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JP6547253B2 - Carbon fiber reinforced polyester resin and method of manufacturing injection molded product thereof - Google Patents
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Carbon fiber reinforced polyester resin and method of manufacturing injection molded product thereof Download PDF

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Description

本発明は、熱可塑性ポリエステル(A)、炭素繊維(B)、多官能性エポキシ樹脂系結合剤(C)、触媒(D)を加熱混合することに依り、高溶融粘度化して炭素繊維強化ポリエステル樹脂を製造し、次いで射出成形法により機械的強度、耐食性等の諸物性を向上させた射出成形体を製造する方法を提供することに関する。  The present invention increases the melt viscosity and carbon fiber reinforced polyester by heating and mixing thermoplastic polyester (A), carbon fiber (B), multifunctional epoxy resin binder (C) and catalyst (D). The present invention relates to providing a method for producing a resin and then producing an injection-molded article having improved physical properties such as mechanical strength and corrosion resistance by an injection molding method.

従来の熱可塑性ポリエステルは、例えば芳香族飽和ポリエステルとしてポリエチレンテレフタレート(以下に、PET又はペットと称す。)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンー2,6−ナフタレンジカルボキシレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)等がある。これらは、熱可塑性樹脂として透明性、機械的強度、剛性等に優れた物性を有し、繊維、フィルム、プラスチックス等として広範囲に使用されている。特に、プラスチックス分野では、成形品がボトル、シート、容器、日用品、自動車内装材、機械部品、電気・電子材料、建材、土木材、各種工業用品等に広く活用されている。
また、それらのポリエステルは、更にガラス繊維または炭素繊維を混合して熱可塑性複合材にする事に依り、機械的強度や耐熱性等の諸特性が改善され、一層高級な用途に使用されて来ている。
特に、ガラス繊維が安価であるので、これで強化されたPET複合材、PBT複合材、PC複合材が大量に使用されている。一方、炭素繊維は高強度であるがあまりにも高価格であるために、これらのポリエステル複合材は、特殊用途に少量にしか使用されて来なかった。
Conventional thermoplastic polyesters are, for example, polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET or pet) as aromatic saturated polyester, polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene-2,6-naphthalenedicarboxylate (PEN), polycarbonate ( PC etc. They have physical properties excellent as transparency, mechanical strength, rigidity and the like as thermoplastic resins, and are widely used as fibers, films, plastics and the like. In particular, in the plastics field, molded articles are widely used for bottles, sheets, containers, daily necessities, automobile interior materials, machine parts, electric and electronic materials, construction materials, civil engineering materials, various industrial products and the like.
In addition, those polyesters are further used in higher-grade applications because their mechanical strength and heat resistance are improved by mixing glass fibers or carbon fibers to form thermoplastic composites. ing.
In particular, since glass fibers are inexpensive, a large amount of reinforced PET composites, PBT composites and PC composites are used. On the other hand, these polyester composites have been used only in small quantities for special applications because carbon fibers are high strength but too expensive.

近年、土木・建築、自動車産業、新幹線車両業、宇宙航空産業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於いては、構成材料の機械的強度の改善による一層の軽量化・省エネルギー化をはじめ、耐食性、電気特性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善が求められている。合成樹脂は、一般に分子量を増大すれば、物性および成形加工性が改善される。しかしながら、ポリエステルは、その製造法の重縮合法に起因して高分子量体が得られ難く、かつその中分子量体を高分子量化する固層重合法は数時間を必要として生産性が低くかった。また石油化学コンビナートの大規模設備を必要とする弱点があった。  In recent years, in advanced industries such as civil engineering and construction, automobile industry, Shinkansen vehicle industry, aerospace industry, and linear motor car, including further weight reduction and energy saving by improving mechanical strength of constituent materials, Further performance improvement such as corrosion resistance, electrical characteristics, heat resistance and heat dissipation is required. Synthetic resins generally have improved physical properties and moldability if molecular weight is increased. However, polyester is difficult to obtain a high molecular weight due to the polycondensation method of its production method, and the solid phase polymerization method for increasing the molecular weight of the middle molecular weight polymer takes several hours and the productivity is low. . There was also a weakness that required large-scale facilities in petrochemical complexes.

本発明者らは、特許文献1、特許文献2および特許文献3に示される様に、これらポリエステルで末端にカルボキシル基を保有する中分子量体を反応押出法を採用し、エポキシ樹脂系結合剤(鎖延長剤、増粘剤)および触媒に依り、ポリエステル同士を反応させて数分以下の短時間で高分子量化する高生産性を実現し、コンパクトで安価な設備を使用する反応押出法による製造法を提供した。しかしながら、ポリエステルの溶融張力の増大による成形加工性については画期的な進歩があったが、一方機械的物性の改善については、当初に本発明で期待されていた効果は殆ど見られなかった。
ポリエステルに、炭素繊維を機械的に混合して炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料(CFRTP)として、その機械的強度および導電性を上げることは公知である。ただし、これら炭素繊維は、一般にポリアクリルニトリル(PAN)系の高分子繊維を超高温の焼成法で製造されるので表面にカルボキシル基や水酸基はあまり存在しないので、樹脂にはマクロ的には分散する。しかしながら、樹脂に溶融しない異物であるので、応力や衝撃がかかると両者の界面が剥離し、この複合材組成物を脆化させ、逆に強度を低下させることがある。その改善には、一般的に特殊なエポキシ系樹脂で炭素繊維表面を被覆して樹脂との親和性を高めてその複合材料の強度等を改善している。
また一方、本発明者は、特許文献4に示される様に、ポリエチレンテレフタレート(PET)にカーボンナノチューブ(CNT)を含む気相法炭素繊維10重量部をエポキシ樹脂系結合剤(鎖延長剤)および触媒の存在下に二軸押出機で反応押出法にて混合して、その複合材組成物の引張強度を15−20%および導電性を画期的に改善している。
最近公開された特許文献5の実施例によれば、炭素繊維強化熱硬化性樹脂複合材料(CFRP)を400℃にて熱硬化性樹脂のみを焼成して得た炭素繊維集合体を、更にアルカリ電解浴の陽極酸化により開繊して再生炭素繊維を回収した。この再生炭素繊維の5%で強化された熱硬化性樹脂複合材料(CFRP)の引張強度は、殆ど改善されなかった。しかし、サイジング剤で処理したこの再生炭素繊維を5%で強化された熱硬化性樹脂複合材料(CFRP)の引張強度は、約20%改善された。他方、炭素繊維強化炭素(C/Cコンポジット)からは、酸性電解浴の陽極酸化により開繊して再生炭素繊維が回収された。しかしながら、再生炭素繊維のカルボキシル基の存在および炭素繊維強化熱可塑性樹脂複合材料(CFRTP)についての記載は見当たらない。
非特許文献1によれば、過熱水蒸気法により500−700℃でCFRPから回収された再生炭素繊維(長繊維)をBoehm法で分析したところ、主にフェノール性水酸基が約0.1等量/Kgと多く、ラクトン基が約0.05等量/Kgと少なく、カルボキシル基は極微量にしか存在していない。
尚、本発明のエポキシ樹脂系結合剤(鎖延長剤)および触媒は、カルボキシル基にのみに高速度で反応し、水酸基およびラクトン基には殆ど反応しない。
また、本発明者は、特許文献6に示される様に、ポリエチレンテレフタレート(PET)に再生炭素繊維・2−5cm長の10重量部および再生炭素繊維・粉体の15−40重量部をエポキシ樹脂系結合剤(鎖延長剤)および触媒の存在下に二軸押出機で反応押出法にて混合して、それらの共重合の引張強度を約2倍および導電性を改善している。
As shown in Patent Document 1, Patent Document 2 and Patent Document 3, the present inventors adopt a reactive extrusion method using a medium molecular weight having a carboxyl group at the end of these polyesters, and employ an epoxy resin binder ( Depending on chain extenders, thickeners) and catalysts, polyesters are made to react with each other to realize high productivity of achieving high molecular weight in a few minutes or less, and manufacture by reactive extrusion using compact and inexpensive equipment Provided the law. However, while there has been a ground-breaking progress in moldability due to the increase in melt tension of polyester, on the other hand, the improvement of the mechanical properties has hardly seen the effect originally expected in the present invention.
It is known to mechanically mix carbon fiber with polyester to increase its mechanical strength and conductivity as a carbon fiber reinforced thermoplastic resin composite (CFRTP). However, these carbon fibers are generally produced by polymerizing polyacrylonitrile (PAN) -based polymer fibers by an ultra-high temperature baking method, and thus there are not many carboxyl groups or hydroxyl groups on the surface, so macroscopically dispersed in resin Do. However, since it is a foreign substance which does not melt in the resin, the interface between the two peels off when stress or impact is applied, which may embrittle the composite composition and, conversely, lower the strength. In order to improve the property, the carbon fiber surface is generally coated with a special epoxy resin to increase the affinity to the resin and improve the strength and the like of the composite material.
On the other hand, as shown in Patent Document 4, the inventor of the present invention is an epoxy resin binder (chain extender) and 10 parts by weight of vapor grown carbon fiber containing carbon nanotubes (CNT) in polyethylene terephthalate (PET) and Mixing by reactive extrusion in a twin-screw extruder in the presence of a catalyst has dramatically improved the tensile strength of the composite composition by 15-20% and the conductivity.
According to the example of Patent Document 5 disclosed recently, the carbon fiber aggregate obtained by firing only the thermosetting resin at 400 ° C. of the carbon fiber reinforced thermosetting resin composite material (CFRP) is further alkali-free It was opened by anodic oxidation of the electrolytic bath to recover regenerated carbon fibers. The tensile strength of the thermosetting resin composite material (CFRP) reinforced with 5% of this regenerated carbon fiber was hardly improved. However, the tensile strength of the sizing resin-treated 5% reinforced thermosetting resin composite (CFRP) was improved by about 20%. On the other hand, regenerated carbon fibers were recovered from carbon fiber reinforced carbon (C / C composite) by anodic oxidation of an acidic electrolytic bath. However, the description of the presence of the carboxyl group of the regenerated carbon fiber and the carbon fiber reinforced thermoplastic resin composite material (CFRTP) is not found.
According to Non-Patent Document 1, when the regenerated carbon fibers (long fibers) recovered from CFRP at 500-700 ° C. by the superheated steam method are analyzed by the Boehm method, mainly the phenolic hydroxyl group is about 0.1 equivalent / As many as Kg, the lactone group is as low as about 0.05 equivalent / Kg, and the carboxyl group is present only in a very small amount.
The epoxy resin binder (chain extender) and catalyst of the present invention react at high speed only with carboxyl groups and hardly react with hydroxyl groups and lactone groups.
In addition, as shown in Patent Document 6, the inventor of the present invention is an epoxy resin comprising polyethylene terephthalate (PET), 10 parts by weight of recycled carbon fiber and 2 to 5 cm long and 15-40 parts by weight of recycled carbon fiber and powder. Mixing by reactive extrusion in a twin-screw extruder in the presence of a system binder (chain extender) and a catalyst improves the tensile strength and their conductivity of the copolymer by about 2 times.

