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JP7468608B2 - Carbon fiber reinforced resin material and its manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、優れた圧縮物性を発現する炭素繊維強化樹脂材料およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon fiber reinforced resin material exhibiting excellent compression properties and a method for producing the same .

自動車や電気機器の軽量かつ高強度の構造部材として、炭素繊維樹脂複合材料が種々提案されている。一般に、工業的用途に用いられる構造部材は、軽量で、高い機械的物性、特に圧縮強度・圧縮弾性率を有することが強く求められている。 Various carbon fiber resin composite materials have been proposed as lightweight, high-strength structural components for automobiles and electrical equipment. In general, structural components used in industrial applications are strongly required to be lightweight and have high mechanical properties, especially compressive strength and compressive modulus.

このような構造部材には、従来金属材料が使用されることが多かったが、金属材料に比して軽量でかつ高強度の炭素繊維樹脂複合材(CFRP)の使用が、近年検討されている。炭素繊維樹脂複合材料のマトリクス樹脂としては様々なものを使用しうるが、熱硬化性樹脂に比して成形サイクルの短い熱可塑性樹脂によるCFRP(CFRTP)が産業上有用である。
炭素繊維樹脂複合材料のマトリクス樹脂としては、コストと軽量性に優れるポリプロピレン系樹脂(PP)、機械的強度に優れるポリアミド系樹脂(PA)、耐熱性に優れるポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)などが一般によく検討されている。また、ポリカーボネート樹脂(PC)は、成形が比較的容易であり、自動車用途等の構造部材の使用環境下で安定な物性を維持するものの、耐薬品性が弱いため、接着による組立を行う際の接合強度や使用環境下における強度維持という点で問題があった。PCの耐薬品性を向上させる技術としては、ポリエステル等の他の結晶性樹脂とアロイ化することが広く知られており、CFRTPのマトリクス樹脂とする技術も考案されている。
Metal materials have often been used for such structural members in the past, but in recent years, the use of carbon fiber resin composites (CFRP), which are lighter and stronger than metal materials, has been considered. Various materials can be used as the matrix resin for carbon fiber resin composites, but CFRP (CFRTP) made of thermoplastic resin, which has a shorter molding cycle than thermosetting resins, is industrially useful.
As the matrix resin of carbon fiber resin composite materials, polypropylene resin (PP) excellent in cost and light weight, polyamide resin (PA) excellent in mechanical strength, polyphenylene sulfide resin (PPS) excellent in heat resistance, etc. are generally considered. In addition, polycarbonate resin (PC) is relatively easy to mold and maintains stable physical properties in the usage environment of structural members for automobiles, etc., but has poor chemical resistance, so there are problems in terms of joint strength when assembling by adhesion and maintaining strength in the usage environment. As a technique for improving the chemical resistance of PC, alloying with other crystalline resins such as polyester is widely known, and a technique for using it as the matrix resin of CFRTP has also been devised.

文献1には、ポリカーボネート樹脂、液晶性ポリエステル、炭素繊維を混合することにより、耐衝撃性、そり変形性、電磁波シールド性および薄肉難燃性が改良された繊維強化樹脂組成物について記載がある。文献2には酸変性ポリアクリレート幹とポリアクリレート側鎖とよりなるグラフト共重合体を用いることにより、ポリカーボネートとポリエステルとの均一性の高い樹脂組成物を得ることで、機械的強度、耐熱性、電気絶縁性および耐薬品性に優れた繊維強化樹脂積層体をうる技術が記載されている。しかしながら、本発明者らの検討によれば、これらの技術による樹脂組成物は、圧縮物性の改良検討は行われておらず、本発明の用途には不適であった。 Literature 1 describes a fiber-reinforced resin composition that has improved impact resistance, warpage, electromagnetic shielding, and thin-wall flame retardancy by mixing polycarbonate resin, liquid crystal polyester, and carbon fiber. Literature 2 describes a technology for obtaining a fiber-reinforced resin laminate that has excellent mechanical strength, heat resistance, electrical insulation, and chemical resistance by using a graft copolymer consisting of an acid-modified polyacrylate backbone and polyacrylate side chains to obtain a highly uniform resin composition of polycarbonate and polyester. However, according to the inventors' investigations, the resin compositions produced by these technologies were not suitable for the application of the present invention because no investigations were conducted into improving the compression properties.

特開2000-226508号公報JP 2000-226508 A 特開平6-287428号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-287428

本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決しようとするものであり、優れた圧縮物性を発現する樹脂組成物を提供することを課題とする。 The present invention aims to solve the problems associated with the conventional techniques described above, and aims to provide a resin composition that exhibits excellent compression properties.

本発明等は鋭意検討した結果、結晶性熱可塑性樹脂を用いること、樹脂部における結晶状態を制御し、樹脂に対する炭素繊維の含有量を特定の範囲とすることにより課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明の要旨は、以下の(1)~(7)に存する。
(1) 以下に記載する(A)成分と(B)成分を含む炭素繊維強化樹脂材料であって
、前記(A)成分中の結晶性樹脂の融解時の下記結晶化度χcが40%以上であり、かつ
下記再結晶化率が70%未満である炭素繊維強化樹脂材料。
(A)成分:結晶性樹脂を5重量パーセント以上含む樹脂組成物
(B)成分:炭素繊維
<結晶化度χcと再結晶化率>
結晶化度χc=ΔHm/ΔHo/w×100(%)
再結晶化率=|ΔHc/ΔHm|×100(%)
ΔHm;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の融解エンタルピー
ΔHo;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の平衡融解エンタルピー
ΔHc;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の再結晶化エンタルピー
w;結晶性樹脂の(A)成分中における質量分率
(2) 前記(A)成分を100重量部としたとき、前記(B)成分を30~200重量部含む、上記(1)に記載の炭素繊維強化樹脂材料。
(3) 前記(A)成分が、ポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂を合計で80重量パーセント以上含む樹脂である上記(1)から(2)のいずれかに記載の炭素繊維強化樹脂材料。
(4) 前記(A)成分中のポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂との混合質量比をPC/PEsとしたとき、PC/PEsが1以上であり、かつPC/PEsが19以下である上記(3)に記載の炭素繊維強化樹脂材料。
(5) 前記(A)成分中のポリエステル樹脂がポリブチレンテレフタレートである上記(3)または(4)に記載の炭素繊維強化樹脂材料。
(6) 上記(1)から(5)のいずれかに記載の炭素繊維強化樹脂材料からなるスタンパブルシート。
(7) 上記(6)に記載のスタンパブルシートの成形体。
As a result of intensive research, the inventors of the present invention have found that the problem can be solved by using a crystalline thermoplastic resin, controlling the crystalline state in the resin portion, and setting the content of carbon fiber relative to the resin within a specific range, and have completed the present invention. That is, the gist of the present invention resides in the following (1) to (7).
(1) A carbon fiber reinforced resin material comprising the following components (A) and (B): wherein the crystalline resin in the component (A) has a crystallinity χc of 40% or more when melted, and a recrystallization rate of less than 70%.
Component (A): Resin composition containing 5 weight percent or more of crystalline resin Component (B): Carbon fiber <Degree of crystallinity χc and recrystallization rate>
Crystallinity χc=ΔHm/ΔHo/w×100(%)
Recrystallization rate = |ΔHc/ΔHm| × 100 (%)
ΔHm: melting enthalpy of the crystalline resin contained in the component (A). ΔHo: equilibrium melting enthalpy of the crystalline resin contained in the component (A). ΔHc: recrystallization enthalpy of the crystalline resin contained in the component (A). w: mass fraction of the crystalline resin in the component (A). (2) The carbon fiber reinforced resin material according to (1) above, containing 30 to 200 parts by weight of the component (B) when the component (A) is 100 parts by weight.
(3) The carbon fiber reinforced resin material according to any one of (1) to (2) above, wherein the component (A) is a resin containing a polycarbonate resin and a polyester resin in a total amount of 80 weight percent or more.
(4) The carbon fiber reinforced resin material according to the above (3), in which the mixed mass ratio of the polycarbonate resin and the polyester resin in the component (A) is PC/PEs, is 1 or more and PC/PEs is 19 or less.
(5) The carbon fiber reinforced resin material according to the above (3) or (4), wherein the polyester resin in the component (A) is polybutylene terephthalate.
(6) A stampable sheet made of the carbon fiber reinforced resin material according to any one of (1) to (5) above.
(7) A molded product of the stampable sheet described in (6) above.

本発明によれば、優れた圧縮物性を発現する炭素繊維強化樹脂材料を提供することができる。 The present invention provides a carbon fiber reinforced resin material that exhibits excellent compression properties.

本発明の炭素繊維強化樹脂材料について以下詳細に説明するが、本発明の趣旨に反しない限り、これらの内容に限定されるものではない。 The carbon fiber reinforced resin material of the present invention is described in detail below, but is not limited to the details as long as they do not go against the spirit of the present invention.

本発明の炭素繊維強化樹脂材料は、以下に記載する(A)成分と(B)成分を含む炭素繊維強化樹脂材料であって、前記(A)成分中の結晶性樹脂の融解時の下記結晶化度χcが40%以上であり、かつ下記再結晶化率が70%未満である炭素繊維強化樹脂材料である。 The carbon fiber reinforced resin material of the present invention is a carbon fiber reinforced resin material containing the components (A) and (B) described below, in which the crystallinity χc of the crystalline resin in the component (A) when melted is 40% or more, and the recrystallization rate is less than 70%.

