JPWO2020040289A1 - Carbon fiber sheet material, prepreg, molded body, carbon fiber sheet material manufacturing method, prepreg manufacturing method and molded body manufacturing method - Google Patents
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Abstract
本発明の炭素繊維シート材は、複数本の炭素繊維と、前記炭素繊維を結合するバインダーとを含む炭素繊維シート材であって、前記炭素繊維として、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維とを含んでいることを特徴とする。前記第1の炭素繊維の平均長さをLVCF[mm]、前記第2の炭素繊維の平均長さをLRCF[mm]としたとき、1.1≦LVCF/LRCF≦30の関係を満足することが好ましい。The carbon fiber sheet material of the present invention is a carbon fiber sheet material containing a plurality of carbon fibers and a binder for binding the carbon fibers, and the carbon fibers are the first carbon fibers which are virgin carbon fibers. And a second carbon fiber, which is a recycled carbon fiber. When the average length of the first carbon fiber is LVCF [mm] and the average length of the second carbon fiber is LRCF [mm], the relationship of 1.1 ≦ LVCF / LRCF ≦ 30 is satisfied. Is preferable.
Description
本発明は、炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体、炭素繊維シート材の製造方法、プリプレグの製造方法および成形体の製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon fiber sheet material, a prepreg, a molded product, a method for producing a carbon fiber sheet material, a method for producing a prepreg, and a method for producing a molded product.
繊維強化シート材やこれを用いた繊維強化樹脂成形体は、車両や航空機等の各種分野に使用されている。特に、繊維強化プラスチック(FRP)は、埋設される強化繊維でプラスチックが補強されることから、プラスチック単体では到底に実現できない優れた強度を実現することができる。 Fiber reinforced sheet materials and fiber reinforced resin molded products using the same are used in various fields such as vehicles and aircraft. In particular, fiber reinforced plastic (FRP) can realize excellent strength that cannot be achieved by plastic alone because the plastic is reinforced by the reinforced fibers to be embedded.
中でも、特に優れた物性を有する炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastics:CFRP)が注目されている(特許文献1参照)。 Among them, carbon fiber reinforced plastics (CFRP) using carbon fibers having particularly excellent physical properties are attracting attention (see Patent Document 1).
従来のCFRPでは、炭素繊維の優れた物性を生かすため、長い炭素繊維が用いられ、炭素繊維を織物として用いることが多かった。 In conventional CFRP, long carbon fibers are used in order to take advantage of the excellent physical properties of carbon fibers, and carbon fibers are often used as a woven fabric.
しかしながら、このようなCFRPでは、プリプレグ等のシート材から、所定の三次元構造を有する成形体を製造する際の成形性に劣るという問題があった。また、製造された成形体においては、繊維と樹脂材料との分布に不本意なばらつきを生じやすく、例えば、成形体の表面付近に、炭素繊維が多く露出している領域と、炭素繊維の露出量が少なく樹脂材料が多く露出している領域とが併存する場合があり、局所的な強度が低下する等の問題があった。 However, such CFRP has a problem that it is inferior in moldability when producing a molded product having a predetermined three-dimensional structure from a sheet material such as a prepreg. Further, in the manufactured molded product, the distribution of the fibers and the resin material is likely to be unintentionally varied. For example, in the vicinity of the surface of the molded product, a region where many carbon fibers are exposed and an exposed carbon fiber. There are cases where the amount is small and the area where the resin material is exposed coexists, and there is a problem that the local strength is lowered.
また、資源の有効利用等の観点から、炭素繊維についてもリサイクルを行うことが求められている。 In addition, from the viewpoint of effective use of resources, carbon fiber is also required to be recycled.
しかしながら、従来においては、リサイクルされた炭素繊維を用いた場合、満足のいく強度や信頼性が得られないという問題があった。 However, in the past, when recycled carbon fiber was used, there was a problem that satisfactory strength and reliability could not be obtained.
本発明の目的は、強度、信頼性に優れた成形体を提供すること、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができるプリプレグを提供すること、それ自身の強度、信頼性に優れるとともに、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができる炭素繊維シート材を提供すること、また、これらを安定的に製造することができる製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a molded product having excellent strength and reliability, and to provide a prepreg that can be used for producing a molded product having excellent strength and reliability with excellent moldability. To provide a carbon fiber sheet material which is excellent in its own strength and reliability and can be used for producing a molded product having excellent strength and reliability with excellent moldability, and stably producing these. The purpose is to provide a manufacturing method that can be used.
このような目的は、下記(1)〜(27)に記載の本発明により達成される。
(1) 複数本の炭素繊維と、前記炭素繊維を結合するバインダーとを含む炭素繊維シート材であって、
前記炭素繊維として、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維とを含んでいることを特徴とする炭素繊維シート材。Such an object is achieved by the present invention described in the following (1) to (27).
(1) A carbon fiber sheet material containing a plurality of carbon fibers and a binder for binding the carbon fibers.
A carbon fiber sheet material containing, as the carbon fiber, a first carbon fiber which is a virgin carbon fiber and a second carbon fiber which is a recycled carbon fiber.
(2) 前記第2の炭素繊維の平均長さが前記第1の炭素繊維の平均長さよりも短い上記(1)に記載の炭素繊維シート材。 (2) The carbon fiber sheet material according to (1) above, wherein the average length of the second carbon fiber is shorter than the average length of the first carbon fiber.
(3) 前記第1の炭素繊維の平均長さをLVCF[mm]、前記第2の炭素繊維の平均長さをLRCF[mm]としたとき、1.1≦LVCF/LRCF≦30の関係を満足する上記(2)に記載の炭素繊維シート材。(3) When the average length of the first carbon fiber is LVCF [mm] and the average length of the second carbon fiber is LRCF [mm], 1.1 ≤ L VCF / L RCF ≤ The carbon fiber sheet material according to (2) above, which satisfies the relationship of 30.
(4) 前記第2の炭素繊維の平均長さが1.0mm以上10mm以下である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の炭素繊維シート材。 (4) The carbon fiber sheet material according to any one of (1) to (3) above, wherein the average length of the second carbon fiber is 1.0 mm or more and 10 mm or less.
(5) 前記第1の炭素繊維の含有率をXVCF[質量%]、前記第2の炭素繊維の含有率をXRCF[質量%]としたとき、0.006≦XVCF/XRCF≦1.0の関係を満足する上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の炭素繊維シート材。(5) When the content of the first carbon fiber is X VCF [mass%] and the content of the second carbon fiber is X RCF [mass%], 0.006 ≤ X VCF / X RCF ≤ The carbon fiber sheet material according to any one of (1) to (4) above, which satisfies the relationship of 1.0.
(6) 前記第2の炭素繊維は、その表面に、当該第2の炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および/または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものである上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の炭素繊維シート材。 (6) The second carbon fiber is obtained by adhering an organic component derived from a recycled raw material of the second carbon fiber and / or a carbide of the organic component as an deposit on the surface thereof (1) to the above. The carbon fiber sheet material according to any one of (5).
(7) 前記第2の炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が2%以上40%以下である上記(6)に記載の炭素繊維シート材。 (7) The carbon fiber sheet material according to (6) above, wherein the coverage of the deposits on the surface of the second carbon fiber is 2% or more and 40% or less.
(8) 前記付着物により、複数本の前記第2の炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含む上記(6)または(7)に記載の炭素繊維シート材。 (8) The carbon fiber sheet material according to (6) or (7) above, which comprises a bundle-like body in which a plurality of the second carbon fibers are bonded by the deposit to form a bundle.
(9) 前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が2以上500以下である上記(8)に記載の炭素繊維シート材。 (9) The carbon fiber sheet material according to (8) above, wherein the aspect ratio, which is the ratio of the length to the width of the bundle, is 2 or more and 500 or less.
(10) 上記(1)ないし(9)のいずれかに記載の炭素繊維シート材に、樹脂材料を含浸させてなることを特徴とするプリプレグ。 (10) A prepreg obtained by impregnating the carbon fiber sheet material according to any one of (1) to (9) above with a resin material.
(11) 複数本の炭素繊維と、複数本の樹脂繊維と、前記炭素繊維、前記樹脂繊維を結合するバインダーとを含むプリプレグであって、
前記炭素繊維として、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維とを含んでいることを特徴とするプリプレグ。(11) A prepreg containing a plurality of carbon fibers, a plurality of resin fibers, the carbon fibers, and a binder for binding the resin fibers.
The prepreg is characterized by containing, as the carbon fiber, a first carbon fiber which is a virgin carbon fiber and a second carbon fiber which is a recycled carbon fiber.
(12) 前記樹脂繊維の平均長さが2.0mm以上20mm以下である上記(11)に記載のプリプレグ。 (12) The prepreg according to (11) above, wherein the average length of the resin fibers is 2.0 mm or more and 20 mm or less.
(13) 前記炭素繊維の含有率をXCF[質量%]、前記樹脂繊維の含有率をXRF[質量%]としたとき、0.30≦XCF/XRF≦28の関係を満足する上記(11)または(12)に記載のプリプレグ。(13) When the carbon fiber content is X CF [mass%] and the resin fiber content is X RF [mass%], the relationship of 0.30 ≤ X CF / X RF ≤ 28 is satisfied. The prepreg according to (11) or (12) above.
(14) 前記炭素繊維の平均長さをLCF[mm]、前記樹脂繊維の平均長さをLRF[mm]としたとき、0.10≦LRF/LCF≦18の関係を満足する上記(11)ないし(13)のいずれかに記載のプリプレグ。(14) When the average length of the carbon fibers is L CF [mm] and the average length of the resin fibers is L RF [mm], the relationship of 0.10 ≤ L RF / L CF ≤ 18 is satisfied. The prepreg according to any one of (11) to (13) above.
(15) 前記第2の炭素繊維の平均長さが前記第1の炭素繊維の平均長さよりも短い上記(11)ないし(14)のいずれかに記載のプリプレグ。 (15) The prepreg according to any one of (11) to (14) above, wherein the average length of the second carbon fiber is shorter than the average length of the first carbon fiber.
(16) 前記第1の炭素繊維の平均長さをLVCF[mm]、前記第2の炭素繊維の平均長さをLRCF[mm]としたとき、1.1≦LVCF/LRCF≦30の関係を満足する上記(15)に記載のプリプレグ。(16) When the average length of the first carbon fiber is LVCF [mm] and the average length of the second carbon fiber is LRCF [mm], 1.1 ≤ L VCF / L RCF ≤ The prepreg according to (15) above, which satisfies the relationship of 30.