第3503952号公告No. 3503952 publication 国際公開WO2009/004745A1International Publication WO2009 / 004745A1 米国 8258239B2号登録Registered in the United States 8258239B2 特願2013−030429号Japanese Patent Application No. 2013-030429 特開2013−249386号公報JP, 2013-249386, A 特願2014−24859号Japanese Patent Application No. 2014-24859

プラスチックリサイクル化学研究会、「CFRPのリサイクル技術の最前線」講演資料(2013.4.26)(第162−163頁、図23−25)Materials on Plastic Recycling Chemistry, "Forefront of Recycling Technologies for CFRP" Presentation Material (2013.4.26) (Page 162-163, Fig. 23-25)

本発明は、土木・建築、自動車産業、新幹線車両業、航空宇宙産業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於ける構成材料の機械的強度の改善による一層の軽量化・省エネルギー化をはじめ、耐食性、電導性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善をすることを目的とする。特に、高層建築の軽量化資材、沿岸高速道路の高強度・耐食資材、海洋構築物の耐食・高強度資材、水上飛行艇の耐食資材等の用途開発を目的とする。  The present invention includes further weight reduction and energy saving by improving the mechanical strength of constituent materials in the field of advanced industries such as civil engineering / building, automobile industry, Shinkansen vehicle industry, aerospace industry, linear motor car etc., The purpose is to further improve the performance such as corrosion resistance, conductivity, heat resistance and heat dissipation. In particular, it aims to develop applications such as lightweighting materials for high-rise buildings, high strength and corrosion resistant materials for coastal expressways, corrosion resistance and high strength materials for marine structures, and corrosion resistant materials for watercraft.

課題を解決しようとするための手段Means to try to solve the problem

本発明は、熱可塑性ポリエステル(A)、炭素繊維(B)、多官能性エポキシ樹脂系結合剤(C)、触媒(D)を加熱混合して結合反応させることに依り、高溶融粘度化して成形加工性の改善された炭素繊維強化ポリエステル樹脂を製造し、次いで射出成形法により機械的強度、耐食性等の諸物性を向上させた射出成形体を製造する方法を提供するものである。  In the present invention, the thermoplastic polyester (A), the carbon fiber (B), the multifunctional epoxy resin binder (C), and the catalyst (D) are heated, mixed and subjected to a bonding reaction to increase the melt viscosity. The present invention provides a method for producing a carbon fiber reinforced polyester resin having improved moldability, and then producing an injection molded article having improved mechanical properties such as mechanical strength and corrosion resistance by an injection molding method.

本発明は、更に詳しくは下記の製造方法を提供するものである。
本発明は、第1に(A)成分のポリエステル100重量部、(B)成分の炭素繊維5〜150重量部、(C)成分の結合剤として該分子内に2個以上のエポキシ基を含有する多官能エポキシ化合物0.1〜2重量部、(D)成分の結合反応触媒0.01〜1重量部から構成される組成物を、該ポリエステルの融点以上の温度で加熱して高溶融粘度の複合体とし、次いで射出成形体とすることを特徴とする炭素繊維強化ポリエステル樹脂およびその射出成形体の製造方法を提供するものである。
More specifically, the present invention provides the following production method.
The present invention comprises, first, 100 parts by weight of polyester of component (A), 5 to 150 parts by weight of carbon fiber of component (B), and two or more epoxy groups in the molecule as a binder of component (C). High melt viscosity by heating a composition comprising 0.1 to 2 parts by weight of the multifunctional epoxy compound to be mixed and 0.01 to 1 part by weight of the reaction catalyst of the component (D) at a temperature above the melting point of the polyester The present invention also provides a method for producing a carbon fiber reinforced polyester resin, and a method for producing the same, which is characterized in that it is used as an injection molded body.

本発明は、第2に(A)成分のポリエステルが、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、ポリカーボネートまたはそれらの回収された成形品の再循環物のいずれか一種類以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂およびその射出成形体の製造方法を提供するものである。  The second aspect of the present invention is characterized in that the polyester of the component (A) contains at least one of polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycarbonate, and recycled products of the recovered molded articles thereof. It is an object of the present invention to provide a method for producing the carbon fiber reinforced polyester resin according to Item 1 and an injection-molded article thereof.

本発明は、第3に(B)成分の炭素繊維が、回収された炭素繊維の短繊維または粉末状繊維、再生された炭素繊維の短繊維または粉末状繊維からなる群のいずれか一種類以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂およびその射出成形体の製造方法を提供するものである。  In the present invention, the carbon fiber of the third component (B) is any one or more of the group consisting of recovered short fibers or powdered fibers of carbon fibers, short fibers of regenerated carbon fibers or powdered fibers And a method for producing the carbon fiber reinforced polyester resin according to claim 1 and its injection-molded article.

本発明は、第4に(B)成分の炭素繊維が、工業製品の炭素繊維の短繊維または粉末状繊維、電気化学的に酸化処理された工業製品の炭素繊維の短繊維または粉末状繊維または化学的酸化処理された工業製品の炭素繊維の短繊維または粉末状繊維のいずれか一種類以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂およびその射出成形体の製造方法を提供するものである。  In the fourth aspect of the present invention, the carbon fiber of component (B) is a carbon fiber short fiber or powdered fiber of an industrial product, a carbon fiber short fiber or powdered fiber of an electrochemically oxidized industrial product, or The carbon fiber reinforced polyester resin according to claim 1, characterized in that it contains at least one of short fibers or powdered fibers of chemically oxidized industrial products of carbon fibers, and an injection-molded article thereof. It provides a method.

本発明は、第5に(C)成分の結合剤が、該分子内に2個以上のエポキシ基を保有する多官能エポキシ化合物を、単独または2種類以上混合使用することを特教とする請求項1に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂およびその射出成形体の製造方法を提供するものである。  The fifth feature of the present invention is that the binder of the component (C) comprises, in combination, one or more multifunctional epoxy compounds having two or more epoxy groups in the molecule. It is an object of the present invention to provide a method for producing the carbon fiber reinforced polyester resin according to Item 1 and an injection-molded article thereof.

本発明は、第6に(D)成分の結合反応触媒が、アルカリ金属のカルボン酸塩、アルカリ土類金属のカルボン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩または炭酸水素塩、またはアルカリ土類金属の炭酸塩または炭酸水素塩からなる群のいずれか一種類以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂およびその射出成形体の製造方法を提供するものである。  The sixth aspect of the present invention is that the coupling reaction catalyst of the component (D) is an alkali metal carboxylate, an alkaline earth metal carboxylate, an alkali metal carbonate or bicarbonate, or an alkaline earth metal carbonate. A method for producing a carbon fiber-reinforced polyester resin and an injection-molded article thereof according to claim 1, which comprises at least one selected from the group consisting of salts and hydrogencarbonates.

本発明は、第7に(C)成分の結合剤および(D)成分の結合反応触媒が、非結晶性ポリエステルまたはポリオレフィンからなる群のいずれか一種類以上を含有する樹脂を基体とするマスターバッチの形態で使用されることを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂およびその射出成形体の製造方法を提供するものである。  The seventh aspect of the present invention is a masterbatch based on a resin, wherein the binder of component (C) and the bond reaction catalyst of component (D) contain any one or more of the group consisting of non-crystalline polyester or polyolefin. The carbon fiber reinforced polyester resin according to claim 1, which is used in the form of (1), and a method for producing an injection-molded article thereof.

発明の効果Effect of the invention

本発明によれば、最初にポリエステルの分子末端のカルボキシル基を触媒の存在下に結合剤としての多官能性エポキシ樹脂のエポキシ環の開裂を伴う化学反応で新たにヒドロキシ基を含むエステル結合を形成させて巨大分子量のポリエステルとすることが出来る。
次に炭素繊維の表面に存在するカルボキシル基とポリエステルの分子末端のカルボキシル基とを、触媒の存在下に結合剤としての多官能性エポキシ樹脂のエポキシ環の開裂を伴う化学反応で新たにヒドロキシ基を含むエステル結合を形成させて巨大分子量のポリエステル・炭素繊維共重合体とすることが出来る。この結合反応は、2軸押出装置を使用して反応押出法に依って高速度に実行出来る。これらの結合反応ポリエステルとポリエステル・炭素繊維共重合体は、巨大分子量であり、長鎖分岐構造体であるので、その分子鎖の「絡み合い」効果により溶融粘度が増大し、従来の水飴状から柔らかい餅状になり、射出成形性が画期的に改善される。
従って、従来のポリエステル・炭素繊維組成物(ブレンド)の分子間親和力よりも、本発明のポリエステル・炭素繊維結合反応体のエステル鎖の結合力が圧倒的に大きいので、特に機械的強度が改善される。また、炭素繊維の導入に依り、更に耐食性、耐候性、導電性、放熱性、伝熱性、耐熱性、耐油性のその他の性能も大幅に改善される。
本発明では、安価な回収炭素繊維、航空機端材の炭素繊維強化複合材(CFRP)からの再生炭素繊維などが原料として好適に使用する事が出来る。
According to the present invention, the carboxyl group at the molecular terminal of the polyester is first formed in the presence of a catalyst in a chemical reaction involving cleavage of the epoxy ring of a multifunctional epoxy resin as a binder to form an ester bond containing a hydroxy group. It can be made into a large molecular weight polyester.
Next, the carboxyl group present on the surface of the carbon fiber and the carboxyl group at the molecular terminal of the polyester are newly hydroxylated by a chemical reaction involving the cleavage of the epoxy ring of a multifunctional epoxy resin as a binder in the presence of a catalyst. To form a large molecular weight polyester-carbon fiber copolymer. This coupling reaction can be carried out at high speed by means of a reactive extrusion process using a twin screw extruder. Since these bonding reaction polyester and polyester-carbon fiber copolymer have large molecular weight and long chain branched structure, the melt viscosity increases due to the "entanglement" effect of the molecular chain, and the conventional water blister to soft It becomes scaly, and injection moldability is dramatically improved.
Therefore, especially the mechanical strength is improved because the bond strength of the ester chain of the polyester / carbon fiber bonded reactant of the present invention is overwhelmingly larger than the intermolecular affinity of the conventional polyester / carbon fiber composition (blend). Ru. In addition, the introduction of carbon fiber also significantly improves other performances such as corrosion resistance, weather resistance, conductivity, heat dissipation, heat conductivity, heat resistance and oil resistance.
In the present invention, inexpensive recovered carbon fibers, regenerated carbon fibers from carbon fiber reinforced composite material (CFRP) of aircraft offcuts, and the like can be suitably used as raw materials.

