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JP2012149170A - Carbon fiber-reinforced polyolefin-based resin composite material and method for producing the same - Google Patents

Carbon fiber-reinforced polyolefin-based resin composite material and method for producing the same Download PDF

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JP2012149170A
JP2012149170A JP2011008856A JP2011008856A JP2012149170A JP 2012149170 A JP2012149170 A JP 2012149170A JP 2011008856 A JP2011008856 A JP 2011008856A JP 2011008856 A JP2011008856 A JP 2011008856A JP 2012149170 A JP2012149170 A JP 2012149170A
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JP
Japan
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carbon fiber
composite material
reinforced composite
acid
resin
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JP2011008856A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Kaneko
徹 金子
Yasuyuki Yokoe
泰幸 横江
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Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the physical properties such as strength in a carbon fiber-reinforced polyolefin-based composite material.SOLUTION: The carbon fiber-reinforced composite material contains 10-100 mm long or continuously long carbon fibers to whose surfaces a sizing agent composition containing a polyurethane resin and a polyether resin are adhered, and an acid group-containing polyolefin-based resin having an acid content (converted into maleic anhydride) of 0.05-0.5 wt.%.

Description

本発明は、炭素繊維強化ポリオレフィン系樹脂複合材料の機械的強度等を著しく向上した複合材料、及び複合材料成形体、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a composite material in which the mechanical strength and the like of a carbon fiber reinforced polyolefin resin composite material are remarkably improved, a composite material molded body, and a manufacturing method thereof.

熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料は、その優れた靭性、成形性、貯蔵安定性、リサイクル性等のために、従来より注目される材料となっている。近年の地球環境問題から、二酸化炭素の削減、材料のリサイクル化は重要な課題となっているが、その一つの対策として、自動車の部材をリサイクルできる材料で、より軽量化することが必要とされてきている。そのための材料として、ポリオレフィン系樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料が注目され、加工技術の開発が進んでいる。   A fiber reinforced composite material using a thermoplastic resin as a matrix has been a material that has been attracting attention in the past because of its excellent toughness, moldability, storage stability, recyclability, and the like. Due to global environmental problems in recent years, the reduction of carbon dioxide and the recycling of materials have become important issues. As one countermeasure, it is necessary to reduce the weight with materials that can recycle automobile components. It is coming. As a material for this purpose, fiber-reinforced composite materials using a polyolefin resin as a matrix have attracted attention, and the development of processing techniques is progressing.

炭素繊維強化ポリオレフィン系樹脂複合材料の物性を向上する方法として、酸基含有ポリオレフィン系樹脂と反応し得る官能基を有するサイズ剤で表面処理された炭素長繊維と酸基含有ポリオレフィン系樹脂からなる繊維長が4〜50mmである炭素長繊維強化樹脂ペレットが提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、上記技術は長繊維射出成形に関するものであり、射出成形後の炭素繊維長は数mmであり、その強度は十分とは言いがたい。   As a method for improving the physical properties of a carbon fiber reinforced polyolefin resin composite material, a fiber comprising a carbon long fiber surface-treated with a sizing agent having a functional group capable of reacting with an acid group-containing polyolefin resin and an acid group-containing polyolefin resin Carbon long fiber reinforced resin pellets having a length of 4 to 50 mm have been proposed (see Patent Document 1). However, the above technique relates to long fiber injection molding, and the carbon fiber length after injection molding is several mm, and the strength is not sufficient.

特開2005−125581号公報JP 2005-125581 A

本発明は、炭素繊維強化ポリオレフィン系樹脂複合材料における強度等の物性の向上、並びに及びその製造方法を確立することを目的とする。   An object of the present invention is to improve physical properties such as strength in a carbon fiber reinforced polyolefin resin composite material and to establish a manufacturing method thereof.

本発明者らはポリウレタン樹脂およびポリエーテル樹脂を含むサイズ剤を表面に付着させた長繊維系炭素繊維を用いることにより標記課題を解決できることを見出した。すなわち本発明は繊維長が10mmから100mmであるか連続長の炭素繊維に、ポリウレタン樹脂とポリエーテル樹脂を含むサイズ剤を表面に付着させた炭素繊維と、無水マレイン酸換算の酸含有量が、0.05〜0.5重量%である酸基含有ポリオレフィン系樹脂とから成る炭素繊維強化複合材料、及びこれを3次元形状に賦形した複合材料成形体である。   The present inventors have found that the subject can be solved by using a long-fiber carbon fiber having a sizing agent including a polyurethane resin and a polyether resin attached to the surface. That is, the present invention is a carbon fiber having a fiber length of 10 mm to 100 mm or continuous carbon fiber, a carbon fiber having a sizing agent containing a polyurethane resin and a polyether resin attached to the surface, and an acid content in terms of maleic anhydride, A carbon fiber reinforced composite material comprising 0.05 to 0.5% by weight of an acid group-containing polyolefin resin, and a composite material molded body obtained by shaping the carbon fiber reinforced composite material into a three-dimensional shape.

本発明によれば、炭素繊維の開繊性が向上し、マトリクスの酸基含有ポリオレフィン系樹脂の含浸性が向上し、炭素繊維と酸基含有ポリオレフィン系樹脂がより強固に結合した炭素繊維強化複合材料が得られ、これより機械的物性が著しく向上した3次元形状に賦形した炭素繊維強化複合材料成形体が提供できる。   According to the present invention, the carbon fiber reinforced composite in which the opening property of the carbon fiber is improved, the impregnation property of the acid group-containing polyolefin resin of the matrix is improved, and the carbon fiber and the acid group-containing polyolefin resin are more firmly bonded. A material is obtained, and a carbon fiber-reinforced composite material molded body shaped into a three-dimensional shape with significantly improved mechanical properties can be provided.

実施例15で作成した成形体の概略図(斜視図と断面図)。Schematic (perspective view and cross-sectional view) of a molded body produced in Example 15.

以下に、本発明の実施の形態について順次説明する。
[サイズ剤組成物]
本発明の炭素繊維強化複合材料を構成する炭素繊維は、ポリウレタン樹脂およびポリエーテル樹脂を含むサイズ剤組成物を表面に付着させたものである。サイズ剤組成物に含まれるポリウレタン樹脂は、芳香族イソシアネートとポリエーテル、またはポリエステルの反応物が好ましく挙げられる。芳香族イソシアネートとしては、例えばトリレン−2,4−ジイソシアネート、トリレン−2,6−ジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、モノまたはジクロロフェニレン−2,4−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、3,3’−ジメチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、3−メチルジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、メタフェニレンジイソシアネート、パラフェニレンジイソシアネート、ジフェニルエーテルジイソシアネート、ピトリレンジイソシアネート等のジイソシアネート、およびトリフェニルメタントリイソシアネート等のトリイソシアネートが挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be sequentially described.
[Sizing composition]
The carbon fiber constituting the carbon fiber reinforced composite material of the present invention is obtained by attaching a sizing composition containing a polyurethane resin and a polyether resin to the surface. The polyurethane resin contained in the sizing composition is preferably a reaction product of aromatic isocyanate and polyether or polyester. Examples of the aromatic isocyanate include tolylene-2,4-diisocyanate, tolylene-2,6-diisocyanate, xylene diisocyanate, naphthylene-1,5-diisocyanate, mono- or dichlorophenylene-2,4-diisocyanate, and diphenylmethane-4,4. Diisocyanates such as' -diisocyanate, 3,3'-dimethyldiphenylmethane-4,4'-diisocyanate, 3-methyldiphenylmethane-4,4'-diisocyanate, metaphenylene diisocyanate, paraphenylene diisocyanate, diphenyl ether diisocyanate, pitolylene diisocyanate; And triisocyanates such as triphenylmethane triisocyanate.

ポリエーテルとしては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレンリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン等の多価アルコールに、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等のアルキレンオキサイドの1種または2種以上を付加重合させた末端にヒドロキシル基を有するポリエーテル、テトラヒドロフランの開環重化合物であるポリオキシテトラメチレングリコール、ビスフェノールのような多価フェノール類のアルキレンオキサイド付加重合物、コハク酸、アジピン酸、フマール酸、マレイン酸、グルタール酸、アゼライン酸、フタール酸、テレフタル酸、ダイマー酸、ピロメリット酸等の多塩基性カルボン酸類のアルキレンオキサイド付加重合物等を挙げることができる。   Examples of polyethers include addition polymerization of one or more alkylene oxides such as ethylene oxide, propylene oxide, and butylene oxide to polyhydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene recall, glycerin, and trimethylolpropane. Polyether having a hydroxyl group at the terminal, polyoxytetramethylene glycol which is a ring-opening heavy compound of tetrahydrofuran, alkylene oxide addition polymer of polyhydric phenols such as bisphenol, succinic acid, adipic acid, fumaric acid, maleic acid And alkylene oxide addition polymers of polybasic carboxylic acids such as glutaric acid, azelaic acid, phthalic acid, terephthalic acid, dimer acid and pyromellitic acid.

