TW201202315A - Carbon-fiber chopped strand and manufacturing method of the same - Google Patents

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201202315 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於作爲短碳纖維強化熱可塑性樹脂之製造 原料之重要碳纖維切股及其製造方法。更詳言之，本發明 係關於流動性高之碳纖維切股及其製造方法。本碳纖維切 股係在製造含有碳纖維之樹脂顆粒、或含有碳纖維之樹脂 成形物等之際，可自擠出機之送料斗順利地供給於計量 器。 【先前技術】 過去，以熱可塑性樹脂作爲基質所製造之短碳纖維強 化熱可塑性樹脂（以下稱爲「CFRTP」）作爲高性能之工程 材料受到矚目，使得其需求急速增加。該CFRTP由於可 利用射出成形製造，故生產性高。而且，與過去之未強化 之熱可塑性樹脂或短玻璃纖維強化熱可塑性樹脂相比較， 機械特性、滑動特性、電特性、尺寸安定性均優異。 通常，製造該CFRTP之方法有如下所述之方法。 (1) 首先，切斷成3〜10mm，以上膠劑集束成爲碳纖 維纖纖絲束（所謂碳纖維切股），或者粉碎成1mm以下， 使所謂的碳纖維磨碎纖維與熱可塑性樹脂之顆粒或粉末一 起供給於擠出機中，於擠出機中熔融混練該等而顆粒化。 隨後，使用所得顆粒，以射出成型機或擠出成型機製造 CFRTP 。 (2) 將碳纖維切股與熱可塑性樹脂之顆粒或粉末投入 -5- 201202315 擠出成型機中，直接製造CFRTP。 另一方面，將碳纖維切股與熱可塑性樹脂供給於擠出 機中製造顆粒之方法主要採用以下兩種方法。 (1) 乾式摻合碳纖維切股與熱可塑性樹脂，且將該混 合物供給於擠出機中之方法（乾式摻合法）》 (2) 將熱可塑性樹脂供給於擠出機之擠出方向之後端 側，另一方面，於使供給之熱可塑性樹脂融熔之擠出機之 擠出方向之中間部分供給碳纖維切股之方法（側邊饋入 法）。 如廣爲週知，CFRTP之各種特性與碳纖維脂纖維長 度有關。使用纖維長度極短之磨碎纖維時，所成形之 CFRTP中之纖維長度極短，故該CFRTP具有之各種特性 比使用碳纖維切股之CFRTP差。 爲了維持CFRTP中之纖維長度較長，有使用具有與 切割長度相同之纖維長度之長纖維顆粒製造CFRTP之情 況。該情況下，所得CFRTP之纖維配向難以控制。據 此，有量產必要而製造便宜CFRTP之製造，使用該長纖 維顆粒之製造方法並不建議。基於上述理由，一般而言， 碳纖維切股被用於CFRTP之製造中。 製造CFRTP時之碳纖維切股之流動性低時，會有難 以將碳纖維切股安定地供給於擠出機之問題。 乾式摻合法中，使用之碳纖維切股之流動性低時，會 有碳纖維切股在擠出機或射出成形機之送料斗內難以流下 之問題。其結果，使設置於送料斗下部之計量器定量地供 -6 - 201202315 給於擠出機之擠出螺桿之碳纖維切股量不穩定。基於上述 理由，難以穩定地獲得均一組成之CFRTP。且，製造效 率低。 另一方面，即使以側邊饋入法，同樣會有碳纖維切股 之流動性低之情況，無法將碳纖維切股定量地供給於擠出 機之押出螺桿中。另外，極端之情況有碳纖維切股本身無 法供給之情況。 基於該等理由，工業上大量使用之碳纖維切股要求具 有流動性高之性質。爲了對應於該要求，而採用對碳纖維 線股賦予集束性高之上膠劑之方法，或大量賦予上膠劑之 方法。另外，將其他上膠劑添加於切割線股獲得之碳纖維 切股中而進行成形成米粒狀。 然而，將上述上膠劑之添加量多之切股配於加工溫度 高之耐熱性熱可塑性樹脂中製造CFRTP時，其製造時， 由於上膠劑之熱分解而產生氣體。該氣體會成爲所得 CFRTP之外觀不良，或亦造成熔接強度下降等之問題之 原因（參照例如專利文獻1、2)。而且，上膠劑之熱分解容 易成爲CFRTP之物性下降之主因。 