以下、本発明について詳細に説明する。
[(A)成分のポリエステル]
本発明における主原料としての(A)成分のポリエステルは、芳香族飽和ポリエステルであり、ジカルボン酸成分とグリコール成分とから合成される系列のものが使用出来る。ジカルボン酸成分としては、例えば、テレフタル酸、イソフタール酸、ナフタレンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等の芳香族、脂環族ジカルボン酸等を挙げることができる。これらの中で、芳香族ジカルボン酸、特にテレフタル酸、イソフタール酸および2,6−ナフタレンジカルボン酸が好ましい。
グリコール成分としては、例えば、エチレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール等を挙げることができる。これらの中で、エチレングリコールおよびテトラメチレングリコール(1,4−ブタンジオール)が特に好ましい。
この系列のポリエステルの具体例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、イソフタール酸を少量共重合した低融点PET、エチレングリコールとシクロヘキサンジメタノールとテレフタル酸の共重合体(PETG)、ポリテトラメチレンテレフタレート(ポリブチレンテレフタレート、PBT)、ポリエチレンー2,6−ナフタレート(PEN)等が挙げられる。ポリブチレンテレフタレート(PBT)が好ましい。大量生産され極めて安価なポリエチレンテレフタレート(PET)が、特に好ましい。
また、本発明において主原料としての(A)成分のポリエステルは、他の系列のものとしてビスフェノールAを主原料とするポリカーボネート(PC;ポリ−4,4‘−イソプロピレンジフェニルカーボネート)が使用出来る。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[Polyester of (A) component]
The polyester of the component (A) as the main raw material in the present invention is an aromatic saturated polyester, and a series of polyesters synthesized from a dicarboxylic acid component and a glycol component can be used. Examples of the dicarboxylic acid component include aromatic and alicyclic dicarboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid and cyclohexane dicarboxylic acid. Among these, aromatic dicarboxylic acids, in particular terephthalic acid, isophthalic acid and 2,6-naphthalene dicarboxylic acid are preferred.
As a glycol component, ethylene glycol, trimethylene glycol, tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, cyclohexane dimethanol etc. can be mentioned, for example. Among these, ethylene glycol and tetramethylene glycol (1,4-butanediol) are particularly preferred.
Specific examples of this series of polyesters include polyethylene terephthalate (PET), low melting point PET obtained by copolymerizing a small amount of isophthalic acid, copolymer of ethylene glycol, cyclohexane dimethanol and terephthalic acid (PETG), polytetramethylene terephthalate (poly Examples include butylene terephthalate, PBT), polyethylene-2,6-naphthalate (PEN) and the like. Polybutylene terephthalate (PBT) is preferred. Very inexpensive polyethylene terephthalate (PET) produced in large quantities is particularly preferred.
Moreover, as polyester of (A) component as a main raw material in this invention, the polycarbonate (PC; poly-4, 4'- isopropylene diphenyl carbonate) which uses bisphenol A as a main raw material as another thing of a series can be used.

本発明で使用できる代表的ポリエステルとしてのPETは、1,1,2,2−テトラクロロエタン/フェノール(1:1)混合溶媒に溶解して25℃で測定した固有粘度が0.50dl/g以上(繊維用)であることが好ましく、0.70dl/g以上(シート用)であることがより好ましく、0.80dl/g以上(ボトル用)であることが更に一層好ましい。固有粘度が0.50dl/g未満であると、本発明によっても結合反応が困難であり、得られるポリエステル・炭素共重合体が必ずしも優れた機械的強度を得ることができない恐れがある。固有粘度の上限は、特に制限されないが、通常1.1dl/g以下、好ましくはペットボトル用として大量生産され比較的安価な0.80dl/g前後である。市販PETの入手可能の上限は、固有粘度が1.25dl/gであるが、単独使用では成形加工性が悪化するので、本発明では固有粘度が0.60−0.80dl/gのものと混合して使用することが好ましい。  PET as a representative polyester which can be used in the present invention has an intrinsic viscosity of 0.50 dl / g or more as dissolved in a 1,1,2,2-tetrachloroethane / phenol (1: 1) mixed solvent and measured at 25 ° C. It is preferably (for fibers), more preferably 0.70 dl / g or more (for sheets), and still more preferably 0.80 dl / g or more (for bottles). If the intrinsic viscosity is less than 0.50 dl / g, the bonding reaction is also difficult according to the present invention, and the resulting polyester / carbon copolymer may not necessarily have excellent mechanical strength. The upper limit of the intrinsic viscosity is not particularly limited, but is usually 1.1 dl / g or less, preferably around 0.80 dl / g which is mass-produced for PET bottles and relatively inexpensive. The upper limit of the availability of commercially available PET is that the intrinsic viscosity is 1.25 dl / g, but the molding processability is deteriorated when used alone, so in the present invention the intrinsic viscosity is 0.60 to 0.80 dl / g. It is preferable to use it as a mixture.

[(B)成分の炭素繊維]
本発明における(B)成分の炭素繊維は、カルボキシル基を保有するものが好ましい。カルボキシル基を保有する炭素繊維は、第一系列としてカルボキシル基を保有するPAN系工業製品を使用する事ができる。例えば、東レ(株)の高性能炭素繊維「トレカ」カットファイバーのT008シリーズ、T010シリーズ、TS12−006(カット長3−12mm)、または「トレカ」ミルドファイバーのMLDシリーズ(繊維長30−150μm)などが素原料として使用できる。また、一般的にこれらの炭素繊維工業製品は、カルボキシル基の含有量が比較的に少ないので、特許文献5の記載方法に準じた電解酸化処理に依り炭素繊維の表面にカルボキシル基、水酸基およびアセチル基等を導入することに依り、本発明の目的に合わせて使用することが出来る。
第二系列として(株)クレハおよび大阪ガスケミカル(株)のピッチ系炭素繊維の工業製品も使用することが出来る。これらは比較的にカルボキシル基の含有量が多いが、強度がやや小さい(等方性の利点をもつ)。
[(B) component carbon fiber]
The carbon fiber of the component (B) in the present invention preferably has a carboxyl group. As carbon fibers having a carboxyl group, PAN-based industrial products having a carboxyl group can be used as a first series. For example, T008 series, T010 series, TS12-006 (cut length 3-12 mm), or MLD series of "Torayca" milled fibers (fiber length 30-150 μm) Etc. can be used as raw materials. Moreover, since these carbon fiber industrial products generally have a relatively small content of carboxyl groups, carboxyl groups, hydroxyl groups and acetyl groups are formed on the surface of carbon fibers by electrolytic oxidation treatment according to the method described in Patent Document 5. Depending on the introduction of groups and the like, they can be used in accordance with the object of the present invention.
Industrial products of pitch-based carbon fibers of Kureha Co., Ltd. and Osaka Gas Chemical Co., Ltd. can also be used as the second series. They have a relatively high content of carboxyl groups, but a rather low strength (with the advantage of isotropy).

本発明の(B)成分のカルボキシル基を保有する炭素繊維は、第三系列として炭素繊維強化熱硬化性エポキシ樹脂複合材(CFRP)から回収される再生炭素繊維を好ましく使用することが出来る。素原料となる炭素繊維強化熱硬化性エポキシ樹脂複合材(CFRP)は、現状では航空機を組立てる時に約40%副生する端材、そのボーリング時に副生するドリルの切粉、釣り竿、ゴルフティ等から得られる。将来は、大型航空機の機体の約65%を占めるCFRPのスクラップから大量に派生すると予想される。
その他、航空機機体などの製造時に半端品として回収されるボビン巻の長繊維のカットファイバー(カット長3−12mm)も良好に使用できる。
再生炭素繊維は、実施例の製造例1に例示される様に、特許文献5の杉山法の記載方法に準じて反応条件の制御下で電解酸化処理する事に依り、多数のカルボキシル基を導入した物を特に好適に使用することが出来る。本発明の再生炭素繊維のカルボキシル基量は、通常、0.01−0.20m mol/gの範囲を含有する。好ましく使用できる範囲は、0.02−0.15m mol/gである。
再生炭素繊維の繊維長は、航空機等のCFRP製端材の寸法および組立時のボーリングによる切粉の大きさに従属する。本発明では、繊維長として長繊維(100mm以上)、中繊維(3−100mm)または粉末状繊維(3mm以下)と呼称する。いずれも、本発明で好ましく使用できる。
The carbon fiber having a carboxyl group of the component (B) of the present invention can preferably use regenerated carbon fiber recovered from a carbon fiber-reinforced thermosetting epoxy resin composite (CFRP) as a third series. Carbon fiber reinforced thermosetting epoxy resin composite (CFRP), which is the raw material, is currently about 40% by-product by-product when assembling an aircraft, drill chips by-product during boring, fishing rods, golf tees, etc. Obtained from It is expected that in the future, a large amount will be derived from CFRP scrap, which accounts for about 65% of large aircraft.
In addition, cut fibers (cut lengths of 3 to 12 mm) of bobbin-wound long fibers recovered as an end product at the time of manufacturing an aircraft fuselage and the like can also be used favorably.
The regenerated carbon fiber has a large number of carboxyl groups introduced by electrolytic oxidation treatment under control of reaction conditions according to the description method of Sugiyama method of Patent Document 5, as exemplified in Production Example 1 of the Examples. The product can be used particularly preferably. The amount of carboxyl groups of the regenerated carbon fiber of the present invention usually contains the range of 0.01-0.20 mmol / g. The range which can be preferably used is 0.02-0.15 mmol / g.
The fiber length of the regenerated carbon fiber depends on the size of CFRP end material such as an aircraft and the size of chips from boring at the time of assembly. In the present invention, the fiber length is referred to as long fiber (100 mm or more), medium fiber (3 to 100 mm) or powdered fiber (3 mm or less). Any of them can be preferably used in the present invention.