ポリエステルとしては、例えば上述の多価アルコールと上述の多塩基性カルボン酸類との縮合物、ヒマシ油やヒマシ油脂肪酸等のヒドロキシカルボン酸と上述の多価アルコールの縮合物等を挙げることができる。   Examples of the polyester include a condensate of the above-mentioned polyhydric alcohol and the above-mentioned polybasic carboxylic acid, a condensate of the above-mentioned polyhydric alcohol with a hydroxycarboxylic acid such as castor oil or castor oil fatty acid, and the like.

ポリウレタン樹脂は、芳香族イソシアネートが、トリレン−2,4−ジイソシアネート、トリレン−2,6−ジイソシアネート、および/またはジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ポリエーテルがポリエチレングリコール、および/またはポリプロピレングリコール、ポリエステルが、ポリエチレンアジペート、および/またはポリブチレンセバケートのものが好適に使用できる。   Polyurethane resin has aromatic isocyanate as tolylene-2,4-diisocyanate, tolylene-2,6-diisocyanate and / or diphenylmethane-4,4′-diisocyanate, polyether as polyethylene glycol, and / or polypropylene glycol, polyester However, polyethylene adipate and / or polybutylene sebacate can be preferably used.

具体例として、芳香族イソシアネートとポリエーテルの反応物としては、HYDRAN HW−312B、VONDIC 1040NS、VONDIC 1050B−NS、VONDIC 1310NSC、VONDIC 1320NSC、VONDIC 1510(以上、大日本インキ化学工業株式会社製)、芳香族イソシアネートとポリエステルの反応物としては、HYDRANHW−301、HYDRAN HW−310、HYDRAN HW−311、HYDRANHW−333、HYDRAN HW−340、HYDRANHW−350、VONDIV 1230NS、VONDIC 1250(以上、大日本インキ化学工業株式会社製)が挙げられる。   As a specific example, as a reaction product of aromatic isocyanate and polyether, HYDRAN HW-312B, VONDIC 1040NS, VONDIC 1050B-NS, VONDIC 1310NSC, VONDIC 1320NSC, VONDIC 1510 (above, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.), Examples of the reaction product of aromatic isocyanate and polyester include HYDRANHW-301, HYDRAN HW-310, HYDRAN HW-311, HYDRANHW-333, HYDRAN HW-340, HYDRANHW-350, VONDIV 1230NS, VONDIC 1250 (above, Dainippon Ink Chemical Co., Ltd.) Kogyo Co., Ltd.).

サイズ剤組成物に含まれるポリエーテル樹脂は、下記式(1)で表されるものが好ましい。
−O−(CHCHO)−R ・・・(1)
(式中R1は炭素数1〜30のアルキル基、ビスフェノールA、フェニル基を、R2は水素またはグリシジル基を、mは1〜60の整数を表す。)
The polyether resin contained in the sizing agent composition is preferably represented by the following formula (1).
R 1 —O— (CH 2 CH 2 O) m —R 2 (1)
(In the formula, R 1 represents an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, bisphenol A, and a phenyl group, R 2 represents hydrogen or a glycidyl group, and m represents an integer of 1 to 60.)

具体例としては、ポリオキシエチレン(m)ラウリルグリシジルエーテル、ポリオキシエチレン(m)ラウリルエーテル、ビスフェノールAのエチレンオキサイド(m)付加物、ポリオキシエチレン(m)フェニルグリシジルエーテル、ポリオキシエチレン(m)フェニルエーテル等が挙げられる。
ポリエーテル樹脂に特に制限はないが、ポリオキシエチレン(m)ラウリルグリシジルエーテル、あるいはビスフェノールAのエチレンオキサイド(m)付加物が好適に使用できる。
Specific examples include polyoxyethylene (m) lauryl glycidyl ether, polyoxyethylene (m) lauryl ether, ethylene oxide (m) adduct of bisphenol A, polyoxyethylene (m) phenyl glycidyl ether, polyoxyethylene (m ) Phenyl ether and the like.
Although there is no restriction | limiting in particular in polyether resin, Polyoxyethylene (m) lauryl glycidyl ether or the ethylene oxide (m) addition product of bisphenol A can use it conveniently.

本発明において、サイズ剤組成物のポリウレタン樹脂/ポリエーテル樹脂の配合比が、40/60〜90/10であることが好ましい。この配合比にすることにより、ストランドの集束性と開繊性を兼備したストランドが得られる。
ポリウレタン樹脂の配合比が40に満たない場合、耐擦過性が低下し、毛羽が発生しやすくなる。ポリウレタン樹脂の配合比が90を超える場合、開繊性が悪化し、炭素繊維ストランドに対するマトリックス樹脂の含浸性が低下することがある。
In the present invention, the blending ratio of polyurethane resin / polyether resin in the sizing composition is preferably 40/60 to 90/10. By using this blending ratio, a strand having both stranding property and opening property can be obtained.
When the blending ratio of the polyurethane resin is less than 40, the scratch resistance is lowered and fluff is likely to occur. When the blending ratio of the polyurethane resin exceeds 90, the fiber opening property is deteriorated, and the impregnation property of the matrix resin with respect to the carbon fiber strand may be lowered.

サイズ剤組成物は、ポリウレタン樹脂とポリエーテル樹脂を必須成分として混合した樹脂組成物であるが、第三成分として、高級脂肪酸エステルを含ませることができる。高級脂肪酸エステルの具体例としては、メチルステアレート、エチルステアレート、プロピルステアレート、ブチルステアレート、オクチルステアレート、ステアルルステアレート等のステアリン酸エステル、イソプロピルパルミテート等のオレイン酸エステル等が挙げられる。第三成分である高級脂肪酸の配合量は、サイズ剤組成物全体を100重量%とした場合、5〜20重量%の範囲とすることが好ましい。高級脂肪酸の配合量が20重量%を超えると、成形物とした際の機械的特性が低下することがある。   The sizing composition is a resin composition in which a polyurethane resin and a polyether resin are mixed as essential components, but a higher fatty acid ester can be included as a third component. Specific examples of higher fatty acid esters include stearic acid esters such as methyl stearate, ethyl stearate, propyl stearate, butyl stearate, octyl stearate, and stearyl stearate, and oleic acid esters such as isopropyl palmitate. It is done. The blending amount of the higher fatty acid as the third component is preferably in the range of 5 to 20% by weight when the entire sizing composition is 100% by weight. When the blending amount of the higher fatty acid exceeds 20% by weight, the mechanical properties when formed into a molded product may be deteriorated.

サイズ剤組成物を炭素繊維ストランドに付着させる際の形態は、水溶液、水分散液、あるいは有機溶剤に溶かした溶液等が用いられるが、安全環境を考慮すると、水溶液または水分散液が好ましい。
炭素繊維100重量部に対するサイズ剤組成物の付着量は好ましくは0.1〜3.0重量部であり、さらに好ましくは0.3〜1.8重量部である。
As the form when the sizing composition is adhered to the carbon fiber strand, an aqueous solution, an aqueous dispersion, a solution dissolved in an organic solvent, or the like is used. However, in consideration of a safety environment, an aqueous solution or an aqueous dispersion is preferable.
The amount of sizing composition attached to 100 parts by weight of carbon fiber is preferably 0.1 to 3.0 parts by weight, and more preferably 0.3 to 1.8 parts by weight.

サイズ剤組成物の付着量が0.1重量部未満の場合、良好な耐擦過性が得られないことがある。サイズ剤の付着量が3.0重量部を超える場合、炭素繊維ストランドが堅固になり、開繊性が低下する傾向になるため、炭素繊維ストランドに対する酸基含有ポリオレフィン系樹脂の含浸性が低下する場合がある。本発明において、炭素繊維にサイズ剤組成物を付着させる方法としては、一般的に行われている浸漬法、ローラー転写法、および/またはスプレー法等が挙げられる。また、炭素繊維に対するサイズ剤組成物の付着量の調整は、サイズ剤溶液の濃度調整、絞りローラー、ストランド張力等によって行われる。サイズ剤付与後の炭素繊維は乾燥処理される。乾燥手段としては特に限定されず、熱風乾燥、遠赤外線乾燥、熱ローラーによる乾燥など通常使用される乾燥手段でよい。   When the adhesion amount of the sizing composition is less than 0.1 parts by weight, good scratch resistance may not be obtained. When the adhesion amount of the sizing agent exceeds 3.0 parts by weight, the carbon fiber strand becomes stiff and the openability tends to be lowered, so that the impregnation property of the acid group-containing polyolefin resin to the carbon fiber strand is lowered. There is a case. In the present invention, examples of the method for attaching the sizing composition to the carbon fiber include a commonly used dipping method, roller transfer method, and / or spray method. Moreover, adjustment of the adhesion amount of the sizing agent composition to the carbon fiber is performed by adjusting the concentration of the sizing agent solution, squeezing roller, strand tension or the like. The carbon fiber after sizing application is dried. The drying means is not particularly limited, and may be a commonly used drying means such as hot air drying, far-infrared drying, or drying with a heat roller.