又另外，由於添加於碳纖維之大量上膠劑之影響，擠 出機中熔融混練切股與熱可塑性樹脂時，會有碳纖維之分 散性降低之情況。該情況下，所得顆粒中之碳纖維之分散 性不充分。使用該顆粒製造CFRTP時，所得CFRTP中存 在無法充分分散之纖維束，該纖維束成爲應力集中源，使 CFRTP之機械特性（尤其是拉伸強度）下降。 201202315 另一方面，爲了大量生產切股，增加構成切股之單絲 數係有效。過去，已知有由3 0 0 0 0條以上之單絲數所構成 之切股。該切股其形態形成爲扁平。藉由使形態扁平，在 CFRTP中，使碳纖維容易以單絲狀態分散，而避免碳纖 維集合成束狀。 然而扁平形態之切股表面積大，故切股彼此之接觸面 積增大。結果，切股之流動性下降，將該切股供給於擠出 機時，造成對計量器之供給不良或對擠出機之供給不良。 另外，由於前述供給不良，使切股在擠出機內之滯留 時間拉長。該情況下，切股會因擠出機之螺桿而多數遭受 剪斷，使碳纖維折損。結果，使纖維長度變短，所得 CFRTP之機械特性下降。 如上述，碳纖維切股中，不會降低碳纖維之分散性、 或所得CFRTP之物性，提高切股之流動性，藉由提高該 流動性，使大量切股自擠出機之送料斗以穩定之狀態供給 於擠出機之擠出螺桿，自過去以來即相當困難。 專利文獻1:日本特開2003-165849號公報 專利文獻2:日本特開2004-149725號公報 【發明內容】 [發明欲解決之課題] 本發明人爲解決上述問題而進行各種檢討。結果，發 現對集束單絲3 0000條以上而成之碳纖維腺股形成撚數爲 0.5〜50個/m之撚轉後，賦予ι~ι〇質量％之上膠劑予以集 201202315 束’隨後切斷成特定形狀而獲得之切股，在CFRTP中， 與預先之想法相反，分散性高。進而，發現該切股由於非 扁平，故流動性高，在送料斗內可順利流下。 本發明係基於上述發現而完成。據此，本發明之目的 係提供一種可適合大量生產之大型梱包，進而可自送料斗 穩定的供給於擠出機，在擠出機之混練操作中顯示碳纖維 之良好分散性之碳纖維切股，及其製造方法。 [用以解決課題之手段] 本發明之上述目的係藉由下述之本發明各樣態而達 成。 [1] —種碳纖維切股，其包含由30,000~120,000條之 碳纖維所組成之單絲，及將前述單絲集束之1〜10質量％ 之上膠劑所組成之碳纖維切股，其剖面之長徑（Dmax)與短 徑（Dmin)之比（Dmax/Dmin)爲1 · 0〜1.8，沿著纖維方向之長 度（L)爲3〜10 mm，其安息角爲10〜30度。 [2] 如[1 ]所述之碳纖維切股，其中沿著切股之纖維 方向之長度（L)與切股之短徑（Dmin)之比（L/Dmin)爲4以 下。 [3] 如[1]所述之碳纖維切股，其中上膠劑爲聚醯胺 樹脂。 [4] 一種如[1]所述之碳纖維切股之製造方法_，其特 徵爲具有下列步驟：將單絲數爲30,000〜1 20,000條之未 撚碳纖維線股施撚爲0.5〜50個/m之步驟、將前述經施撚 • 9 - 201202315 之碳纖維線股導入於上膠劑浴中之後’藉由乾燥而施以 1〜10質量％之上膠劑並使碳纖維線股集束之步驟、及將前 述經集束之碳纖維線股切斷成特定長度之步驟。 [5] 如[4]所述之碳纖維切股之製造方法，其中上膠 劑爲聚醯胺樹脂，上膠劑浴之上膠劑濃度爲〇.5~30質量 %。 [6] —種碳纖維切股之集合體，其係由30,000〜 1 20,000條之碳纖維單絲與將前述單絲集束之1〜10質量％ 之上膠劑所成之碳纖維切股，其剖面之長徑（Dmax)與短徑 (Dmin)之比（Dmax/Dmin)爲1.0〜1.8，沿著切股之纖維方向 之長度（L)爲3〜10mm，其安息角爲10〜30度之碳纖維切股 之集合體，其中前述集合體中所含碳纖維切股之束殘存率 爲70%以上。 [7] —種碳纖維切股之捆包體，其係由碳纖維切股與 對碳纖維切股進行捆包之可撓性容器袋所構成之梱包體， 前述碳纖維切股爲由30,000〜1 20,000條之碳纖維單絲及 將前述單絲集束之1〜1 0質量％之上膠劑組成之碳纖維切 股，且其剖面之長徑（Dmax)與短徑（Dmin)之比（Dmax/ Dmin)爲1·〇〜1·8，沿著切股之纖維方向之長度（L)爲 3〜10mm，其安息角爲1〇〜30度之碳纖維切股，其中捆包 體中所含碳纖維切股之束殘存率爲70 %以上。 [8] —種顆粒之製造方法，其爲使用擠出機製造之由 熱可塑性樹脂與分散於前述熱可塑性樹脂中之碳纖維所成 之顆粒之製造方法’其係將碳纖維切股自可撓性容器袋直 -10- 201202315 接投入擠出機之送料口中，且於擠出機中混練前述碳纖維 切股與樹脂，其中前述碳纖維切股係由30,000〜1 20,000 條之碳纖維所成之單絲與將前述單絲集束之1〜1 0質量％ 之上膠劑所組成之碳纖維切股，且其剖面之長徑（Dmax)與 短徑（Dmin)之比（Dmax/Dmin)爲1.0〜1.8，沿著纖維方向之 長度（L)爲3〜10mm，其安息角爲10〜30度》 [發明效果] 本發明之碳纖維切股係使用將特定量之上膠劑含浸於 3 0,000~120,000條之碳纖維腺股中而成之碳纖維腺股作爲 原材料。該線股由於具有0.5〜50個/m之撚轉，故裁斷其 所得之本碳纖維切股具有優異之集束性，剖面形狀難以成 爲扁平。其結果，本碳纖維切股之流動性優異。 據此，將本碳纖維切股投入於擠出機之送料斗中時， 線股在送料斗內之流下順利地進行，穩定地供給於擠出機 之計量器中。結果，可將切股穩定地供給於擠出機之擠出 螺桿中。 本碳纖維切股如上述般由於可穩定地供給於擠出機 中’故不會引起通過擠出機之時間偏差。結果，可縮短在 擠出螺桿部中之滯留時間。基於上述理由，可減少擠出螺 桿部中之線股混練時之切斷。結果，獲得分散長纖維之成 形材料。基於上述理由’使用該成形材料製造成形物時， 可獲得機械特性優異之成形物。 -11 - 201202315 【實施方式】 本發明之碳纖維切股係由下述方法製造。 本碳纖維切股之製造原料之碳纖維爲可施撚之纖絲狀 碳纖維。 可使用聚丙烯腈（PAN)系、嫘縈系、瀝青系等各碳纖 維（包含石墨碳纖維），或於該等之纖維表面塗覆金屬皮膜 而成之碳纖維等。 碳纖維之單絲直徑較好爲3〜1 5 μιη，更好爲5〜1 0 μηι。 該等碳纖維係以習知方法製造，通常以線股之形態供 給。至於構成線股之單絲之條數較好爲3 0，0 0 0〜1 2 0，0 0 0 條，更好爲 40,000〜1 1 0,000 條，最好爲 50,000~100,000 條。 現狀的碳纖維之製造方法中，其製造成本與構成線股 之單絲條數，及單絲之直徑有關。據此，雖可能使用單絲 條數未達30,000條之線股，但製造成本高。再者，要求 廉價之CFRTP之強化材料於經濟上難以成立。 單絲條數超過1 20,000條之線股在賦予上膠劑時，上 膠劑難以浸透至線股中。結果，容易造成線股之集束性變 差。另外，裁斷切股時，線股容易沿著纖維軸方向裂開。 另外，由於顯示使熔融混練樹脂與切股而製造之顆粒，或 分散於CFRTP內部之碳纖維之均一分散性下降之傾向， 故較不適當。 每一單絲之單位長度之質量以0.8〜8.Og/m較適當。 上述碳纖維腺股再次施撚成0.5〜50個/m。撚轉數未 -12- 201202315 達0.5個/m時，所得切股之剖面形狀成扁平。亦即，切股 之剖面之長徑（Dmax)與短徑（Dmin)之比之値（Dmax/Smin) 具有超過1.8之値，成爲扁平形狀之碳纖維切股。其結 果，使切股之流動性下降。 撚轉數超過50個/m時，上膠劑難以含浸於纖維束之 內部。結果，切割線股時，未含浸上膠劑之內部之碳纖維 朝外部釋出。該碳纖維在外部形成綿狀之毛絨塊，使切股 之流動性下降。 具有0.5〜50個/m之撚轉之碳纖維線股亦可藉由預先 對氧化纖維束等前驅物（碳纖維前驅物）施撚後，以慣用方 法燒成前述施撚之前驅物而碳化之方法製造。 通常，施以撚轉較好於前驅物碳化後進行。對碳化後 之碳纖維腺股施撚時，亦可將上膠劑施加於未施撚之碳纖 維腺股後施撚。