[(C)成分の結合剤]
本発明の(C)成分の結合剤は、重量平均分子量が1,000〜300,000であることが好ましく、該分子内に2〜100個のエポキシ基を含有する高分子型多官能エポキシ化合物を単独または2種類以上の混合体として使用することができる。高分子量の骨格を形成する樹脂にエポキシ環を含むグリシジル基をペンダント状に吊下げたものや分子内にエポキシ基を含むものの市販品、例えば、日油(株)の「マープルーフ」シリーズ、BASFジャパン(株)の「ジョンクリルADR」シリーズを使用することができる。骨格となる樹脂は、アクリル樹脂系やスチレンアクリル樹脂系がポリオレフィン系(PP、PS、PE)よりも好ましい。何故ならば、樹脂の溶解度パラメーターは、原料PET 10.7、エポキシ樹脂10.8、ポリアクリル酸メチル10.2、ポリアクリル酸エチル9.4、ポリプロピレン(PP)9.3、ポリメタクリル酸エチル9.0、ポリス散れ(PS)8.9、ポリエチレン(PE)8.0であり、数値が近いほど混合性が良いからである。
なお、ポリオレフィン系は1−2%の混合でも、PET系樹脂のフィルム・シートを白濁させるので、成形品が透明性を必要とする場合には適さない。しかしながら、発泡体とパイプあるいは220℃耐熱・耐油性容器などは白色であるので、それら透明性を必要としない用途と本発明の黒色成形体には使用出来る。
[Binder of component (C)]
The binder of component (C) of the present invention preferably has a weight average molecular weight of 1,000 to 300,000, and is a polymer type polyfunctional epoxy compound containing 2 to 100 epoxy groups in the molecule. Can be used alone or as a mixture of two or more. Commercial products of high molecular weight resin-forming resin with pendant glycidyl group containing an epoxy ring and epoxy group in the molecule, such as “merproof” series from NOF Corporation, BASF You can use Japan's "John Krill ADR" series. As a resin to be a skeleton, an acrylic resin type or a styrene acrylic resin type is preferable to a polyolefin type (PP, PS, PE). Because the solubility parameters of the resin are raw material PET 10.7, epoxy resin 10.8, methyl polyacrylate 10.2, ethyl polyacrylate 9.4, polypropylene (PP) 9.3, poly ethyl methacrylate 9.0, polis scatter (PS) 8.9, polyethylene (PE) 8.0, and the closer the values, the better the mixing.
In addition, even if it is mixture of 1-2%, since the film * sheet of PET-type resin is made cloudy, it is not suitable when a molded article requires transparency. However, since the foam and the pipe or the 220 ° C. heat and oil resistant container are white, they can be used for applications which do not require such transparency and the black molded article of the present invention.

(C)成分の多官能エポキシ化合物の配合量は、(A)成分のポリエステル100重量部に対して0.1〜5重量部である。それは、(C)成分の種類と(B)の炭素繊維の種類と添加量に依って大幅にことなる。一般的には、0.1重量部未満では分子量と溶融粘度の増加効果が不充分のため、成形加工性も不充分で成形品の基本物性や機械的特性が劣ることになる。2重量部を越えると逆に成形加工性が悪化し、樹脂の黄変・着色とゲルやフィッシュアイ(FE)が副生したりする。  The compounding quantity of the polyfunctional epoxy compound of (C) component is 0.1-5 weight part with respect to 100 weight part of polyester of (A) component. It depends greatly on the type of component (C) and the type and amount of carbon fiber in (B). In general, if the amount is less than 0.1 parts by weight, the effect of increasing the molecular weight and melt viscosity is insufficient, so that the molding processability is insufficient and the basic physical properties and mechanical properties of the molded article become inferior. If it exceeds 2 parts by weight, the molding processability is deteriorated to cause yellowing and coloring of the resin and by-products such as gel and fisheye (FE).

[(D)成分の結合反応触媒]
本発明における(D)成分としての結合反応触媒は、(1)アルカリ金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩、(2)アルカリ土類金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩からなる群から選ばれた少なくとも一種類以上を含有する触媒である。有機酸塩としては、カルボン酸塩、酢酸塩等が使用できるが、カルボン酸塩の中で特にステアリン酸塩が好ましい。カルボン酸の金属塩を形成する金属としては、リチウム、ナトリウムおよびカリウムのようなアルカリ金属;マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムのようなアルカリ土類金属を使用できる。
この結合反応触媒としてのカルボン酸塩の配合量は(A)成分のポリエステル100重量部に対して0.01〜1重量部である。特に、0.1〜0.5重量部であることが好ましい。0.01重量部未満では触媒効果が小さく、共重合反応が未達となって分子量が充分増大しないことがある。1重量部を超えると局部反応によるゲル生成や加水分解の促進による溶融粘度の急上昇による押出成形機内のトラブルなどを惹起させる。
[Combination reaction catalyst of (D) component]
The bonding reaction catalyst as the component (D) in the present invention is composed of (1) organic acid salts, carbonates and hydrogencarbonates of alkali metals, and (2) organic acid salts, carbonates and hydrogencarbonates of alkaline earth metals. A catalyst containing at least one selected from the group consisting of As the organic acid salt, carboxylic acid salts, acetic acid salts and the like can be used, and among the carboxylic acid salts, especially stearic acid salts are preferred. As metals forming metal salts of carboxylic acids, alkali metals such as lithium, sodium and potassium; alkaline earth metals such as magnesium, calcium, strontium and barium can be used.
The compounding amount of the carboxylate as the binding reaction catalyst is 0.01 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the polyester of the component (A). In particular, 0.1 to 0.5 parts by weight is preferable. If the amount is less than 0.01 parts by weight, the catalytic effect is small, and the copolymerization reaction may not be completed, and the molecular weight may not be sufficiently increased. If the amount is more than 1 part by weight, gelation due to a local reaction or promotion of hydrolysis may cause troubles in the extruder due to a sharp rise in melt viscosity.

本発明では、(C)成分の結合剤および(D)成分の結合反応触媒が、非結晶性ポリエステルまたはポリオレフィンからなる群のいずれか一種類以上を含有する樹脂を基体とするマスターバッチの形態で使用されることができる。その実例を、実施例の製造例2に例示した。  In the present invention, the binder reaction of the component (C) and the bond reaction catalyst of the component (D) are in the form of a masterbatch based on a resin containing any one or more of the group consisting of non-crystalline polyester or polyolefin. Can be used. The example is illustrated in Production Example 2 of the example.

本発明の展着剤は、(A)成分のポリエステルおよび(B)成分の炭素繊維が粉体の場合に有効に使用できる。通常、パラフィンオイル、流動パラフィン、トリメチルシラン等が使用できる。流動パラフィンが、無極性で高沸点であり適度の粘着流体であるために特に好ましい。これらの展着剤は、(B)成分の炭素繊維を(A)成分のポリエステルのペレットまたは粉体に、均一付着させるために必要であり、また炭素繊維・粉体が大気中に舞い上がり人体や電気計装機器に悪影響を与えることを防止するために必要欠くべからざる助剤である。  The spreading agent of the present invention can be effectively used when the polyester of component (A) and the carbon fiber of component (B) are powders. Usually, paraffin oil, liquid paraffin, trimethylsilane or the like can be used. Liquid paraffin is particularly preferred as it is nonpolar, high boiling and moderately sticky fluid. These spreading agents are necessary for uniformly adhering the carbon fiber of the (B) component to the pellet or powder of the polyester of the (A) component, and the carbon fiber / powder scatters into the atmosphere and the human body It is an indispensable auxiliary agent that is necessary to prevent adverse effects on electrical instrumentation.

[配合方法、反応押出方法]
次に、本発明のポリエステル樹脂を配合する方法に付いて説明する。(A)成分のポリエステルは、通常のバージンペレット、回収したフレーク、粒状物、粉末、チップ等の任意形状のものが使用し得る。一般的には、主成分のポリエステルを乾燥する方が好ましい。各成分をタンブラーやヘンシェルミキサー等の混合機で混和させてから、トップフィード法として押出装置に供給する。炭素繊維が粉体状の場合に適する。加熱溶融する温度は、ポリエステルの融点の250度以上で300度以下であることが反応押出法の観点から望ましい。特に、280℃以下が好ましく、特に好ましくは265℃である。300℃を越えるとポリエステルの変色や熱分解が生じるおそれがある。
上記の同時に混合する方法以外に、サイドフィード法として二軸押出装置に(A)成分のポリエステルと(C)成分の結合剤と(D)成分の触媒を供給して反応押出をしながら、二軸押出装置の出口部分に(B)成分の炭素繊維を注入して、炭素繊維の切断を防いで複合材を生産することが出来る。炭素繊維が短繊維の場合に適する。
反応押出装置としては、単軸押出機、二軸押出機、それらの組合せの二段押出機等を使用することができる。単軸押出機は、安価であり、炭素繊維が粉体状の場合に適する。二軸押出機は、高価であるが、炭素繊維が短繊維の場合に適する。
[Composition method, reactive extrusion method]
Next, the method of blending the polyester resin of the present invention will be described. The polyester of the component (A) may be in any form such as normal virgin pellets, recovered flakes, granules, powders, chips and the like. Generally, it is preferable to dry the main component polyester. The respective components are mixed by a mixer such as a tumbler or a Henschel mixer and then fed to an extrusion apparatus as a top feed method. Suitable when the carbon fiber is in powder form. The heating and melting temperature is preferably 250 ° C. or more and 300 ° C. or less of the melting point of the polyester from the viewpoint of the reactive extrusion method. In particular, the temperature is preferably 280 ° C. or less, particularly preferably 265 ° C. If the temperature exceeds 300 ° C., discoloration or thermal decomposition of the polyester may occur.
Apart from the above simultaneous mixing method, as a side feed method, reaction extrusion is carried out by supplying the polyester of component (A), the binder of component (C) and the catalyst of component (D) to a twin-screw extruder, The carbon fiber of the (B) component can be injected into the outlet portion of the shaft extruder to prevent the carbon fiber from being cut and produce a composite. It is suitable when the carbon fiber is a staple fiber.
As a reactive extrusion device, a single screw extruder, a twin screw extruder, a two-stage extruder of their combination, etc. can be used. Single screw extruders are inexpensive and suitable when the carbon fibers are in powder form. Twin screw extruders are expensive, but are suitable when the carbon fibers are staple fibers.

