｗ　ｔ％、後者５０〜９０ｗｔ％、特に
好ましくは前者ｌＯ〜４Ｑｗｔ％、後者６０〜９０ｗｔ
％である。気相成長法炭素繊維が１０．　ＯＷ　ｔ％未
満であると路地性が弱くなり、１３Ｑｗｔ％を超えると
樹脂粉末同士の間隔が広（なり、成形時の分散性が悪（
なり、成形時に亀裂が入り易くなる。

本発明の組成物のかさ密度は特に制限されず、後工程に
応じて適宜調整することができる。例えば押出機等スク
リューへ投入する場合、かさ密度は大きくするのが好ま
しく、一方、シート状に分散後成形する場合、かさ密度
は組成物が飛散しない範囲で適宜調整される。かさ密度
は一般には０゜００１〜１．５ｇ／ｃｄの範囲であり、
特に０．Ｏ１〜０．８ｇ／−の範囲が取扱いが容易で便
利である。

このかさ密度は、気相成長法炭素繊維の形態や、樹脂粉
末と混合後、造粒、圧縮、粉砕等によって調整すること
ができる。

本発明の組成物においては、他の無機や有機の繊維状物
、粉状や粒状物を含有していてもよ（、また結晶核剤、
増粘剤、難燃剤、希釈剤、安定剤、酸化防止剤、成形の
際の金型からの離型性をよくするための添加剤等、公知
の種々の配合剤を含有していてもよい。

本発明の組成物は、例えば以下に示したように製造され
る。気相成長法炭素繊維のかさ密度を調整するために、
必要に応じて粉砕する。粉砕は公知の方法でよく、例え
ば適当なミル、ミキサー等が使用される。次に、攪拌可
能な容器中に液体、例えば水、アルコール等の樹脂を完
全には溶解させないものを入れ、これに前記繊維を投入
して攪拌する。液体の量は前記繊維の量を考慮し、適宜
測定される。攪拌時間および回転数は、これらの混合物
がスラリ状になるまで任意に設定される。

次いでこのスラリに所望の種類の樹脂粉末を所定量投入
し、さらに攪拌を続ける。この時間および回転数は任意
に設定されるが、例えば、容器の底に樹脂粉末が残らな
いまで攪拌する。

その後、このスラリを濾過して、乾燥する。濾過の条件
は気相成長法炭素繊維が透過しない濾過材を選定し行な
えばよく、乾燥は樹脂が分解しないような公知の方法で
実施する。このようにして本発明の樹脂組成物が得られ
るが、乾燥後に適当な形状にさらに粉砕してもよい。

また、以下のようにしても製造される。気相成長法炭素
繊維のかさ密度を必要に応じて調整粉砕する。粉砕は公
知の方法で、例えば適当なミル、ミキサー等を使用して
行なわれる。次に高速攪拌機、例えばヘンシェルミキサ
ー等で、均一な形態に調整された気相成長法炭素繊維と
樹脂粉末とを入れ攪拌する。攪拌時間および回転数は、
樹脂粉末が気相成長法炭素繊維に路地されるまで任意に
　　１設定される。この組成物を適当な形状にしてもよ
い。

〔実施例〕

実施例１直径０．１μの気相成長法炭素繊維をミキサーで破砕し
、繊維長を調整した。これを電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、破砕後の繊維長は平均約８０μｍであった。１００
１の攪拌羽根付の減圧可能な混合槽に純水２（ｌと破砕
した気相成長法炭素繊維を２００ｇ入れた。混合槽を密
閉し、減圧下（２Ｑｔｏｒｒ）で攪拌を行ない、完全に
スラリ状にした。次にナイロン６６樹脂粉末（レオナ、
登録商標、タイプ１３００Ｓ、旭化成工業（株）製、低
温粉砕により平均粒径３０μｍに調整したちの＞　８０
０ｇを、スラリ状物中に攪拌しながら徐々に投入した。

これをさらに５００ｒｐｍで１時間攪拌し、複合樹脂成
形用組成物のスラリを得た。

このスラリを濾布に入れて水切り後、遠心親水機で５分
間脱水し、乾燥機（８０℃）で乾燥し、さらに減圧下（
２ｔ　ｏ　ｒ　ｒ）　８０℃で２０時間乾燥した。これ
をヘンシェルミキサーで破砕し、がさ密度を０．３０ｇ
／−に調整した樹脂成形用組成物を得た。

なお、かさ密度は、５００　ｍ　ｉのメスシリンダーに
、一杯に組成物を投入して、上に５ｇの荷重をかけて、
その体積と重量から算出したものである。

このようにして得られた樹脂成形用組成物を３０鶴二軸
混練押出機でペレット化し、評価した。

これらの結果を第１表に要約した。

以下余白第　　　１　　　表実施例２〜６気相成長法炭素繊維とナイロン６６樹脂粉末との組成比
を、第１表に示したように変化させた以外は実施例１と
同様に行なった。これらの結果を第１表に要約した。

比較例１ナイロン６６樹脂（レオナ、登録商標、タイプ１３００
Ｓ、旭化成工業（株）製）のペレット（ペレットの長径
は長さ３ｆｉ、径２Ｍ）７００ｇと実施例１で長さを調
整した気相成長法炭素繊維３００ｇを用いる以外は、実
施例３と同様に行なった。これらの結果を第１表に要約
したが、押出機の食込み性が悪くフィード部でペレット
と繊維との分離が生じ成形はうまくいかなかったが、少
量得られたサンプルで電気伝導性を評価した。しかし、
分散性が悪いため充分な電気伝導性が得られなかった。

比較例２組成比を変える以外は、実施例１と同様の方法で行なっ
た押出機での食込みが悪く途中で実験を中断した。その
結果を第１表に要約した。

〔発明の効果〕

本発明の炭素繊維複合樹脂成形用組成物は、気相成長法
炭素繊維と樹脂粉末が均一に分散されているので、成形
が容易になり、成形体の機械的物性や電気伝導性が向上
し、また成形時の操作性を著しく改善することができる
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）粒子径１ｍｍ以下の熱可塑性または硬化性の樹脂
粉末が気相成長法炭素繊維に絡抱され、樹脂粉末と気相
成長法炭素繊維の組成比が全量１００ｗｔ％として樹脂
粉末２０〜９０ｗｔ％、気相成長法炭素繊維１０〜８０
ｗｔ％である樹脂成形用組成物。