(17) 前記第2の炭素繊維の平均長さが1.0mm以上10mm以下である上記(11)ないし(16)のいずれかに記載のプリプレグ。 (17) The prepreg according to any one of (11) to (16) above, wherein the average length of the second carbon fiber is 1.0 mm or more and 10 mm or less.
(18) 前記第1の炭素繊維の含有率をXVCF[質量%]、前記第2の炭素繊維の含有率をXRCF[質量%]としたとき、0.006≦XVCF/XRCF≦1.0の関係を満足する上記(11)ないし(17)のいずれかに記載のプリプレグ。(18) When the content of the first carbon fiber is X VCF [mass%] and the content of the second carbon fiber is X RCF [mass%], 0.006 ≤ X VCF / X RCF ≤ The prepreg according to any one of (11) to (17) above, which satisfies the relationship of 1.0.
(19) 前記第2の炭素繊維は、その表面に、当該第2の炭素繊維のリサイクル原料由来の有機成分および/または当該有機成分の炭化物が付着物として付着したものである上記(11)ないし(18)のいずれかに記載のプリプレグ。 (19) The second carbon fiber is obtained by adhering an organic component derived from a recycled raw material of the second carbon fiber and / or a carbide of the organic component as an deposit on the surface thereof (11) to the above. The prepreg according to any one of (18).
(20) 前記第2の炭素繊維の表面への前記付着物の被覆率が2%以上40%以下である上記(19)に記載のプリプレグ。 (20) The prepreg according to (19) above, wherein the coverage of the deposit on the surface of the second carbon fiber is 2% or more and 40% or less.
(21) 前記付着物により、複数本の前記第2の炭素繊維が結合し、束状になった束状体を含む上記(19)または(20)に記載のプリプレグ。 (21) The prepreg according to (19) or (20) above, which comprises a bundle-like body in which a plurality of the second carbon fibers are bonded by the deposit to form a bundle.
(22) 前記束状体の幅に対する長さの比率であるアスペクト比が2以上500以下である上記(21)に記載のプリプレグ。 (22) The prepreg according to (21) above, wherein the aspect ratio, which is the ratio of the length to the width of the bundle, is 2 or more and 500 or less.
(23) 上記(10)ないし(22)のいずれかに記載のプリプレグを加熱加圧成形してなることを特徴とする成形体。 (23) A molded product obtained by heat-press molding the prepreg according to any one of (10) to (22) above.
(24) バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維と、前記第1の炭素繊維および前記第2の炭素繊維を結合するバインダーとを混抄する工程を有することを特徴とする炭素繊維シート材の製造方法。 (24) A mixed extract of a first carbon fiber which is a virgin carbon fiber, a second carbon fiber which is a recycled carbon fiber, and a binder that binds the first carbon fiber and the second carbon fiber. A method for producing a carbon fiber sheet material, which comprises a step of making a carbon fiber sheet material.
(25) 上記(24)に記載の方法を用いて製造された炭素繊維シート材に、樹脂材料を含浸させる工程を有することを特徴とするプリプレグの製造方法。 (25) A method for producing a prepreg, which comprises a step of impregnating a carbon fiber sheet material produced by the method described in (24) above with a resin material.
(26) バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維と、樹脂繊維と、前記第1の炭素繊維、前記第2の炭素繊維および前記樹脂繊維を結合するバインダーとを混抄する工程を有することを特徴とするプリプレグの製造方法。 (26) A first carbon fiber which is a virgin carbon fiber, a second carbon fiber which is a recycled carbon fiber, a resin fiber, the first carbon fiber, the second carbon fiber and the resin. A method for producing prepreg, which comprises a step of mixing with a binder for binding fibers.
(27) 上記(25)または(26)に記載の方法を用いて製造されたプリプレグを加熱加圧成形する工程を有することを特徴とする成形体の製造方法。 (27) A method for producing a molded product, which comprises a step of heat-press molding a prepreg produced by using the method according to (25) or (26) above.
本発明によれば、強度、信頼性に優れた成形体を提供すること、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができるプリプレグを提供すること、それ自身の強度、信頼性に優れるとともに、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができる炭素繊維シート材を提供すること、また、これらを安定的に製造することができる製造方法を提供することができる。 According to the present invention, to provide a molded product having excellent strength and reliability, and to provide a prepreg that can be used for producing a molded product having excellent strength and reliability with excellent moldability. To provide a carbon fiber sheet material which is excellent in its own strength and reliability and can be used for producing a molded product having excellent strength and reliability with excellent moldability, and stably producing these. It is possible to provide a manufacturing method that can be used.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。また、本明細書において、「シート材」とは、単体のシート材のほか、これらを複数層に積層した積層体、マット状、塊状の形態のものを含む意味で使用する。Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
In the following description, members of the same or the same quality are shown with the same name and reference numeral, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Further, in the present specification, the term "sheet material" is used to include not only a single sheet material but also a laminated body in which these are laminated in a plurality of layers, a mat-like shape, and a lump-like shape.
[炭素繊維シート材]
まず、本発明の炭素繊維シート材について説明する。[Carbon fiber sheet material]
First, the carbon fiber sheet material of the present invention will be described.
図1は、本発明の炭素繊維シート材の好適な実施形態を模式的に示す平面図、図2は、本発明の炭素繊維シート材の好適な実施形態を模式的に示す縦断面図である。なお、図2中、付着物2、バインダー20の図示は省略した。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a preferred embodiment of the carbon fiber sheet material of the present invention, and FIG. 2 is a vertical sectional view schematically showing a preferred embodiment of the carbon fiber sheet material of the present invention. .. In FIG. 2, the
炭素繊維シート材100は、複数本の炭素繊維1と、炭素繊維1を結合するバインダー20とを含む。そして、炭素繊維1として、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維11と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維12とを含んでいる。
The carbon
このような構成により、強度、信頼性に優れた炭素繊維シート材100を提供することができる。また、このような炭素繊維シート材100は、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに好適に用いることができる。
With such a configuration, it is possible to provide the carbon
より詳しく説明すると以下のとおりである。すなわち、品質の劣化等が生じにくく、より高い品質を有するバージンの炭素繊維である第1の炭素繊維11を含むことにより、炭素繊維シート材100全体としての強度、信頼性を優れたものとすることができ、炭素繊維シート材100を用いて製造される成形体の強度も優れたものとすることができる。また、リサイクルされた炭素繊維は、一般に、バインダー等の樹脂材料との親和性に優れており、バージンの炭素繊維を用いる場合に比べて、炭素繊維シート材の加工性、成形性を優れたものとすることができ、炭素繊維シート材を用いて製造される成形体における不良の発生を好適に防止することができ、成形体の信頼性を優れたものとすることができる。また、成形不良を生じにくいため、微細な構造を有する成形体や曲率半径の小さい部位を有する成形体の製造にも好適に適用することができる。また、リサイクルされた炭素繊維は、一般に、リサイクル時に形成された破断部が比較的荒れた状態になりやすく、繊維同士の絡み、引っ掛かり等が起こりやすくなるとともに、バインダー20等の樹脂材料との密着性も優れたものになりやすい。また、リサイクルされた炭素繊維は、そのリサイクル条件により、後述するような付着物2の付着量(被覆率)や構成材料、所定の形状の束状体10の形成等を好適に制御することができ、炭素繊維シート材100や成形体等の品質を安定的かつ容易に優れたものとすることができる。
A more detailed explanation is as follows. That is, the strength and reliability of the carbon
また、成形体の製造時に優れた成形性が得られるため、成形体の製造条件(例えば、温度、圧力等)を緩和することができる。したがって、製造装置として簡易な構成のものを用いたり、製造装置への負荷を抑制し、製造装置の長寿命化を図ったりすることができる。また、成形体の生産コスト抑制の観点からも有利である。 Further, since excellent moldability can be obtained during the production of the molded product, the manufacturing conditions (for example, temperature, pressure, etc.) of the molded product can be relaxed. Therefore, it is possible to use a manufacturing apparatus having a simple structure, suppress the load on the manufacturing apparatus, and extend the life of the manufacturing apparatus. It is also advantageous from the viewpoint of suppressing the production cost of the molded product.
また、炭素繊維の含有率を高めても、優れた成形性を維持することができるため、樹脂材料の含有率を低くすることができ、成形体において、炭素繊維が有している優れた性質(例えば、強度、熱伝導性、導電性等)をより効果的に発揮させることができる。 Further, even if the carbon fiber content is increased, the excellent moldability can be maintained, so that the resin material content can be lowered, and the excellent properties of the carbon fiber in the molded product can be reduced. (For example, strength, thermal conductivity, conductivity, etc.) can be exhibited more effectively.
また、リサイクルされた第2の炭素繊維12を用いることにより、省資源、環境負荷の低減等の観点からも好ましい。
It is also preferable to use the recycled
これに対し、上記のような条件を満足しないと上記のような優れた効果は得られない。
例えば、炭素繊維として、バージンの炭素繊維のみを用い、リサイクルされた炭素繊維を用いなかった場合には、炭素繊維とバインダー等の樹脂材料との密着性を十分に優れたものとすること等が困難となり、炭素繊維シート材や当該炭素繊維シート材を用いて製造されるプリプレグの成形性や、炭素繊維シート材や当該炭素繊維シート材を用いて製造される成形体等の信頼性を十分に優れたものとすることが困難である。On the other hand, if the above conditions are not satisfied, the above excellent effect cannot be obtained.
For example, when only virgin carbon fiber is used as the carbon fiber and recycled carbon fiber is not used, the adhesion between the carbon fiber and the resin material such as a binder may be sufficiently excellent. It became difficult, and the formability of the carbon fiber sheet material and the prepreg produced by using the carbon fiber sheet material and the reliability of the carbon fiber sheet material and the molded body produced by using the carbon fiber sheet material were sufficiently improved. It is difficult to make it excellent.
また、炭素繊維として、リサイクルされた炭素繊維のみを用い、バージンの炭素繊維を用いなかった場合には、炭素繊維シートや当該炭素繊維シートを用いて製造される成形体等の強度を十分に優れたものとすることが困難である。 Further, when only recycled carbon fiber is used as the carbon fiber and no virgin carbon fiber is used, the strength of the carbon fiber sheet and the molded product produced by using the carbon fiber sheet is sufficiently excellent. It is difficult to make it.