[炭素繊維]
本発明の炭素繊維強化複合材料を構成する炭素繊維は、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系など、何れの炭素繊維も使用することができる。特に、PANを原料としたPAN系炭素繊維が、工業規模における生産性及び機械的特性に優れており好ましい。
具体的にPAN系炭素繊維は、平均直径5〜10μmのものを使用できる。PAN系炭素繊維は、1000〜50000本の単繊維が繊維束となったものを使用できる。
[Carbon fiber]
As the carbon fiber constituting the carbon fiber reinforced composite material of the present invention, any carbon fiber such as polyacrylonitrile (PAN), petroleum / coal pitch, rayon, and lignin can be used. In particular, PAN-based carbon fibers using PAN as a raw material are preferable because they are excellent in productivity and mechanical properties on an industrial scale.
Specifically, PAN-based carbon fibers having an average diameter of 5 to 10 μm can be used. As the PAN-based carbon fiber, a fiber bundle of 1000 to 50000 single fibers can be used.

炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性を高めるため、表面処理によって炭素繊維の表面に含酸素官能基を導入したものを使用することも好ましい。表面処理方法としては、公知の方法として液相及び気相処理等があるが、生産性、安定性、価格面等の点から液相電解表面処理が好ましい。この表面処理を行う程度の目安の指標として、X線光電子分光法(ESCA)により測定される炭素繊維の表面酸素濃度比O/Cによって管理することが好ましい。炭素繊維の表面酸素濃度比O/Cの測定は、例えば日本電子(株)製X線光電子分光器ESCA JPS−9000MX等を用いて以下のように行う。サイズ剤付与前の炭素繊維に、Mgを対極として電子線加速電圧10kV、電流10mAの条件にて発生したX線を照射し、炭素原子、酸素原子より発生する光電子のスペクトルを測定し、その面積比を算出する。炭素繊維の表面処理の程度としては、表面酸素濃度比O/Cが0.03〜0.2となるように行うことが好ましい。表面酸素濃度比O/Cが0.2を越えた場合、マトリックス樹脂の分子量低下を促し、繊維強化複合材料としての本来の性能を発揮し得ない傾向がある。   In order to enhance the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin, it is also preferable to use a material in which an oxygen-containing functional group is introduced on the surface of the carbon fiber by a surface treatment. As the surface treatment method, known methods include liquid phase and gas phase treatment, but liquid phase electrolytic surface treatment is preferable from the viewpoint of productivity, stability, price and the like. It is preferable to manage by the surface oxygen concentration ratio O / C of the carbon fiber measured by X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA) as an index of the degree of performing this surface treatment. The surface oxygen concentration ratio O / C of the carbon fiber is measured as follows using, for example, an X-ray photoelectron spectrometer ESCA JPS-9000MX manufactured by JEOL Ltd. The carbon fiber before sizing is irradiated with X-rays generated under conditions of an electron beam acceleration voltage of 10 kV and a current of 10 mA using Mg as a counter electrode, and the spectrum of photoelectrons generated from carbon atoms and oxygen atoms is measured. Calculate the ratio. The degree of surface treatment of the carbon fiber is preferably carried out so that the surface oxygen concentration ratio O / C is 0.03 to 0.2. When the surface oxygen concentration ratio O / C exceeds 0.2, the molecular weight of the matrix resin is reduced, and the original performance as a fiber-reinforced composite material tends not to be exhibited.

一方、表面酸素濃度比O/Cが0.03未満の場合、炭素繊維とマトリックス樹脂との接着性が不足し、繊維強化複合材料に於ける機械特性が充分に発揮されない傾向がある。
上記炭素繊維に上記サイズ剤組成物を付与し炭素繊維束とすることで、炭素繊維束の取扱性を向上させ、本発明の炭素繊維強化複合材料を好ましく得ることができる。
On the other hand, when the surface oxygen concentration ratio O / C is less than 0.03, the adhesion between the carbon fiber and the matrix resin is insufficient, and the mechanical properties in the fiber-reinforced composite material tend not to be sufficiently exhibited.
By giving the sizing composition to the carbon fiber to form a carbon fiber bundle, the handleability of the carbon fiber bundle can be improved, and the carbon fiber reinforced composite material of the present invention can be preferably obtained.

[酸基含有ポリオレフィン系樹脂]
本発明の炭素繊維強化複合材料を構成する酸基含有ポリオレフィン系樹脂は、酸含有量が、無水マレイン酸換算で、0.05〜0.5重量%であり、好ましくは0.07〜0.4重量%、特に好ましくは0.1〜0.3重量%である。
[Acid group-containing polyolefin resin]
The acid group-containing polyolefin resin constituting the carbon fiber reinforced composite material of the present invention has an acid content of 0.05 to 0.5% by weight in terms of maleic anhydride, preferably 0.07 to 0.00. 4% by weight, particularly preferably 0.1 to 0.3% by weight.

酸基含有ポリオレフィン系樹脂は、酸変性ポリオレフィン(a)単独又は酸変性ポリオレフィン(a)とポリプロピレン(b)との混合物であることが好ましい。混合物の場合、酸変性ポリオレフィン(a)/ポリプロピレン(b)の重量比が50/50〜1/99であることが好ましい。酸変性ポリオレフィン(a)の量がこれより少な過ぎると、炭素繊維に対する樹脂の含浸性、密着性が不十分なものとなるため、強度が飛躍的に向上した組成物は得られにくく、逆に過大になると加工性を損ねたり、ポリオレフィン系樹脂の特徴が失われることがある。酸変性ポリオレフィン(a)は、マレイン酸変性ポリプロピレン及び/又は無水マレイン酸変性ポリプロピレンであることが好ましい。   The acid group-containing polyolefin resin is preferably acid-modified polyolefin (a) alone or a mixture of acid-modified polyolefin (a) and polypropylene (b). In the case of a mixture, the weight ratio of acid-modified polyolefin (a) / polypropylene (b) is preferably 50/50 to 1/99. If the amount of the acid-modified polyolefin (a) is too small, the impregnation and adhesion of the resin to the carbon fiber will be insufficient, so that it is difficult to obtain a composition with dramatically improved strength. If it is too large, the processability may be impaired and the characteristics of the polyolefin resin may be lost. The acid-modified polyolefin (a) is preferably maleic acid-modified polypropylene and / or maleic anhydride-modified polypropylene.

上記酸変性ポリオレフィン(a)は、オレフィンの単独重合体、又は2種以上のオレフィンの共重合体に、不飽和カルボン酸又はその誘導体をグラフト重合したもの等である。これらの酸変性ポリオレフィンは2種以上混合して使用してもよい。   The acid-modified polyolefin (a) is obtained by graft polymerization of an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof to an olefin homopolymer or a copolymer of two or more olefins. These acid-modified polyolefins may be used as a mixture of two or more.

ここで、変性のため使用される不飽和カルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基及び必要に応じてヒドロキシル基やアミノ基やエポキシ基などの官能基が導入された重合性二重結合を有する化合物が挙げられる。また不飽和カルボン酸の誘導体としては、これらの酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩等があり、その具体例としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸グリシジル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸ジエチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、フマル酸ジメチルエステル、アクリルアミド、メタクリルアミド、マレイン酸モノアミド、マレイン酸ジアミド、フマル酸モノアミド、マレイミド、N−ブチルマレイミド、メタクリル酸ナトリウム等を挙げることができる。中でも、好ましいのはアクリル酸及びメタクリル酸のグリシジルエステル及び無水マレイン酸である。   Here, examples of the unsaturated carboxylic acid used for modification include carboxyl groups such as maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylic acid, and methacrylic acid, and hydroxyl groups, amino groups, and epoxy groups as necessary. Examples thereof include compounds having a polymerizable double bond into which a functional group is introduced. Examples of unsaturated carboxylic acid derivatives include these acid anhydrides, esters, amides, imides, metal salts, and the like. Specific examples thereof include maleic anhydride, itaconic anhydride, methyl acrylate, ethyl acrylate, Butyl acrylate, glycidyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, maleic acid monoethyl ester, maleic acid diethyl ester, fumaric acid monomethyl ester, fumaric acid dimethyl ester, acrylamide, methacrylamide, maleic acid monoamide, Mention may be made of maleic acid diamide, fumaric acid monoamide, maleimide, N-butylmaleimide, sodium methacrylate and the like. Of these, glycidyl esters of acrylic acid and methacrylic acid and maleic anhydride are preferred.

