JPH05112657A - 熱可塑性樹脂強化用炭素繊維強化樹脂組成物および炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】炭素長繊維を張力下に引き揃えながら熱可塑性
樹脂を含浸して得られる棒状の組成物を切断してなる炭
素繊維強化樹脂組成物であって、該熱可塑性樹脂が不飽
和カルボン酸又はその誘導体で変性されたオレフィン系
重合体であることを特徴とする、熱可塑性樹脂強化用炭
素繊維強化樹脂組成物および該組成物５〜３０重量部を
熱可塑性樹脂１００重量部に対し配合してなる炭素繊維
強化熱可塑性樹脂複合剤。 【効果】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、
長手方向に配列集束された炭素繊維強化変性ポリオレフ
ィン樹脂を切断して得られる小複合体を成形原料とする
ことにより、高強度、高耐衝撃性の利点を有している。
しかも、該処理は容易かつ低コストであることから、工
業上極めて有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度、高耐衝撃性を
持つ炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材に関するものであ
る。より詳しくは炭素繊維を長手方向に配列集束された
熱可塑性樹脂強化用炭素繊維強化樹脂組成物およびそれ
を含む高強度、高耐衝撃性を持つ炭素繊維強化熱可塑性
樹脂複合材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素短繊維を各種のマトリックス
に混合、分散させてなる繊維強化樹脂組成物は、高強
度、高剛性、低比重、高電気伝導性、低熱膨張率、高耐
摩耗性等に優れた特長を有していることから工業的に重
要な材料として注目されている。一般に、炭素繊維をポ
リエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリル樹
脂等の各種熱可塑性樹脂に混合、分散させて繊維強化熱
可塑性樹脂組成物を得る場合、あらかじめ多数の炭素短
繊維をサイジング剤等により集合体化させた炭素短繊維
の集合体を熱可塑性樹脂と混練りして繊維強化樹脂ペレ
ットを得、該ペレットを所望の金型に射出成形して製造
する。

【０００３】一方、従来の炭素短繊維集合体では、樹脂
成分と炭素短繊維とを混練りする際に繊維含有率を上げ
ると混練時に必要な力が大きくなりすぎたり、また混練
り時に補強材である炭素繊維が切断されて所望の繊維長
を維持できず、その結果十分な強度・剛性が得られない
ことから、長手方向に配列集束された炭素繊維強化熱可
塑性樹脂複合体を切断して得られる小複合体を成形原料
とすることにより高特性を発現させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
熱可塑性樹脂への炭素繊維のような無機繊維の充填にお
いては熱硬化性樹脂へ炭素繊維のような無機繊維を充填
した場合に比べると期待されるほど補強効果が出ていな
いのが現状である。この理由としては、無機繊維と熱可
塑性樹脂との親和性が乏しいことが挙げられる。熱硬化
性樹脂の場合、樹脂の粘度が低く繊維表面に濡れ易い、
表面処理された繊維上の官能基と熱硬化性樹脂の反応基
とがカップリング作用効果を示すと考えられる。一方、
熱可塑性樹脂の場合、樹脂の粘度が高くかつ反応性に乏
しいため十分な補強効果が得られていないものと考えら
れる。また特に炭素繊維の場合、他の無機繊維に比べて
も更に官能基が少ないため、ガラス繊維のようなシラン
カップリング剤による表面処理効果がほとんどなく、繊
維自身の持つ高特性が十分に利用できていないのが実状
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等はか
かる課題を解決すべく鋭意検討を行なった結果、炭素長
繊維を張力下に引き揃えながら不飽和カルボン酸又はそ
の誘導体で変性されたオレフィン系重合体であることを
特徴とする熱可塑性樹脂を含浸して得られる棒状の繊維
強化熱可塑性樹脂組成物を、熱可塑性樹脂強化用炭素繊
維強化樹脂組成物として使用することにより、上記課題
が解消されることを見いだし本発明に到達した。