(第1の炭素繊維)
前述したように、炭素繊維シート材100は、炭素繊維1としてバージンの炭素繊維(第1の炭素繊維11)を含んでいる。(First carbon fiber)
As described above, the carbon
品質の劣化等が生じにくく、より高い品質を有するバージンの炭素繊維である第1の炭素繊維11を含むことにより、炭素繊維シート材100全体としての強度、信頼性を優れたものとすることができ、炭素繊維シート材100を用いて製造される成形体の強度も優れたものとすることができる。
By including the
また、後に詳述する第2の炭素繊維12(リサイクルされた炭素繊維)とともに、第1の炭素繊維11(バージンの炭素繊維)を含むことにより、例えば、バージンの炭素繊維を用いない場合に比べて、複数本の炭素繊維が結合して束状になった束状体と束状になっていない炭素繊維との比率や、炭素繊維の長さの分布を好適に調整することができる。その結果、炭素繊維シート材100や成形体の特性を好適に制御することができる。
Further, by including the first carbon fiber 11 (virgin carbon fiber) together with the second carbon fiber 12 (recycled carbon fiber) described in detail later, for example, as compared with the case where the virgin carbon fiber is not used. Therefore, the ratio of the bundled body in which a plurality of carbon fibers are bonded to form a bundle and the carbon fibers not formed into a bundle, and the distribution of the lengths of the carbon fibers can be preferably adjusted. As a result, the characteristics of the carbon
第1の炭素繊維11の平均長さ(後述するプリプレグ200、成形体に含まれる第1の炭素繊維11の平均長さについても同様)は、1.5mm以上30mm以下であるのが好ましく、2.0mm以上20mm以下であるのがより好ましく、4.0mm以上16mm以下であるのがさらに好ましい。
The average length of the first carbon fibers 11 (the same applies to the
これにより、炭素繊維シート材100、成形体等の強度をより優れたものとしつつ、成形時における不良等をより効果的に防止することができ、炭素繊維シート材100、成形体等の信頼性をより優れたものとすることができる。
As a result, it is possible to more effectively prevent defects during molding while making the strength of the carbon
なお、本発明において、繊維の平均長さとしては、例えば、無作為に選択した顕微鏡観察の視野中に含まれる繊維を無作為に100本抽出し、これらの長さの平均値を採用することができる。なお、1つの視野中に100本の繊維が含まれない場合、異なる複数の視野において、合計100本の繊維を無作為に抽出し、これらの長さの平均値を、平均長さとして採用することができる。 In the present invention, as the average length of fibers, for example, 100 fibers contained in a randomly selected field of view of microscopic observation are randomly selected, and the average value of these lengths is adopted. Can be done. When 100 fibers are not included in one field of view, a total of 100 fibers are randomly sampled in a plurality of different fields of view, and the average value of these lengths is adopted as the average length. be able to.
第1の炭素繊維11の平均幅(後述するプリプレグ200、成形体に含まれる第1の炭素繊維11の平均幅についても同様)は、1.0μm以上20μm以下であるのが好ましく、2.0μm以上18μm以下であるのがより好ましく、3.0μm以上15μm以下であるのがさらに好ましい。
The average width of the first carbon fibers 11 (the same applies to the
これにより、炭素繊維シート材100や成形体等の強度を十分に優れたものとしつつ、炭素繊維シート材100等の加工性、成形性を特に優れたものとすることができる。また、炭素繊維シート材100や成形体等の表面に不本意な凹凸が生じてしまうことをより効果的に防止することができる。
As a result, the strength of the carbon
なお、本明細書において、繊維の平均幅としては、例えば、無作為に選択した顕微鏡観察の視野中に含まれる繊維を無作為に100本抽出し、これらの幅の平均値を採用することができる。なお、1つの視野中に100本の繊維が含まれない場合、異なる複数の視野において、合計100本の繊維を無作為に抽出し、これらの幅の平均値を、平均幅として採用することができる。 In the present specification, as the average width of the fibers, for example, 100 fibers contained in a randomly selected field of view of microscopic observation may be randomly selected, and the average value of these widths may be adopted. can. If 100 fibers are not included in one field of view, a total of 100 fibers may be randomly sampled in a plurality of different fields of view, and the average value of these widths may be adopted as the average width. can.
炭素繊維シート材100中における第1の炭素繊維11の含有率は、0.5質量%以上40質量%以下であるのが好ましく、1.0質量%以上30質量%以下であるのがより好ましく、1.5質量%以上20質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of the
このような条件を満足することにより、第1の炭素繊維11と第2の炭素繊維12とが併存することによる効果(相乗効果)がより顕著に発揮される。
By satisfying such a condition, the effect (synergistic effect) due to the coexistence of the
なお、第1の炭素繊維11としては、異なる条件で製造した複数種の炭素繊維を用いてもよい。
As the
(第2の炭素繊維)
前述したように、炭素繊維シート材100は、炭素繊維1としてリサイクルされた炭素繊維(第2の炭素繊維12)を含んでいる。(Second carbon fiber)
As described above, the carbon
第2の炭素繊維12の平均長さは、特に限定されないが、第1の炭素繊維11の平均長さよりも短いのが好ましい。
The average length of the
これにより、炭素繊維シート材100やプリプレグ等の成形性をより優れたものとすることができる。また、成形時における不良の発生(例えば、繊維と樹脂材料との分布の不本意なばらつきによる局所的な強度の低下、外観不良等)をより効果的に防止することができる。また、成形不良を生じにくいため、微細な構造を有する成形体や曲率半径の小さい部位を有する成形体の製造にもより好適に適用することができる。
As a result, the moldability of the carbon
第1の炭素繊維11の平均長さをLVCF[mm]、第2の炭素繊維12の平均長さをLRCF[mm]としたとき、1.1≦LVCF/LRCF≦30の関係を満足するのが好ましく、1.3≦LVCF/LRCF≦12の関係を満足するのがより好ましく、1.8≦LVCF/LRCF≦7.0の関係を満足するのがさらに好ましい。When the average length of the
これにより、前述した効果がより顕著に発揮されるとともに、炭素繊維シート材100や成形体等の強度をより優れたものとすることができる。
As a result, the above-mentioned effects can be exhibited more remarkably, and the strength of the carbon
第2の炭素繊維12の平均長さ(後述するプリプレグ200、成形体に含まれる第2の炭素繊維12の平均長さについても同様)の具体的な値は、特に限定されないが、1.0mm以上10mm以下であるのが好ましく、1.5mm以上9.0mm以下であるのがより好ましく、2.0mm以上8.0mm以下であるのがさらに好ましい。
The specific value of the average length of the second carbon fiber 12 (the same applies to the
これにより、前述した効果がより顕著に発揮されるとともに、炭素繊維シート材100や成形体等の強度をより優れたものとすることができる。また、熱履歴を受けた場合でも内部応力がたまりにくく、寸法精度を優れたものとすることができ、また、成形体の使用時における不本意な変形等も生じにくい。
As a result, the above-mentioned effects can be exhibited more remarkably, and the strength of the carbon
第2の炭素繊維12の平均幅(後述するプリプレグ200、成形体に含まれる第2の炭素繊維12の平均幅についても同様)は、1.0μm以上20μm以下であるのが好ましく、2.0μm以上18μm以下であるのがより好ましく、3.0μm以上15μm以下であるのがさらに好ましい。
The average width of the second carbon fiber 12 (the same applies to the
これにより、炭素繊維シート材100や成形体等の強度を十分に優れたものとしつつ、炭素繊維シート材100等の加工性、成形性を特に優れたものとすることができる。また、炭素繊維シート材100や成形体等の表面に不本意な凹凸が生じてしまうことをより効果的に防止することができる。
As a result, the strength of the carbon
第2の炭素繊維12は、リサイクルされたものであればよいが、炭素繊維強化プラスチック(Carbon Fiber Reinforced Plastics:CFRP)からリサイクルされたものであるのが好ましい。
The
CFRPには、一般に良質の炭素繊維が用いられており、CFRPからリサイクルされた第2の炭素繊維12を用いることにより、炭素繊維シート材100、成形体等の品質をより優れたものとすることができる。また、CFRPをリサイクル原料として用いることにより、後述する束状体10の形成や、付着物2の組成や付着量等の調整をより好適に制御することができる。
High-quality carbon fibers are generally used for CFRP, and by using the
第2の炭素繊維12は、いかなる方法でリサイクルしてもよいが、例えば、破砕・粉砕したリサイクル原料に熱処理を施すことにより、好適に得ることができる。
The
リサイクル原料に対する熱処理条件は、特に限定されないが、例えば、空気雰囲気下での300℃以上400℃以下の温度の第1の加熱処理(主として、樹脂材料の熱分解を目的とする熱処理)と、空気雰囲気下での400℃以上600℃以下の温度の第2の加熱処理(主に、炭化した残留物の除去を目的とする熱処理)とを行うことにより、上記のような条件を満足する第2の炭素繊維12を好適に得ることができる。
The heat treatment conditions for the recycled raw material are not particularly limited, but for example, a first heat treatment at a temperature of 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in an air atmosphere (heat treatment mainly for the purpose of thermal decomposition of the resin material) and air. A second heat treatment (mainly a heat treatment for the purpose of removing carbonized residue) at a temperature of 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower in an atmosphere satisfies the above conditions.
なお、第2の炭素繊維12としては、異なる条件でリサイクルした複数種の炭素繊維を用いてもよい。
As the
本実施形態では、第2の炭素繊維12は、その表面に、第2の炭素繊維12のリサイクル原料(例えば、CFRP等)由来の有機成分および/または当該有機成分の炭化物が付着物2として付着したものである。
In the present embodiment, the organic component derived from the recycled raw material (for example, CFRP, etc.) of the
このような付着物2は、一般に、バージンの炭素繊維に後処理として付着させた付着物に比べて、炭素繊維に対する密着性に優れている。また、このような付着物2は、バインダー20や樹脂材料(含浸樹脂)30等との親和性に優れている。したがって、炭素繊維シート材100、成形体等の強度、信頼性のさらなる向上を図る上で有利である。また、第2の炭素繊維12の表面に付着物2が付着していることにより、後述する束状体10をより好適に形成することができ、束状体10の強度、安定性をより優れたものとすることができる。
前記有機成分としては、例えば、サイジング剤、マトリックス樹脂等が挙げられる。
Examples of the organic component include a sizing agent and a matrix resin.