好ましい酸変性ポリオレフィン(a)としては、エチレン及び/又はプロピレンを主たるポリマー構成単位とするオレフィン系重合体に無水マレイン酸をグラフト重合することにより変性したもの、エチレン及び/又はプロピレンを主体とするオレフィンと(メタ)アクリル酸グリシジルエステル又は無水マレイン酸とを共重合することにより変性したもの等が挙げられる。   Preferred acid-modified polyolefins (a) include those modified by graft polymerization of maleic anhydride to an olefin polymer mainly composed of ethylene and / or propylene, and olefins mainly composed of ethylene and / or propylene. And those modified by copolymerizing glycidyl ester of (meth) acrylic acid or maleic anhydride.

酸変性ポリオレフィン(a)の酸変性量は、無水マレイン酸換算で、0.05〜10重量%、好ましくは0.07〜5重量%、特に好ましくは0.1〜3重量%である。不飽和カルボン酸又はその誘導体の成分は、ポリオレフィン用モノマーとのランダムもしくはブロック共重合、又はポリオレフィンに対するグラフト重合によりポリマー鎖中に導入される。   The acid-modified amount of the acid-modified polyolefin (a) is 0.05 to 10% by weight, preferably 0.07 to 5% by weight, particularly preferably 0.1 to 3% by weight in terms of maleic anhydride. The component of the unsaturated carboxylic acid or its derivative is introduced into the polymer chain by random or block copolymerization with a monomer for polyolefin or graft polymerization to polyolefin.

上記ポリプロピレン(b)は、プロピレン単位の他、共重合成分としては、エチレン、プロピレン以外のα−オレフィン、環状オレフィン、などを含むものが挙げられる。上記のα−オレフィンとしては、例えば、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、4−メチル−1−ペンテン等を挙げることができる。また環状オレフィンモノマーとしては、シクロブテン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、4−メチルシクロペンテン、4,4−ジメチルシクロペンテン、シクロヘキセン、4−メチルシクロヘキセン、4,4−ジメチルシクロヘキセン、1,3−ジメチルシクロヘキセン、1,3−シクロヘキサジエン、1,4−シクロヘキサジエン、シクロヘプテン、1,3−シクロヘプタジエン、1,3,5−シクロヘプタトリエン、シクロオクテン、1,5−シクロオクタジエン、シクロドデセン等を挙げることができる。これらの共重合体はランダム共重合体、ブロック共重合体およびグラフト共重合体の構造をとることができる。共重合成分を含む場合の好ましい共重合モル比は0.1〜50%である。   The polypropylene (b) includes, in addition to propylene units, as a copolymerization component, ethylene, an α-olefin other than propylene, a cyclic olefin, and the like. Examples of the α-olefin include 1-butene, 1-pentene, 1-hexene, 1-heptene, 1-octene, 1-nonene, 1-decene, 4-methyl-1-pentene, and the like. it can. Cyclic olefin monomers include cyclobutene, cyclopentene, cyclopentadiene, 4-methylcyclopentene, 4,4-dimethylcyclopentene, cyclohexene, 4-methylcyclohexene, 4,4-dimethylcyclohexene, 1,3-dimethylcyclohexene, 1,3. -Cyclohexadiene, 1,4-cyclohexadiene, cycloheptene, 1,3-cycloheptadiene, 1,3,5-cycloheptatriene, cyclooctene, 1,5-cyclooctadiene, cyclododecene and the like can be mentioned. These copolymers can take the structure of a random copolymer, a block copolymer, and a graft copolymer. A preferable copolymer molar ratio when it contains a copolymer component is 0.1 to 50%.

酸基含有ポリオレフィン系樹脂としては、具体的には、ポリエチレン/エチレンとメタクリル酸グリシジルの共重合体、ポリエチレン/無水マレイン酸グラフトエチレン・ブテン−1共重合体の組み合わせ、又はポリプロピレン/無水マレイン酸グラフトポリプロピレンの組み合わせ等が挙げられる。   Specific examples of the acid group-containing polyolefin resin include a polyethylene / ethylene / glycidyl methacrylate copolymer, a polyethylene / maleic anhydride grafted ethylene / butene-1 copolymer combination, or a polypropylene / maleic anhydride graft. Examples include a combination of polypropylene.

[一軸配向炭素繊維強化複合材料]
連続長の炭素繊維束を引き揃え、溶融した酸基含有ポリオレフィン系樹脂と接触させることにより炭素繊維と酸基含有ポリオレフィン系樹脂とが複合されてなる炭素繊維の形態が一軸配向材である炭素繊維複合材料を得ることができる(これを一軸配向炭素繊維強化複合材料ということがある)。
[Uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material]
A carbon fiber having a uniaxially oriented carbon fiber in which carbon fibers and acid group-containing polyolefin resin are combined by aligning continuous length carbon fiber bundles and bringing them into contact with molten acid group-containing polyolefin resin A composite material can be obtained (this may be referred to as a uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material).

一軸配向炭素繊維強化複合材料を製造する方法はとくに限定はなく、例えばプルトリュージョン法などで得ることができる。プルトリュージョン法による場合は炭素繊維が酸基含有ポリオレフィン系樹脂により含浸されているものが好適に得られる。酸基含有ポリオレフィン系樹脂による含浸を抑えたもの、すなわち半含浸の層とした場合は、例えば酸基含有ポリオレフィン系樹脂からなるシート上に炭素繊維の一方向に引き揃えて、必要によりプレスしつつ加熱する方法等で好ましく得ることができる。
一軸配向炭素繊維強化複合材料における炭素繊維/酸基含有ポリオレフィン系樹脂の重量比が、20/80〜80/20であることが好ましい。より好ましくは30/70〜70/30である。
The method for producing the uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material is not particularly limited, and can be obtained by, for example, a pultrusion method. In the case of the pultrusion method, carbon fibers impregnated with an acid group-containing polyolefin resin are preferably obtained. In the case where the impregnation with the acid group-containing polyolefin resin is suppressed, that is, when it is a semi-impregnated layer, for example, the carbon fiber is aligned in one direction on the sheet made of the acid group-containing polyolefin resin, and pressed as necessary. It can obtain preferably by the method of heating.
The weight ratio of carbon fiber / acid group-containing polyolefin resin in the uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material is preferably 20/80 to 80/20. More preferably, it is 30 / 70-70 / 30.

[ランダムマット炭素繊維強化複合材料]
用いる炭素繊維を不連続の炭素繊維とし、ランダム配置したものと、酸基含有ポリオレフィン系樹脂とを含んで、炭素繊維の形態がランダムマットである炭素繊維強化複合材料することができる。強度を担保した複合材料を得る観点から複合材料における炭素繊維長さは10~100mmである。すなわち本発明は、上記の炭素繊維束を繊維長10〜100mmとしたものと、酸基含有ポリオレフィン系樹脂とから構成され、炭素繊維が25〜3000g/mの目付けにて実質的に面内ランダムに配向していることを特徴とするランダムマットを包含する。(これをランダムマット炭素繊維強化複合材料ということがある)。
[Random matte carbon fiber reinforced composite material]
The carbon fiber to be used can be a discontinuous carbon fiber, and can be a carbon fiber reinforced composite material in which the carbon fiber is a random mat, including a randomly arranged carbon fiber and an acid group-containing polyolefin resin. From the viewpoint of obtaining a composite material that ensures strength, the carbon fiber length in the composite material is 10 to 100 mm. That is, the present invention comprises a carbon fiber bundle having a fiber length of 10 to 100 mm and an acid group-containing polyolefin resin, and the carbon fiber is substantially in-plane with a basis weight of 25 to 3000 g / m 2. It includes a random mat characterized by being randomly oriented. (This may be referred to as a random matte carbon fiber reinforced composite material).

ランダムマット炭素繊維強化複合材料における炭素繊維/酸基含有ポリオレフィン系樹脂の重量比が、20/80〜80/20であることが好ましい。より好ましくは30/70〜70/30である。
ランダムマット炭素繊維強化複合材料において、酸基含有ポリオレフィン系樹脂が、繊維状、粉末状、又は粒状で存在することが好ましい。
The weight ratio of carbon fiber / acid group-containing polyolefin resin in the random mat carbon fiber reinforced composite material is preferably 20/80 to 80/20. More preferably, it is 30 / 70-70 / 30.
In the random mat carbon fiber reinforced composite material, the acid group-containing polyolefin-based resin is preferably present in the form of fibers, powders, or granules.