【０００６】すなわち、本発明の目的は、炭素繊維が長
手方向に配列集束された熱可塑性樹脂強化用炭素繊維強
化樹脂組成物およびそれを含む高強度、高耐衝撃性を持
つ炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材を提供することにあ
る。

【０００７】そしてその目的は、炭素長繊維を張力下に
引き揃えながら熱可塑性樹脂を含浸して得られる棒状の
組成物を切断してなる炭素繊維強化樹脂組成物であって
該熱可塑性樹脂が不飽和カルボン酸又はその誘導体で変
性されたオレフィン系重合体であることを特徴とする、
熱可塑性樹脂強化用炭素繊維強化樹脂組成物、および、
炭素長繊維を張力下に引き揃えながら熱可塑性樹脂を含
浸して得られる棒状の組成物を切断してなる炭素繊維強
化樹脂組成物であって該熱可塑性樹脂が、不飽和カルボ
ン酸又はその誘導体で変性されたオレフィン系重合体で
ある熱可塑性樹脂強化用炭素繊維強化樹脂組成物５〜３
０重量部を、熱可塑性樹脂１００重量部に対して配合し
たことを特徴とする炭素繊維強化樹脂複合材、さらに詳
しくは、炭素長繊維を張力下に引き揃えながら熱可塑性
樹脂を含浸して得られる棒状の組成物を切断してなる炭
素繊維強化樹脂組成物であって該炭素長繊維５０〜９５
重量％配合している、上記熱可塑性樹脂強化用炭素繊維
強化樹脂組成物、により容易に達成することができる。

【０００８】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
は炭素繊維として従来公知の種々の炭素繊維が使用で
き、具体的にはポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レ
ーヨン系等の炭素繊維が挙げられる。本発明に用いるオ
レフィン系重合体は、ポリオレフィンに不飽和カルボン
酸又はその誘導体を加えてラジカル発生剤の存在下又は
不存在下で反応を行うことによって、ポリオレフィンの
分子鎖中に不飽和カルボン酸又はその誘導体を化学的に
結合せしめることによって得られるオレフィン系重合体
である。

【０００９】不飽和カルボン酸又はその誘導体として
は、無水物が好ましく具体的には無水マレイン酸、マレ
イン酸、アクリル酸、脂環式カルボン酸等を用いること
ができる。オレフィン系重合体が、ポリプロピレンの場
合、結合させる不飽和カルボン酸又はその誘導体の量
は、ポリプロピレン１００重量部に対して０．００５〜
５重量部でもあり、好ましくは０．０１〜１．０重量部
である。又、オレフィン系重合体に不飽和カルボン酸又
はその誘導体を化学的に結合する方法は公知の方法が適
用できる。

【００１０】熱可塑性樹脂強化用炭素繊維強化樹脂組成
物中の炭素繊維含有率としては、通常５０〜９５重量
％、好ましくは７０〜９０重量％とするのがよい。そし
てかかる炭素繊強化熱可塑性樹脂複合体は上記補強用炭
素長繊維を張力下で引き揃えながら熱可塑性樹脂を含浸
し成形する、いわゆるプルトルージョン法により製造さ
れる。本発明では、かかる棒状の組成物を切断して、繊
維方向の長さを好ましくは３〜２５ｍｍ、より好ましく
は６〜１０ｍｍの小複合体とする。この範囲を逸脱する
と射出成形時のフィード性の点で望ましくない。

【００１１】次に、本発明の熱可塑性樹脂強化用炭素繊
維強化樹脂組成物を熱可塑性樹脂に配合した高強度、高
耐衝撃性を有する炭素繊維強化樹脂熱可塑性樹脂複合材
について説明する。マトリックス樹脂としては、特に限
定はされないが例えば、ポリカーボネート、ポリスチレ
ン、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アク
リル樹脂、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンサルフ
ァイド、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキ
シド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテル・エ
ーテルケトン、ポリフェニレンスルホン、液晶ポリマ
ー、アクリロニトリル−ブタジェン−スチレン樹脂（Ａ
ＢＳ樹脂）、フ ッ素樹脂などのポリマー類又はこれら
のコポリマー類などの公知の熱可塑性樹脂あるいはそれ
らのポリマーアロイが挙げられる。