次に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。本発明のポリエステルおよびポリエステル・炭素繊維複合材についての評価方法は以下の通りである。
(1)PET等の固有粘度(IV値)の測定法
1,1,2,2ーテトラクロロエタンとフェノールの等重量の混合溶媒を使用し、キャノンフエンスケ粘度計で25℃にて測定した。または、メーカーのカタログ値を採用した。
(2)メルトフローレート(MFR)の測定法
JIS K7210の条件20に従い、温度280℃、荷重2.16kgの条件で測定した。但し、樹脂は予め120℃×12時間または140℃×4時間で、熱風乾燥または真空乾燥されたものを使用した。
(3)比重の測定法
JIS K7112のA法(水中置換法)に従い、樹脂ペレットについてアルコールを液体として測定した。または、JIS K7222の寸法測定法で測定した。
(4)機械的強度の測定法
試験片の作成:住友重機械工業(株)製の射出成形機SE18DUZ(型締め圧18トン、スクリュー径16mm)を使用し、成形温度270℃、金型温度35℃、冷却時間15−20秒の条件で成形した。
試験片の形状:引張試験片 JIS K7162 5A型(厚み2mm)
曲げ試験片 短冊型 80mm×10mm(厚み4mm)
引張試験:引張強度は、試験速度2mm/分にて実施し、3−5点の平均値で評価した。ヤング率は、最大荷重の25%と75%の直線回帰により算出した(JIS K7073ほか)。
曲げ試験:曲げ強度は、3点曲げを試験速度5mm/分にて実施し、3−5点の平均値で評価した。曲げ弾性率は、最大荷重の25%と75%の直線回帰により算出した(JIS K7074ほか)。
(5)カルボキシル基等の測定法
JIS K 0070に準じ、Boehm法で測定した。炭素繊維またはポリエステルのサンプルに水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウムを個々に加え、電位差自動測定装置を使用して塩酸溶液を用いて逆滴定をした。全酸性官能基量(全酸量)を水酸化ナトリウム添加後の塩酸溶液による逆滴定で、また強酸性官能基量(カルボキシル基量)を炭酸水素ナトリウム添加後の塩酸溶液による逆滴定で測定した。なお、弱酸性官能基量(フェノール系水酸基量)は、全酸量−カルボキシル基量から求めた。例えば、カルボキシル基量は、電池負極のカーボン材の表面では0.01−0.15mmol/g、PET樹脂で0.04以下mmol/gである。
Next, the present invention will be described in detail based on examples. The evaluation methods for the polyester and polyester-carbon fiber composites of the present invention are as follows.
(1) Measuring Method of Intrinsic Viscosity (IV Value) of PET etc. It measured at 25 ° C. with a Canon Fensche viscometer using an equal weight mixed solvent of 1,1,2,2-tetrachloroethane and phenol. Or, we adopted the manufacturer's catalog value.
(2) Measuring method of melt flow rate (MFR) According to the conditions 20 of JIS K 7210, it measured on the conditions of the temperature of 280 degreeC, and the load of 2.16 kg. However, the resin used was one that had been hot-air dried or vacuum dried at 120 ° C. × 12 hours or 140 ° C. × 4 hours in advance.
(3) Measurement Method of Specific Gravity According to JIS K7112 method A (substitution method in water), the resin pellet was measured using alcohol as a liquid. Or it measured by the dimension measuring method of JIS K7222.
(4) Measurement method of mechanical strength Preparation of test piece: Molding temperature 270 ° C., mold temperature using injection molding machine SE18DUZ (clamping pressure 18 tons, screw diameter 16 mm) manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. It shape | molded on the conditions of 35 degreeC and the cooling time 15-20 second.
Test piece shape: Tensile test piece JIS K7162 type 5A (thickness 2 mm)
Bending specimen strip type 80 mm × 10 mm (thickness 4 mm)
Tensile test: The tensile strength was carried out at a test speed of 2 mm / min and was evaluated by an average value of 3-5 points. Young's modulus was calculated by linear regression of 25% and 75% of the maximum load (JIS K7073 et al.).
Bending test: The bending strength was evaluated by performing 3-point bending at a test speed of 5 mm / min and averaging 3-5 points. The flexural modulus was calculated by linear regression of 25% and 75% of the maximum load (JIS K7074 et al.).
(5) Measurement Method of Carboxyl Group etc. Measured by Boehm method according to JIS K 0070. Sodium hydroxide and sodium hydrogen carbonate were individually added to a sample of carbon fiber or polyester, and back titration was performed using a hydrochloric acid solution using a potentiometric automatic measurement device. The total acid functional group content (total acid content) was determined by back titration with hydrochloric acid solution after sodium hydroxide addition, and the strong acid functional group content (carboxyl group content) by back titration by hydrochloric acid solution after sodium hydrogen carbonate addition. . The weakly acidic functional group content (phenolic hydroxyl group content) was determined from the total acid content-carboxyl group content. For example, the amount of carboxyl groups is 0.01-0.15 mmol / g on the surface of the carbon material of the battery negative electrode, and 0.04 or less mmol / g for the PET resin.

本発明に係わる特徴的な素材についての製造例を示す。本発明の主たる構成要素である(B)成分については、ポリエステル樹脂との密着性と改質剤との結合反応性のためにカルボキシル基を含有させることが好ましい。なお、新品工業製品にも、大小はあるがカルボキシル基が含有されている。  The example of manufacture about the characteristic raw material concerning this invention is shown. The component (B), which is the main component of the present invention, preferably contains a carboxyl group for the adhesion to the polyester resin and the bonding reactivity with the modifier. A new industrial product also contains a carboxyl group, although the size is large.

製造例1Production Example 1

(B)成分
[カルボキシル基を含有する再生炭素繊維のアルカリ液の電解酸化に依る製造例と分析例]
特許文献7(特開2013−249386号)に準じて、航空機組立時に副生したCFRPの端材約30Kgを10cm角以下に裁断し、電気炉で400−500℃にて熱硬化性エポキシ樹脂部分を焼成除去して再生炭素繊維(集結体)約15Kgを得た。
再生炭素繊維(集結体)5gを500ccのビーカーに入れ、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液200mLに浸漬させた。再生炭素繊維集結体側を陽極とし、陰極側をチタニウム電極として、3V×0.5Aにて直流電解反応を1時間実施した。この電解酸化処理に依り開繊した再生炭素繊維を中性になるまで水洗し、乾燥してから保管した。これを3回繰り返した。
再生炭素繊維1gを各200ccの三角フラスコに秤量し、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液または炭酸水素ナトリウム水溶液の各50mLに浸漬させた。栓をしてからその2体を24時間浸透機にかけた。各容器の上澄み液5mLを0.05mol/L塩酸水溶液で滴定し、全酸量とカルボキシル基量とを同定した。このBoehm法に依る分析を焼成後の再生炭素繊維と新品炭素繊維についても実施し、その結果を比較して以下に示す。

Figure 0006547253
カルボキシル基は、新品炭素繊維には極めて微量にしか存在しないが、本発明の焼成後の再生炭素繊維には0.03−0.05mmol/gも存在し、電解酸化後の再生炭素繊維にはその2−3倍の0.10mmol/g にまで増加していた。尚、PET樹脂では0.04以下mmol/gであるので、本発明の再生炭素繊維のカルボキシル基量は共重合させるに充分である。(B) Component [Production example and analysis example by electrolytic oxidation of alkali liquid of regenerated carbon fiber containing carboxyl group]
According to Patent Document 7 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-249386), approximately 30 kg of CFRP offcuts by-produced at the time of aircraft assembly is cut into 10 cm square or less, and a thermosetting epoxy resin portion at 400-500 ° C. with an electric furnace Were removed by firing to obtain about 15 kg of regenerated carbon fibers (consolidated bodies).
5 g of regenerated carbon fibers (consolidated body) was put in a 500 cc beaker and immersed in 200 mL of a 0.1 mol / L aqueous solution of sodium hydroxide. The regenerated carbon fiber aggregate side was an anode, and the cathode side was a titanium electrode. The direct current electrolytic reaction was carried out at 3 V × 0.5 A for 1 hour. The regenerated carbon fibers opened by this electrolytic oxidation treatment were washed with water until neutral, dried and stored. This was repeated three times.
1 g of regenerated carbon fibers was weighed in each 200 cc Erlenmeyer flask, and immersed in 50 mL each of 0.1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution or aqueous sodium hydrogen carbonate solution. After plugging, the two were placed in a permeator for 24 hours. 5 mL of supernatant liquid of each container was titrated with 0.05 mol / L hydrochloric acid aqueous solution, and the total acid amount and the carboxyl group amount were identified. The analysis according to the Boehm method is also performed on regenerated carbon fibers after firing and new carbon fibers, and the results are shown below in comparison.
Figure 0006547253
The carboxyl group is present in a very small amount in the new carbon fiber, but 0.03-0.05 mmol / g is present in the regenerated carbon fiber after firing of the present invention, and the regenerated carbon fiber after electrolytic oxidation is present It has increased to 2-3 times 0.10 mmol / g. In addition, since it is 0.04 or less mmol / g in PET resin, the amount of carboxyl groups of the regenerated carbon fiber of this invention is enough to copolymerize.

上記で得た再生炭素繊維集結体約1Kgを10Lの電解槽に入れ、水酸化カリウム水溶液を張込んだ。この再生炭素繊維集結体を銅製の陽極側とし、陰極側をチタニウム製電極として、低電流・低電圧の直流電解反応を4時間実施した。再生炭素繊維集結体は、殆どが開繊していたが、更に機械的に開繊して黒色光沢性の再生炭素繊維を得た。繊維長は、5−10cmであった。約50%のアルカリ水を含む再生炭素繊維を酸性溶液で中和し、水洗した後に180℃で一夜乾燥して保管した。同様操作を数回繰り返し、再生炭素繊維5Kgを製造した。  About 1 kg of the regenerated carbon fiber aggregate obtained above was placed in a 10 L electrolytic cell, and a potassium hydroxide aqueous solution was applied. This regenerated carbon fiber aggregate was used as a copper anode side, and the cathode side was used as a titanium electrode, and a low current, low voltage direct current electrolytic reaction was carried out for 4 hours. Most of the regenerated carbon fiber aggregate was opened, but it was mechanically opened to obtain regenerated black carbon fiber. The fiber length was 5 to 10 cm. The regenerated carbon fiber containing about 50% alkaline water was neutralized with an acid solution, washed with water and then dried overnight at 180 ° C. and stored. The same operation was repeated several times to produce 5 kg of regenerated carbon fibers.