また当該ランダムマットは
1.炭素繊維束をカットする工程、
2.カットされた炭素繊維を管内に導入し、空気を繊維に吹き付ける事により、繊維束を開繊させる工程、
3.開繊させた炭素繊維を拡散させると同時に、熱可塑性樹脂とともに吸引しつつ、炭素繊維と熱可塑性樹脂を同時に散布する塗布工程、
4.塗布された炭素繊維および熱可塑性樹脂を定着させる工程、
により好ましく得ることができる。
The random mat is 1. Cutting the carbon fiber bundle,
2. A process of opening the fiber bundle by introducing cut carbon fiber into the tube and blowing air on the fiber;
3. An application process in which the carbon fiber and the thermoplastic resin are simultaneously sprayed while spreading the spread carbon fiber and sucking it together with the thermoplastic resin.
4). Fixing the applied carbon fiber and thermoplastic resin;
More preferably.

[炭素繊維強化複合材料の製造方法]
本発明の炭素繊維強化複合材料は、サイズ剤組成物を表面に付着させた炭素繊維に、酸基含有ポリオレフィン系樹脂を、融点以上で加熱および加圧する、すなわちホットプレス成形することにより含浸させることにより好ましく製造できる。上記のとおり炭素繊維の形態は一軸配向材あるいは、ランダムマットでも良いが、これらは複数枚重ねて、所望の厚さとすることもできる。
[Method for producing carbon fiber reinforced composite material]
The carbon fiber reinforced composite material of the present invention is impregnated by heating and pressing an acid group-containing polyolefin resin at a temperature equal to or higher than the melting point, that is, hot press molding, on a carbon fiber having a sizing composition attached to the surface. It can manufacture preferably. As described above, the shape of the carbon fiber may be a uniaxially oriented material or a random mat, but a plurality of these may be stacked to have a desired thickness.

本発明のホットプレス成形における加熱温度は、230℃〜300℃とすることが好ましい。より好ましくは230℃〜270℃とすることが好ましい。また、ホットプレス成形における加熱時間は、30秒以上が好ましい。更に好ましくは40秒以上である。加熱時間が30秒未満では、炭素繊維強化複合材料の物性向上が少ない場合がある。加熱時間は長い方が良いが、あまりに長くするとそれ以上の向上は望めず、生産性が落ちる場合がある。   The heating temperature in the hot press molding of the present invention is preferably 230 ° C to 300 ° C. More preferably, it is preferable to set it as 230 to 270 degreeC. The heating time in hot press molding is preferably 30 seconds or longer. More preferably, it is 40 seconds or more. If the heating time is less than 30 seconds, the physical property improvement of the carbon fiber reinforced composite material may be small. A longer heating time is better, but if it is too long, further improvement cannot be expected, and productivity may be reduced.

[複合材料成形体]
本発明は炭素繊維強化複合材料を3次元形状に賦形した複合材料成形体を包含する。具体的には上記の炭素繊維強化複合材料を150〜300℃に加熱し、その後、30〜150℃の金型でプレス成形し、3次元形状に賦形することにより、3次元形状に賦形した炭素繊維強化複合材料成形体を得ることができる。
[Composite material compact]
The present invention includes a composite material molded body obtained by shaping a carbon fiber reinforced composite material into a three-dimensional shape. Specifically, the above-mentioned carbon fiber reinforced composite material is heated to 150 to 300 ° C., then press-molded with a 30 to 150 ° C. mold and shaped into a three-dimensional shape, thereby shaping into a three-dimensional shape. A carbon fiber reinforced composite material molded body can be obtained.

炭素繊維強化複合材料の一方における炭素繊維の形態がランダムマットであるランダムマット炭素繊維強化複合材料と、もう一方が炭素繊維の形態が一軸配向材である一軸配向炭素繊維強化複合材料を組み合わせて、3次元形状に賦形し炭素繊維複合成形体とすることも好ましい。この場合、積層部分の体積割合、面積割合および積層部位は各種用途に合わせて適宜選択することができる。この場合、複合材料成形体の全体積に対し、一軸配向炭素繊維強化複合材料が5〜50容量%存在することが、剛性を高めた成形体を得ようという目的においてはさらに好ましい。なかでも一軸配向炭素繊維強化複合材料は、所望のねじり剛性および曲げ剛性を効果的に発現させるように配置することが好ましい。   Combining a random mat carbon fiber reinforced composite material in which the form of carbon fibers in one of the carbon fiber reinforced composite materials is a random mat and a uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material in which the form of carbon fibers is a uniaxially oriented material, It is also preferable to form a carbon fiber composite molded body by shaping it into a three-dimensional shape. In this case, the volume ratio, the area ratio, and the lamination portion of the laminated portion can be appropriately selected according to various uses. In this case, it is more preferable that the uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material is present in an amount of 5 to 50% by volume based on the total volume of the composite material molded body for the purpose of obtaining a molded body with increased rigidity. Among them, the uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material is preferably arranged so as to effectively exhibit desired torsional rigidity and bending rigidity.

3次元形状に賦形した炭素繊維強化複合材料成形体の製造方法における加熱方法および条件には特に制限はないが、オーブン加熱、IR加熱が好ましい。加熱温度は、180℃〜250℃がより好ましい。
また、金型で3次元賦形する場合の金型温度は、50℃〜130℃がより好ましい。プレスの圧力およびプレス時間も適宜選択できる。
There are no particular restrictions on the heating method and conditions in the method for producing a carbon fiber reinforced composite material molded into a three-dimensional shape, but oven heating and IR heating are preferred. The heating temperature is more preferably 180 ° C to 250 ° C.
In addition, the mold temperature in the case of three-dimensional shaping with a mold is more preferably 50 ° C to 130 ° C. The press pressure and press time can also be appropriately selected.

以下に実施例を示すが、本発明はこれらに制限されるものではない。
[原材料]
酸基含有ポリオレフィン系樹脂
酸変性ポリプロピレン(1):トーヨータック(登録商標)PMAH1000P
(東洋紡社製、無水マレイン酸5.0重量%変性)
酸変性ポリプロピレン(2):ユーメックス(登録商標)1010
(三洋化成社製、無水マレイン酸4.5重量%変性)
酸変性ポリプロピレン(3):OREVAC(登録商標)CA100
(アルケマ社製、無水マレイン酸1.0重量%変性)
上記酸変性ポリプロピレンに混合するポリプロピレン:プライムポリプロ(登録商標)J108M
(プライムポリマー社製)
Examples are shown below, but the present invention is not limited thereto.
[raw materials]
Acid group-containing polyolefin resin Acid-modified polypropylene (1): Toyotac (registered trademark) PMAH1000P
(Toyobo Co., Ltd., modified with 5.0% by weight maleic anhydride)
Acid-modified polypropylene (2): Yumex (registered trademark) 1010
(Manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., maleic anhydride modified by 4.5% by weight)
Acid-modified polypropylene (3): OREVAC (registered trademark) CA100
(Manufactured by Arkema, modified with 1.0% by weight maleic anhydride)
Polypropylene mixed with the acid-modified polypropylene: Prime Polypro (registered trademark) J108M
(Manufactured by Prime Polymer)

(1)複合材料成形板の曲げ物性測定方法
以下の実施例における曲げ試験は、成形板から幅15mm×長さ100mmの試験片を切り出し、JIS K7074に準拠した中央荷重とする3点曲げにて評価した。支点間距離を80mmとしたr=2mmの支点上に試験片を置き、支点間中央部にr=5mmの圧子にて、試験速度5mm/分で荷重を与えた場合の最大荷重および中央たわみ量を測定し、曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。
(1) Bending physical property measurement method of composite material molded plate The bending test in the following examples is a three-point bending by cutting a test piece of width 15 mm × length 100 mm from the molded plate and using a central load in accordance with JIS K7074. evaluated. Maximum load and center deflection when a test piece is placed on a fulcrum of r = 2mm with a fulcrum distance of 80mm and a load is applied at a test speed of 5mm / min with an indenter of r = 5mm in the center between the fulcrum The bending strength and the bending elastic modulus were measured.