第2の炭素繊維12の表面への付着物2の被覆率(後述するプリプレグ200、成形体に含まれる第2の炭素繊維12の表面への付着物2の被覆率についても同様)は、特に限定されないが、2%以上40%以下であるのが好ましく、4%以上30%以下であるのがより好ましく、6%以上20%以下であるのがさらに好ましい。
The coverage of the
これにより、炭素繊維シート材100や成形体の強度、信頼性をより向上させることができる。
Thereby, the strength and reliability of the carbon
また、本実施形態では、複数本の第2の炭素繊維12が結合し、束状になった束状体10を含んでいる。
Further, in the present embodiment, a bundle-shaped
これにより、炭素繊維シート材100や成形体の強度、信頼性をより向上させることができる。
Thereby, the strength and reliability of the carbon
特に、本実施形態では、付着物2により、複数本の第2の炭素繊維12が結合し、束状になった束状体10を含んでいる。
In particular, in the present embodiment, the
これにより、束状体10自体の強度、安定性を向上させることができ、炭素繊維シート材100や成形体の強度、信頼性をさらに向上させることができる。
Thereby, the strength and stability of the bundled
束状体10の幅Wに対する長さLの比率(L/W)であるアスペクト比(後述するプリプレグ200、成形体中に含まれる束状体10についても同様)は、2以上500以下であるのが好ましく、10以上450以下であるのがより好ましく、20以上400以下であるのがさらに好ましい。
The aspect ratio (the same applies to the
このような条件を満足することにより、成形体の製造時における成形性(曲げ等の加工性)等をより優れたものとしつつ、炭素繊維シート材100や成形体の強度、信頼性をさらに向上させることができる。
By satisfying such conditions, the strength and reliability of the carbon
なお、炭素繊維シート材100(後述するプリプレグ200、成形体についても同様)が複数個の束状体10を含んでいる場合、これら複数個の束状体10についてのアスペクト比の平均値が前記のような条件を満足するのが好ましい。
When the carbon fiber sheet material 100 (the same applies to the
なお、アスペクト比の平均値は、例えば、無作為に選択した顕微鏡観察の視野中に含まれる束状体10を無作為に100個抽出し、これらについてのアスペクト比を求めた場合のこれらの平均値を採用することができる。なお、1つの視野中に100個の束状体が含まれない場合、異なる複数の視野において、合計100個の束状体10を無作為に抽出し、これらについてのアスペクト比の平均値を採用することができる。
The average value of the aspect ratio is, for example, the average of 100
また、図示の構成では、炭素繊維シート材100(後述するプリプレグ200、成形体についても同様)には、束状体10を構成する第2の炭素繊維12に加えて、束状体10を構成しない第2の炭素繊維12も含まれている。
Further, in the illustrated configuration, the carbon fiber sheet material 100 (the same applies to the
これにより、優れた強度と取り扱いのし易さ(成形性を含む)とをより高いレベルで両立することができる。 As a result, both excellent strength and ease of handling (including moldability) can be achieved at a higher level.
炭素繊維シート材100中における第1の炭素繊維11の含有率をXVCF[質量%]、第2の炭素繊維12の含有率をXRCF[質量%]としたとき、0.006≦XVCF/XRCF≦1.0の関係を満足するのが好ましく、0.015≦XVCF/XRCF≦0.60の関係を満足するのがより好ましく、0.020≦XVCF/XRCF≦0.33の関係を満足するのがさらに好ましい。When the content of the
このような条件を満足することにより、第1の炭素繊維11と第2の炭素繊維12とが併存することによる効果(相乗効果)がより顕著に発揮される。
By satisfying such a condition, the effect (synergistic effect) due to the coexistence of the
炭素繊維シート材100中における第2の炭素繊維12の含有率は、40質量%以上99質量%以下であるのが好ましく、50質量%以上98質量%以下であるのがより好ましく、60質量%以上97質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of the
このような条件を満足することにより、第1の炭素繊維11と第2の炭素繊維12とが併存することによる効果(相乗効果)がより顕著に発揮される。
By satisfying such a condition, the effect (synergistic effect) due to the coexistence of the
炭素繊維シート材100中における炭素繊維1の含有率(第1の炭素繊維11の含有率と第2の炭素繊維12の含有率との和)は、50質量%以上99.5質量%以下であるのが好ましく、54質量%以上99質量%以下であるのがより好ましく、63質量%以上98.5質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of
このような条件を満足することにより、炭素繊維1が本来有している特徴がより効果的に発揮され、炭素繊維シート材100や成形体の強度、信頼性等をより優れたものとすることができる。
By satisfying such conditions, the original characteristics of the
(バインダー)
バインダー20は、炭素繊維1(第1の炭素繊維11および第2の炭素繊維12)を結合する機能を有している。また、バインダー20が、炭素繊維シート材100を用いて製造される成形体中に残存するものである場合、成形体においてマトリックス樹脂の一部を構成するものであってもよい。(binder)
The
なお、バインダー20は、炭素繊維1を直接結合するものであってもよいし、他の成分(例えば、付着物2や後述するその他の成分等)を介して、炭素繊維1同士を結合するものであってもよい。
The
バインダー20としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ナイロン6、ナイロン6,6等のポリアミド;ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ酢酸ビニル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂や、これらの共重合体や、変性樹脂、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the
中でも、バインダー20は、ポリビニルアルコールであるのが好ましい。
これにより、バインダー20が炭素繊維1同士をより好適に結合、固定化することができ、炭素繊維シート材100に、好適なドレープ性を付与することができる。Above all, the
As a result, the
炭素繊維シート材100中におけるバインダー20の含有率は、0.5質量%以上50質量%以下であるのが好ましく、1.0質量%以上45質量%以下であるのがより好ましく、1.5質量%以上35質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of the
このような条件を満足することにより、炭素繊維1が本来有している特徴がより効果的に発揮され、炭素繊維シート材100や成形体の強度、信頼性等をより優れたものとすることができる。
By satisfying such conditions, the original characteristics of the
(その他の成分)
炭素繊維シート材100は、前述した以外の成分(その他の成分)を含んでいてもよい。(Other ingredients)
The carbon
このような成分としては、例えば、可塑剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、軟化剤、改質剤、防錆剤、充填剤、表面潤滑剤、腐食防止剤、耐熱安定剤、滑剤、プライマー、帯電防止剤、重合禁止剤、架橋剤、触媒、レベリング剤、増粘剤、分散剤、老化防止剤、難燃剤、加水分解防止剤、腐食防止剤、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、セルロースナノファイバー、フラーレン、グラファイト等が挙げられる。 Such components include, for example, plasticizers, colorants, antioxidants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, softeners, modifiers, rust inhibitors, fillers, surface lubricants, corrosion inhibitors, heat resistant agents. Stabilizers, lubricants, primers, antistatic agents, polymerization inhibitors, cross-linking agents, catalysts, leveling agents, thickeners, dispersants, anti-aging agents, flame retardants, antioxidants, corrosion inhibitors, carbon nanotubes, carbon Examples thereof include nanofibers, cellulose nanofibers, fullerene, and graphite.
炭素繊維シート材100の厚さは、特に限定されないが、0.15mm以上2.5mm以下であるのが好ましく、0.20mm以上2.0mm以下であるのがより好ましく、0.25mm以上1.5mm以下であるのがさらに好ましい。
The thickness of the carbon
これにより、炭素繊維シート材100の取り扱いのし易さ、プリプレグ200等の製造のし易さ、成形体とする時の成形性等をより優れたものとすることができる。
As a result, the ease of handling the carbon
炭素繊維シート材100の用途は、特に限定されず、例えば、後述するプリプレグや成形体の製造に用いるものや、放熱シート・フィン、導電性シート、電磁波シールド材、電極材等として用いることができる。
The use of the carbon
[プリプレグ]
次に、本発明のプリプレグについて説明する。[Prepreg]
Next, the prepreg of the present invention will be described.
本発明のプリプレグは、加熱加圧成形により、所定の形状の成形体の製造に用いることができるシート状の部材であり、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維とを含むとともに、樹脂材料を含んでいる。樹脂材料は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。なお、本発明において、プリプレグには、樹脂材料が不完全に含浸しているセミプレグも含む概念である。 The prepreg of the present invention is a sheet-shaped member that can be used for producing a molded product having a predetermined shape by heat-press molding, and is a first carbon fiber which is a virgin carbon fiber and a recycled carbon fiber. It contains a second carbon fiber, and also contains a resin material. The resin material may be either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. In the present invention, the prepreg is a concept including a semi-preg incompletely impregnated with a resin material.
<第1実施形態>
図3は、本発明のプリプレグの第1実施形態を模式的に示す平面図である。<First Embodiment>
FIG. 3 is a plan view schematically showing a first embodiment of the prepreg of the present invention.
本実施形態のプリプレグ200は、炭素繊維シート材100に、樹脂材料(含浸樹脂)30を含浸させてなるものである。
The
これにより、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができるプリプレグ200を提供することができる。
This makes it possible to provide a
また、成形体の製造時に優れた成形性が得られるため、成形体の製造条件(例えば、温度、圧力等)を緩和することができる。したがって、製造装置として簡易な構成のものを用いたり、製造装置への負荷を抑制し、製造装置の長寿命化を図ったりすることができる。また、成形体の生産コスト抑制の観点からも有利である。 Further, since excellent moldability can be obtained during the production of the molded product, the manufacturing conditions (for example, temperature, pressure, etc.) of the molded product can be relaxed. Therefore, it is possible to use a manufacturing apparatus having a simple structure, suppress the load on the manufacturing apparatus, and extend the life of the manufacturing apparatus. It is also advantageous from the viewpoint of suppressing the production cost of the molded product.
また、炭素繊維の含有率を高めても、優れた成形性を維持することができるため、樹脂材料の含有率を低くすることができ、成形体において、炭素繊維が有している優れた性質(例えば、強度、熱伝導性、導電性等)をより効果的に発揮させることができる。 Further, even if the carbon fiber content is increased, the excellent moldability can be maintained, so that the resin material content can be lowered, and the excellent properties of the carbon fiber in the molded product can be reduced. (For example, strength, thermal conductivity, conductivity, etc.) can be exhibited more effectively.
また、リサイクルされた第2の炭素繊維12を用いることにより、省資源、環境負荷の低減等の観点からも好ましい。
It is also preferable to use the recycled
なお、樹脂材料(含浸樹脂)30は、成形体においてマトリックス樹脂を構成するものである。 The resin material (impregnated resin) 30 constitutes a matrix resin in the molded product.
樹脂材料(含浸樹脂)30としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ナイロン6、ナイロン6,6等のポリアミド;ポリビニルアルコール(PVA)、ポリ酢酸ビニル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂や、これらの共重合体や、変性樹脂、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 Examples of the resin material (impregnated resin) 30 include polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and polylactic acid; polyolefins such as polyethylene and polypropylene; polyamides such as nylon 6, nylon 6, 6; polyvinyl alcohol (PVA), and poly. Thermoplastic resins such as vinyl acetate, polyphenylene sulfide, polyether ketone, polycarbonate, phenoxy resin, thermosetting resins such as epoxy resin, phenol resin, melamine resin, unsaturated polyester, copolymers thereof, modified resins, etc. Examples thereof include polymer alloys, and one or a combination of two or more selected from these can be used.