製造例2Production Example 2

(C)成分および(D)成分
[(C)成分および(D)成分のPETG基体に使用した改質剤マスターバッチの製造例]
改質剤マスターバッチは、通常(C)成分の結合剤マスターバッチおよび(D)成分の触媒マスターバッチについて、それらペレットの1対1の配合から構成される。
[1](C)成分の結合剤マスターバッチの製造例
結合剤として、分子内に2個以上のエポキシ基を含有する多官能エポキシ化合物の代表例として日油(株)の「マープルーフ G−0130SP」(エポキシ数 10個/数平均分子量、数平均分子量5,500、エポキシ等量530g/eq.)を採用し、基体樹脂としてイーストマン社の非結晶性コポリエステル「Eastar PETG 6763」を使用した。
まず、(C)成分の結合剤としてマープルーフG−0130SPの15重量部(15Kg、白色粉末)、基体樹脂としてPETG 6763の粉砕された白色粉末50重量部(50Kg)、PETG 6763の透明ペレット50重量部(50Kg)および展着剤としての流動パラフィン0.1重量部(0.10Kg)の配合物115.1Kgをヘンシェルミキサーで混合した。これを押出機上のホッパーに移納した
東芝機械(株)製の同方向2軸押出機(スクリュー口径70mm、L/D=32、2ベント式)を使用し、シリンダ−とダイスの設定温度を100−220℃およびスクリュー回転数 160rpmとし、配合物115Kgをホッパーから容量フィーダーを経てトップフィードした。ストランド金型の樹脂圧力は4.9−5.0MPaで、金型出口から水盤中へのストランドは直線状で安定し、吐出速度は117Kg/hであった。
この温かい白色ペレットA剤((C)成分の結合剤マスターバッチ)を直ちに70℃のホッぱーに移送して一夜流動乾燥して後に、紙・アルミ・ポリエチレンの三層防湿袋に貯蔵した。収量は107Kgであった。
Component (C) and Component (D) [Example of Production of Modifier Masterbatch Used for PETG Substrate of Component (C) and Component (D)]
The modifier masterbatch is usually composed of a one-to-one blend of the pellets for the binder masterbatch of component (C) and the catalyst masterbatch of component (D).
[1] Preparation Example of Binder Masterbatch of Component (C) As a binder, as a representative example of a polyfunctional epoxy compound containing two or more epoxy groups in the molecule, “Merproof G- of NOF Corporation” "0130SP" (epoxy number 10 / number average molecular weight, number average molecular weight 5,500, epoxy equivalent 530 g / eq.) Is employed, and Eastman's non-crystalline copolyester "Eastar PETG 6763" is used as a base resin. did.
First, 15 parts by weight (15 kg, white powder) of MERPROOF G-0130SP as a binder for the component (C), 50 parts by weight (50 kg) of ground white powder of PETG 6763 as a base resin, and transparent pellets 50 of PETG 6763 115.1 Kg of formulation (50 Kg) and 0.1 part (0.10 Kg) of liquid paraffin as spreading agent were mixed in a Henschel mixer. Using the same direction twin screw extruder (screw diameter 70 mm, L / D = 32, 2-vent type) manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd., which transferred this to the hopper on the extruder, set the temperature of cylinder and die Was 100-220 ° C. and a screw rotation speed of 160 rpm, and 115 kg of the formulation was top-fed from the hopper through a volumetric feeder. The resin pressure of the strand mold was 4.9-5.0 MPa, and the strand from the mold outlet to the water bowl was linear and stable, and the discharge rate was 117 kg / h.
The warm white pellet A agent (the binder masterbatch of the component (C)) was immediately transferred to a Hopper at 70 ° C., fluid-dried overnight, and then stored in a paper-aluminum-polyethylene triple-layer moisture-proof bag. The yield was 107 Kg.

[2](D)成分の触媒マスターバッチの製造例
結合反応用触媒の代表例としてのステアリン酸カルシウム50%、ステアリン酸リチウム25%およびステアリン酸ナトリウム25%から成る複合触媒10重量部(10Kg)、基体樹脂としてPETG 6763の粉砕された白色粉末50重量部(50Kg)、PETG 6763の透明ペレット50重量部(50Kg)および展着剤としての流動パラフィン0.2重量部(0.20Kg)の配合物110.2Kgをヘンシェルミキサーで混合した。これを押出機上のホッパーに移納した。前記とほぼ同様操作にて押出を実施した。ストランド金型の樹脂圧力は7.1−9.6MPaで、金型出口から水盤中への白色ストランドは直線状で安定し、吐出速度は200Kg/hであった。
この温かい白色ペレットB剤((D)成分の触媒マスターバッチ)を直ちに70℃のホッぱーに移送して一夜流動乾燥して後に、紙・アルミ・ポリエチレンの三層防湿袋に貯蔵した。収量は102Kgであった。
この(C)成分の結合剤マスターバッチA剤100Kgおよび(D)成分の触媒マスターバッチB剤100Kgの白色ペレットを1対1に配合し、改質剤マスターバッチ200Kgを製造した。
[2] Preparation Example of Catalyst Masterbatch of Component (D) 10 parts by weight (10 Kg) of a composite catalyst consisting of 50% calcium stearate, 25% lithium stearate and 25% sodium stearate as a representative example of a catalyst for binding reaction Blend of 50 parts by weight (50 kg) of ground white powder of PETG 6763 as base resin, 50 parts by weight (50 kg) of transparent pellets of PETG 6763 and 0.2 parts by weight of liquid paraffin (0.20 kg) as spreading agent 110.2 kg was mixed with a Henschel mixer. This was transferred to the hopper on the extruder. Extrusion was carried out in substantially the same manner as described above. The resin pressure of the strand mold was 7.1-9.6 MPa, and the white strand from the mold outlet into the water bowl was linear and stable, and the discharge rate was 200 kg / h.
The warm white pellet B agent (catalyst masterbatch of component (D)) was immediately transferred to a Hopper at 70 ° C. and fluidized overnight, and then stored in a paper-aluminum-polyethylene triple-layer moisture-proof bag. The yield was 102 Kg.
100 kg of binder master batch A agent of component (C) and 100 kg of catalyst master batch B agent of component (D) were blended one-to-one to prepare 200 kg of modifier master batch.

[ペット樹脂と回収炭素繊維チョップ約15%と改質剤マスターバッチから成る炭素繊維強化ペット樹脂ペレットR1の製造と射出成型体の製造例]
A成分のポリエステルとして市販ペット(PET)樹脂(汎用ボトルグレード:IV値0.80のペレット)100重量部(120Kg;120℃・12時間での熱風乾燥後の水分含有率 約100ppm)と改質剤マスターバッチ(MB:PETG基体)6重量部(7.2Kg;C成分の結合体として多官能エポキシ樹脂0.45重量部、D成分の結合反応触媒0.30重量部)とをタンブラーを使用して、30rpm×10分間にわたり混合した。これらを第1ホッパーに納入した。
B成分の炭素繊維として回収炭素繊維チョップ(ボビン巻のPAN系炭素繊維の回収品を集めて、6mm長に裁断したもの。40Kg)を第2ホッパーに納入した。
ドイツ・ベルストルフ社製の同方向2軸押出機(ZE40E:スクリュー口径42mm、L/D=38)を使用し、この押出機の10ブロックから成るシリンダーとダイスの設定温度を150−270℃およびスクリュー回転数100rpmとし、回収炭素繊維チョップを第5ブロックに連続的に注入した。
重量式計量単軸フィーダーを使用し、第1ホッパーからA成分とC成分とD成分の混合樹脂ペレットを18.02Kg/hの速度で、また第2ホッパーから回収炭素繊維チョップを3.0Kg/h(炭素繊維の含有量14.3%)の速度で押出機に投入した。
ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから三本を水中に連続的に押出し、引取り速度20m/分にて、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットR1を製造した。ストランド金型の樹脂圧力は0.90−1.2MPaで、金型出口から水盤中へのストランドは直線状であり溶融張力が増加していた。
この温かい黒色樹脂ペレットR1を直ちに120℃一夜熱風乾燥して後に、紙・アルミ・ポリエチレンの三層防湿袋に貯蔵した。収量は20.6Kgであった。その形状は、円柱状で直径約2.5mm×長さ約4.5mmであった。また、MFR(280℃、荷重2.16Kg)は、35g/10分であった。
[Production of a carbon fiber-reinforced pet resin pellet R1 comprising a pet resin, about 15% of recovered carbon fiber chops, and a modifier master batch and a production example of an injection-molded product]
100 parts by weight of commercial PET (PET) resin (general-purpose bottle grade: pellet of IV value 0.80) as polyester of component A (120 kg; moisture content after hot air drying at 120 ° C. for 12 hours about 100 ppm) and modification 6 parts by weight of the agent masterbatch (MB: PETG substrate) (7.2 kg; 0.45 parts by weight of a multifunctional epoxy resin as a combination of component C, 0.30 parts by weight of a combination reaction catalyst of component D) with a tumbler And mixed for 30 rpm x 10 minutes. These were delivered to the first hopper.
The recovered carbon fiber chops (the collected products of the bobbin-wound PAN-based carbon fibers collected as the B component carbon fibers and cut into 6 mm lengths, 40 kg) were delivered to the second hopper.
Using the same direction twin screw extruder (ZE40E: screw diameter 42 mm, L / D = 38) manufactured by Verstorf of Germany, the set temperature of cylinder and die consisting of 10 blocks of this extruder is 150-270 ° C and screw The recovered carbon fiber chops were continuously injected into the fifth block at a rotational speed of 100 rpm.
Using a gravimetric weighing single-shaft feeder, mixed resin pellets of A component, C component and D component from the first hopper at a speed of 18.02 Kg / h and 3.0 Kg / sec of carbon fiber chops collected from the second hopper The extruder was charged at a speed of h (carbon fiber content 14.3%).
Three strands of the strand were continuously extruded into water from a diagonally downward nozzle with a bore of 3 mm, and cut with a rotary cutter at a take-up speed of 20 m / min to produce a black resin pellet R1. The resin pressure of the strand mold was 0.90 to 1.2 MPa, and the strand from the mold outlet to the ladle was linear and the melt tension increased.
The warm black resin pellet R1 was immediately hot-air dried at 120 ° C. overnight and then stored in a paper-aluminum-polyethylene triple-layer moisture-proof bag. The yield was 20.6 Kg. The shape was cylindrical and about 2.5 mm in diameter × about 4.5 mm in length. Moreover, MFR (280 degreeC, 2.16 kg of loads) was 35 g / 10min.

この炭素繊維強化ペット樹脂の黒色ペレットR1を真空下に再乾燥し、住友重機械工業(株)製の射出成形機SE18DUZ(型締め圧18トン、スクリュー径16mm/SLスクリュー)を使用し、成形温度270−280℃、金型温度37−38℃、射出圧力64−70MPa、射出速度20mm/s、スクリュー回転数100rpmおよび冷却時間15秒の条件にて、下記の射出成形体を成形する事が出来た。
射出成形体の形状:引張試験片用 JIS K7162 5A型(厚み2mm)
また、同じ成形装置を使用し、ほぼ同様条件ではあるが、射出圧力115−123MPaおよび冷却時間20秒の条件にて、下記の射出成形体を成形する事が出来た。
射出成形体の形状:曲げ試験片用の短冊型 長さ80mm×巾10mm(厚み4mm)
両者共、バリの副生が無くて良好な射出成型性を示した。
尚、この炭素繊維強化ペット樹脂ペレットP1は、引張強度120MPa、ヤング率4.0GPaおよび曲げ強さ194MPa、曲げ弾性率8.1GPaであった。
比較例1のPET樹脂のみの透明ペレットP1に比べると、本例R1での炭素繊維約15%の混合効果は、引張強さ2.0倍、ヤング率2.1倍、曲げ強さ2.3倍、曲げ弾性率3.9倍であった。機械的強度に大幅の改善された射出成形体が得られた。
The black pellet R1 of this carbon fiber reinforced pet resin is redried under vacuum and molded using an injection molding machine SE18DUZ (clamping pressure 18 tons, screw diameter 16 mm / SL screw) manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. It is possible to mold the following injection molded body under the conditions of temperature 270-280 ° C, mold temperature 37-38 ° C, injection pressure 64-70 MPa, injection speed 20 mm / s, screw rotation speed 100 rpm and cooling time 15 seconds. done.
Injection molded product shape: For tensile test pieces JIS K7162 type 5A (thickness 2 mm)
Also, using the same molding apparatus, it was possible to mold the following injection molded body under almost the same conditions, but under the conditions of injection pressure 115-123 MPa and cooling time 20 seconds.
Shape of injection molded body: Strip type for bending test piece Length 80 mm × width 10 mm (thickness 4 mm)
Both showed good injection moldability without burr by-product.
The carbon fiber-reinforced pet resin pellet P1 had a tensile strength of 120 MPa, a Young's modulus of 4.0 GPa, a flexural strength of 194 MPa, and a flexural modulus of 8.1 GPa.
Compared with the transparent pellet P1 of only the PET resin of Comparative Example 1, the mixing effect of carbon fiber of about 15% in this example R1 is: tensile strength 2.0 times, Young's modulus 2.1 times, bending strength 2. It was 3 times and the flexural modulus was 3.9 times. An injection molded body is obtained which has a significantly improved mechanical strength.