另外，亦可未賦予上膠劑施撚後，再賦予 上膠劑。一般而言，較好於施撚後賦予上膠劑。 本發明中使用之上膠劑較好爲各種熱可塑性樹脂、熱 硬化性樹脂。列舉爲例如環氧樹脂、胺基甲酸酯改質之環 氧樹脂、聚酯樹脂、酚樹脂、聚醯胺樹脂、聚胺基甲酸酯 樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹 脂、聚苯乙烯吡啶樹脂、聚醯亞胺樹脂、雙馬來醯亞胺樹 脂、聚楓樹脂、聚醚颯樹脂、環氧改質之胺基甲酸酯樹 脂、聚乙烯醇樹脂、聚乙烯吡咯烷酮樹脂或該等之改質樹 脂。另外，可使用該等樹脂之混合物。該等中，以環氧樹 脂、胺基甲酸酯改質之環氧樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚 -13- 201202315 醯胺樹脂較佳，尤其聚醯胺樹脂就廣泛性、容易操作性' 高功能性方面而言較佳。聚醯胺樹脂中，最好爲可溶性尼 龍樹脂的8尼龍（商標）^ 賦予碳纖維腺股之上膠劑量以碳纖維腺股與上膠劑之 合計質量爲基準，爲合計質量之1〜10質量％，較好爲3〜8 質量％，更好爲4~7質量％。 上膠劑量未達1質量％時，所得碳纖維切股之集束性 低，在運送或操作中容易造成線股裂開。 上膠劑量超過1〇質量％時，與熔融樹脂混練製造顆 粒或CFRTP時，分散於該等中之碳纖維之分散性變差。 結果，使所得顆粒等之機械特性下降。又，混練時產生之 熱分解氣體量變多，使所得CFRTP變差。再者，由於線 股裁斷時難以裁斷，故容易使所得切股之切斷面成爲扁 平。亦即，難以成爲接近圓形之形狀，該情況下由於流動 性降低故而不佳》 上膠劑一般係以溶解於溶劑中而成之溶液或分散液之 型態賦予碳纖維腺股。至於溶劑係依據上膠劑之種類，選 擇水；乙醇、甲醇等醇類；丙酮、甲基乙基酮等酮類；甲 苯、二甲苯等芳香族類；二氯甲烷、N-甲基吡咯烷酮、二 甲基甲醯胺、四氫呋喃等。另外，亦可適當選擇使用該等 溶劑之混合系。上膠劑溶液或上膠劑分散液之上膠劑濃度 較好爲〇.5~30質量％。 將上膠劑賦予於碳纖維腺股之方法係採用將碳纖維腺 股浸漬於上膠劑溶液中之方法，使用噴霧噴嘴噴霧上膠劑 -14- 201202315 溶液之方法等習知之方法。 賦予上膠劑之碳纖維腺股接著以習知方法乾燥。乾燥 係藉由例如使線股通過空氣乾燥機等之內部而進行。乾燥 溫度較好爲50~200°C。如此，藉由乾燥，利用施撚與上膠 劑之集束作用，使碳纖維腺股自然地於與纖維軸方向垂直 之剖面形狀接近圓形，其剖面之長徑（Dmax)與短徑（Dmin) 之比（Dmax/Dmin)落在1.0〜1.8之範圍內。 又，上述乾燥時，亦可使用具有溝槽之輥，進行賦予 上膠劑之碳纖維腺股之剖面之成形。輥之溝槽之剖面形狀 較好爲U字形狀。 如上述所製造之碳纖維腺股再次切斷成3〜10mm，較 好切斷成5〜8mm，獲得本發明之碳纖維切股。本發明之 碳纖維切股之平均直徑係隨著集束之單絲數而不同，但通 常爲1〜10mme 本發明之碳纖維切股，與其纖維軸方向垂直之剖面中 之長徑（Dmax)與短徑（Dmin)之比（Dmax/Dmin)爲 1.0~1.8， 較好爲1.0-1.6。該比超過1.8時，線股彼此之接觸面積 變多，使線股之流動性降低故而不佳。 本發明切股之纖維長度（L)爲 3〜10mm，更好爲 5〜8mm。切股之纖維長度超過1 0mm時，線股彼此之接觸 面積變多，流動性降低故而不佳。另一方面，切股之纖維 長度未達3mm時，無法充分獲得作爲纖維強化複合材料 時之補強效果故不佳。 切股之纖維長度（L)與切股之短徑（Dmin)之比（L/Dmin) -15- 201202315 較好爲4以下，更好爲3以下。該比超過4時，線股彼此 之接觸面積變多，會有流動性降低之傾向。 碳纖維切股之流動性係藉由其安息角評價。安息角係 以後述方法測定。安息角之値愈小，則流動性評價爲良 好。流動性評價爲良好之切股之安息角爲3 0度以下，較 好爲25度以下。安息角超過30度時，將送料斗內之切股 供給於擠出機時之線股之流下安定性下降，故而不佳。