中でも、樹脂材料(含浸樹脂)30は、熱硬化性樹脂であるのが好ましい。
これにより、成形体の強度、耐久性等を特に優れたものとすることができる。Above all, the resin material (impregnated resin) 30 is preferably a thermosetting resin.
As a result, the strength, durability, etc. of the molded product can be made particularly excellent.
プリプレグ200中における樹脂材料(含浸樹脂)30の含有率は、3.0質量%以上70質量%以下であるのが好ましく、4.0質量%以上68質量%以下であるのがより好ましく、5.0質量%以上65質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of the resin material (impregnated resin) 30 in the
このような条件を満足することにより、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
By satisfying such conditions, the strength and reliability of the molded product manufactured by using the
プリプレグ200中における炭素繊維1の含有率(第1の炭素繊維11の含有率と第2の炭素繊維12の含有率との和)は、16質量%以上96質量%以下であるのが好ましく、17.5質量%以上95質量%以下であるのがより好ましく、23質量%以上93質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of
このような条件を満足することにより、炭素繊維1が本来有している特徴がより効果的に発揮され、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
By satisfying such conditions, the original characteristics of the
また、プリプレグ200中における炭素繊維1の含有率(第1の炭素繊維11の含有率と第2の炭素繊維12の含有率との和)をXCF[質量%]、プリプレグ200中における樹脂材料(含浸樹脂)30の含有率をXIR[質量%]としたとき、0.035≦XIR/XCF≦4.3の関係を満足するのが好ましく、0.045≦XIR/XCF≦3.8の関係を満足するのがより好ましく、0.055≦XIR/XCF≦2.8の関係を満足するのがさらに好ましい。Further, the content of
このような条件を満足することにより、炭素繊維1が本来有している特徴がより効果的に発揮され、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
By satisfying such conditions, the original characteristics of the
プリプレグ200は、前述した以外の成分(その他の成分)を含んでいてもよい。
このような成分としては、例えば、可塑剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、軟化剤、改質剤、防錆剤、充填剤、表面潤滑剤、腐食防止剤、耐熱安定剤、滑剤、プライマー、帯電防止剤、重合禁止剤、架橋剤、触媒、レベリング剤、増粘剤、分散剤、老化防止剤、難燃剤、加水分解防止剤、腐食防止剤、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、セルロースナノファイバー、フラーレン、グラファイト等が挙げられる。The
Such components include, for example, plasticizers, colorants, antioxidants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, softeners, modifiers, rust inhibitors, fillers, surface lubricants, corrosion inhibitors, heat resistant agents. Stabilizers, lubricants, primers, antistatic agents, polymerization inhibitors, cross-linking agents, catalysts, leveling agents, thickeners, dispersants, anti-aging agents, flame retardants, antioxidants, corrosion inhibitors, carbon nanotubes, carbon Examples thereof include nanofibers, cellulose nanofibers, fullerene, and graphite.
プリプレグ200の厚さは、特に限定されないが、0.15mm以上2.5mm以下であるのが好ましく、0.20mm以上2.0mm以下であるのがより好ましく、0.25mm以上1.5mm以下であるのがさらに好ましい。
The thickness of the
これにより、プリプレグ200の取り扱いのし易さ、製造のし易さ、成形体とする時の成形性等をより優れたものとすることができる。
As a result, the
<第2実施形態>
図4は、本発明のプリプレグの第2実施形態を模式的に示す平面図である。以下の説明では、前述した実施形態との相違点について中心的に説明し、同様の事項についての説明は省略する。<Second Embodiment>
FIG. 4 is a plan view schematically showing a second embodiment of the prepreg of the present invention. In the following description, the differences from the above-described embodiment will be mainly described, and the description of the same matters will be omitted.
本実施形態のプリプレグ200は、複数本の炭素繊維1と、複数本の樹脂繊維40と、炭素繊維1、樹脂繊維40を結合するバインダー20とを含んでいる。そして、炭素繊維1は、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維11と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維12とを含んでいる。
The
これにより、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができるプリプレグ200を提供することができる。
This makes it possible to provide a
また、成形体の製造時に優れた成形性が得られるため、成形体の製造条件(例えば、温度、圧力等)を緩和することができる。したがって、製造装置として簡易な構成のものを用いたり、製造装置への負荷を抑制し、製造装置の長寿命化を図ったりすることができる。また、成形体の生産コスト抑制の観点からも有利である。 Further, since excellent moldability can be obtained during the production of the molded product, the manufacturing conditions (for example, temperature, pressure, etc.) of the molded product can be relaxed. Therefore, it is possible to use a manufacturing apparatus having a simple structure, suppress the load on the manufacturing apparatus, and extend the life of the manufacturing apparatus. It is also advantageous from the viewpoint of suppressing the production cost of the molded product.
また、炭素繊維の含有率を高めても、優れた成形性を維持することができるため、樹脂材料の含有率を低くすることができ、成形体において、炭素繊維が有している優れた性質(例えば、強度、熱伝導性、導電性等)をより効果的に発揮させることができる。 Further, even if the carbon fiber content is increased, the excellent moldability can be maintained, so that the resin material content can be lowered, and the excellent properties of the carbon fiber in the molded product can be reduced. (For example, strength, thermal conductivity, conductivity, etc.) can be exhibited more effectively.
また、リサイクルされた第2の炭素繊維12を用いることにより、省資源、環境負荷の低減等の観点からも好ましい。
なお、樹脂繊維40は、成形体においてマトリックス樹脂を構成するものである。It is also preferable to use the recycled
The
また、本実施形態のプリプレグ200においては、炭素繊維1(第1の炭素繊維11、第2の炭素繊維12)、付着物2、バインダー20に関しては、以下に述べる条件以外の条件については、炭素繊維シート材100で述べたのと同様の条件を満足するのが好ましい。
Further, in the
樹脂繊維40の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ乳酸等のポリエステル;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ナイロン6、ナイロン6,6等のポリアミド;ポリエーテルエーテルケトン等のポリエーテルケトン;ポリ酢酸ビニル、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン系樹脂(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂や、これらの共重合体や、変性樹脂、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
Examples of the constituent material of the
中でも、樹脂繊維40の構成材料としては、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイドが好ましい。
Among them, polypropylene, polycarbonate, polyamide, polyetheretherketone, and polyphenylene sulfide are preferable as the constituent materials of the
これにより、プリプレグ200の取り扱いがより容易になるとともに、成形体の製造時における成形性と成形体の特性(強度、信頼性等)とを、より高いレベルで両立することができる。
As a result, the
樹脂繊維40の平均長さは、特に限定されないが、2.0mm以上20mm以下であるのが好ましく、3.0mm以上18mm以下であるのがより好ましく、4.0mm以上16mm以下であるのがさらに好ましい。
The average length of the
これにより、プリプレグ200の取り扱いのし易さ、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
Thereby, the ease of handling of the
炭素繊維1の平均長さをLCF[mm]、樹脂繊維40の平均長さをLRF[mm]としたとき、0.10≦LRF/LCF≦18の関係を満足するのが好ましく、0.25≦LRF/LCF≦11の関係を満足するのがより好ましく、0.45≦LRF/LCF≦7.0の関係を満足するのがさらに好ましい。When the average length of the
これにより、プリプレグ200の取り扱いのし易さ、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
Thereby, the ease of handling of the
プリプレグ200中における炭素繊維1の含有率(第1の炭素繊維11の含有率と第2の炭素繊維12の含有率との和)は、16質量%以上96質量%以下であるのが好ましく、17.5質量%以上95質量%以下であるのがより好ましく、23質量%以上93質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of
このような条件を満足することにより、炭素繊維1が本来有している特徴がより効果的に発揮され、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
By satisfying such conditions, the original characteristics of the
プリプレグ200中における第1の炭素繊維11の含有率をXVCF[質量%]、第2の炭素繊維12の含有率をXRCF[質量%]としたとき、0.006≦XVCF/XRCF≦1.0の関係を満足するのが好ましく、0.015≦XVCF/XRCF≦0.60の関係を満足するのがより好ましく、0.020≦XVCF/XRCF≦0.33の関係を満足するのがさらに好ましい。When the content of the
このような条件を満足することにより、炭素繊維1が本来有している特徴がより効果的に発揮され、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
By satisfying such conditions, the original characteristics of the
プリプレグ200中におけるバインダー20の含有率は、0.2質量%以上20質量%以下であるのが好ましく、0.3質量%以上15質量%以下であるのがより好ましく、0.6質量%以上10質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of the
これにより、プリプレグ200の取り扱いのし易さ、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
Thereby, the ease of handling of the
プリプレグ200中における樹脂繊維40の含有率は、3.0質量%以上75質量%以下であるのが好ましく、4.0質量%以上72質量%以下であるのがより好ましく、5.0質量%以上70質量%以下であるのがさらに好ましい。
The content of the
これにより、プリプレグ200の取り扱いのし易さ、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性、成形体の製造時における成形性等をより優れたものとすることができる。
Thereby, the ease of handling of the
プリプレグ200中における炭素繊維1の含有率(第1の炭素繊維11の含有率と第2の炭素繊維12の含有率との和)をXCF[質量%]、樹脂繊維40の含有率をXRF[質量%]としたとき、0.30≦XCF/XRF≦28の関係を満足するのが好ましく、0.40≦XCF/XRF≦20の関係を満足するのがより好ましく、0.50≦XCF/XRF≦15の関係を満足するのがさらに好ましい。The content of
このような条件を満足することにより、炭素繊維1が本来有している特徴がより効果的に発揮され、プリプレグ200を用いて製造される成形体の強度、信頼性を十分に優れたものとしつつ、成形体を製造する際の成形性をより優れたものとすることができる。
By satisfying such conditions, the original characteristics of the
プリプレグ200は、前述した以外の成分(その他の成分)を含んでいてもよい。
このような成分としては、例えば、可塑剤、着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、軟化剤、改質剤、防錆剤、充填剤、表面潤滑剤、腐食防止剤、耐熱安定剤、滑剤、プライマー、帯電防止剤、重合禁止剤、架橋剤、触媒、レベリング剤、増粘剤、分散剤、老化防止剤、難燃剤、加水分解防止剤、腐食防止剤、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、セルロースナノファイバー、フラーレン、グラファイト等が挙げられる。The
Such components include, for example, plasticizers, colorants, antioxidants, ultraviolet absorbers, light stabilizers, softeners, modifiers, rust inhibitors, fillers, surface lubricants, corrosion inhibitors, heat resistant agents. Stabilizers, lubricants, primers, antistatic agents, polymerization inhibitors, cross-linking agents, catalysts, leveling agents, thickeners, dispersants, anti-aging agents, flame retardants, antioxidants, corrosion inhibitors, carbon nanotubes, carbon Examples thereof include nanofibers, cellulose nanofibers, fullerene, and graphite.