(A)成分:結晶性樹脂を5重量パーセント以上含む樹脂組成物
(B)成分:炭素繊維
<結晶化度χcと再結晶化率>
結晶化度χc=ΔHm/ΔHo/w×100(%)
再結晶化率=|ΔHc/ΔHm|×100(%)
ΔHm;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の融解エンタルピー
ΔHo;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の平衡融解エンタルピー
ΔHc;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の再結晶化エンタルピー
w;結晶性樹脂の(A)成分中における質量分率
本発明の炭素繊維樹脂材料は、結晶性樹脂を用いること、樹脂に対する炭素繊維の含有量を特定の範囲とすること、樹脂部における結晶状態を制御することにより得られる。
以下、炭素繊維樹脂複合材材料の構成について詳細に説明する。
Component (A): Resin composition containing 5 weight percent or more of crystalline resin Component (B): Carbon fiber <Degree of crystallinity χc and recrystallization rate>
Crystallinity χc=ΔHm/ΔHo/w×100(%)
Recrystallization rate = |ΔHc/ΔHm| × 100 (%)
ΔHm: melting enthalpy of the crystalline resin contained in component (A); ΔHo: equilibrium melting enthalpy of the crystalline resin contained in component (A); ΔHc: recrystallization enthalpy of the crystalline resin contained in component (A); w: mass fraction of the crystalline resin in component (A). The carbon fiber resin material of the present invention is obtained by using a crystalline resin, setting the content of carbon fiber relative to the resin within a specific range, and controlling the crystalline state in the resin portion.
The structure of the carbon fiber resin composite material will be described in detail below.

<結晶性樹脂>
本発明に使用される結晶性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエステル、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリテトラフルオロエチレン等が使用でき、これら単独あるいは混合物として使用することができる。これらのうち、成形性、耐薬品性の面から、ポリエステルを使用することが望ましい。
本発明で用いるポリエステル樹脂は芳香族ジカルボン酸またはその反応性誘導体と、ジオール、またはそのエステル誘導体とを主成分とする縮合反応により得られる重合体ないしは共重合体である。
<Crystalline Resin>
The crystalline resin used in the present invention may be polyethylene, polypropylene, polyamide, polyacetal, polyester, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, polyether ketone ketone, polytetrafluoroethylene, etc., and may be used alone or in combination. Of these, it is preferable to use polyester from the standpoint of moldability and chemical resistance.
The polyester resin used in the present invention is a polymer or copolymer obtained by a condensation reaction of aromatic dicarboxylic acid or its reactive derivative and diol or its ester derivative as the main components.

ここでいう芳香族ジカルボン酸としてはテレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、4,4’-ビフェニルエーテルジカルボン酸、4,4’-ビフェニルメタンジカルボン酸、4,4’-ビフェニルスルホンジカルボン酸、4,4’-ビフェニルイソプロピリデンジカルボン酸、1,2-ビス(フェノキシ)エタン-4,4’-ジカルボン酸、2,5-アントラセンジカルボン酸、2,6-アントラセンジカルボン酸、4,4’-p-ターフェニレンジカルボン酸、2,5-ピリジンジカルボン酸等の芳香族系ジカルボン酸が好適に用いられ、特にテレフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸が好ましく使用できる。 As the aromatic dicarboxylic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, orthophthalic acid, 1,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, 4,4'-biphenyldicarboxylic acid, 4,4'-biphenyletherdicarboxylic acid, 4,4'-biphenylmethanedicarboxylic acid, 4,4'-biphenylsulfonedicarboxylic acid, 4,4'-biphenylisopropylidenedicarboxylic acid, 1,2-bis(phenoxy)ethane-4,4'-dicarboxylic acid, 2,5-anthracenedicarboxylic acid, 2,6-anthracenedicarboxylic acid, 4,4'-p-terphenylenedicarboxylic acid, 2,5-pyridinedicarboxylic acid, and other aromatic dicarboxylic acids are preferably used, with terephthalic acid and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid being particularly preferred.

芳香族ジカルボン酸は二種以上を混合して使用してもよい。なお少量であれば、該ジカルボン酸と共にアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジ酸等の脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸等を一種以上混合使用することも可能である。 Two or more aromatic dicarboxylic acids may be used in combination. In addition, it is also possible to use small amounts of aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, and dodecane diacid, and alicyclic dicarboxylic acids such as cyclohexane dicarboxylic acid in combination with the dicarboxylic acids.

また本発明の芳香族ポリエステルの成分であるジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコール、ネオペンチルグリコール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、2-メチル-1,3-プロパンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール等の脂肪族ジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール等の脂環族ジオール等、2,2-ビス(β-ヒドロキシエトキシフェニル)プロパン等の芳香環を含有するジオール等およびそれらの混合物等が挙げられる。さらに少量であれば、分子量400~6,000の長鎖ジオール、すなわちポリエチレングリコール、ポリ-1,3-プロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等を1種以上共重合してもよい。 The diols that are components of the aromatic polyester of the present invention include aliphatic diols such as ethylene glycol, propylene glycol, butylene glycol, hexylene glycol, neopentyl glycol, pentamethylene glycol, hexamethylene glycol, decamethylene glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, diethylene glycol, and triethylene glycol; alicyclic diols such as 1,4-cyclohexanedimethanol; diols containing aromatic rings such as 2,2-bis(β-hydroxyethoxyphenyl)propane; and mixtures thereof. In addition, one or more long-chain diols having a molecular weight of 400 to 6,000, such as polyethylene glycol, poly-1,3-propylene glycol, and polytetramethylene glycol, may be copolymerized in small amounts.

また本発明の芳香族ポリエステルは少量の分岐剤を導入することにより分岐させることができる。分岐剤の種類に制限はないがトリメシン酸、トリメリチン酸、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。 The aromatic polyester of the present invention can be branched by introducing a small amount of a branching agent. There are no limitations on the type of branching agent, but examples include trimesic acid, trimellitic acid, trimethylolethane, trimethylolpropane, and pentaerythritol.

具体的な芳香族ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリへキシレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンナフタレート(PBN)、ポリエチレン-1,2-ビス(フェノキシ)エタン-4,4’-ジカルボキシレート等の他、ポリエチレンイソフタレート/テレフタレート、ポリブチレンテレフタレート/イソフタレート、等のような共重合ポリエステルが挙げられる。これらのうち、機械的性質等のバランスがとれた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、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレートおよびこれらの混合物が好ましく使用できる。 Specific examples of aromatic polyester resins include polyethylene terephthalate (PET), polypropylene terephthalate, polybutylene terephthalate (PBT), polyhexylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polybutylene naphthalate (PBN), polyethylene-1,2-bis(phenoxy)ethane-4,4'-dicarboxylate, and copolymer polyesters such as polyethylene isophthalate/terephthalate, polybutylene terephthalate/isophthalate, and the like. Of these, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate, and mixtures thereof, which have well-balanced mechanical properties, can be preferably used.

また得られた芳香族ポリエステル樹脂の末端基構造は特に限定されるものではなく、末端基における水酸基とカルボキシル基の割合がほぼ同量の場合以外に、一方の割合が多い場合であってもよい。またかかる末端基に対して反応性を有する化合物を反応させる等により、それらの末端基が封止されているものであってもよい。 The end group structure of the resulting aromatic polyester resin is not particularly limited, and the ratio of hydroxyl groups and carboxyl groups in the end groups may be approximately equal, or one may be greater than the other. The end groups may be blocked by reacting them with a compound that is reactive to the end groups.

かかる芳香族ポリエステル樹脂の製造方法については、常法に従い、チタン、ゲルマニウム、アンチモン等を含有する重合触媒の存在下に、加熱しながらジカルボン酸成分と前記ジオール成分とを重合させ、副生する水またはジオールを系外に排出することにより行われる。例えば、ゲルマニウム系重合触媒としては、ゲルマニウムの酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、アルコラート、フェノラート等が例示でき、さらに具体的には、酸化ゲルマニウム、水酸化ゲルマニウム、四塩化ゲルマニウム、テトラメトキシゲルマニウム等が例示できる。 The method for producing such aromatic polyester resins is carried out according to the usual method by polymerizing a dicarboxylic acid component and the diol component while heating in the presence of a polymerization catalyst containing titanium, germanium, antimony, etc., and discharging the by-product water or diol from the system. For example, germanium-based polymerization catalysts include germanium oxides, hydroxides, halides, alcoholates, phenolates, etc., and more specifically, germanium oxide, germanium hydroxide, germanium tetrachloride, tetramethoxygermanium, etc.

有機チタン化合物の重合触媒としては、好ましい具体例としてチタンテトラブトキシド、チタンイソプロポキシド、蓚酸チタン、酢酸チタン、安息香酸チタン、トリメリット酸チタン、テトラブチルチタネートと無水トリメリット酸との反応物などを挙げることができる。有機チタン化合物の使用量は、そのチタン原子がポリエステル樹脂を構成する酸成分に対し、3~12mg原子%となる割合が好ましい。 Preferred specific examples of the polymerization catalyst for the organic titanium compound include titanium tetrabutoxide, titanium isopropoxide, titanium oxalate, titanium acetate, titanium benzoate, titanium trimellitate, and the reaction product of tetrabutyl titanate and trimellitic anhydride. The amount of the organic titanium compound used is preferably such that the titanium atoms account for 3 to 12 mg atomic % of the acid component that constitutes the polyester resin.

また本発明では、従来公知の重縮合の前段階であるエステル交換反応において使用される、マンガン、亜鉛、カルシウム、マグネシウム等の化合物を併せて使用でき、およびエステル交換反応終了後にリン酸または亜リン酸の化合物等により、かかる触媒を失活させて重縮合することも可能である。 In addition, in the present invention, compounds such as manganese, zinc, calcium, and magnesium that are used in the transesterification reaction, which is a step prior to polycondensation, can be used in combination, and after the transesterification reaction is completed, such catalysts can be deactivated with a compound of phosphoric acid or phosphorous acid, and then polycondensation can be performed.