[実施例1]
ポリウレタン樹脂としてHYDRAN HW−301(ポリエステル系ウレタン、大日本インキ化学工業株式会社製)を45重量%、ポリエーテル樹脂としてポリオキシエチレン(15)ラウリルグリシジルエーテル(POE(15)LGE:松本油脂製薬株式会社製)を55重量%の配合量から成る樹脂組成物を水に溶かし、濃度が30g/lのサイズ剤溶液を作製した。このサイズ剤溶液の浴中に、未サイジングの炭素繊維ストランド(東邦テナックス社製、登録商標「テナックスSTS−24K N00」、直径7μm×24000フィラメント、繊度1.6g/m、引張強度4000MPa、引張弾性率238GPa)を浸漬した後、ローラーにて余分な水分を除去し、140℃で3分間乾燥し、連続的に炭素繊維ストランドを得た。炭素繊維におけるサイズ剤の付着量は1.2重量%であった。
得られた炭素繊維ストランドを進行方向に沿ってジグザグに配設された4本の開繊バーに摺接し、幅16mmに広げながら一方向に引き揃えたシートの上下に、炭素繊維100重量部に対して酸変性ポリプロピレン樹脂52重量部となる様に、酸変性ポリプロピレン樹脂フィルム(プライムポリマー製プライムポリプロ J108Mを96重量%、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(東洋紡社製 トーヨータック PMAH1000P)を4重量%でペレット同士を回転式ブンレンダーで混合したものを用い、押出機で30μ厚みのフィルムにしたもの。樹脂合計中の酸量は0.20重量%)をのせ、220℃の加熱ローラーにて一軸配向炭素繊維強化複合材料シートを得た。一軸配向炭素繊維強化複合材料シートの炭素繊維目付は、100g/m2で、炭素繊維の体積含有率は50vol%であった。
この一軸配向炭素繊維強化複合材料シートを幅30cm×長さ30cmのサイズに切り出し、一方向に18枚重ね、240℃に加熱したプレス装置にて2.0MPaにて5分間加熱し、厚み2.0mmの成形板を得た。
得られた成形板の0°方向の曲げ物性は、曲げ強度880MPa、曲げ弾性率105GPaであった。
[Example 1]
45% by weight of HYDRAN HW-301 (polyester urethane, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) as the polyurethane resin, and polyoxyethylene (15) lauryl glycidyl ether (POE (15) LGE: Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.) as the polyether resin A resin composition having a blending amount of 55% by weight was dissolved in water to prepare a sizing agent solution having a concentration of 30 g / l. In this sizing solution bath, unsized carbon fiber strand (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., registered trademark “Tenax STS-24K N00”, diameter 7 μm × 24000 filament, fineness 1.6 g / m, tensile strength 4000 MPa, tensile elasticity Then, excess water was removed with a roller and dried at 140 ° C. for 3 minutes to continuously obtain carbon fiber strands. The amount of sizing agent attached to the carbon fiber was 1.2% by weight.
The obtained carbon fiber strand is slidably contacted with four spread bars arranged in a zigzag along the traveling direction, and spreads up to a width of 16 mm, and above and below the sheet aligned in one direction, to 100 parts by weight of carbon fiber. On the other hand, the acid-modified polypropylene resin film (prime polymer Prime Polypro J108M 96% by weight, maleic anhydride-modified polypropylene (Toyobo Toyo Tac PMA1000P)) 4% by weight so as to be 52 parts by weight of acid-modified polypropylene resin. What was mixed with a rotary blender and made into a 30μ thick film with an extruder. The acid amount in the total resin is 0.20% by weight), and uniaxially oriented carbon fiber with a 220 ° C heating roller A reinforced composite sheet was obtained. The carbon fiber basis weight of the uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material sheet was 100 g / m 2 , and the volume content of the carbon fiber was 50 vol%.
This uniaxially oriented carbon fiber reinforced composite material sheet was cut into a size of 30 cm wide × 30 cm long, 18 sheets were stacked in one direction, and heated at 2.0 MPa for 5 minutes in a press apparatus heated to 240 ° C. A 0 mm shaped plate was obtained.
The bending properties of the obtained molded plate in the 0 ° direction were a bending strength of 880 MPa and a bending elastic modulus of 105 GPa.

[実施例2〜4]
酸基含有ポリプロピレン樹脂中の合計酸量、炭素繊維のサイズ剤の付着量を表1のように変えた他は、実施例1と同様に成形板を得た。結果を表1に示す。
[Examples 2 to 4]
A molded plate was obtained in the same manner as in Example 1, except that the total acid amount in the acid group-containing polypropylene resin and the amount of carbon fiber sizing agent attached were changed as shown in Table 1. The results are shown in Table 1.

[実施例5]
ポリウレタン樹脂としてHYDRAN HW312B(ポリエーテル系ウレタン、大日本インキ化学工業株式会社製)を50重量%、ポリエーテル樹脂としてビスフェノールAのエチレンオキサイド(10)付加物(POE(10)bisA:松本油脂製薬株式会社製)を40重量%、更に第三成分としてオクチルステアレート(新日本理化株式会社製、エヌジェルブOS)乳化物を10重量%の配合量から成る樹脂組成物を水に溶かし、濃度が30g/lのサイズ剤溶液を作製した以外は、実施例1と同様の方法により240℃に加熱したプレス装置にて、厚み2.0mmの成形板を得た。
得られた成形板の0°方向の曲げ物性は、曲げ強度870MPa、曲げ弾性率105GPaであった。
[Example 5]
50% by weight of HYDRAN HW312B (polyether urethane, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) as a polyurethane resin, and an ethylene oxide (10) adduct of bisphenol A as a polyether resin (POE (10) bisA: Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd.) A resin composition comprising 10% by weight of an emulsion of octyl stearate (manufactured by Shin Nippon Rika Co., Ltd., ENGELUB OS) as a third component is dissolved in water at a concentration of 30 g / A shaped plate having a thickness of 2.0 mm was obtained with a press apparatus heated to 240 ° C. in the same manner as in Example 1 except that the sizing agent solution 1 was prepared.
The bending properties of the obtained molded plate in the 0 ° direction were a bending strength of 870 MPa and a bending elastic modulus of 105 GPa.

[実施例6]
酸変性ポリプロピレン樹脂フィルムとして、プライムポリマー製プライムポリプロ J108Mを96重量%、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(三洋化成社製ユーメックス 1010)を4重量%でペレット同士を回転式ブンレンダーで混合したものを用い、押出機で30μ厚みのフィルムにしたもの(樹脂合計中の酸量は0.18重量%)を使用した以外は、実施例5と同様の方法により、厚み2.0mmの成形板を得た。
得られた成形板の0°方向の曲げ物性は、曲げ強度860MPa、曲げ弾性率105GPaであった。
[Example 6]
As an acid-modified polypropylene resin film, a primer polymer made of Prime Polypro J108M 96% by weight, maleic anhydride-modified polypropylene (Yumex 1010 manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd.) 4% by weight, and pellets mixed with a rotary blender is used for extrusion. A molded plate having a thickness of 2.0 mm was obtained in the same manner as in Example 5 except that a 30 μm thick film was used (the acid amount in the total resin was 0.18% by weight).
The bending properties of the obtained molded plate in the 0 ° direction were a bending strength of 860 MPa and a bending elastic modulus of 105 GPa.

[実施例7]
酸変性ポリプロピレン樹脂フィルムとして、プライムポリマー製プライムポリプロ J108Mを85重量%、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(アルケマ社製 OREVAC CA100)を15重量%でペレット同士を回転式ブンレンダーで混合したものを用い、押出機で30μ厚みのフィルムにしたもの(樹脂合計中の酸量は0.15重量%)を使用した以外は、実施例5と同様の方法により、厚み2.0mmの成形板を得た。
得られた成形板の0°方向の曲げ物性は、曲げ強度850MPa、曲げ弾性率105GPaであった。
[Example 7]
As an acid-modified polypropylene resin film, a primer polymer made of Polypropylene J108M 85% by weight, maleic anhydride-modified polypropylene (OREVAC CA100 manufactured by Arkema Co., Ltd.) 15% by weight and pellets mixed with a rotary blender is used as an extruder. A molded plate having a thickness of 2.0 mm was obtained in the same manner as in Example 5 except that a film having a thickness of 30 μm was used (the acid amount in the total resin was 0.15% by weight).
The bending property of the obtained molded plate in the 0 ° direction was a bending strength of 850 MPa and a bending elastic modulus of 105 GPa.

[実施例8〜10]
成形板作製時のプレス装置の加熱温度を表2のように変えた他は、実施例5と同様に行った。結果を表2に示す。
[Examples 8 to 10]
The same procedure as in Example 5 was performed except that the heating temperature of the press device during the production of the molded plate was changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2.