安 息角未達1〇度時，流動性過高，反而操作困難，故不 佳。 碳纖維切股之鬆密度係以每一定體積（1L)之切股之質 量表示。碳纖維切股之鬆密度較好爲200g/L，更好爲 25 0g/L，最好爲300g/L。鬆密度之上限通常爲700g/L左 右。 —般而言，鬆密度爲150gL以下時，切股彼此之表面 之摩擦阻抗亦大於對於切股1處施加之重力。其結果，於 送料斗內發生切股無法流下之部份。 藉由測定自由纖維產生率，可評價切股之型態維持安 定性。自由纖維產生率宜爲3%以下。自由纖維產生率爲 5%以上時，輸送中或自送料斗將切股供給於擠出機時， 無法維持切股之型態，而是開纖。結果，產生綿狀塊，引 起切股之流動性降低。 自由纖維之產生率係以下述方法求得。 於5 00ml之燒杯中，自燒杯上方3 0cm之高度，使碳 纖維切股落入燒杯內。使碳纖維切股累積超過燒杯上端， -16- 201202315 直至自燒杯上端落下之前’將碳纖維切股供給於燒杯中。 隨後，使玻璃棒沿著燒杯之上端移動，自燒杯之上端面去 除突出於上方之碳纖維切股。隨後，測定燒杯內之碳纖維 切股之質量（wig)。 接著，將該碳纖維切股移到2000ml之量筒中，並密 閉。以量筒的軸作爲中心，以25rpm旋轉20分鐘。停止 量筒之旋轉，將碳纖維切股移到篩網（3網目）上。前後左 右移動篩網直至碳纖維切股自篩網目落下爲止，過篩分離 碳纖維切股。收集留於篩上之自由纖維，並測定其質量 (W2g)。使用下述式計算出自由纖維產生率。 自由纖維產生率（％) = (W2/Wl)xl00 本發明之切股係以多數切股之集合體之狀態梱包成可 撓性容器袋等，供給於顆粒之製造步驟中。該情況下，集 合體或者構成梱包體之切股不會裂成更少條數之切股，而 直接以原有條數之切股安定地存在故較佳。 線股裂開之程度係以後述之束殘留率表示。束殘留率 較好爲50%以上，更好爲70%以上。束殘留率低於50% 時，線股彼此之接觸面積增加，故切股之流動性降低而不 佳。 切股之梱包方法可使用習知方法，其中以使用可撓性 容器袋之方法較佳》可撓性容器袋爲存放、運送粉末狀物 或粒狀物用之袋狀包材。可撓性容器袋可適當地使用市售 -17- 201202315 者。可撓性容器袋較好爲其下部可開閉之類型者。該可撓 性容器袋對送料斗投入切股之操作變得容易。 藉由使用以上之方法，可獲得本發明之碳纖維切股。 實施例 以下以實施例更具體說明本發明，但本發明並不受該 等實施例之限制。 (硫酸分解法） 上膠劑之定量係以下述之所謂硫酸分解法進行。將碳 纖維切股2g(Wl)裝入200ml之錐形燒杯中，並精秤。添 加濃硫酸100ml，以錶玻璃蓋住，在約20(TC加熱1小時 使上膠劑熱分解。冷卻後，將過硫酸氫水溶液分少量添加 於燒杯中直到溶液呈透明爲止。隨後，使用預先精秤之玻 璃過濾器（W2)過濾碳纖維。以約1 000ml之水洗淨經過濾 之碳纖維後，以1 1 0±3 °C乾燥放入碳纖維之玻璃過濾器2 小時。精秤乾燥後之放入碳纖維之玻璃過濾器之質量 (W3)。 以下式求得上膠劑之附著量。 上膠劑之附著量（質量％) = (W1-(W3-W2))xl00/Wl (束殘存率） 量取lg之切股。計算量取之切股的個數，及保有分 -18- 201202315 裂前之構成條數之切股個數。使用所得量測値，計算出保 有構成條數之切股之比率。 (鬆密度） 於2L之量筒中充塡3 00 g之切股，持續賦予輕微的撞 擊。測定充塡之切股之體積無變化時之體積。使用該體積 與切股之質量算出鬆密度。 (安息角之測定方法） 將40g之碳纖維切股充塡於下部口徑爲18mm之漏斗 中，使該切股自l〇〇mm之高度自由落下至地板。量測落 到地板之切股之累積高度（h)與落下範圍之半徑（〇。使用 下式計算地板與切股之堆積之斜面之角度（安息角Θ): tan0 = h/r 實施例1〜6及比較例卜4 連續的施撚無撚之單絲數48,000條之PAN系碳纖維 線股[東邦TENAX(股）之TENAX STS40-48K] ’分別獲得 表1中所述撚數之碳纖維線股。