芳香族ポリエステル樹脂の製造方法は、バッチ式、連続重合式のいずれの方法をとることも可能である。
また芳香族ポリエステル樹脂の分子量については特に制限されないが、フェノール/テトラクロロエタン(50:50)混合液を溶媒として35℃で測定した固有粘度が0.5~1.4、好ましくは0.7~1.2である。
The aromatic polyester resin can be produced by either a batch method or a continuous polymerization method.
The molecular weight of the aromatic polyester resin is not particularly limited, but the intrinsic viscosity measured at 35° C. using a phenol/tetrachloroethane (50:50) mixed solvent is 0.5 to 1.4, preferably 0.7 to 1.2.

ポリエステル樹脂の固有粘度が0.5未満だと、耐薬品性が充分に確保されない。またポリエステル樹脂の固有粘度が1.4超過であると、炭素繊維束への含浸が困難となり、好ましくない。 If the intrinsic viscosity of the polyester resin is less than 0.5, sufficient chemical resistance is not ensured. If the intrinsic viscosity of the polyester resin is more than 1.4, it becomes difficult to impregnate the carbon fiber bundles, which is undesirable.

<(B)成分:炭素繊維>
本発明で用いる炭素繊維は、強化繊維として公知の炭素繊維を用いることができ、特に限定されない。炭素繊維の平均繊維直径は、1~50μmであることが好ましく、5~20μmであることがさらに好ましい。炭素繊維の平均単繊維繊度は、好ましくは0.5dtex以上、より好ましくは0.6dtex以上であり、好ましくは3.0dtex以下、より好ましくは2.5dtex以下である。通常、このような炭素繊維の単繊維を、1000本以上60000本以下束ねた炭素繊維束の形態で使用することが取扱い上望ましい。
<Component (B): Carbon Fiber>
The carbon fiber used in the present invention may be any carbon fiber known as a reinforcing fiber, and is not particularly limited. The average fiber diameter of the carbon fiber is preferably 1 to 50 μm, and more preferably 5 to 20 μm. The average single fiber fineness of the carbon fiber is preferably 0.5 dtex or more, more preferably 0.6 dtex or more, and preferably 3.0 dtex or less, and more preferably 2.5 dtex or less. In terms of handling, it is usually desirable to use such single carbon fibers in the form of a carbon fiber bundle in which 1,000 to 60,000 single fibers are bundled together.

炭素繊維束を構成する単繊維は、例えば、アクリロニトリル系重合体(PAN系重合体)や、石油又は石炭から得られるピッチ、レイヨン、リグニン等を繊維化し、炭素化することで得られる。特に、PAN系重合体を原料とした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。
PAN系重合体は、分子構造中にアクリロニトリル単位を有するもので、アクリロニトリルの単独重合体や、アクリロニトリルと他のモノマー(例えば、メタクリル酸等)との共重合体とすることができる。
The single fibers constituting the carbon fiber bundles can be obtained by fiberizing and carbonizing, for example, acrylonitrile-based polymers (PAN-based polymers), pitch obtained from petroleum or coal, rayon, lignin, etc. In particular, PAN-based carbon fibers made from PAN-based polymers are preferred because of their excellent productivity on an industrial scale and excellent mechanical properties.
The PAN-based polymer has an acrylonitrile unit in its molecular structure, and can be a homopolymer of acrylonitrile or a copolymer of acrylonitrile and another monomer (e.g., methacrylic acid, etc.).

炭素繊維は単独で使用することが望ましいが、その他の無機繊維、有機繊維、金属繊維、又はこれらを組み合せたハイブリッド構成の強化繊維を含んでもよい。
無機繊維としては、黒鉛繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維、タングステンカーバイド繊維、ボロン繊維、ガラス繊維等が挙げられる。
有機繊維としては、アラミド繊維、高密度ポリエチレン繊維、その他一般のナイロン繊維、ポリエステル等が挙げられる。
金属繊維としては、ステンレス、鉄等の繊維が挙げられ、また金属を被覆した炭素繊維でもよい。
強化繊維中の炭素繊維の含有率は50~100質量%が好ましく、80~100質量%がより好ましく、100質量%が最も好ましい。
Although it is preferable to use carbon fiber alone, other reinforcing fibers such as inorganic fibers, organic fibers, metal fibers, or hybrid fibers combining these may be included.
Examples of inorganic fibers include graphite fibers, silicon carbide fibers, alumina fibers, tungsten carbide fibers, boron fibers, and glass fibers.
Examples of organic fibers include aramid fibers, high density polyethylene fibers, and other common nylon fibers, polyester fibers, and the like.
The metal fibers include stainless steel, iron, and the like, and may also be metal-coated carbon fibers.
The content of carbon fibers in the reinforcing fibers is preferably 50 to 100 mass %, more preferably 80 to 100 mass %, and most preferably 100 mass %.

<(A)成分:結晶性樹脂を5重量パーセント以上含む樹脂組成物>
本発明は、マトリクス樹脂として、結晶性樹脂を5重量パーセント以上混合した樹脂部を用いる。本発明は、この樹脂部に特定量の炭素繊維を分散させた構成を取る。樹脂部には、結晶性樹脂の他に、非晶性樹脂、エステル交換反応抑制剤、酸化防止剤などを含んでも良い。樹脂部において、結晶性樹脂の合計含有量は、5重量パーセント以上、好ましくは10重量パーセント以上、より好ましくは15重量パーセントである。上記範囲内であれば、炭素繊維強化樹脂材料とした際に優れた圧縮特性を発現することができる。
<Component (A): Resin composition containing 5 weight percent or more of crystalline resin>
The present invention uses a resin part in which crystalline resin is mixed at 5 weight percent or more as a matrix resin. The present invention has a configuration in which a specific amount of carbon fiber is dispersed in this resin part. In addition to the crystalline resin, the resin part may contain an amorphous resin, an ester exchange reaction inhibitor, an antioxidant, etc. In the resin part, the total content of the crystalline resin is 5 weight percent or more, preferably 10 weight percent or more, and more preferably 15 weight percent. Within the above range, excellent compression characteristics can be exhibited when made into a carbon fiber reinforced resin material.

<(A)成分の製造方法>
本発明の樹脂部の製造方法には、従来公知の溶融混練法が用いられる。即ち、二軸押し出し機、単軸押し出し機、またはバッチ式混練機等に、原料樹脂を、一括、又は分割して供給することによって、原料樹脂等が混合された樹脂部が得られる。これらの中では、二軸押し出し機が好適に使用され、必要に応じて真空ベントを併用することにより、混練中における樹脂の劣化を低減することができる。
混練時の温度は、樹脂の種類・分子量等に応じて適宜変更される。二軸押し出し機のスクリューには、高い混練効率を得るために単一ないし複数のニーディングディスク部を設ける構成が好ましい。
上記の混練工程を経た後、通常、造粒工程で樹脂を一旦ペレット化し、次の工程に供する。造粒工程では、コールドカッター、又はホットカッターのうちいずれを用いてもよい。
<Method of producing component (A)>
The method for producing the resin part of the present invention uses a conventionally known melt kneading method. That is, the raw material resin is supplied in bulk or in portions to a twin-screw extruder, a single-screw extruder, a batch kneader, or the like to obtain a resin part in which the raw material resins and the like are mixed. Among these, a twin-screw extruder is preferably used, and a vacuum vent can be used in combination as necessary to reduce deterioration of the resin during kneading.
The temperature during kneading is appropriately changed depending on the type and molecular weight of the resin, etc. The screws of the twin-screw extruder are preferably provided with one or more kneading disks in order to obtain high kneading efficiency.
After the kneading step, the resin is usually pelletized in a granulation step and then subjected to the next step. In the granulation step, either a cold cutter or a hot cutter may be used.

また、炭素繊維を短繊維として添加して樹脂組成物を得る場合は、樹脂部の混練工程において、裁断された炭素繊維を二軸押し出し機の下流領域でサイドフィードすることにより、繊維長を保持した良好な樹脂組成物を得ることができる。裁断された炭素繊維をサイドフィードする場合、フィード位置を適宜変えることによって、炭素繊維の平均長を制御することができる。 When carbon fibers are added as short fibers to obtain a resin composition, a good resin composition that maintains the fiber length can be obtained by side-feeding chopped carbon fibers in the downstream region of the twin-screw extruder during the kneading process of the resin section. When side-feeding chopped carbon fibers, the average length of the carbon fibers can be controlled by appropriately changing the feed position.

<非晶性樹脂>
本発明の炭素繊維樹脂複合材組成物に用いられる樹脂部には、所定量の非晶性樹脂が含まれていてもよい。本発明に使用される非晶性樹脂は、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、AS樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン等が使用でき、これら単独あるいは混合物として使用することができる。これらのうち、強度・弾性率、成形性のバランスが優れたポリカーボネートを使用することが望ましい。
<Amorphous Resin>
The resin portion used in the carbon fiber resin composite composition of the present invention may contain a predetermined amount of amorphous resin. The amorphous resin used in the present invention may be polystyrene, polyvinyl chloride, AS resin, ABS resin, acrylic resin, polycarbonate, polyamideimide, polyethersulfone, polyetherimide, polysulfone, etc., and may be used alone or as a mixture. Of these, it is preferable to use polycarbonate, which has an excellent balance of strength, elastic modulus, and moldability.