【００１２】上述した熱可塑性樹脂強化用炭素繊維強化
樹脂組成物とマトリックス樹脂の配合割合は、熱可塑性
樹脂１００重量部に対して、熱可塑性樹脂強化用炭素繊
維強化樹脂組成物を５〜５０重量部、好ましくは、５〜
２０重量部の範囲である。熱可塑性樹脂強化用炭素繊維
強化樹脂組成物の配合量が５重量部未満では炭素繊維の
量が少なく高特性を発現しにくく、また５０重量部を越
えるとオレフィン系重合体の量が多くなり、物性の低
下、マトリックス樹脂への混合、分散の工程に於て種々
の問題が発生する。本手法は、接着性の悪い炭素繊維と
樹脂との間に反応性の高いオレフィン系重合体を介在さ
せることにより両者の結合が強固になっていると考えら
れる。また、この様なマトリックス樹脂と本発明のオレ
フィン系重合体樹脂組成物との配合方法としては特に限
定サれるものではないが、通常一軸押し出し機、二軸押
し出し機、プレス機、高速ミキサー、射出成形機等の方
法により行なわれる。更に、上記成分以外に本発明の効
果を損なわない程度に例えば、他種炭素繊維、ガラス繊
維、アラミド繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などの
短繊維及び長繊維、ホイスカー類、これらにニッケル、
アルミニウム、銅などの金属をコーテイングした繊維あ
るいは金属繊維などの繊維状強化材類、あるいはカーボ
ンブラック、二硫化モリブデン、マイカ、タルク、炭酸
カルシウムなどのフィラー類からなる強化材、安定剤、
滑剤、その他添加剤などを加えることが出来る。以下、
実施例により具体的に本発明を説明するが、本発明はそ
の要旨を越えない限り下記の実施例に限定されるもので
はない。

【００１３】

【実施例】

実施例１ マトリックス樹脂として変性ポリオレフィン樹脂（三菱
化成社製“ノバテックＡＰ−７９０Ｐ”）を用い、強化
繊維としてピッチ系炭素繊維（三菱化成社製“ダイアリ
ードＫ２２３”）を用いて、棒状の組成物（直径３ｍ
ｍ、繊維含有率７７重量％）を成形温度２４０℃で引き
抜き成形法により調整した。この棒状の組成物を約１０
ｍｍ長にカッターにより切断して炭素繊維強化樹脂組成
物を作製した。

【００１４】この組成物とポリプロピレン樹脂（三菱化
成社製“三菱ポリプロ８８００Ｊ”）を炭素繊維含有率
として２０重量％（変性ポリオレフィン量６重量％）に
なるように配合した後、射出成形にて成形し試験片を得
た。その後、その物性を測定した。

【００１５】実施例２ マトリックス樹脂として変性ポリオレフィン樹脂（三菱
化成社製“ノバテックＡＰ−７９０Ｐ”）を用い、強化
繊維としてピッチ系炭素繊維（三菱化成社製“ダイアリ
ードＫ２２３”）を用いて、棒状の組成物（直径３ｍ
ｍ、繊維含有率８３重量％）を成形温度２４０℃で引き
抜き成形法により調整した。この棒状の組成物を約１０
ｍｍ長にカッターにより切断して炭素繊維強化樹脂組成
物を作製した。

【００１６】この組成物とポリプロピレン樹脂（三菱化
成社製“三菱ポリプロ８８００Ｊ”）を炭素繊維含有率
として２０重量％（変性ポリオレフィン量４重量％）に
なるように配合した後、射出成形にて成形し試験片を得
た。その後、その物性を測定した。