使該等經施撚之碳纖維線 股以4m/分鐘之處理速度連續地導入於上膠劑浴中，含浸 上膠劑。上膠劑爲可溶性8尼龍樹脂[DIC(股）製造之 LUCKAMIDE 5 003 ]之甲醇溶液。此時，調整上膠劑浴液 之濃度，將碳纖維線股之上膠劑量調整成表1所示之値。 -19- 201202315 藉由該操作，施予碳纖維線股集束處理。 通過設有溝槽之剖面形狀爲矩形（寬度3mm，深度 2mm)之溝槽的輥後，將線股送入空氣乾燥機（140°C)中， 使碳纖維線股乾燥。線股藉由通過設有溝槽之輥，使剖面 維持成略圓形。隨後，將乾燥之碳纖維線股切成6mm之 長度，獲得碳纖維切股。以先前所述之方法，測定該等碳 纖維切股之安息角、鬆密度。接著，將所得碳纖維切股 200kg梱包於下部可開閉之可撓性容器袋中。隨後，測定 梱包於可撓性容器袋中之碳纖維切股之束殘留率。該等結 果示於表1。 實施例7 集合3條無撚之單絲數1 2,000條之PAN系碳纖維線 股[東邦TENAX(股）之TENAX STS40-12K]，獲得單絲數 3 6,000條之碳纖維線股，接著除對該線股施撚以外，餘如 實施例1般操作，獲得碳纖維切股。其結果示於表1。 實施例8 集合2條無撚之單絲數48,000條之PAN系碳纖維線 股[東邦TENAX(股）之TENAX STS40-48K]，獲得單絲數 96，000條之碳纖維線股，接著除對該線股施撚以外，餘如 實施例1般操作，獲得碳纖維切股。其結果示於表 實施例9 -20- 201202315 集合5條無撚之單絲數24,000條之PAN系碳纖維線 股[東邦TENAX(股）之TENAX STS40-24K] »獲得單絲數 1 20,000條之碳纖維線股，接著除對該線股施撚以外，於 如實施例1般操作，獲得碳纖維切股。結果示於表1。 比較例5 使用無撚之單絲數1 2,000條之PAN系碳纖維線股[東 邦TENAX(股）之TENAX STS40-1 2K]，如實施例1般連續 施撚，獲得碳纖維切股。其結果示於表1。 比較例6 除對作爲碳纖維之無撚之單絲數24,000條之PAN系 碳纖維線股[東邦TENAX(股）之TENAX STS40-24K]施撚 以外，於如實施例1般操作，進行碳纖維切股之製造。然 而，由於單絲數少故安息角爲3 2度，較高。 比較例7 集合5條作爲碳纖維之無撚單絲數48,000條之PN系 碳纖維線股[東邦TENAX(股）之TENAX STS40-48K] ’獲 得單絲數240,000條之碳纖維線股，接著除對該線股進行 施撚以外，於如實施例1般操作，進行碳纖維切股之製 造。然而，單絲數太多，賦予上膠劑之步驟、線股之切斷 步驟變得不穩定，而無法獲得具有目標性狀之切股。 ε： -21 - 201202315 I撇 安息角 ΙΟ «Μ 00 Φ CM 卜 〇o CO CM 〇> csr m c〇 in <〇 CO CO CO 口 g ♦ 00 CM • CD 鬆密度 (g/l) 458 ! 438 I 461 375 464 4EQ ___... _.. 447 288 210 462 100 m O) 570 430 442 405 385 束殘 留率 83.3% ΐ 71.4% 74.2% 70.2K 75.OX 98.OK 92.0% 71.4% 70.3% 58.8% 57.2X 43.6X 100.0% 100.0% 96.3« 73.0% 77.0% L/Dmin 3.05 3.00 3-19 ί 3.70 3.28 2.96 3.68 04 «〇 CO Cl 3.57 4.48 4.51 | 3.92 6.32 ! co 3.24 3.28 Dmax/Dmin 1 卜 ο m CM CM o o o CO r— cr> o 00 (〇 卜 o GO 卜 σ> ψ^ r> CO ▼· CO r· w m 规 m •M 鹏 κ- 駿 〇 T— ο Dmex ! (mm) 2.18 * CM 2.73 00 σ> 2.45 2.09 寸 00 4.04 7.56 3.31 2.47 2.62 2.34 1.12 u> V» 2.45 2.45 ：Dmin (mm) 卜 σ> 2.00 GO CO CM <〇 CO 00 2.03 o »· 3.70 4.50 CO CD CO CO CO 0.95 1 CO m ο 00 1^· 上膠劑 附著 5.0% 4.8% , 5.4% ! 