本発明に使用されるポリカーボネート樹脂としては、芳香族二価フェノール系化合物とホスゲン、または炭酸ジエステルとを反応させることにより得られる芳香族ホモまたはコポリカーボネートが挙げられる。該芳香族ホモまたはコポリカーボネート樹脂は、ガラス転移温度が約130~160℃であり、粘度平均分子量が8000~25000、好ましくは10000~20000の範囲のものであり、混合物の粘度平均分子量が8000~25000の範囲であれば、粘度平均分子量の異なるポリカーボネート樹脂を併用しても良い。粘度平均分子量は、以下の手順で測定される。まず、溶媒に塩化メチレンを用い、樹脂濃度C=0.5g/dlの濃度の溶液を調整し、ウベローデ式毛管粘度計を用いて溶液温度20℃で比粘度ηspを測定する。測定された還元粘度からHugginsの式
[η]={(1+1.8×ηsp1/2-1}/0.45
を用いて固有粘度[η]を計算する。さらに、Mark-Houwing-Sakuradaの式
[η]=1.23×10-4×Mv0.83
に[η]を代入することで、粘度平均分子量Mvが得られる。粘度平均分子量が8000以下では、本発明の優れた機械特性が損なわれるため好ましくなく、粘度平均分子量が25000以上では、連続炭素繊維に樹脂を含浸させてプリプレグを作成する際に含浸性が悪化することがあり、また樹脂組成物からなるスタンパブルシートを工業用部材に成形する際の流動性が損なわれるため好ましくない。
The polycarbonate resin used in the present invention includes aromatic homo- or copolycarbonates obtained by reacting an aromatic dihydric phenol compound with phosgene or a carbonic acid diester. The aromatic homo- or copolycarbonate resin has a glass transition temperature of about 130 to 160° C. and a viscosity average molecular weight in the range of 8,000 to 25,000, preferably 10,000 to 20,000. Polycarbonate resins with different viscosity average molecular weights may be used in combination as long as the viscosity average molecular weight of the mixture is in the range of 8,000 to 25,000. The viscosity average molecular weight is measured by the following procedure. First, a solution with a resin concentration C=0.5 g/dl is prepared using methylene chloride as a solvent, and the specific viscosity η sp is measured at a solution temperature of 20° C. using an Ubbelohde capillary viscometer. The measured reduced viscosity is used to calculate the specific viscosity η sp according to the Huggins formula [η]={(1+1.8×η sp ) 1/2 −1}/0.45
The intrinsic viscosity [η] is calculated using the Mark-Houwing-Sakurada formula [η] = 1.23 × 10 -4 × Mv0.83
The viscosity average molecular weight Mv can be obtained by substituting [η] into the viscosity average molecular weight M. If the viscosity average molecular weight is 8000 or less, the excellent mechanical properties of the present invention are impaired, which is not preferable, and if the viscosity average molecular weight is 25000 or more, the impregnation property may deteriorate when the continuous carbon fiber is impregnated with the resin to prepare a prepreg, and the flowability is impaired when the stampable sheet made of the resin composition is molded into an industrial part, which is not preferable.

前記の芳香族二価フェノール系化合物としては、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)プロパン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジフェニル)ブタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジエチルフェニル)プロパン、2,2-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジエチルフェニル)プロパン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、1-フェニル-1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン等が使用でき、これら単独あるいは混合物として使用することができる。 As the aromatic dihydric phenol compound, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-dimethylphenyl)propane, bis(4-hydroxyphenyl)methane, 1,1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)butane, 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-diphenyl)butane, 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-diethylphenyl)propane, 2,2-bis(4-hydroxy-3,5-diethylphenyl)propane, 1,1-bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexane, 1-phenyl-1,1-bis(4-hydroxyphenyl)ethane, etc. can be used alone or in mixtures.

カーボネート前駆体としてホスゲンを使用する場合には、通常、酸結合剤および溶媒の存在下で反応を行い、芳香族ポリカーボネート樹脂を製造する。
酸結合剤としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、ピリジンなどのアミン化合物が使用される。溶媒としては、例えば塩化メチレンクロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素が用いられる。また、反応促進のために、例えば第三級アミンまたは第四級アンモニウム塩などの触媒を用いてもよい。反応温度は、通常0~40℃で、反応時間は数分間~5時間である。
When phosgene is used as the carbonate precursor, the reaction is usually carried out in the presence of an acid binder and a solvent to produce an aromatic polycarbonate resin.
As the acid binder, for example, an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide, or an amine compound such as pyridine is used. As the solvent, for example, a halogenated hydrocarbon such as methylene chloride or chlorobenzene is used. To accelerate the reaction, a catalyst such as a tertiary amine or a quaternary ammonium salt may be used. The reaction temperature is usually 0 to 40°C, and the reaction time is several minutes to 5 hours.

カーボネート前駆体として炭酸ジエステルを用い、エステル交換反応で芳香族ポリカーボネート樹脂を製造する場合には、不活性ガス雰囲気下で所定割合の芳香族ジヒドロキシ成分と炭酸ジエステルとを加熱しながら撹拌して、生成するアルコールまたはフェノール類を留出させる。 When using a carbonic acid diester as a carbonate precursor and producing an aromatic polycarbonate resin by an ester exchange reaction, a specified ratio of aromatic dihydroxy component and carbonic acid diester are heated and stirred in an inert gas atmosphere, and the resulting alcohol or phenol is distilled off.

この場合の反応温度は、生成するアルコールまたはフェノール類の沸点などにより異なるが、通常120~300℃の範囲である。反応系の圧力は、反応の初期段階から減圧とし、アルコールまたはフェノール類を留出させながら、反応を完結させる。
反応を促進するためには、エステル交換反応に通常使用される触媒を使用してもよい。また、適当な分子量調整剤などを適宜使用してもよい。
In this case, the reaction temperature varies depending on the boiling point of the produced alcohol or phenol, but is usually in the range of 120 to 300° C. The pressure of the reaction system is reduced from the initial stage of the reaction, and the reaction is completed while distilling off the alcohol or phenol.
In order to promote the reaction, a catalyst usually used in transesterification reactions may be used, and a suitable molecular weight regulator may also be used as appropriate.

結晶性樹脂としてポリカーボネート樹脂、非晶性樹脂としてポリエステル樹脂を用いた際の、ポリカーボネート樹脂(PC)とポリエステル樹脂(PEs)との好ましい混合質量比PC/PEsは、1以上かつ19以下である。PC/PEsが1未満であると、強度・弾性率の低下が著しく、好ましくない。PC/PEsが19超過であると、十分な耐薬品性が得られない。より好ましいPC/PEsの組成比は、1以上かつ15以下である。
さらに好ましいPC/PEsの組成比は、3以上かつ10以下である。
When a polycarbonate resin is used as the crystalline resin and a polyester resin is used as the amorphous resin, the preferred mixing mass ratio PC/PEs of the polycarbonate resin (PC) and the polyester resin (PEs) is 1 or more and 19 or less. If PC/PEs is less than 1, the strength and elastic modulus are significantly reduced, which is not preferred. If PC/PEs exceeds 19, sufficient chemical resistance cannot be obtained. The more preferred composition ratio of PC/PEs is 1 or more and 15 or less.
The composition ratio of PC/PEs is more preferably 3 or more and 10 or less.

<エステル交換反応抑制剤>
樹脂部を製造する際に、さらに酸性燐酸エステルを少量配合することが、芳香族ポリカーボネート樹脂と熱可塑性ポリエステルとのエステル交換反応を抑制することに有用であり、高分散時におけるポリエステル樹脂の結晶性を維持するために有効である。前記の酸性燐酸エステルとは、アルコール類と燐酸との部分エステル化合物の総称である。
<Transesterification Reaction Inhibitor>
In producing the resin part, further blending a small amount of an acidic phosphate ester is useful for suppressing the transesterification reaction between the aromatic polycarbonate resin and the thermoplastic polyester, and is effective for maintaining the crystallinity of the polyester resin during high dispersion. The acidic phosphate ester is a general term for partial ester compounds of alcohols and phosphoric acid.

前記の酸性燐酸エステルの具体例としては、モノメチルアシッドホスフェート、モノエチルアシッドホスフェート、モノイソプロピルアシッドホスフェート、モノブチルアシッドホスフェート、モノラウリルアシッドホスフェート、モノステアリルアシッドホスフェート、モノドデシルアシッドホスフェート、モノベヘニルアシッドホスフェート、ジメチルアシッドホスフェート、ジエチルアシッドホスフェート、ジイソプロピルアシッドホスフェート、ジブチルアシッドホスフェート、ラウリルアシッドホスフェート、ジステアリルアシッドホスフェート、ジドデシルアシッドホスフェート、ジベヘニルアシッドホスフェート、トリメチルアシッドホスフェート、トリエチルアシッドホスフェート、および前記のモノとジの混合物、モノ、ジおよびトリとの混合物や前記化合物の一種以上の混合物であっても良い。好ましく用いられる酸性燐酸エステルとしては、モノおよびジステアリルアシッドホスフェートの混合物などの長鎖アルキルアシッドホスフェート化合物が挙げられる。市販品としては、アデカ社製“アデカスタブ”AX-71を入手することができる。 Specific examples of the acidic phosphate esters include monomethyl acid phosphate, monoethyl acid phosphate, monoisopropyl acid phosphate, monobutyl acid phosphate, monolauryl acid phosphate, monostearyl acid phosphate, monododecyl acid phosphate, monobehenyl acid phosphate, dimethyl acid phosphate, diethyl acid phosphate, diisopropyl acid phosphate, dibutyl acid phosphate, lauryl acid phosphate, distearyl acid phosphate, didodecyl acid phosphate, dibehenyl acid phosphate, trimethyl acid phosphate, triethyl acid phosphate, and mixtures of the above mono and di, mixtures of mono, di and tri, or mixtures of one or more of the above compounds. Preferred examples of the acidic phosphate esters include long-chain alkyl acid phosphate compounds such as a mixture of mono and distearyl acid phosphate. A commercially available product is "ADEKA STAB" AX-71 manufactured by ADEKA Corporation.