また、繊維同士の隙間には、前記第1実施形態で説明した樹脂材料(含浸樹脂)が含浸されていてもよい。 Further, the gaps between the fibers may be impregnated with the resin material (impregnated resin) described in the first embodiment.
[成形体]
次に、本発明の成形体について説明する。[Molded product]
Next, the molded product of the present invention will be described.
本発明の成形体は、本発明のプリプレグを加熱加圧成形してなるものである。
これにより、強度、信頼性に優れた成形体を提供することができる。The molded product of the present invention is formed by heat-press molding the prepreg of the present invention.
Thereby, it is possible to provide a molded product having excellent strength and reliability.
本発明の成形体は、本発明のプリプレグを加熱加圧成形してなる部位を有していればよく、例えば、塗膜等の構成をさらに有していてもよい。 The molded product of the present invention may have a portion formed by heat-press molding the prepreg of the present invention, and may further have, for example, a coating film or the like.
本発明の成形体は、いかなる用途のものであってもよいが、本発明の成形体の用途としては、例えば、乗物(例えば、自動車、自転車、列車、航空機、ロケット、エレベーター等)の構成部材、電子、電気部品の構成部材(例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話(スマートフォン、PHS等を含む)、タブレット等の携帯用端末用の筐体部等)、建築、土木構造体用部材、家具等が挙げられる。 The molded body of the present invention may be used for any purpose, and the molded body of the present invention is used, for example, as a component of a vehicle (for example, an automobile, a bicycle, a train, an aircraft, a rocket, an elevator, etc.). , Electronic and electrical component components (for example, personal computers, mobile phones (including smartphones, PHS, etc.), housings for portable terminals such as tablets), construction, civil engineering structure members, furniture, etc. Can be mentioned.
[炭素繊維シート材の製造方法]
次に、本発明の炭素繊維シート材の製造方法について説明する。[Manufacturing method of carbon fiber sheet material]
Next, the method for producing the carbon fiber sheet material of the present invention will be described.
前述した炭素繊維シート材100は、例えば、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維11と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維12と、第1の炭素繊維11および第2の炭素繊維12を結合するバインダー20とを混抄する工程(抄紙工程)を有する方法を用いて製造することができる。
The carbon
これにより、強度、信頼性に優れるとともに、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができる炭素繊維シート材100を安定的に製造することができる製造方法を提供することができる。
Thereby, a manufacturing method capable of stably manufacturing the carbon
抄紙工程に際して、例えば、少なくとも一部の炭素繊維1(第1の炭素繊維11、第2の炭素繊維12)の表面を、サイジング剤等で処理してもよい。
In the papermaking process, for example, the surface of at least a part of the carbon fibers 1 (
これにより、バインダー20等の樹脂材料との密着性を向上させ、炭素繊維シート材100や成形体の強度、信頼性をより優れたものとすることができる。
As a result, the adhesion to the resin material such as the
サイジング剤としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、ポリエステル、乳化剤、界面活性剤等が挙げられる。 Examples of the sizing agent include epoxy resin, phenol resin, polyethylene glycol, polyurethane, polyester, emulsifier, surfactant and the like.
抄紙用組成物中における炭素繊維1の含有率(第1の炭素繊維11の含有率と第2の炭素繊維12の含有率との和)は、特に限定されないが、0.01質量%以上0.3質量%以下とすることにより、前述したような束状体10を効率よく形成することができる。
The content of carbon fiber 1 (the sum of the content of the
[プリプレグの製造方法]
次に、本発明のプリプレグの製造方法について説明する。[Manufacturing method of prepreg]
Next, the method for producing the prepreg of the present invention will be described.
<第1実施形態>
前述した第1実施形態に係るプリプレグ200は、例えば、前述した抄紙工程を経て得られた炭素繊維シート材100に、樹脂材料(含浸樹脂)30を含浸させる工程(含浸工程)を有する方法を用いて安定的に製造することができる。<First Embodiment>
The
含浸工程は、例えば、樹脂材料(含浸樹脂)30としての未硬化状態(Bステージ)の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含む材料で構成されたシート材を、炭素繊維シート材100に熱転写する方法や、液状の樹脂材料(含浸樹脂)30を炭素繊維シート材100に含浸させる方法等が挙げられる。
In the impregnation step, for example, a sheet material composed of a thermosetting resin or a thermoplastic resin in an uncured state (B stage) as the resin material (impregnated resin) 30 is thermally transferred to the carbon
<第2実施形態>
前述した第2実施形態に係るプリプレグ200は、例えば、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維11と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維12と、樹脂繊維40と、第1の炭素繊維11、第2の炭素繊維12および樹脂繊維40を結合するバインダー20とを混抄する工程(抄紙工程)を有する方法を用いて安定的に製造することができる。<Second Embodiment>
The
また、前述した第1実施形態の製造方法では、抄紙工程を経て得られた炭素繊維シート材100に含浸工程を行うのに対し、本実施形態の製造方法では、抄紙工程で炭素繊維1(第1の炭素繊維11および第2の炭素繊維12)と樹脂繊維40とバインダー20とを用い、その後の含浸工程を行う必要がない。したがって、プリプレグ200の生産性を高めることができる。
Further, in the manufacturing method of the first embodiment described above, the carbon
[成形体の製造方法]
次に、本発明の成形体の製造方法について説明する。[Manufacturing method of molded product]
Next, a method for producing the molded product of the present invention will be described.
前述した成形体は、例えば、上記のようにして製造したプリプレグ200を加熱加圧成形する工程(成形工程)を有する方法を用いて安定的に製造することができる。
The above-mentioned molded product can be stably produced, for example, by using a method having a step (molding step) of heat-press molding the
成形体を製造する際には、複数枚のプリプレグ200を積層してもよい。
積層枚数は、特に限定されないが、2枚以上50枚以下であるのが好ましく、3枚以上30枚以下であるのがより好ましい。When manufacturing the molded product, a plurality of
The number of laminated sheets is not particularly limited, but is preferably 2 or more and 50 or less, and more preferably 3 or more and 30 or less.
なお、複数枚のプリプレグ200を用いる場合、これらのプリプレグ200は、互いに異なる条件のものであってもよいし、同一の条件のものであってもよい。
また、隣り合うプリプレグ200の間に、中間層を設けてもよい。When a plurality of
Further, an intermediate layer may be provided between the
また、接合工程に先立ち、複数枚のプリプレグ200を接合する処理を施してもよい。複数枚のプリプレグ200を接合する方法としては、例えば、溶着(溶剤溶着、重合溶着等を含む)、融着、接着等が挙げられる。
Further, prior to the joining step, a process of joining a plurality of
成形工程における加熱温度は、樹脂材料(含浸樹脂)30や樹脂繊維40の種類、含有率等により異なり、特に限定されないが、100℃以上380℃以下であるのが好ましく、110℃以上350℃以下であるのがより好ましく、120℃以上300℃以下であるのがさらに好ましい。
The heating temperature in the molding process varies depending on the type and content of the resin material (impregnated resin) 30 and the
また、成形工程における成形圧力は、樹脂材料(含浸樹脂)30や樹脂繊維40の種類、含有率等により異なり、特に限定されないが、0.1MPa以上15MPa以下であるのが好ましく、0.2MPa以上12MPa以下であるのがより好ましく、0.3MPa以上10MPa以下であるのがさらに好ましい。
The molding pressure in the molding step varies depending on the type and content of the resin material (impregnated resin) 30 and the
プリプレグ200が熱硬化性樹脂を含むものである場合、成形工程による加熱により、当該熱硬化性樹脂の硬化反応が進行し、得られる成形体は、耐熱性等にも優れたものとなる。
When the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto.
例えば、炭素繊維シート材の製造方法、プリプレグの製造方法、成形体の製造方法においては、前述した工程に加え、他の工程(前処理工程、中間処理工程、後処理工程等)をさらに有していてもよい。 For example, the carbon fiber sheet material manufacturing method, the prepreg manufacturing method, and the molded product manufacturing method further include other steps (pretreatment step, intermediate treatment step, posttreatment step, etc.) in addition to the above-mentioned steps. You may be.
また、本発明の炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体は、前述した方法で製造されたものに限定されず、いかなる方法で製造されたものであってよい。 Further, the carbon fiber sheet material, the prepreg, and the molded product of the present invention are not limited to those produced by the above-mentioned method, and may be produced by any method.
また、前述した実施形態では、炭素繊維シート材、プリプレグ、成形体において、束状体を構成する炭素繊維に加え、束状体を構成しない炭素繊維が含まれる構成について代表的に説明したが、これらのうち一方のみが含まれる構成であってもよい。 Further, in the above-described embodiment, in the carbon fiber sheet material, the prepreg, and the molded body, a configuration in which the carbon fibers constituting the bundled body and the carbon fibers not forming the bundled body are included is typically described. A configuration may include only one of these.
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、特に温度条件を示していない処理、測定については、20℃で行った。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto. The treatment and measurement, which did not particularly indicate the temperature conditions, were carried out at 20 ° C.
《1》炭素繊維シート材の製造
各実施例および各比較例の炭素繊維シート材を以下のようにして製造した。<< 1 >> Production of Carbon Fiber Sheet Material The carbon fiber sheet material of each Example and each Comparative Example was produced as follows.
(実施例A1)
まず、バージンの炭素繊維(第1の炭素繊維、繊維平均径(平均幅)7.0μm、平均長さ6.0mm):20質量部と、リサイクルされた炭素繊維(第2の炭素繊維、繊維平均径(平均幅)7.0μm、平均長さ5.0mm):75質量部と、バインダーとしてのポリビニルアルコール繊維(繊度1.1デシテックス、平均長さ3.0mm、加重平均密度:1.20g/cm3):5.0質量部とからなる組成物を、水中に混合分散し、固形分0.03質量%の抄紙用スラリーを調製した。(Example A1)
First, virgin carbon fibers (first carbon fiber, fiber average diameter (average width) 7.0 μm, average length 6.0 mm): 20 parts by mass and recycled carbon fibers (second carbon fiber, fiber). Average diameter (average width) 7.0 μm, average length 5.0 mm): 75 parts by mass and polyvinyl alcohol fiber as a binder (fineness 1.1 decitex, average length 3.0 mm, weighted average density: 1.20 g / Cm 3 ): A composition consisting of 5.0 parts by mass was mixed and dispersed in water to prepare a papermaking slurry having a solid content of 0.03% by mass.