4.6% \ 3.0% ! 5.1% 5.1% o to 4.3% \__ 1__ | 14.2X 6.0X 5.8% 7.0% I 3.0% 撚數 丨（個/m) to <D o CO r> CO ro CO CO o 100 CO o CO CO <〇 to rs 纖絲數 48000 ί 48000 48000 ：48000 | 48000 48000 I_ 36000 96000 120000 48000 48000 48000 48000 12000 24000 240000 48000 48000 實施例1 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 實施例6 實施例7 實施例8 實施例9 比較例1 比較例2 比較例3 比較例4 比較例5 比較例6 比較例7 實施例ίο ! 實施例11 -22- 201202315 實施例1 〇 除使用胺基甲酸酯改質之環氧樹脂（ADEKA(股）製造 之商品名ADEKA Resin EPU-4-75X)之丙酮溶液作爲上膠 劑以外，餘如實施例1般操作，製造碳纖維切股。其結果 示於表1。 實施例η 除使用聚胺基甲酸酯樹脂（拜耳（股）公司製造之商品 名DISPERCOLL U-54)之水分散溶液作爲上膠劑以外，餘 如實施例1般操作，製造碳纖維切股。其結果示於表1。 實施例12〜22 將實施例1~11獲得之碳纖維切股200kg分別梱包於 下部可開閉之可撓性容器袋中，供給於顆粒製造步驟中。 亦即，以起重機吊起梱包體，開閉操作可撓性容器袋之下 部，一次將充滿送料斗之量之碳纖維切股供給於擠出機之 送料斗中。 實施例1〜11中獲得之碳纖維切股任一者之安息角均 低如30度以下，流動性優異。基於該理由，送料斗中之 大量碳纖維切股不會引起絨毛堵塞，可自送料斗安定地供 給於計量器中。 比較例8 ~ 1 3 如實施例1 2般操作，將比較例1〜6中獲得之碳纖維 -23- 201202315 切股200kg分別梱包於下部可開閉之可撓性容器袋中，且 供給於顆粒製造步驟中。 比較例8 比較例1中獲得之碳纖維切股由於未加撚碳纖維，故 Dmax/Dmin之値（=1.97)變大。亦即，切股之剖面比較扁 平，故切股彼此之接觸面積變大。其結果，切股之安息角 成爲34度，切股之流動性低。於送料斗內產生絨毛堵 塞，無法將切股穩定地供給於計量器中。 比較例9 比較例2中獲得之碳纖維切股由於撚數太多而爲100 個/m，故上膠劑無法浸透到線股內部。基於該理由，爲線 股難以集束者。亦即，Dmax/Dmin之値（=1.84)變大，而 且束殘留率變低。安息角爲4 5度，切股之流動性低。其 結果’於送料斗內產生絨毛堵塞，切股無法穩定地供給於 計量器中。 比較例10 比較例3中獲得之碳纖維切股由於上膠劑之附著量低 如〇_5質量％，故無法使纖維充分集束。亦即， Dmaax/Dmin之値（=1.97)變大，束殘留率變低。安息角爲 53度，流動性低。其結果，於送料斗內引起絨毛堵塞， 切股無法穩定地供給於計量器中》 -24- 201202315 比較例11 比較例4中獲得之碳纖維切股之上膠劑 1 4.2 %，故切股表面不平滑。亦即，安息角爲 性低。結果，於送料斗內產生絨毛堵塞，切股 供給於計量器中。 擠出機中之樹脂與碳纖維切股之混練中， 對樹脂之分散性差，其結果無法獲得良質之顆 比較例1 2 比較例5中獲得之碳纖維切股係使用之碳 數爲1 2,000條，較少。