また、前記の酸性燐酸エステルの配合量は、熱変形温度と機械特性の点から、ポリカーボネート樹脂/ポリエステル樹脂組成物100質量部に対し、0.05~2質量部、好ましくは0.1~1質量部である。 In addition, the amount of the acidic phosphate ester is 0.05 to 2 parts by mass, preferably 0.1 to 1 part by mass, per 100 parts by mass of the polycarbonate resin/polyester resin composition, in terms of heat distortion temperature and mechanical properties.

<酸化防止剤>
本発明の炭素繊維樹脂複合材組成物に用いられる樹脂部には、所定量の酸化防止剤が含まれていてもよい。
酸化防止剤としては、1次酸化防止剤であるフェノール系酸化防止剤、2次酸化防止剤であるリン系酸化防止剤を併用することが望ましい。
<Antioxidants>
The resin portion used in the carbon fiber resin composite composition of the present invention may contain a predetermined amount of an antioxidant.
As the antioxidant, it is preferable to use a phenol-based antioxidant as a primary antioxidant and a phosphorus-based antioxidant as a secondary antioxidant in combination.

<フェノール系酸化防止剤>
フェノール系酸化防止剤としては、3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート、n-オクタデシル-3-(3-メチル-5-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート、n-テトラデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート、1,6-ヘキサンジオール-ビス-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、1,4-ブタンジオール-ビス-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、2,2’-メチレンビス-(4-メチル-t-ブチルフェノール)、トリエチレングリコール-ビス-[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、テトラキス[メチレン-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、3,9-ビス[2-{3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ}-1,1-ジメチルエチル]-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、N,N’-ビス-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルヘキサメチレンジアミン、N,N’-テトラメチレン-ビス-3-(3-メチル-5-t-ブチル-4-ヒドロキシフェノール)プロピオニルジアミン、N,N’-ビス-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェノール)プロピオニル]ヒドラジン、N-サリチロイル-N’-サリチリデンヒドラジン、3-(N-サリチロイル)アミノ-1,2,4-トリアゾール、N,N’-ビス[2-{3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ}エチル]オキシアミド、ペンタエリスリチル-テトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’-ヘキサメチレンビス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナマイド、1,3,5-トリス(4-tert-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)イソシアヌル酸等をあげることができる。好ましくは、トリエチレングリコール-ビス-[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、テトラキス[メチレン-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、1,6-ヘキサンジオール-ビス-[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)-プロピオネート]、ペンタエリスリチル-テトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、N,N’-ヘキサメチレンビス-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロシンナマイド、1,3,5-トリス(4-tert-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルベンジル)イソシアヌル酸である。ヒンダードフェノール系化合物の具体的な商品名としては、ADEKA製“アデカスタブAO-20”,“AO-30”,“AO-40”,“AO-50”,“AO-60”,“AO-70”,“AO-80”,“AO-330”、(株)チバスペシャリティケミカル製“イルガノックス245”,“259”,“565”,“1010”,“1035”,“1076”,“1098”,“1222”,“1330”,“1425”,“1520”,“3114”,“5057”、(株)住友化学製“スミライザーBHT-R”、“MDP-S”、“BBM-S”、“WX-R”、“NW”、“BP-76”、“BP-101”、“GA-80”、“GM”、“GS”、サンケミカル(株)製“サイアノックスCY-1790”などが挙げられる。
<Phenol-based antioxidants>
Phenol-based antioxidants include 3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate, n-octadecyl-3-(3-methyl-5-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate, n-tetradecyl-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate, 1,6-hexanediol-bis-[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate], 1,4-butanediol-bis-[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)-propionate], 2,2'-methylenebis-(4-methyl-t-butylphenol), triethylene glycol-bis-[3-(3-t-butyl -5-methyl-4-hydroxyphenyl)-propionate], tetrakis[methylene-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane, 3,9-bis[2-{3-(3-t-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionyloxy}-1,1-dimethylethyl]-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecane, N,N'-bis-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionylhexamethylenediamine, N,N'-tetramethylene-bis-3-(3-methyl-5-t-butyl-4-hydroxyphenol)propionyldiamine, N,N'-bis-[3-(3,5-di-t-butyl-4 3-(4-tert-butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl)isocyanuric acid, and the like. Preferred are triethyl esters. ethylene glycol-bis-[3-(3-t-butyl-5-methyl-4-hydroxyphenyl)-propionate], tetrakis[methylene-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane, 1,6-hexanediol-bis-[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], pentaerythrityl-tetrakis[3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], N,N'-hexamethylene bis-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxy-hydrocinnamide, 1,3,5-tris(4-tert-butyl-3-hydroxy-2,6-dimethylbenzyl)isocyanuric acid. Specific trade names of the hindered phenol compounds include "ADEKA STAB AO-20", "AO-30", "AO-40", "AO-50", "AO-60", "AO-70", "AO-80", and "AO-330" manufactured by ADEKA Corporation, and "Irganox 245", "259", "565", "1010", "1035", "1076", and " Examples of such compounds include "1098", "1222", "1330", "1425", "1520", "3114", "5057", "Sumilizer BHT-R", "MDP-S", "BBM-S", "WX-R", "NW", "BP-76", "BP-101", "GA-80", "GM", and "GS" manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., and "Cyanox CY-1790" manufactured by Sun Chemical Co., Ltd.

<リン系酸化防止剤>
リン系化合物としては、例えば、ホスファイト系化合物、ホスフェート系化合物が挙げられる。かかるホスファイト系化合物の具体例としては、テトラキス[2-t-ブチル-4-チオ(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)-5-メチルフェニル]-1,6-ヘキサメチレン-ビス(N-ヒドロキシエチル-N-メチルセミカルバジド)-ジホスファイト、テトラキス[2-t-ブチル-4-チオ(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)-5-メチルフェニル]-1,10-デカメチレン-ジ-カルボキシリックアシッド-ジ-ヒドロキシエチルカルボニルヒドラジド-ジホスファイト、テトラキス[2-t-ブチル-4-チオ(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)-5-メチルフェニル]-1,10-デカメチレン-ジ-カルボキシリックアシッド-ジ-サリシロイルヒドラジド-ジホスファイト、テトラキス[2-t(ブチル-4-チオ(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)-5-メチルフェニル]-ジ(ヒドロキシエチルカルボニル)ヒドラジド-ジホスファイト、テトラキス[2-t-ブチル-4-チオ(2-メチル-4-ヒドロキシ-5-t-ブチルフェニル)-5-メチルフェニル]-N,N’-ビス(ヒドロキシエチル)オキサミド-ジホスファイトなどが挙げられるが、少なくとも1つのP-O結合が芳香族基に結合しているものがより好ましく、具体例としては、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト、テトラキス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)4,4’-ビフェニレンホスフォナイト、ビス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ペンタエリスリトール-ジ-ホスファイト、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ペンタエリスリトール-ジ-ホスファイト、2,2-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)オクチルホスファイト、4,4’-ブチリデン-ビス(3-メチル-6-t-ブチルフェニル-ジ-トリデシル)ホスファイト、1,1,3-トリス(2-メチル-4-ジトリデシルホスファイト-5-t-ブチル-フェニル)ブタン、トリス(ミックスド-モノおよびジ-ノニルフェニル)ホスファイト、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト、4,4’-イソプロピリデンビス(フェニル-ジアルキルホスファイト)などが挙げられ、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト、2,2-メチレンビス(4,6-ジ-t-ブチルフェニル)オクチルホスファイト、ビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェニル)ペンタエリスリトール-ジ-ホスファイト、テトラキス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)-4,4’-ビフェニレンホスホナイトなどが好ましく使用できる。ホスファイト系化合物の具体的な商品名としては、(株)ADEKA製“アデカスタブC”、“PEP-4C”、“PEP-8”、“PEP-11C”、“PEP-24G”、“PEP-36”、“HP-10”、“2112”、“260”、“522A”、“329A”、“1178”、“1500”、“135A”、“3010”、“TPP”、(株)チバスペシャリティケミカル製“イルガフォス168”、(株)住友化学製“スミライザーP-16”、(株)クラリアント製“サンドスタブPEPQ”、GE製“ウエストン618”、“619G”、“624”などが挙げられる。
<Phosphorus-based antioxidants>
Examples of phosphorus compounds include phosphite compounds and phosphate compounds. Specific examples of such phosphite compounds include tetrakis[2-t-butyl-4-thio(2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl)-5-methylphenyl]-1,6-hexamethylene-bis(N-hydroxyethyl-N-methylsemicarbazide)-diphosphite, tetrakis[2-t-butyl-4-thio(2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl)-5-methylphenyl]-1,10-decamethylene-dicarboxylic acid-dihydroxyethylcarbonylhydrazide-diphosphite, tetrakis[2-t-butyl-4-thio(2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl)-5-methylphenyl]-1,10-decamethylene-dicarboxylic acid-dihydroxyethylcarbonylhydrazide-diphosphite, tetrakis[2-t-butyl-4-thio(2-methyl-4-hydroxy-5-t-butylphenyl)-5-methylphenyl]-N,N'-bis(hydroxyethyl)oxamide-diphosphite, and the like, but at least one P-O bond is bonded to an aromatic group. are more preferred, and specific examples thereof include tris(2,4-di-t-butylphenyl)phosphite, tetrakis(2,4-di-t-butylphenyl)4,4'-biphenylene phosphonite, bis(2,4-di-t-butylphenyl)pentaerythritol-diphosphite, bis(2,6-di-t-butyl-4-methylphenyl)pentaerythritol-diphosphite, 2,2-methylenebis(4,6-di-t-butylphenyl)octylphosphite, 4,4'-butylidene-bis(3-methyl-6-t-butylphenyl-di-tridecyl)phosphite, 1,1,3-tris(2-methyl-4-ditridecyl) Phosphite-5-t-butyl-phenyl)butane, tris(mixed-mono- and di-nonylphenyl)phosphite, tris(nonylphenyl)phosphite, 4,4'-isopropylidenebis(phenyl-dialkylphosphite), etc. can be mentioned, and tris(2,4-di-t-butylphenyl)phosphite, 2,2-methylenebis(4,6-di-t-butylphenyl)octylphosphite, bis(2,6-di-t-butyl-4-methylphenyl)pentaerythritol-di-phosphite, tetrakis(2,4-di-t-butylphenyl)-4,4'-biphenylenephosphonite, etc. can be preferably used. Specific trade names of phosphite compounds include "ADEKA STAB C,""PEP-4C,""PEP-8,""PEP-11C,""PEP-24G,""PEP-36,""HP-10,""2112,""260,""522A,""329A,""1178,""1500,""135A,""3010," and "TPP" manufactured by ADEKA CORPORATION, "IRGAFOS 168" manufactured by Ciba Specialty Chemical Co., Ltd., "SUMIRAIZER P-16" manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., "Sandstab PEPQ" manufactured by Clariant Co., Ltd., and "WESTON 618,""619G," and "624" manufactured by GE.