次に、抄紙用スラリー:100質量部に対し、分散剤としてのアニオン系ポリアクリルアミド:0.001質量部を添加して分散液を得、この分散液を、網目の隙間が0.2mmのメッシュコンベアの抄紙面に吸引して堆積してシート化した(抄紙工程)。 Next, an anionic polyacrylamide as a dispersant: 0.001 part by mass was added to 100 parts by mass of the papermaking slurry to obtain a dispersion liquid, and this dispersion liquid was applied to a mesh having a mesh gap of 0.2 mm. It was sucked onto the papermaking surface of the conveyor and deposited to form a sheet (papermaking process).
その後、抄紙工程で製造された加湿状態のシートを120℃で加熱乾燥し、ポリビニルアルコール繊維を溶融して炭素繊維を交点で結合して炭素繊維シート材を得た。 Then, the humidified sheet produced in the papermaking process was heated and dried at 120 ° C. to melt the polyvinyl alcohol fibers and bond the carbon fibers at the intersections to obtain a carbon fiber sheet material.
なお、リサイクルされた炭素繊維としては、破砕・粉砕したCFRPに、空気雰囲気下で350℃の第1の加熱処理を施し、さらに、空気雰囲気下で550℃の第2の加熱処理を施すことにより得られたものを用いた。 As the recycled carbon fiber, the crushed and crushed CFRP is subjected to a first heat treatment at 350 ° C. in an air atmosphere, and further subjected to a second heat treatment at 550 ° C. in an air atmosphere. The obtained one was used.
(実施例A2、A3)
第1の炭素繊維、第2の炭素繊維、バインダーの条件を表1に示すように変更した以外は、前記実施例A1と同様にして炭素繊維シート材を製造した。(Examples A2 and A3)
A carbon fiber sheet material was produced in the same manner as in Example A1 except that the conditions of the first carbon fiber, the second carbon fiber, and the binder were changed as shown in Table 1.
(比較例A1)
炭素繊維として第1の炭素繊維のみを用いて、各成分の配合比を表1に示すようにした以外は、前記実施例A1と同様にして炭素繊維シート材を製造した。(Comparative Example A1)
A carbon fiber sheet material was produced in the same manner as in Example A1 except that only the first carbon fiber was used as the carbon fiber and the compounding ratio of each component was as shown in Table 1.
(比較例A2)
炭素繊維として第2の炭素繊維のみを用いて、各成分の配合比を表1に示すようにした以外は、前記実施例A1と同様にして炭素繊維シート材を製造した。(Comparative Example A2)
A carbon fiber sheet material was produced in the same manner as in Example A1 except that only the second carbon fiber was used as the carbon fiber and the compounding ratio of each component was as shown in Table 1.
前記各実施例および各比較例の炭素繊維シート材の構成を表1にまとめて示す。なお、前記各実施例および比較例A2で用いた第2の炭素繊維は、その表面の一部にリサイクル原料由来の付着物が付着していた。また、前記各実施例および比較例A2の炭素繊維シート材には、複数本の炭素繊維を含む束状体とともに、束状体を構成しない炭素繊維も含まれていた。また、前記各実施例および各比較例の炭素繊維シート材の厚さは、いずれも、0.5mm以上0.8mm以下であった。 Table 1 summarizes the configurations of the carbon fiber sheet materials of each of the above-mentioned Examples and Comparative Examples. The second carbon fibers used in each of the above Examples and Comparative Example A2 had deposits derived from recycled raw materials attached to a part of the surface thereof. Further, the carbon fiber sheet materials of the respective Examples and Comparative Example A2 contained not only a bundle containing a plurality of carbon fibers but also carbon fibers not forming the bundle. Moreover, the thickness of the carbon fiber sheet material of each of the Examples and Comparative Examples was 0.5 mm or more and 0.8 mm or less.
《2》プリプレグの製造
各実施例および各比較例のプリプレグを以下のようにして製造した。<< 2 >> Production of prepregs The prepregs of each Example and each Comparative Example were produced as follows.
(実施例B1)
まず、未硬化の熱硬化性樹脂としてのフェノール樹脂のメタノール溶液(40質量%)を用意した。(Example B1)
First, a methanol solution (40% by mass) of a phenol resin as an uncured thermosetting resin was prepared.
次に、当該メタノール溶液を前記実施例A1の炭素繊維シート材に塗布し、含浸させた。その後、80℃に加熱してメタノールを除去し、さらに、150℃で15分間の加熱処理を施すことにより、フェノール樹脂を硬化させて、プリプレグを得た。 Next, the methanol solution was applied to the carbon fiber sheet material of Example A1 and impregnated. Then, the mixture was heated to 80 ° C. to remove methanol, and further heat-treated at 150 ° C. for 15 minutes to cure the phenol resin to obtain a prepreg.
(実施例B2、B3)
炭素繊維シート材として、前記実施例A1で製造したものの代わりに、前記実施例A2、A3で製造したものを用いた以外は、前記実施例B1と同様にしてプリプレグを製造した。(Examples B2 and B3)
A prepreg was produced in the same manner as in Example B1 except that the carbon fiber sheet material produced in Examples A2 and A3 was used instead of the one produced in Example A1.
(実施例B4)
まず、バージンの炭素繊維(第1の炭素繊維、繊維平均径(平均幅)7.0μm、平均長さ6.0mm):5.0質量部と、リサイクルされた炭素繊維(第2の炭素繊維、繊維平均径(平均幅)7.0μm、平均長さ5.0mm):35.2質量部と、バインダーとしてのポリビニルアルコール繊維(繊度1.1デシテックス、平均長さ3.0mm、加重平均密度:1.20g/cm3):2.9質量部と、樹脂繊維としてのナイロン6繊維(繊度1.1デシテックス、平均長さ6.0mm):56.9質量部とからなる組成物を、水中に混合分散し、固形分0.03質量%の抄紙用スラリーを調製した。(Example B4)
First, virgin carbon fiber (first carbon fiber, fiber average diameter (average width) 7.0 μm, average length 6.0 mm): 5.0 parts by mass and recycled carbon fiber (second carbon fiber). , Fiber average diameter (average width) 7.0 μm, average length 5.0 mm): 35.2 parts by mass and polyvinyl alcohol fiber as a binder (fineness 1.1 decitex, average length 3.0 mm, weighted average density : 1.20 g / cm 3 ): A composition consisting of 2.9 parts by mass and 6 nylon fibers as resin fibers (fineness 1.1 decitex, average length 6.0 mm): 56.9 parts by mass. It was mixed and dispersed in water to prepare a papermaking slurry having a solid content of 0.03% by mass.
次に、抄紙用スラリー:100質量部に対し、分散剤としてのアニオン系ポリアクリルアミド:0.001質量部を添加して分散液を得、この分散液を、網目の隙間が0.3mmのメッシュコンベアの抄紙面に吸引して堆積してシート化した(抄紙工程)。 Next, an anionic polyacrylamide as a dispersant: 0.001 part by mass was added to 100 parts by mass of the papermaking slurry to obtain a dispersion liquid, and this dispersion liquid was used as a mesh having a mesh gap of 0.3 mm. It was sucked onto the papermaking surface of the conveyor and deposited to form a sheet (papermaking process).
その後、抄紙工程で製造された加湿状態のシートを120℃で加熱乾燥し、ポリビニルアルコール繊維を溶融して炭素繊維を交点で結合してプリプレグを得た。得られたプリプレグにおいて、ナイロン6繊維は溶融せず、繊維の状態を保持していた。 Then, the humidified sheet produced in the papermaking process was heated and dried at 120 ° C. to melt the polyvinyl alcohol fibers and bond the carbon fibers at the intersections to obtain a prepreg. In the obtained prepreg, the nylon 6 fibers did not melt and maintained the state of the fibers.
なお、リサイクルされた炭素繊維としては、破砕・粉砕したCFRPに、空気雰囲気下で350℃の第1の加熱処理を施し、さらに、空気雰囲気下で550℃の第2の加熱処理を施すことにより得られたものを用いた。 As the recycled carbon fiber, the crushed and crushed CFRP is subjected to a first heat treatment at 350 ° C. in an air atmosphere, and further subjected to a second heat treatment at 550 ° C. in an air atmosphere. The obtained one was used.
(実施例B5、B6)
第1の炭素繊維、第2の炭素繊維、バインダー、樹脂繊維の条件を表2に示すように変更した以外は、前記実施例B4と同様にしてプリプレグを製造した。(Examples B5 and B6)
A prepreg was produced in the same manner as in Example B4, except that the conditions of the first carbon fiber, the second carbon fiber, the binder, and the resin fiber were changed as shown in Table 2.
(比較例B1、B2)
炭素繊維シート材として、前記実施例A1で製造したものの代わりに、前記比較例A1、A2で製造したものを用いた以外は、前記実施例B1と同様にしてプリプレグを製造した。(Comparative Examples B1 and B2)
A prepreg was produced in the same manner as in Example B1 except that the carbon fiber sheet material produced in Comparative Examples A1 and A2 was used instead of the carbon fiber sheet material produced in Example A1.
(比較例B3)
炭素繊維として第1の炭素繊維のみを用いて、各成分の配合比を表2に示すようにした以外は、前記実施例B4と同様にしてプリプレグを製造した。(Comparative Example B3)
A prepreg was produced in the same manner as in Example B4, except that only the first carbon fiber was used as the carbon fiber and the compounding ratio of each component was as shown in Table 2.
(比較例B4)
炭素繊維として第2の炭素繊維のみを用いて、各成分の配合比を表2に示すようにした以外は、前記実施例B4と同様にしてプリプレグを製造した。(Comparative Example B4)
A prepreg was produced in the same manner as in Example B4, except that only the second carbon fiber was used as the carbon fiber and the compounding ratio of each component was as shown in Table 2.