[実施例11]
酸変性ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー製プライムポリプロ J108Mを96重量%、無水マレイン酸変性ポリプロピレン(東洋紡社製 トーヨータック PMAH1000P)を4重量%でペレット同士を回転式ブンレンダーで混合したものを押出機で混練したもの)をペレット化し、そのペレットを冷凍粉砕し、更に、20メッシュ、及び30メッシュにて分級した平均粒径約1mmパウダーを用意した。
実施例5で得たポリウレタン樹脂およびポリエーテル樹脂を含むサイズ剤で処理された炭素繊維の幅を開繊させながら長さ20mmにカットし、酸変性ポリプロピレンパウダーの供給量を465g/minに、炭素繊維の供給量を600g/minにセットしてテーパ管内に導入した。テーパ管内で空気を炭素繊維に吹き付けて繊維束を部分的に開繊しつつ、ポリプロピレンパウダーとともにテーパ管出口の下部に設置したテーブル上に散布した。散布された炭素繊維およびポリプロピレンパウダーを、テーブル下部よりブロワにて吸引し、定着させて、厚み5mm程度の炭素繊維ランダムマットを得た。
得られた炭素繊維ランダムマットを、幅30cm×長さ30cmのサイズに切り出し、240℃に加熱したプレス装置で、3MPaにて5分間加熱し、総目付け1400g/m2、厚み2.0mm、炭素繊維の体積含有率が40vol%の炭素繊維ランダムマット炭素繊維強化複合材料からなる成形板を得た。
得られた成形板の曲げ物性は、曲げ強度290MPa、曲げ弾性率25GPaであった。
[Example 11]
An acid-modified polypropylene resin (Prime Polymer Prime Polypro J108M 96% by weight, maleic anhydride-modified polypropylene (Toyobo Toyo Tac PMA1000P) 4% by weight, and pellets mixed with a rotary blender was kneaded with an extruder. 1) was pelletized, the pellet was frozen and pulverized, and powders having an average particle diameter of about 1 mm were prepared by classification with 20 mesh and 30 mesh.
The width of the carbon fiber treated with the sizing agent containing the polyurethane resin and the polyether resin obtained in Example 5 was cut to a length of 20 mm while opening the fiber, and the supply amount of the acid-modified polypropylene powder was changed to 465 g / min. The fiber feed rate was set to 600 g / min and introduced into the tapered tube. Air was blown onto the carbon fiber in the taper tube to partially open the fiber bundle, and the fiber bundle was sprayed on a table installed at the bottom of the taper tube outlet together with polypropylene powder. The dispersed carbon fiber and polypropylene powder were sucked from the lower part of the table with a blower and fixed to obtain a carbon fiber random mat having a thickness of about 5 mm.
The obtained carbon fiber random mat was cut into a size of 30 cm wide × 30 cm long and heated at 3 MPa for 5 minutes with a press apparatus heated to 240 ° C., with a total basis weight of 1400 g / m 2 , thickness of 2.0 mm, carbon A molded plate made of a carbon fiber random mat carbon fiber reinforced composite material having a fiber volume content of 40 vol% was obtained.
The bending properties of the obtained molded plate were a bending strength of 290 MPa and a bending elastic modulus of 25 GPa.

[実施例12〜14]
酸基含有ポリプロピレン樹脂中の合計酸量、成形板作製時のプレス装置の加熱温度を表2のように変えた他は、実施例11と同様に行った。結果を表2に示す。
[Examples 12 to 14]
The same procedure as in Example 11 was performed, except that the total acid amount in the acid group-containing polypropylene resin and the heating temperature of the press device at the time of forming the molded plate were changed as shown in Table 2. The results are shown in Table 2.

[比較例1]
ポリプロピレン樹脂フィルムとして、プライムポリマー製プライムポリプロ J108Mを押出機で30μ厚みのフィルムにしたもの(樹脂合計中の酸量は、0.00重量%)を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、厚み2.0mmの成形板を得た。
得られた成形板の0°方向の曲げ物性は、曲げ強度340MPa、曲げ弾性率98GPaであった。
[Comparative Example 1]
The same method as in Example 1 except that as the polypropylene resin film, Prime Polypropylene J108M made of prime polymer was used to form a film having a thickness of 30 μm by an extruder (the acid amount in the total resin is 0.00% by weight). Thus, a molded plate having a thickness of 2.0 mm was obtained.
The bending properties of the obtained molded plate in the 0 ° direction were a bending strength of 340 MPa and a bending elastic modulus of 98 GPa.

[比較例2]
樹脂パウダーとして、プライムポリマー製プライムポリプロ J108M のペレットを冷凍粉砕し、更に、20メッシュ、及び30メッシュにて分級して得られた平均粒径約1mmパウダーを使用した以外は、実施例11と同様の方法により、厚み2.0mmの炭素繊維ランダムマット複合材料成形板を得た。
得られた成形板の0°方向の曲げ物性は、曲げ強度100MPa、曲げ弾性率21GPaであった。
[Comparative Example 2]
As Example 11, except that the pellets of Prime Polypro J108M made of Prime Polymer were freeze pulverized and further classified by 20 mesh and 30 mesh, and the average particle diameter was about 1 mm. By this method, a carbon fiber random mat composite material molded plate having a thickness of 2.0 mm was obtained.
The bending property of the obtained molded plate in the 0 ° direction was a bending strength of 100 MPa and a bending elastic modulus of 21 GPa.

[比較例3]
エポキシ樹脂としてEP828(ビスフェノールA系エポキシ樹脂、三菱化学社製)を38重量%、EP1001(ビスフェノールA系エポキシ樹脂、三菱化学社製)を45重量%、EPU6:ウレタン変性エポキシ樹脂、旭電化社製)を7重量%、更にオクチルステアレート(新日本理化株式会社製、エヌジェルブOS)乳化物を10重量%の配合量から成る樹脂組成物を水に溶かし、濃度が30g/lのサイズ剤溶液を作製した以外は、実施例1と同様の方法により、エポキシ樹脂サイズ剤の付着量1.2重量%の炭素繊維ストランドを得た。得られた炭素繊維ストランドを広げながら一方向に引き揃えたが、幅16mmには広がらず、目すきが多く、良好な一軸配向炭素繊維複合材料シートは得られなかった。
[Comparative Example 3]
As epoxy resin, EP828 (bisphenol A epoxy resin, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is 38% by weight, EP1001 (bisphenol A epoxy resin, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) is 45% by weight, EPU6: urethane modified epoxy resin, manufactured by Asahi Denka Co., Ltd. ) And 7% by weight of octyl stearate (Nippon Rika Co., Ltd., NJELuB OS) emulsion containing 10% by weight of the emulsion is dissolved in water to obtain a sizing agent solution having a concentration of 30 g / l. A carbon fiber strand having an epoxy resin sizing agent adhesion of 1.2% by weight was obtained in the same manner as in Example 1 except that it was produced. Although the obtained carbon fiber strands were stretched in one direction while being spread, the carbon fiber strands were not widened to a width of 16 mm, had many eyes, and a good uniaxially oriented carbon fiber composite material sheet could not be obtained.

[比較例4]
ポリウレタン樹脂HYDRAN HW−301(ポリエステル系ウレタン、大日本インキ化学工業株式会社製)を水に溶かし、濃度が30g/lの溶液を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、ポリウレタン樹脂サイズ剤の付着量1.2重量%の炭素繊維ストランドを得た。得られた炭素繊維ストランドを広げながら一方向に引き揃えたが、幅16mmには広がらず、目すきが多く、良好な一軸配向炭素繊維複合材料シートは得られなかった。
[Comparative Example 4]
Polyurethane resin HYDRAN HW-301 (polyester urethane, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) was dissolved in water, and a polyurethane resin size was obtained in the same manner as in Example 1 except that a solution having a concentration of 30 g / l was used. A carbon fiber strand having an agent adhesion amount of 1.2% by weight was obtained. Although the obtained carbon fiber strands were stretched in one direction while being spread, the carbon fiber strands were not widened to a width of 16 mm, had many eyes, and a good uniaxially oriented carbon fiber composite material sheet could not be obtained.

[比較例5]
ポリウレタン樹脂としてHYDRAN HW−301(ポリエステル系ウレタン、大日本インキ化学工業株式会社製)を水に溶かし、濃度が30g/lの溶液を使用した以外は、実施例1と同様の方法により、ポリウレタン樹脂サイズ剤の付着量1.2重量%の炭素繊維ストランドを得た。得られた炭素繊維ストランドを用い、実施例11と同様な方法により炭素繊維ランダムマット複合材料成形板を得た。炭素繊維の開繊が悪く、良好な炭素繊維ランダムマット複合材料成形板は得られなかった。
[Comparative Example 5]
A polyurethane resin was obtained in the same manner as in Example 1 except that HYDRAN HW-301 (polyester urethane, manufactured by Dainippon Ink & Chemicals, Inc.) was dissolved in water as the polyurethane resin and a solution having a concentration of 30 g / l was used. A carbon fiber strand having a sizing agent adhesion of 1.2% by weight was obtained. Using the obtained carbon fiber strand, a carbon fiber random mat composite material molded plate was obtained in the same manner as in Example 11. The opening of the carbon fiber was poor, and a good carbon fiber random mat composite molded plate could not be obtained.