<炭素繊維樹脂複合材組成物の製造方法>
本発明の炭素繊維樹脂複合材組成物の製造方法には、前述の炭素繊維を短繊維として添加する方法の他に、一方向に引き揃えられた炭素繊維束に溶融した熱可塑性樹脂を含浸させる方法が好適に用いられる。この方法によれば、炭素繊維を長繊維として含有したプリプレグを製造することができ、高弾性率・高強度の構造部材を製造する際に有利である。
<Method of producing carbon fiber resin composite composition>
In addition to the above-mentioned method of adding carbon fibers as short fibers, the method of manufacturing the carbon fiber resin composite composition of the present invention preferably includes a method of impregnating unidirectionally aligned carbon fiber bundles with a molten thermoplastic resin. This method makes it possible to manufacture a prepreg containing carbon fibers as long fibers, which is advantageous in manufacturing structural members with high elastic modulus and high strength.

プリプレグを製造する際に用いられる炭素繊維は連続繊維であり、一ないし複数のボビンから供給され、溶融樹脂と接触する前に開線され、シート状の炭素繊維束として溶融樹脂を含浸させる装置に供給される。炭素繊維の開線方法には、バー開線、空気開線など、公知の技術が使用されうる。シート状の炭素繊維束は、溶融樹脂と接触する前に、加熱されていてもよい。 The carbon fibers used in producing the prepreg are continuous fibers, supplied from one or more bobbins, opened before contacting with the molten resin, and supplied as sheet-like carbon fiber bundles to an apparatus for impregnating the molten resin. Known techniques such as bar opening and air opening can be used to open the carbon fibers. The sheet-like carbon fiber bundles may be heated before contacting with the molten resin.

溶融樹脂の供給方法は特に限定されないが、例えば、予め溶融混練されて造粒された樹脂部を単軸押し出し機に供給して、押し出し機の先端に装着されたT-ダイから膜状の溶融樹脂を炭素繊維束上に流下させる方法が好適に用いられる。また、押し出し機として二軸押し出し機を用いて、前述の樹脂部の混練工程から造粒工程を経ずに、直接プリプレグを製造することもできる。 The method of supplying the molten resin is not particularly limited, but for example, a method in which a resin portion that has been melt-kneaded and granulated in advance is supplied to a single-screw extruder, and a film of molten resin is allowed to flow down onto the carbon fiber bundle from a T-die attached to the tip of the extruder is suitably used. In addition, a twin-screw extruder can be used as the extruder to directly manufacture prepregs without going through the aforementioned resin mixing and granulation processes.

その他の方法として、予め製膜されたフィルム状の樹脂を樹脂の融点、または軟化点以上に加熱された熱ロール上に供給した後、炭素繊維束と接触させてもよい。 As another method, a pre-formed film of resin may be supplied onto a heated roll that is heated to the melting point or softening point of the resin or higher, and then contacted with the carbon fiber bundle.

樹脂の炭素繊維束への含浸には、対向した熱ロール中に炭素繊維束と溶融樹脂を挟み込み、加圧含浸させる方法が好適に用いられる。熱ロールは樹脂の融点または軟化点以上の温度であることが含浸効率の観点から好ましいが、特に溶融粘度の低い樹脂を用いる場合や、炭素繊維束の目付が低い場合は、炭素繊維束と溶融樹脂を樹脂の融点または軟化点以下の対向する熱ロールに同時に供給して、含浸と同時に樹脂を冷却固化させる方法も用い得る。 The carbon fiber bundles are preferably impregnated with resin by sandwiching the carbon fiber bundles and molten resin between opposing heated rolls and pressurizing the resin for impregnation. From the viewpoint of impregnation efficiency, it is preferable that the heated rolls are at a temperature equal to or higher than the melting point or softening point of the resin. However, when using a resin with a particularly low melt viscosity or when the carbon fiber bundles have a low basis weight, it is also possible to simultaneously supply the carbon fiber bundles and molten resin to opposing heated rolls at a temperature equal to or lower than the melting point or softening point of the resin, and simultaneously cool and solidify the resin during impregnation.

溶融した樹脂を熱ロールから直接剥がすことも可能ではあるが、この場合は熱ロール表面に一定量の溶融樹脂が付着して残留することから、樹脂の熱劣化が生じやすい。材料物性、及び生産性の観点からは、熱ロールと冷却ロールをシームレスベルトで繋いで、溶融ゾーンで樹脂を炭素繊維束に含浸させた後、冷却ゾーンで樹脂を固化させる方法が好適に用いられる。また、熱ロールと溶融樹脂の間に離型紙を挿入し、離型紙ごと冷却ロールで冷却する方法も好適に用いられる。 It is possible to peel the molten resin directly from the hot roll, but in this case a certain amount of molten resin remains on the surface of the hot roll, which is likely to cause thermal degradation of the resin. From the viewpoint of material properties and productivity, a method in which the hot roll and cooling roll are connected by a seamless belt, the carbon fiber bundle is impregnated with the resin in the melting zone, and the resin is then solidified in the cooling zone is preferably used. Another method that is preferably used is to insert release paper between the hot roll and the molten resin, and then cool the resin together with the release paper on the cooling roll.

さらには、炭素繊維束上に溶融樹脂をカーテン状に流下させ、含浸ブレードでしごくことにより樹脂を含浸させる方法も好適に用い得る。この方法は、シームレスベルトや離型紙を用いる方法に比べて、設備投資が低減できることや運転管理が容易で高速化に向いているなどの長所がある。 In addition, a method in which molten resin is allowed to flow like a curtain onto the carbon fiber bundle and then squeezed with an impregnation blade to impregnate the bundle with resin can also be suitably used. Compared to methods using seamless belts or release paper, this method has the advantages of reduced capital investment, easy operation management, and being suitable for high speed operation.

本発明の炭素繊維樹脂複合材組成物における樹脂部に対する炭素繊維の質量部は、樹脂部100質量部に対して、30質量部以上、好ましくは45質量部以上、より好ましくは60質量部以上であり、200質量部以下、好ましくは150質量部以下、より好ましくは100質量部以下である。樹脂部100質量部に対する炭素繊維の質量部が200質量部以下であれば、成形時に十分な流動性を確保することができ、炭素繊維の質量部の値が低いほど流動性は向上する。樹脂部100質量部に対する炭素繊維の質量部の値が30質量部以上であれば構造部材に必要な力学特性が得られる。なお、樹脂組成物中の炭素繊維の含有量は、JIS K7075に準拠した方法により測定することができる。 The mass parts of carbon fiber relative to the resin part in the carbon fiber resin composite composition of the present invention is 30 parts by mass or more, preferably 45 parts by mass or more, more preferably 60 parts by mass or more, and 200 parts by mass or less, preferably 150 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the resin part. If the mass parts of carbon fiber relative to 100 parts by mass of the resin part is 200 parts by mass or less, sufficient fluidity can be ensured during molding, and the lower the value of the mass parts of carbon fiber, the better the fluidity. If the mass parts of carbon fiber relative to 100 parts by mass of the resin part is 30 parts by mass or more, the mechanical properties required for structural members can be obtained. The content of carbon fiber in the resin composition can be measured by a method conforming to JIS K7075.

このようにして得られた炭素繊維樹脂複合材プリプレグは、単独でテープ状の補強材として使用することもできるし、積層してスタンパブルシート(圧縮成形用シート)として使用することもできる。
炭素繊維樹脂複合材プリプレグは、通常、厚さ50~200μmの厚みを有するが、これを複数枚積層することで、炭素繊維樹脂複合材シートを得ることができる。積層する際に繊維軸方向を揃えて一方向材とすることも出来るが、繊維軸を任意に組み合わせることで、強度・弾性率の異方性を制御することができる。
The carbon fiber resin composite prepreg thus obtained can be used alone as a tape-like reinforcing material, or can be laminated and used as a stampable sheet (sheet for compression molding).
Carbon fiber resin composite prepregs usually have a thickness of 50 to 200 μm, and a carbon fiber resin composite sheet can be obtained by laminating multiple sheets of these. When laminating, the fiber axes can be aligned to form a unidirectional material, but the anisotropy of strength and elastic modulus can be controlled by arbitrarily combining the fiber axes.