[ペット樹脂と回収炭素繊維チョップ約30%と改質剤マスターバッチから成る炭素繊維強化ペット樹脂ペレットR2の製造と射出成型体の製造例]
実施例1とほぼ同一条件にて、ペレットR2の製造を実施した。但し、回収炭素維繊チョップの含有量を約30%にする為にその供給速度を2倍にし、ペット樹脂の供給速度を低下させた。
即ち、A成分のポリエステルとして市販ペット(PET)樹脂(汎用ボトルグレード:IV値0.80のペレット)100重量部(120Kg;120℃・12時間での熱風乾燥後の水分含有率約100ppm)と改質剤マスターバッチ(MB:PETG基体)6重量部(7.2Kg;C成分の結合体として多官能エポキシ樹脂0.45重量部、D成分の結合反応触媒0.30重量部)とをタンブラーを使用して、30rpm×10分間にわたり混合した。これらを第1ホッパーに納入した。B成分の炭素繊維として回収炭素繊維チョップ(ボビン巻のPAN系炭素繊維の回収品を集めて、6mm長に裁断したもの。40Kg)を第2ホッパーに納入した。
ドイツ・ベルストルフ社製の同方向2軸押出機(ZE40E:スクリュー口径42mm、L/D=38)を使用し、この押出機の10ブロックから成るシリンダ−とダイスの設定温度を150−270℃およびスクリュー回転数150rpmとし、回収炭素繊維チョップを第5ブロックに連続的に注入した。
重量式計量単軸フィーダーを使用し、第1ホッパーからA成分とC成分とD成分の混合樹脂ペレットを14.84Kg/hの速度で、また第2ホッパーから回収炭素繊維チョップを6.0Kg/h(炭素繊維の含有量28.8%)の速度で押出機に投入した。
ストランドを口径3mmの斜め下方向のノズルから三本を水中に連続的に押出し、引取り速度20m/分にて、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットR2を製造した。ストランド金型の樹脂圧力は1.1−1.2MPaで、金型出口から水盤中へのストランドは直線状であり溶融張力が増加していた。
この温かい黒色樹脂ペレットR2を直ちに120℃一夜熱風乾燥して後に、紙・アルミ・ポリエチレンの三層防湿袋に貯蔵した。収量は、65Kgであった。その形状は、円柱状で直径約3mm×長さ約5mmであった。また、MFR(280℃、荷重2.16Kg)は、25g/10分であった。
[Production of a carbon fiber-reinforced pet resin pellet R2 comprising a pet resin, about 30% of recovered carbon fiber chops, and a modifier master batch and a production example of an injection-molded product]
Production of pellet R2 was carried out under substantially the same conditions as in Example 1. However, in order to make the content of the recovered carbon fiber chop about 30%, the feed rate was doubled and the feed rate of the pet resin was decreased.
100 parts by weight of a commercial PET (PET) resin (general-purpose bottle grade: pellet of IV value 0.80) as polyester of component A (120 kg; moisture content after hot air drying at 120 ° C. for 12 hours) Modifier master batch (MB: PETG substrate) 6 parts (7.2 Kg; 0.45 parts by weight of a multifunctional epoxy resin as a combination of component C, 0.30 parts by weight of a combination reaction catalyst of component D) with a tumbler The mixture was mixed at 30 rpm for 10 minutes using These were delivered to the first hopper. The recovered carbon fiber chops (the collected products of the bobbin-wound PAN-based carbon fibers collected as the B component carbon fibers and cut into 6 mm lengths, 40 kg) were delivered to the second hopper.
A 10-block cylinder and die setting temperature of this extruder is 150-270 ° C and using a twin screw extruder (ZE40E: screw diameter 42 mm, L / D = 38) manufactured by Verstorf, Germany. The screw speed was 150 rpm, and the recovered carbon fiber chops were continuously injected into the fifth block.
Using a gravimetric weighing single-axis feeder, mixed resin pellets of A component, C component and D component from the first hopper at a speed of 14.84 Kg / h, and carbon fiber chops recovered from the second hopper at 6.0 Kg / h The extruder was charged at a speed of h (carbon fiber content 28.8%).
Three strands of the strand were continuously extruded into water from a diagonally downward nozzle with a bore of 3 mm, and cut with a rotary cutter at a take-up speed of 20 m / min to produce a black resin pellet R2. The resin pressure of the strand mold was 1.1 to 1.2 MPa, and the strand from the mold outlet to the ladle was straight and melt tension increased.
The warm black resin pellet R2 was immediately hot-air dried at 120 ° C. overnight and then stored in a paper-aluminum-polyethylene triple-layer moisture-proof bag. The yield was 65 Kg. The shape was cylindrical and about 3 mm in diameter × about 5 mm in length. Further, MFR (280 ° C., load 2.16 kg) was 25 g / 10 min.

この炭素繊維強化ペット樹脂の黒色ペレットR2を真空下に再乾燥し、住友重機械工業(株)製の射出成形機SE18DUZ(型締め圧18トン、スクリュー径16mm/SLスクリュー)を使用し、実施例1とほぼ同様条件ではあるが、射出圧力116−121MPaの条件にて、下記の射出成形体を成形する事が出来た。
射出成形体の形状:引張試験片用 JIS K7162 5A型(厚み2mm)
また、同じ成形装置を使用し、実施例1とほぼ同様条件ではあるが、射出圧力120−12▲4▼MPaの条件にて、下記の射出成形体を成形する事が出来た。
射出成形体の形状:曲げ試験片用の短冊型 長さ80mm×巾10mm(厚み4mm)
両者共、バリの副生が無くて良好な射出成型性を示した。
尚、この炭素繊維強化ペット樹脂ペレットP2は、引張強度144MPa、ヤング率9.5GPaおよび曲げ強さ232MPa、曲げ弾性率14.2GPaであった。
比較例1のPET樹脂のみの透明ペレットP1に比べると、本例R2での炭素繊維約30%の混合効果は、引張強さ2.4倍、ヤング率5.0倍、曲げ強さ2.8倍、曲げ弾性率6.8倍であった。機械的強度が更に大幅に改善された射出成形体が得られた。
The black pellet R2 of this carbon fiber reinforced pet resin is redried under vacuum, and implemented using an injection molding machine SE18DUZ (clamping pressure 18 tons, screw diameter 16 mm / SL screw) manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd. The following injection molded article could be molded under substantially the same conditions as in Example 1 but under the condition of injection pressure of 116 to 121 MPa.
Injection molded product shape: For tensile test pieces JIS K7162 type 5A (thickness 2 mm)
Further, using the same molding apparatus, the following injection molded product could be molded under substantially the same conditions as Example 1, but under the injection pressure of 120-12 4 MPa.
Shape of injection molded body: Strip type for bending test piece Length 80 mm × width 10 mm (thickness 4 mm)
Both showed good injection moldability without burr by-product.
The carbon fiber-reinforced pet resin pellet P2 had a tensile strength of 144 MPa, a Young's modulus of 9.5 GPa, a flexural strength of 232 MPa, and a flexural modulus of 14.2 GPa.
Compared with the transparent pellet P1 of only the PET resin of Comparative Example 1, the mixing effect of about 30% of the carbon fiber in this example R2 is: tensile strength 2.4 times, Young's modulus 5.0 times, bending strength 2. It was 8 times and flexural modulus 6.8 times. An injection molded body is obtained, whose mechanical strength is further significantly improved.

比較例1Comparative Example 1

[PET樹脂のみによるペレットP1の製造]
A成分のPET樹脂(ペットボトル用市販汎用品のペレット:IV値0.80、MFR 35g/10分)100重量部(3Kg)のみを使用し、実施例1とほぼ同様な押出条件にてペレットP1を製造し、透明ペレット2.9Kgを得た。ストランドは、金型出口から水面までに弓状に垂れ、水盤中では蛇行して溶融張力が小さいことを示した。この透明ペレットP1は、円柱状で直径約3mm×長さ約5mmであった。また、MFR(280℃、荷重2.16Kg)は、57g/10分であった。この溶融粘度は、射出成形に適しない。
このPET樹脂のみのペレットP1を、射出成形して引張試験片および曲げ試験片を成形した引張強さ59MPa、ヤング率1.9GPaおよび曲げ強さ84MPa、曲げ弾性率2.1GPaであった。
[Manufacture of pellet P1 only with PET resin]
100 parts by weight (3 kg) of PET resin of component A (pellets of commercial general-purpose products for PET bottles: IV value 0.80, MFR 35 g / 10 min) were used, and pellets were produced under substantially the same extrusion conditions as in Example 1. P1 was produced to obtain 2.9 Kg of transparent pellets. The strands bowed from the die exit to the water surface and meandered in the basin indicating low melt tension. The transparent pellet P1 was cylindrical and had a diameter of about 3 mm and a length of about 5 mm. Further, MFR (280 ° C., load 2.16 kg) was 57 g / 10 min. This melt viscosity is not suitable for injection molding.
This PET resin-only pellet P1 was injection-molded to form a tensile test piece and a bending test piece, which had a tensile strength of 59 MPa, a Young's modulus of 1.9 GPa and a flexural strength of 84 MPa, and a flexural modulus of 2.1 GPa.