Figure 2012149170
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Figure 2012149170
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[実施例15]
実施例1で得られた炭素繊維目付100g/m2の一軸配向炭素繊維複合材料シートを0/90に18枚、交互積層し、240℃に加熱したプレス装置で、2.0MPaにて5分間加熱し、幅200mm×長さ300mm×厚み2.0mmの成形板を得た。この成形板をIRオーブンにて240℃まで予備加熱を行い、金型温度80℃に温度調節した図1に記載の製品の断面形状を有する上下一対からなる金型へ沿わせ、コールドプレスにて30秒間加圧保持後、厚さ2.0mmの成形品を取り出した。成形品は材料の割れやシワの発生が無く、良好な炭素繊維複合材料成形体を得ることが出来た。
[Example 15]
18 sheets of uniaxially oriented carbon fiber composite material sheets with a carbon fiber basis weight of 100 g / m 2 obtained in Example 1 were alternately laminated at 0/90 and heated at 240 ° C. for 5 minutes at 2.0 MPa. Heating was performed to obtain a molded plate having a width of 200 mm, a length of 300 mm and a thickness of 2.0 mm. This molded plate is preheated to 240 ° C. in an IR oven, and is adjusted to a die consisting of a pair of upper and lower parts having the cross-sectional shape of the product shown in FIG. After maintaining the pressure for 30 seconds, a molded product having a thickness of 2.0 mm was taken out. The molded article was free from material cracking and wrinkling, and a good carbon fiber composite material molded body could be obtained.

[実施例16]
実施例11で得られた幅200mm×長さ300mmの炭素繊維ランダムマット複合材料成形板をIRオーブンにて240℃まで予備加熱を行い、金型温度80℃に温度調節した図1に記載の製品の断面形状を有する上下一対からなる金型へ沿わせ、コールドプレスにて30秒間加圧保持後、厚さ2.0mmの成形品を取り出した。成形品は材料の割れやシワの発生が無く、良好な炭素繊維複合材料成形体を得ることが出来た。
[Example 16]
The product shown in FIG. 1 in which the carbon fiber random mat composite material molding plate having a width of 200 mm × a length of 300 mm obtained in Example 11 was preheated to 240 ° C. in an IR oven and the temperature of the mold was adjusted to 80 ° C. The molded product having a thickness of 2.0 mm was taken out after being kept under pressure for 30 seconds with a cold press. The molded article was free from material cracking and wrinkling, and a good carbon fiber composite material molded body could be obtained.

[実施例17]
実施例11で得た炭素繊維ランダムマット複合材料成形板を、幅200mm×長さ300mmのサイズに切り出したものの上下に、実施例1で得られた炭素繊維目付100g/m2の一軸配向炭素繊維複合材料シートを各1枚積層したものを、240℃に加熱したプレス装置にて、3MPaにて5分間加熱し、t=2.2mmのサンドイッチ板を得た。得られたサンドイッチ板をIRオーブンにて240℃まで予備加熱を行い、金型温度80℃に温度調節した図1に記載の製品の断面形状を有する上下一対からなる金型へ沿わせ、コールドプレスにて30秒間加圧保持後、厚さ2.0mmの成形品を取り出した。成形品は材料の割れやシワの発生が無く、良好な炭素繊維複合材料成形体を得ることが出来た。
[Example 17]
The carbon fiber random mat composite material molding plate obtained in Example 11 was cut into a size of 200 mm in width and 300 mm in length, and above and below the carbon fiber basis weight 100 g / m 2 uniaxially oriented carbon fiber obtained in Example 1 A laminate of one composite material sheet was heated for 5 minutes at 3 MPa with a press apparatus heated to 240 ° C. to obtain a sandwich plate of t = 2.2 mm. The obtained sandwich plate was preheated to 240 ° C. in an IR oven, and adjusted to a die temperature of 80 ° C., followed by a pair of upper and lower molds having the cross-sectional shape of the product shown in FIG. Then, the molded product having a thickness of 2.0 mm was taken out. The molded article was free from material cracking and wrinkling, and a good carbon fiber composite material molded body could be obtained.

Claims (10)

繊維長が10mmから100mmもしくは連続長の炭素繊維に、ポリウレタン樹脂およびポリエーテル樹脂を含むサイズ剤組成物を表面に付着させた炭素繊維と、無水マレイン酸換算の酸含有量が、0.05〜0.5重量%である酸基含有ポリオレフィン系樹脂とを含む炭素繊維強化複合材料。   A carbon fiber having a fiber length of 10 mm to 100 mm or a continuous length carbon fiber having a sizing composition containing a polyurethane resin and a polyether resin attached to the surface, and an acid content in terms of maleic anhydride of 0.05 to A carbon fiber reinforced composite material comprising 0.5% by weight of an acid group-containing polyolefin resin. サイズ剤組成物におけるポリウレタン樹脂が、芳香族イソシアネートとポリエーテルまたはポリエステルの反応物であり、前記ポリエーテル樹脂が、下記(1)の化学式で示される ポリオキシエチレン(m)ラウリルグリシジルエーテル、あるいはビスフェノールAのエチレンオキサイド(m)付加物(mは1〜60の整数を表す)であることを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化複合材料。
−O−(CHCHO)m−R ・・・(1)
(式中Rは炭素数1〜30のアルキル基、ビスフェノールA、フェニル基を、Rは水素またはグリシジル基を、mは1〜60の整数を表す。)
The polyurethane resin in the sizing composition is a reaction product of aromatic isocyanate and polyether or polyester, and the polyether resin is represented by the following chemical formula (1): polyoxyethylene (m) lauryl glycidyl ether or bisphenol 2. The carbon fiber reinforced composite material according to claim 1, which is an adduct of ethylene oxide (m) of A (m represents an integer of 1 to 60).
R 1 -O- (CH 2 CH 2 O) m-R 2 ··· (1)
(Wherein R 1 represents an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, bisphenol A, and a phenyl group, R 2 represents hydrogen or a glycidyl group, and m represents an integer of 1 to 60.)
前記サイズ剤組成物のポリウレタン樹脂/ポリエーテル樹脂の配合比が、40/60〜90/10であり、炭素繊維100重量部に対するサイズ剤組成物の付着量が0.1〜3.0重量部であることを特徴とする請求項1または2に記載の炭素繊維強化複合材料。   The blending ratio of the polyurethane resin / polyether resin of the sizing composition is 40/60 to 90/10, and the adhesion amount of the sizing composition to 100 parts by weight of carbon fiber is 0.1 to 3.0 parts by weight. The carbon fiber reinforced composite material according to claim 1, wherein the composite material is carbon fiber reinforced composite material. 酸基含有ポリオレフィン系樹脂は、酸変性ポリオレフィン(a)/ポリプロピレン(b)の重量比が50/50〜1/99である請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。   The carbon fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 3, wherein the acid group-containing polyolefin resin has an acid-modified polyolefin (a) / polypropylene (b) weight ratio of 50/50 to 1/99. 酸変性ポリオレフィン(a)が、マレイン酸変性ポリプロピレン及び/又は無水マレイン酸変性ポリプロピレンである請求項1〜4のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。   The carbon fiber-reinforced composite material according to any one of claims 1 to 4, wherein the acid-modified polyolefin (a) is maleic acid-modified polypropylene and / or maleic anhydride-modified polypropylene. 炭素繊維複合材料における炭素繊維/酸基含有ポリオレフィン系樹脂の重量比が、20/80〜80/20である請求項1〜5のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。   The carbon fiber reinforced composite material according to any one of claims 1 to 5, wherein a weight ratio of the carbon fiber / acid group-containing polyolefin resin in the carbon fiber composite material is 20/80 to 80/20. 連続長の炭素繊維が、繊維目付50〜300g/mで、炭素繊維束を一軸に引き揃えた一軸配向材であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。 The carbon fiber reinforcement according to any one of claims 1 to 6, wherein the continuous-length carbon fiber is a uniaxially oriented material having a fiber basis weight of 50 to 300 g / m 2 and aligned carbon fiber bundles uniaxially. Composite material. 繊維長が10mmから100mmの炭素繊維が、繊維目付25〜3000g/mで、実質的に面内ランダムに配向していることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料。 The carbon fiber according to any one of claims 1 to 6, wherein carbon fibers having a fiber length of 10 mm to 100 mm have a fiber basis weight of 25 to 3000 g / m 2 and are substantially randomly oriented in a plane. Reinforced composite material. サイズ剤組成物を表面に付着させた炭素繊維に、酸基含有ポリオレフィン系樹脂を、加熱温度230〜300℃でホットプレス成形することにより含浸させる請求項1〜8のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料の製造方法。   The carbon fiber according to any one of claims 1 to 8, wherein the carbon fiber having the sizing composition attached to the surface is impregnated by hot press molding an acid group-containing polyolefin resin at a heating temperature of 230 to 300 ° C. A method for producing a reinforced composite material. 請求項1〜8のいずれかに記載の炭素繊維強化複合材料を、3次元形状に賦形した炭素繊維強化複合材料成形体。   A carbon fiber reinforced composite material formed by shaping the carbon fiber reinforced composite material according to claim 1 into a three-dimensional shape.
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