等方的な力学特性のスタンパブルシートを得るためには、例えばプリプレグを繊維軸に沿ってスリッティングしたのち任意の長さに切断し、得られた微小片をランダムに積層させて加熱圧着する方法を取ることができる。この際、スリッティングの幅としては、2~50(mm)が好ましい。更に好ましくは4~30(mm)である。スリッティング幅が2(mm)未満であるとスタンパブルシートの成形性が悪化するとともに、積層させる際に嵩高くなり生産性が悪化する。スリッティング幅が50(mm)超過であると、スタンパブルシートの力学強度のばらつきが大きくなり、好ましくない。 To obtain a stampable sheet with isotropic mechanical properties, for example, a method can be used in which a prepreg is slit along the fiber axis, then cut to any length, and the resulting micro-pieces are randomly stacked and heated and pressed. In this case, the slitting width is preferably 2 to 50 (mm). More preferably, it is 4 to 30 (mm). If the slitting width is less than 2 (mm), the moldability of the stampable sheet is deteriorated, and the sheet becomes bulky when stacked, resulting in poor productivity. If the slitting width exceeds 50 (mm), the mechanical strength of the stampable sheet varies greatly, which is undesirable.

また、等方的な力学特性のスタンパブルシートを得るためには、一方向に引き揃えられたプリプレグに、必要に応じて炭素繊維を断ち切るための切込を入れ、繊維方向が平面(360°)を等分割するように積層させる方法を取ることも好ましく用いられる。例えば、繊維軸を[0°,90°]として積層すれば平面を2分割できる。繊維軸を[0°,60°,120°]として積層すれば平面を3分割できる。4分割する場合は[0°,45°,90°,135°]とすればよく、6分割する場合は[0°,30°,60°,90°,120°,150°]とすればよい。 In order to obtain a stampable sheet with isotropic mechanical properties, it is also preferable to laminate prepregs aligned in one direction, making cuts to cut the carbon fibers as necessary, and laminating them so that the fiber direction divides the plane (360°) equally. For example, laminating with the fiber axis at [0°, 90°] can divide the plane into two. Laminating with the fiber axis at [0°, 60°, 120°] can divide the plane into three. To divide it into four, use [0°, 45°, 90°, 135°], and to divide it into six, use [0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°].

一般に炭素繊維樹脂複合材に含まれる炭素繊維の長さは、長いほど力学特性に優れるものの、スタンピング成形時の流動性は低下する。スタンピング成形時の流動性向上のためには、炭素繊維をある長さに切断することが効果的であり、このことによりリブやボスといった複雑な3次元形状にも流入する炭素繊維樹脂複合材を得ることができる。なお、「炭素繊維を断ち切るための切込」とは、炭素繊維を断ち切る深さを有し、さらに炭素繊維の配向方向とは異なる方向に伸びる切込であることを意味する。 Generally, the longer the carbon fibers contained in a carbon fiber resin composite, the better the mechanical properties, but the lower the flowability during stamping molding. In order to improve the flowability during stamping molding, it is effective to cut the carbon fibers to a certain length, which makes it possible to obtain a carbon fiber resin composite that can flow into complex three-dimensional shapes such as ribs and bosses. Note that "cuts to cut the carbon fibers" means cuts that are deep enough to cut the carbon fibers and extend in a direction different from the orientation direction of the carbon fibers.

炭素繊維樹脂複合材が炭素繊維を断ち切る切込を有する場合、断ち切られた炭素繊維の長さは特に限定されないが、通常5mm以上、好ましくは10mm以上、より好ましくは20mm以上であり、通常100mm以下、好ましくは50mm以下、より好ましくは40mm以下である。上記範囲内であれば、十分な力学物性とスタンピング成形時のリブ等の薄肉部への流動を両立させることができる。本発明において長繊維とは、数平均繊維長が5mm以上のものを指す。 When the carbon fiber resin composite has a cut that cuts the carbon fiber, the length of the cut carbon fiber is not particularly limited, but is usually 5 mm or more, preferably 10 mm or more, more preferably 20 mm or more, and usually 100 mm or less, preferably 50 mm or less, more preferably 40 mm or less. Within the above range, sufficient mechanical properties and flow into thin-walled parts such as ribs during stamping can be achieved at the same time. In the present invention, long fibers refer to those with a number average fiber length of 5 mm or more.

このような切込みは、積層材とする前にプリプレグに入れておくことが好ましい。プリプレグに入れる切込みは、繊維に対して任意の角度を持たせることができるが、流動性、及び機械的強度のバランスから、繊維方向に対して30乃至60°の角度とすることが望ましい。切込みは連続なものでも不連続なものでもよい。 It is preferable to make such cuts in the prepreg before it is made into a laminate. The cuts in the prepreg can be at any angle to the fibers, but from the perspective of the balance between fluidity and mechanical strength, it is preferable to make the cuts at an angle of 30 to 60 degrees to the fiber direction. The cuts can be continuous or discontinuous.

スタンパブルシートは、例えば上記プリプレグを複数枚積層し、樹脂部の融点以上の温度で加熱プレス成型を行うことにより製造可能である。加熱プレスの後、樹脂部の結晶化促進を目的として、樹脂部の融点未満の温度で一定時間保持しても良い。加熱プレス、もしくは、融点未満の温度で一定時間保持した後、成形体の形態を保持することを目的として、樹脂部のガラス転移点未満の温度で冷却プレスを行っても良い。また、成型体中のボイドを抜くことを目的として、加熱プレス・冷却プレス中に減圧を行っても良い。 The stampable sheet can be produced, for example, by laminating multiple sheets of the above prepreg and performing hot press molding at a temperature equal to or higher than the melting point of the resin part. After hot pressing, the resin part may be held at a temperature below the melting point for a certain period of time in order to promote crystallization of the resin part. After hot pressing or holding at a temperature below the melting point for a certain period of time, a cold press may be performed at a temperature below the glass transition point of the resin part in order to maintain the shape of the molded body. In addition, pressure may be reduced during hot pressing and cold pressing in order to remove voids in the molded body.

これらの方法で得られた一方向、等方、または疑似等方のスタンパブルシートは、単独で用いても良いし、1種以上のシートを組み合わせて使用しても良い。
また、スタンパブルシートを積層させる場合、シートの間に樹脂組成物層、あるいは樹脂-フィラー複合材層、発泡樹脂層などを挟んでもよい。
The unidirectional, isotropic, or quasi-isotropic stampable sheets obtained by these methods may be used alone or in combination of one or more types of sheets.
When stampable sheets are laminated, a resin composition layer, a resin-filler composite material layer, a foamed resin layer, or the like may be sandwiched between the sheets.

このような長繊維を含有する炭素繊維樹脂複合材の機械的強度は、ASTM D6641に基づいて圧縮強度、圧縮弾性率として測定することができる。本発明の製造方法によって得られる炭素繊維樹脂複合材成形体について、一方向材料の場合、圧縮強度は、550MPa以上、好ましくは560MPa以上、さらに好ましくは570MPa以上である。また、圧縮弾性率は、72GPa以上、好ましくは76GPa以上、さらに好ましくは80GPa以上である。 The mechanical strength of carbon fiber resin composites containing such long fibers can be measured as compressive strength and compressive modulus based on ASTM D6641. For carbon fiber resin composite molded bodies obtained by the manufacturing method of the present invention, in the case of unidirectional materials, the compressive strength is 550 MPa or more, preferably 560 MPa or more, and more preferably 570 MPa or more. The compressive modulus is 72 GPa or more, preferably 76 GPa or more, and more preferably 80 GPa or more.

本発明者らは、熱分析測定における結晶性樹脂成分の結晶融解熱量に着目し、樹脂部に含有される結晶性樹脂成分の結晶融解の際に吸収される熱エネルギー(融解エンタルピー)ΔHmの、含有される結晶性樹脂量から理論的に計算される平衡融解エンタルピーΔHoに対する値ΔHm/ΔHoが40%以上、好ましくは42%以上、さらに好ましくは45%以上であることが、炭素繊維樹脂複合材料とした時に、高い圧縮強度・圧縮弾性率を実現できることを見出した。ΔHm/ΔHoが40%未満であると、樹脂の結晶部が少ないため、炭素繊維樹脂複合材料とした時に十分な圧縮強度・圧縮弾性率を達成することができない。 The present inventors have focused on the heat of crystal fusion of the crystalline resin component in thermal analysis measurements, and have found that when the carbon fiber resin composite material is made, high compressive strength and compressive modulus can be achieved when the value ΔHm/ΔHo of the thermal energy (melting enthalpy) ΔHm absorbed during crystal fusion of the crystalline resin component contained in the resin portion relative to the equilibrium melting enthalpy ΔHo theoretically calculated from the amount of crystalline resin contained is 40% or more, preferably 42% or more, and more preferably 45% or more. If ΔHm/ΔHo is less than 40%, the resin has few crystalline portions, making it impossible to achieve sufficient compressive strength and compressive modulus when made into a carbon fiber resin composite material.

さらに本発明者らは、結晶性樹脂の再結晶化率を下げることで、圧縮物性の向上を実現した。樹脂部に含有される結晶性樹脂の再結晶化エンタルピーをΔHcとした際に、再結晶化率|ΔHc/ΔHm|が70%未満、好ましくは60%未満、更に好ましくは55%未満とすることが好ましい。|ΔHc/ΔHm|が70%未満であると、炭素繊維樹脂複合材料とした時に、高い圧縮強度・弾性率を発現することができる。 Furthermore, the inventors have improved the compression properties by lowering the recrystallization rate of the crystalline resin. When the recrystallization enthalpy of the crystalline resin contained in the resin portion is ΔHc, it is preferable that the recrystallization rate |ΔHc/ΔHm| is less than 70%, preferably less than 60%, and more preferably less than 55%. When |ΔHc/ΔHm| is less than 70%, it is possible to achieve high compressive strength and elastic modulus when made into a carbon fiber resin composite material.