因此，所得切股之直 結果，纖維長度（L)與短徑（Drnin)之比大如6. 由於接觸面積增加，故所得安息角超過30度 動性下降。於送料斗內產生絨毛堵塞，切股無 給於計量器中。 比較例13 比較例6中獲得之碳纖維切股係使用之碳 爲24,000條，較少。因此，所得切股之直徑 果，纖維長度（L)與短徑（Dmin)之比大如4.48 於接觸面積增加，故所得安息角變大至32度 動性下降。其結果，於送料斗內產生絨毛堵塞 穩定地供給於計量器中。 附著量多如 36度，流動 無法穩定地 碳纖維切股 φ-L·. 私。 纖維之單絲 徑變小。其 3 2。亦即， •切股之流 法穩定地供 纖維單絲數 變小。其結 。亦即，由 ，切股之流 ，切股無法 -25-

Claims (1)

1. 201202315 七、申請專利範圍 1. —種碳纖維切股，其包含由30,00 0〜120,000條之 碳纖維所組成之單絲及將前述單絲集束之1 ~ 1 0質量％之 上膠劑的碳纖維切股，其剖面之長徑（Dmax)與短徑（Dmin) 之比（Dmax/Dmin)爲1.0〜1. 8，沿著纖維方向之長度（L)爲 3〜10mm，其安息角爲10〜30度。 2. 如申請專利範圍第1項之碳纖維切股，其中沿著 切股之纖維方向之長度（L)與切股之短徑（Dmin)之比 (L/Dmin)爲 4 以下。 3. 如申請專利範圍第1項之碳纖維切股，其中上膠 劑爲聚醯胺樹脂。 4. 一種如申請專利範圍第1項之碳纖維切股之製造 方法，其特徵爲具有下列步驟：將單絲數爲30,000〜 1 20,000條之未撚碳纖維線股施撚爲0.5〜50個/m之步 驟、將前述經施撚之碳纖維股導入於上膠劑浴中之後，藉 由乾燥而施以1~1〇質量％之上膠劑並使碳纖維股集束之 步驟、及將前述經集束之碳纖維股切斷成特定長度之步 驟。 5. 如申請專利範圍第'4項之碳纖維切股之製造方 法，其中上膠劑爲聚醯胺樹脂，上膠劑浴之上膠劑濃度爲 0.5 ~ 3 0 質量 °/〇。 6. —種碳纖維切股之集合體，其係由30,000〜 12〇,〇〇〇條之碳纖維單絲與將前述單絲集束之1~10質量％ 之上膠劑所成之碳纖維切股之集合體，該碳纖維切股其剖 -26- 201202315 面之長徑（Dmax)與短徑（Dmin)之比（Dmax/Dmin)爲 1.0~1·8，沿著切股之纖維方向之長度（L)爲3~10mm，其 安息角爲10~3 0度之碳纖維切股，其中前述集合體中所含 碳纖維切股之束殘存率爲7 0%以上。 7. —種碳纖維切股之捆包體，其係由碳纖維切股與 對碳纖維切股進行捆包之可撓性容器袋所構成之梱包體， 前述碳纖維切股爲由3 0,000〜1 20,000條之碳纖維單絲及 將前述單絲集束之1〜10質量％之上膠劑組成之碳纖維切 股，且係其剖面之長徑（Dmax)與短徑（Dmin)之比 (Dmax/Dmin)爲1.0〜1 . 8，沿著切股之纖維方向之長度（L) 爲3〜10mm，其安息角爲10〜30度之碳纖維切股，其中捆 包體中所含碳纖維切股之束殘存率爲7 0 %以上。 8. —種顆粒之製造方法，其爲使用擠出機製造之由 熱可塑性樹脂與分散於前述熱可塑性樹脂中之碳纖維所成 之顆粒之製造方法，其特徵係將碳纖維切股自可撓性容器 袋直接投入擠出機之送料口中，且於擠出機中混練前述碳 纖維切股與樹脂，其中前述碳纖維切股係由30,000~ 120,000條之碳纖維所成之單絲與將前述單絲集束之1~10 質量％之上膠劑所組成之碳纖維切股，且其剖面之長徑 (Dmax)與短徑（Dmin)之比（Dmax/Dmin)爲1.0〜1.8，沿著纖 維方向之長度（L)爲3〜10mm，其安息角爲10〜30度。 -27- 201202315 四 指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：無 (二） 本代表圓之元件符號簡單說明：無 201202315 五 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：無