前記各実施例および各比較例のプリプレグの構成を表2にまとめて示す。なお、前記各実施例および比較例B2、B4で用いた第2の炭素繊維は、その表面の一部にリサイクル原料由来の付着物が付着していた。また、前記各実施例および比較例B2、B4のプリプレグには、複数本の炭素繊維を含む束状体とともに、束状体を構成しない炭素繊維も含まれていた。また、前記各実施例および各比較例のプリプレグの厚さは、いずれも、0.8mm以上1.4mm以下であった。 Table 2 summarizes the configurations of the prepregs of each of the above-mentioned Examples and Comparative Examples. The second carbon fibers used in each of the above Examples and Comparative Examples B2 and B4 had deposits derived from recycled raw materials attached to a part of the surface thereof. Further, the prepregs of the respective Examples and Comparative Examples B2 and B4 contained not only a bundle containing a plurality of carbon fibers but also carbon fibers not forming the bundle. The thickness of the prepregs of each of the Examples and Comparative Examples was 0.8 mm or more and 1.4 mm or less.
《3》成形体の製造
各実施例および各比較例の成形体を以下のようにして製造した。<< 3 >> Manufacture of molded article The molded article of each Example and each Comparative Example was produced as follows.
(実施例C1)
まず、前記実施例B1で製造したプリプレグを15枚積層した。(Example C1)
First, 15 prepregs produced in Example B1 were laminated.
次に、プリプレグの積層体を、50kg/cm2、150℃の条件で加熱加圧処理を行った。これにより、プリプレグ中に含まれる熱硬化性樹脂が硬化し、複数枚のプリプレグが層間で互いに結合した平板状の成形体Aが得られた。Next, the laminated body of the prepreg was heat-pressurized under the conditions of 50 kg / cm 2 and 150 ° C. As a result, the thermosetting resin contained in the prepreg was cured, and a flat plate-shaped molded product A in which a plurality of prepregs were bonded to each other between layers was obtained.
また、外周面の曲率半径がL字状の曲げ板に成形した以外は、前記成形体Aと同様にして成形体Bを製造した。 Further, the molded body B was manufactured in the same manner as the molded body A except that the outer peripheral surface was molded into a bent plate having an L-shaped radius of curvature.
(実施例C2、C3)
プリプレグとして、前記実施例B1で製造したものの代わりに、前記実施例B2、B3で製造したものを用いた以外は、前記実施例C1と同様にして成形体(成形体AおよびB)を製造した。(Examples C2 and C3)
Molds (molds A and B) were produced in the same manner as in Example C1 except that the prepregs produced in Examples B2 and B3 were used instead of those produced in Example B1. ..
(実施例C4)
まず、前記実施例B4で製造したプリプレグを15枚積層した。(Example C4)
First, 15 prepregs produced in Example B4 were laminated.
次に、プリプレグの積層体を、50kg/cm2、250℃の条件で加熱加圧処理を行った。これにより、プリプレグ中に含まれる熱可塑性樹脂が軟化、溶融し、複数枚のプリプレグが層間で互いに結合した平板状の成形体Aが得られた。Next, the laminated body of the prepreg was heat-pressurized under the conditions of 50 kg / cm 2 and 250 ° C. As a result, the thermoplastic resin contained in the prepreg was softened and melted, and a flat plate-shaped molded product A in which a plurality of prepregs were bonded to each other between layers was obtained.
また、外周面の曲率半径がL字状の曲げ板に成形した以外は、前記成形体Aと同様にして成形体Bを製造した。 Further, the molded body B was manufactured in the same manner as the molded body A except that the outer peripheral surface was molded into a bent plate having an L-shaped radius of curvature.
(実施例C5、C6)
プリプレグとして、前記実施例B4で製造したものの代わりに、前記実施例B5、B6で製造したものを用いた以外は、前記実施例C4と同様にして成形体(成形体AおよびB)を製造した。(Examples C5 and C6)
Molds (molds A and B) were produced in the same manner as in Example C4, except that the prepregs produced in Examples B5 and B6 were used instead of those produced in Example B4. ..
(比較例C1、C2)
プリプレグとして、前記実施例B1で製造したものの代わりに、前記比較例B1、B2で製造したものを用いた以外は、前記実施例C1と同様にして成形体(成形体AおよびB)を製造した。(Comparative Examples C1 and C2)
Molds (molds A and B) were produced in the same manner as in Example C1 except that the prepregs produced in Comparative Examples B1 and B2 were used instead of those produced in Example B1. ..
(比較例C3、C4)
プリプレグとして、前記実施例B5で製造したものの代わりに、前記比較例B3、B4で製造したものを用いた以外は、前記実施例C4と同様にして成形体(成形体AおよびB)を製造した。(Comparative Examples C3, C4)
Molds (molds A and B) were produced in the same manner as in Example C4, except that the prepregs produced in Comparative Examples B3 and B4 were used instead of those produced in Example B5. ..
なお、前記各実施例および比較例C2、C4の成形体には、複数本の炭素繊維を含む束状体とともに、束状体を構成しない炭素繊維も含まれていた。 The molded bodies of the respective Examples and Comparative Examples C2 and C4 contained not only a bundle containing a plurality of carbon fibers but also carbon fibers not forming the bundle.
《4》評価
《4−1》曲げ強度評価
前記実施例C1〜C6および比較例C1〜C4の成形体Aについて、JIS K7074に準じた曲げ試験により求められる曲げ強度を測定し、以下の基準にした従い評価した。<< 4 >> Evaluation << 4-1 >> Bending strength evaluation For the molded product A of Examples C1 to C6 and Comparative Examples C1 to C4, the bending strength obtained by a bending test according to JIS K7074 was measured, and the bending strength was measured according to the following criteria. I evaluated it accordingly.
A:曲げ強度が250MPa以上。
B:曲げ強度が200MPa以上250MPa未満。
C:曲げ強度が150MPa以上200MPa未満。
D:曲げ強度が100MPa以上150MPa未満。
E:曲げ強度が100MPa未満。A: Bending strength is 250 MPa or more.
B: Bending strength is 200 MPa or more and less than 250 MPa.
C: Bending strength is 150 MPa or more and less than 200 MPa.
D: Bending strength is 100 MPa or more and less than 150 MPa.
E: Bending strength is less than 100 MPa.
《4−2》外観評価
(目視による評価)
前記実施例C1〜C6および比較例C1〜C4の成形体Bについて、目視による観察を行い、以下の基準に従い評価した。<< 4-2 >> Appearance evaluation (visual evaluation)
The molded products B of Examples C1 to C6 and Comparative Examples C1 to C4 were visually observed and evaluated according to the following criteria.
A:外観不良が全く認められない。
B:外観不良がほとんど認められない。
C:外観不良がわずかに認められる。
D:外観不良がはっきりと認められる。
E:外観不良が顕著に認められる。A: No poor appearance is observed.
B: Almost no poor appearance is observed.
C: A slight appearance defect is observed.
D: Poor appearance is clearly recognized.
E: Poor appearance is noticeable.
(顕微鏡による評価)
前記実施例C1〜C6および比較例C1〜C4の成形体Bの屈曲部付近について、顕微鏡による観察を行い、以下の基準に従い評価した。(Evaluation by microscope)
The vicinity of the bent portion of the molded product B of Examples C1 to C6 and Comparative Examples C1 to C4 was observed with a microscope and evaluated according to the following criteria.
A:炭素繊維の露出量にばらつきが認められない。
B:炭素繊維が多く露出している領域と炭素繊維の露出量が少なく樹脂材料が多く露出している領域とが併存しており、炭素繊維の露出量のばらつきがわずかに認められる。
C:炭素繊維が多く露出している領域と炭素繊維の露出量が少なく樹脂材料が多く露出している領域とが併存しており、炭素繊維の露出量のばらつきがはっきりと認められる。
D:炭素繊維が多く露出している領域と炭素繊維の露出量が少なく樹脂材料が多く露出している領域とが併存しており、炭素繊維の露出量のばらつきが顕著に認められる。
これらの結果を表3にまとめて示す。A: There is no variation in the amount of exposed carbon fibers.
B: A region where a large amount of carbon fiber is exposed and a region where the amount of exposed carbon fiber is small and a large amount of resin material is exposed coexist, and a slight variation in the amount of exposed carbon fiber is observed.
C: A region where a large amount of carbon fiber is exposed and a region where the amount of exposed carbon fiber is small and a large amount of resin material is exposed coexist, and a variation in the amount of exposed carbon fiber is clearly observed.
D: A region where a large amount of carbon fiber is exposed and a region where the amount of exposed carbon fiber is small and a large amount of resin material is exposed coexist, and a variation in the amount of exposed carbon fiber is remarkably observed.
These results are summarized in Table 3.
表3から明らかなように、本発明では優れた結果が得られたのに対し、比較例では満足のいく結果が得られなかった。 As is clear from Table 3, excellent results were obtained in the present invention, whereas satisfactory results were not obtained in the comparative examples.
本発明の炭素繊維シート材は、複数本の炭素繊維と、前記炭素繊維を結合するバインダーとを含み、前記炭素繊維として、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維とを含んでいる。そのため、それ自身の強度、信頼性に優れるとともに、強度、信頼性に優れた成形体を優れた成形性で製造するのに用いることができる炭素繊維シート材を提供することができる。従って、本発明の炭素繊維シート材は、産業上の利用可能性を有する。 The carbon fiber sheet material of the present invention contains a plurality of carbon fibers and a binder for binding the carbon fibers, and the carbon fibers include a first carbon fiber which is a virgin carbon fiber and a recycled carbon fiber. It contains a second carbon fiber which is. Therefore, it is possible to provide a carbon fiber sheet material which is excellent in its own strength and reliability and can be used for producing a molded product having excellent strength and reliability with excellent moldability. Therefore, the carbon fiber sheet material of the present invention has industrial applicability.
100…炭素繊維シート材
200…プリプレグ
1…炭素繊維
11…第1の炭素繊維
12…第2の炭素繊維
2…付着物
10…束状体
20…バインダー
30…樹脂材料(含浸樹脂)
40…樹脂繊維100 ... Carbon
40 ... Resin fiber
Claims (27)
前記炭素繊維として、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維とを含んでいることを特徴とする炭素繊維シート材。A carbon fiber sheet material containing a plurality of carbon fibers and a binder for binding the carbon fibers.
A carbon fiber sheet material containing, as the carbon fiber, a first carbon fiber which is a virgin carbon fiber and a second carbon fiber which is a recycled carbon fiber.
前記炭素繊維として、バージンの炭素繊維である第1の炭素繊維と、リサイクルされた炭素繊維である第2の炭素繊維とを含んでいることを特徴とするプリプレグ。A prepreg containing a plurality of carbon fibers, a plurality of resin fibers, the carbon fibers, and a binder for binding the resin fibers.
The prepreg is characterized by containing, as the carbon fiber, a first carbon fiber which is a virgin carbon fiber and a second carbon fiber which is a recycled carbon fiber.
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