[ペット樹脂と回収炭素繊維チョップ30%と改質剤マスターバッチから成る炭素繊維強化ペット樹脂ペレットR2からの厚板状射出成型体の製造例と厚板の切削加工試験]
実施例2の乾燥された炭素繊維強化ペット樹脂の黒色ペレットR2を、日精樹脂工業(株)製のハイブリッド式射出成形機FNX140(型締め圧140トン)を使用し、成形温度280℃、金型温度135−145℃、射出ピ−ク圧力24MPa、充填速度30mm/秒、スクリュー回転数60rpmおよび冷却時間32秒(67−68秒/サイクル)の条件にて、下記の厚板状射出成形体を成形する事が出来た。
射出成形体:厚板 縦15cm×横15cm、厚み5mm、40枚
尚、この炭素繊維強化ペット樹脂からの厚板の機械的強度を測定するために、厚板の中心部について樹脂の流れ方向(MD方向)とその直角方向(TD方向)に裁断し、巾10mm×長さ120mm(厚み5mm)の試験片を製作した。厚板の裁断性は極めて良好で、バリの副生も無く、冷却用の空気、水または油などを全く必要としなかった。
MD方向/TD方向について、引張強度95/68MPa、ヤング率4.2/3.6GPaおよび曲げ強さ223/109MPa、曲げ弾性率16.4/9.4GPaであった。また、これら厚板の平均的比重は、1.43であった。
東レ(株)のカタログによれば、「トレカ」のカットファイバーの原糸の特性は、繊維直径7μm、比重1.76、引張強度3,530MPa、引張弾性率230GPaである。
[Production example of thick plate-like injection molded product from carbon fiber reinforced pet resin pellet R2 consisting of pet resin, recovered carbon fiber chops 30% and modifier masterbatch and cutting test of thick plate]
A black pellet R2 of the dried carbon fiber reinforced pet resin of Example 2 is molded using a hybrid injection molding machine FNX 140 (clamping pressure 140 tons) manufactured by Nisshin Resin Co., Ltd., at a molding temperature of 280 ° C., a mold The following plate-like injection molded article was prepared under the conditions of a temperature of 135-145 ° C., an injection peak pressure of 24 MPa, a filling speed of 30 mm / sec, a screw rotation speed of 60 rpm and a cooling time of 32 seconds (67-68 seconds / cycle) I was able to mold.
Injection molded product: thick plate 15 cm long x 15 cm wide, 5 mm thick, 40 sheets Furthermore, in order to measure the mechanical strength of the thick plate made of this carbon fiber reinforced pet resin, the resin flow direction along the center of the thick plate ( It cut | judged to MD direction and its orthogonal direction (TD direction), and manufactured the test piece of width 10 mm * length 120 mm (thickness 5 mm). The cuttability of the plate was extremely good, there was no by-product of burrs, and no air, water or oil for cooling was required at all.
The tensile strength was 95/68 MPa, the Young's modulus was 4.2 / 3.6 GPa, the flexural strength was 223/109 MPa, and the flexural modulus was 16.4 / 9.4 GPa in the MD direction / TD direction. Moreover, the average specific gravity of these thick plates was 1.43.
According to the catalog of Toray Industries, Inc., the properties of the raw fiber of the cut fiber of “TORAYCA” are a fiber diameter of 7 μm, a specific gravity of 1.76, a tensile strength of 3,530 MPa, and a tensile elastic modulus of 230 GPa.

本発明の厚み5mmの黒色板について、米国製「タップダイス・セット」を使用し、表面から裏面を貫通するねじ切り切削をした。孔径10mm、8.5mm、7.0mm、5.0mm、4.2mm、3.3mmおよび2.5mmのねじ切り加工は、バリの副生も切粉の融着も殆どなく極めて順調であった。炭素繊維が繊維直径7μmと細いので、切削性が良いのである。また、ステンレス製のボルトとの整合性も良好であった。本発明の射出成形体は、特に強度が強くて軽いので、例えば高層建築材料、また金属に比べて軽くて耐食性があるので、例えば海洋資材や沿岸道路材料や水上飛行艇材料などの用途に適している。  The black plate of thickness 5 mm of the present invention was subjected to thread cutting from the front surface to the back surface using a "tap die set" made in the United States. The 10 mm, 8.5 mm, 7.0 mm, 5.0 mm, 4.2 mm, 3.3 mm and 2.5 mm threadings were extremely smooth with almost no burr by-products and no chip fusion. Since the carbon fiber is as thin as 7 μm in fiber diameter, the machinability is good. Moreover, the consistency with a stainless steel bolt was also good. The injection molded article of the present invention is particularly strong and light, so it is lighter and more corrosion resistant than, for example, high-rise building materials and metals, so it is suitable for applications such as marine materials, coastal road materials and watercraft materials. ing.

本発明によれば、炭素繊維強化ポリエステル複合材の製造に際し、結合剤と触媒を併用させることに依りその機械的強度を飛躍的に高めることが出来た。耐食性、耐熱性、伝熱性、導電性、耐油性、耐候性等の諸物性も向上させることが出来る。また、回収炭素繊維、炭素繊維強化エポキシ樹脂複合材からの再生炭素繊維および新品炭素繊維強も使用することが出来る。
本発明は、当面は土木・建築資材の用途を対象とする。近い将来は自動車産業、新幹線車両業、航空宇宙産業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於ける内装材料や構成材料の強度改善による一層の軽量化・省エネルギー化の用途を対象とする。また、電波吸収性、導電性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善ができるので、この機能性材料分野の利用可能性が大きい。
According to the present invention, in the production of a carbon fiber reinforced polyester composite, the mechanical strength can be dramatically improved by using a binder and a catalyst in combination. Various physical properties such as corrosion resistance, heat resistance, heat conductivity, conductivity, oil resistance and weather resistance can also be improved. In addition, recovered carbon fibers, regenerated carbon fibers from carbon fiber reinforced epoxy resin composites, and new carbon fibers can also be used.
The present invention is directed to the use of civil engineering and construction materials for the time being. In the near future, applications will be targeted for further weight reduction and energy saving by improving the strength of interior materials and construction materials in advanced industries such as the automobile industry, Shinkansen vehicle industry, aerospace industry, and linear motor cars. Further, since the performances such as radio wave absorbability, conductivity, heat resistance, heat dissipation and the like can be further improved, the availability of the functional material field is large.

Claims (7)

(A)成分ポリエチレンテレフタレート100重量部、
(B)成分炭素繊維5〜150重量部、
(C)成分多官能エポキシ化合物0.1〜2重量部、
(D)成分結合反応触媒0.01〜1重量部、から構成される組成物を、反応押出法により該ポリエチレンテレフタレートの融点以上の温度で加熱反応させて溶融粘度を増大させた共重合複合体とし、次いで前記共重合複合体を射出成形体とする工程を含み、
前記(B)成分炭素繊維は、表面にカルボキシル基を有し、
前記(C)成分多官能エポキシ化合物は、結合剤として該分子内に2個以上のエポキシ基を含有し、且つ1,000〜300,000の重量平均分子量を有することを特徴とする炭素繊維強化ポリエステル樹脂射出成形体の製造方法。
(A) Component 100 parts by weight of polyethylene terephthalate ,
(B) Component 5 to 150 parts by weight of carbon fiber,
0.1 to 2 parts by weight of component (C) multifunctional epoxy compound,
A copolymer composed of 0.01 to 1 part by weight of (D) component-bound reaction catalyst is heated at a temperature above the melting point of the polyethylene terephthalate by reactive extrusion to increase the melt viscosity. And then the step of using the copolymer complex as an injection molded article,
The component (B) carbon fiber has a carboxyl group on the surface,
The component (C) multifunctional epoxy compound contains two or more epoxy groups in the molecule as a binder, and has a weight average molecular weight of 1,000 to 300,000. Method for producing a polyester resin injection molded article.
前記(A)成分ポリエチレンテレフタレートが、工業製品またはそれらの回収された成形品の再循環物のいずれか一種類以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂射出成形体の製造方法。The carbon fiber reinforced polyester resin injection molding according to claim 1, characterized in that the component (A) polyethylene terephthalate contains any one or more kinds of industrial products or recycled products of recovered molded products thereof. How to make the body. 前記(B)成分炭素繊維が、長繊維の形態で回収された炭素繊維チョップからなる短繊維または粉末状繊維、航空機の端材から再生された炭素繊維チョップからなる短繊維または粉末状繊維からなる群のいずれ一種類以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂射出成形体の製造方法。 The component (B) carbon fiber, consisting of short fiber or powder form fibers consisting of carbon fiber chopped reproduced from short fibers or powdered fibers, aircraft end material consisting recovered carbon fiber chopped in the form of long fibers The method for producing a carbon fiber reinforced polyester resin injection-molded article according to claim 1 or 2 , wherein any one or more kinds of the group is contained. 前記(B)成分炭素繊維が、工業製品の炭素繊維チョップからなる短繊維または粉末状繊維、電気化学的に酸化処理された工業製品の炭素繊維チョップからなる短繊維または粉末状繊維または化学的酸化処理された工業製品の炭素繊維チョップからなる短繊維または粉末状繊維のいずれか一種類以上を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂射出成形体の製造方法。 The component (B) carbon fibers, short fibers or powdered fibers consisting of carbon fiber chopped industrial products, consisting of electrochemically oxidized carbon fiber chopped industrial products short fiber or powder form fibers or chemical oxidation The method for producing a carbon fiber reinforced polyester resin injection molded article according to claim 1 or 2, characterized in that it contains any one or more of short fibers or powdered fibers consisting of carbon fiber chops of a treated industrial product. . 前記(C)成分多官能エポキシ化合物を、単独または2種類以上混合使用することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂射出成形体の製造方法。 The method for producing a carbon fiber reinforced polyester resin injection molded article according to any one of claims 1 to 4, wherein the component (C) polyfunctional epoxy compound is used singly or in combination of two or more. 前記(D)成分結合反応触媒が、アルカリ金属のカルボン酸塩、アルカリ土類金属のカルボン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩または炭酸水素塩、またはアルカリ土類金属の炭酸塩または炭酸水素塩からなる群のいずれか一種類以上を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂射出成形体の製造方法。 The component (D) combined reaction catalyst comprises an alkali metal carboxylate, an alkaline earth metal carboxylate, an alkali metal carbonate or bicarbonate, or an alkaline earth carbonate or bicarbonate. The method for producing a carbon fiber reinforced polyester resin injection-molded article according to any one of claims 1 to 5, comprising any one or more kinds of groups. 前記(C)成分多官能エポキシ化合物および前記(D)成分結合反応触媒が、非結晶性ポリエステルまたはポリオレフィンからなる群のいずれか一種類以上を含有する樹脂を基体とするマスターバッチの形態で使用されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の炭素繊維強化ポリエステル樹脂射出成形体の製造方法。 The component (C) multifunctional epoxy compound and the component (D) combined reaction catalyst are used in the form of a masterbatch based on a resin containing at least one of the group consisting of non-crystalline polyester or polyolefin. The method for producing a carbon fiber reinforced polyester resin injection molded article according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
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