【００１７】実施例３ マトリックス樹脂として変性ポリオレフィン樹脂（三菱
化成社製“ノバテックＡＰ−７９０Ｐ”）を用い、強化
繊維としてピッチ系炭素繊維（三菱化成社製“ダイアリ
ードＫ２２３”）を用いて、棒状の組成物（直径３ｍ
ｍ、繊維含有率７７重量％）を成形温度２４０℃で引き
抜き成形法により調整した。この棒状の組成物を約１０
ｍｍ長にカッターにより切断して炭素繊維強化樹脂組成
物を作製した。

【００１８】この組成物とＡＢＳ樹脂（三菱化成ポリテ
ック社製）を炭素繊維含有率として２０重量％（変性ポ
リオレフィン量６重量％）になるように配合した後、射
出成形にて成形し試験片を得た。その後、その物性を測
定した。

【００１９】比較例１ 炭素短繊維集合体２０重量％と上記ポリプロピレン樹脂
とをドライブレンドした後、スクリュー押出機にしこ
み、溶融混合してストランド状に押出し、水冷後ペレッ
ト状に切断した。このようにして得られた炭素短繊維強
化成形材料を９０℃４時間乾燥した後、射出成形にて成
形し試験片を得た。その後、その物性を測定した。

【００２０】比較例２ 炭素短繊維集合体２０重量％と上記ポリプロピレン樹脂
７２重量％、上記変性ポリオレフィン樹脂６重量％とを
ドライブレンドした後、スクリュー押出機にしこみ、溶
融混合してストランド状に押出し、水冷後ペレット状に
切断した。このようにして得られた炭素短繊維強化成形
材料を９０℃４時間乾燥した後、射出成形にて成形し試
験片を得た。その後、その物性を測定した。

【００２１】比較例３ 炭素短繊維集合体２０重量％と上記ＡＢＳ樹脂とをドラ
イブレンドした後、スクリュー押出機にしこみ、溶融混
合してストランド状に押出し、水冷後ペレット状に切断
した。このようにして得られた炭素短繊維強化成形材料
を９０℃４時間乾燥した後、射出成形にて成形し試験片
を得た。その後、その物性を測定した。実施例１〜３、
比較例１〜３の物性測定結果を第１表に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】これらの比較により明らかなように、本発
明は、高強度、高耐衝撃性の利点を有している。しか
も、該処理は容易かつ低コストであることから、工業上
極めて有用である。

【００２４】

【発明の効果】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成
物は、長手方向に配列集束された炭素繊維強化変性ポリ
オレフィン樹脂を切断して得られる小複合体を成形原料
とすることにより、高強度、高耐衝撃性の利点を有して
いる。しかも、該処理は容易かつ低コストであることか
ら、工業上極めて有用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ０６Ｍ 15/263 // Ｄ０６Ｍ 101:40 (72)発明者 島本 勝次 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三 菱化成株式会社総合研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素長繊維を張力下に引き揃えながら
   熱可塑性樹脂を含浸して得られる、棒状の組成物を切断
   してなる炭素繊維強化樹脂組成物であって、該熱可塑性
   樹脂が不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性されたオ
   レフィン系重合体であることを特徴とする、熱可塑性樹
   脂強化用炭素繊維強化樹脂組成物。
2. 【請求項２】 炭素長繊維を張力下に引き揃えながら
   熱可塑性樹脂を含浸して得られる、棒状の組成物を切断
   してなる炭素繊維強化樹脂組成物であって、該熱可塑性
   樹脂が不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性されたオ
   レフィン系重合体である熱可塑性樹脂強化用炭素繊維強
   化樹脂組成物５〜３０重量部を、熱可塑性樹脂１００重
   量部に対して配合してなることを特徴とする炭素繊維強
   化熱可塑性樹脂複合材