以下、実施例により本発明の具体的態様を詳細に説明するが、本発明は実施例の態様のみに限定されるものではない。
(実施例の一方向積層材)
<原料>
<成分(A)>
T;ポリカーボネート樹脂 三菱エンジニアリングプラシチックス社製 ユーピロンH3000
U;ポリエステル樹脂 三菱エンジニアリングプラシチックス社製 ノバデュラン 5008
V;コアシェル型グラフト共重合体 三菱レイヨン社製 メタブレン S2006
W;エステル交換抑制剤 アデカ社製 アデカスタブ AX-71[オクタデシルホスフェート]
X;酸化防止剤 フェノール系酸化防止剤:アデカ社製 アデカスタブ AO-50[オクタデシル3-(3,5-ジt-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]
Y;リン系酸化防止剤:アデカ社製 アデカスタブ 2112[トリス(2,4-ジt-ブチルフェニル)ホスファイト]
Specific embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the embodiments of the examples.
(Example Unidirectional Laminate)
<Ingredients>
<Component (A)>
T: Polycarbonate resin, Mitsubishi Engineering Plastics Co., Ltd., Iupilon H3000
U: Polyester resin, Novaduran 5008, manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics
V: Core-shell type graft copolymer, Metablen S2006, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.
W: Ester exchange inhibitor Adeka STAB AX-71 [octadecyl phosphate] manufactured by Adeka Corporation
X: Antioxidant Phenol-based antioxidant: Adeka STAB AO-50 [octadecyl 3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate] manufactured by Adeka Corporation
Y: Phosphorus-based antioxidant: Adeka STAB 2112 [tris(2,4-di-t-butylphenyl)phosphite] manufactured by Adeka Corporation

<成分(B)>
Z;炭素繊維 三菱レイヨン社製 パイロフィル TR50S15L AD
<Component (B)>
Z: Carbon fiber, Pyrofil TR50S15L AD, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.

<樹脂部の製造>
同方向二軸押出機(株式会社池貝製:PCM-30)を用いて、表1に示す(T)成分、(U)成分、(V)成分、(W)成分、(X)成分、(Y)成分を混練し、樹脂部を製造した。押し出されたストランドは水槽で冷却し、ペレタイザーにより造粒(ペレット化)した。なお、(T)成分、(U)成分、(V)成分、(W)成分、(X)成分、(Y)成分は、メインフィーダから押出機に供給した。混練条件は以下のとおりである。
シリンダ温度 C1:230℃、C2:250℃、C3~C8:270℃
スクリューフォーメーション:ニーディングゾーンを2箇所設置した。
減圧ベント:C7に設置
スクリュー回転数:200rpm
吐出量:15kg/hr
<Manufacturing of Resin Parts>
The resin part was produced by kneading the (T), (U), (V), (W), (X), and (Y) components shown in Table 1 using a co-rotating twin-screw extruder (PCM-30, manufactured by Ikegai Corporation). The extruded strands were cooled in a water tank and granulated (pelletized) using a pelletizer. The (T), (U), (V), (W), (X), and (Y) components were fed to the extruder from the main feeder. The kneading conditions were as follows:
Cylinder temperature C1: 230°C, C2: 250°C, C3 to C8: 270°C
Screw formation: Two kneading zones were installed.
Decompression vent: Installed at C7 Screw rotation speed: 200 rpm
Discharge rate: 15 kg/hr

<長繊維樹脂組成物の製造>
(樹脂フィルムの製造)
上述の樹脂部をアイ・ケイ・ジー(株)製PMS30-32単軸押し出し機に供給し、同押し出し機に装着された幅350mmのT-ダイから押し出し、(株)GSIクレオス製シート冷却巻取り装置705-FA082を経て、厚さ約40μmの樹脂部フィルムとした。
<Production of long fiber resin composition>
(Production of resin film)
The above-mentioned resin part was supplied to a PMS30-32 single-screw extruder manufactured by IKG Co., Ltd., extruded from a 350 mm wide T-die attached to the extruder, and passed through a sheet cooling and winding device 705-FA082 manufactured by GSI Creos Co., Ltd. to form a resin part film having a thickness of about 40 μm.

(プリプレグの製造)
ドラムワインド方式にて、炭素繊維を用いて繊維目付を100g/mに調整した一方向配向炭素繊維シートを作製した後、この炭素繊維シートに適度に張力を掛け、炭素繊維シートの両面から前記樹脂フィルム、フッ素樹脂製フィルム(日東電工(株)社製、製品名:ニトフロンフィルム970-4UL)、アルミ製の平板(厚さ10mm)の順に挟み、加熱/冷却プレス機の加熱盤で270℃、無加圧で5分間予熱後、20kPaで5分間加圧成形し、冷却盤で25℃、30kPaで5分間加圧冷却し、繊維含有率約34vol%、厚み0.13mmを有する樹脂組成物プリプレグを得た。
(Prepreg Production)
A unidirectionally oriented carbon fiber sheet was prepared by a drum winding method using carbon fibers to adjust the fiber basis weight to 100 g/ m2 . Appropriate tension was then applied to the carbon fiber sheet, and the carbon fiber sheet was sandwiched between the resin film, a fluororesin film (manufactured by Nitto Denko Corporation, product name: Nitoflon Film 970-4UL), and an aluminum plate (thickness 10 mm) in that order from both sides of the carbon fiber sheet. The sheet was preheated at 270°C without pressure for 5 minutes on the heating plate of a heating/cooling press, pressure molded at 20 kPa for 5 minutes, and pressure-cooled at 25°C and 30 kPa for 5 minutes on a cooling plate to obtain a resin composition prepreg having a fiber content of about 34 vol% and a thickness of 0.13 mm.

(一方向積層材の製造)
こうして得られたプリプレグ16枚を100mm角で深さ2.0mmの印籠金型内に繊維軸方向を揃えて配置し、加熱プレス機の加熱盤で260℃、20kPaで10分間加圧成形した。その後、圧力20kPaのまま、加熱盤の温度を100℃として、30分間保持した。次いで、冷却盤で25℃、40kPaで5分間加圧冷却し、繊維含有率約34vol%、厚み2mmの樹脂組成物一方向積層材(長繊維樹脂組成物)を得た。
(Manufacturing of unidirectional laminates)
Sixteen prepregs thus obtained were placed in a 100 mm square, 2.0 mm deep ingot mold with the fiber axis direction aligned, and pressure molded on the heating plate of a hot press at 260°C and 20 kPa for 10 minutes. After that, the temperature of the heating plate was set to 100°C and held at 20 kPa for 30 minutes while maintaining the pressure at 20 kPa. Next, the mixture was cooled under pressure at 25°C and 40 kPa for 5 minutes on a cooling plate to obtain a unidirectional resin composition laminate (long fiber resin composition) with a fiber content of about 34 vol% and a thickness of 2 mm.

(比較例の一方向積層材)
実施例と同様の手順で得られたプリプレグ16枚を100mm角で深さ2.0mmの印籠金型内に繊維軸方向を揃えて配置し、加熱プレス機の加熱盤で260℃、20kPaで10分間加圧成形した。次いで、冷却盤で25℃、40kPaで5分間加圧冷却し、繊維含有率約34vol%、厚み2mmの樹脂組成物一方向積層材(長繊維樹脂組成物)を得た。
(Comparative example unidirectional laminate)
Sixteen prepregs obtained in the same manner as in the examples were placed in a 100 mm square, 2.0 mm deep ingot mold with the fiber axis direction aligned, and pressure molded on the heating plate of a hot press at 260°C and 20 kPa for 10 minutes. Next, the prepregs were pressure-cooled on the cooling plate at 25°C and 40 kPa for 5 minutes to obtain a unidirectional resin composition laminate (long fiber resin composition) with a fiber content of about 34 vol% and a thickness of 2 mm.

<炭素繊維樹脂複合材組成物中の樹脂部における結晶状態の評価>
上記により得られた炭素繊維樹脂複合材組成物から、ニッパーを用いて約10mgのサンプルを切り出し、アルミニウム製オープンパン及びパンカバーを用いて封入し、示差走査熱量計(TAインスツルメンツ製「DSC Q-1000」)を用いて、窒素気流下、0℃から250℃まで10℃/minで昇温し、途中で観察されたポリエステル樹脂の再結晶化発熱量ΔHc、及び結晶融解の吸熱量ΔHmを測定した。
<Evaluation of the crystalline state in the resin portion of the carbon fiber resin composite composition>
From the carbon fiber resin composite composition obtained above, a sample of about 10 mg was cut out with nippers, and the sample was enclosed in an aluminum open pan and a pan cover. The sample was heated from 0° C. to 250° C. at a rate of 10° C./min in a nitrogen stream using a differential scanning calorimeter ("DSC Q-1000" manufactured by TA Instruments), and the recrystallization heat value ΔHc of the polyester resin and the endothermic heat value ΔHm of crystalline melting observed during the process were measured.

ΔHcは上記測定中に100~190℃の間で観測される発熱ピーク面積から求め、ΔHmは180~250℃の間に観察される吸熱ピークの面積から求めた。いずれの場合もピークが多重ピークとなる場合はそれらの総和として求めた。
樹脂部のポリエステル樹脂成分の結晶化度の計算は、上述のΔHmとポリエステル樹脂添加量から計算される理論的な平衡融解エンタルピーの比から求めた。即ち、PBTの平衡融解エンタルピーΔHo=145J/gを使って、以下の式で結晶化度χcを求めた。
χc=ΔHm/ΔHo/w×100 (%)
ΔHc was calculated from the area of the exothermic peak observed between 100 and 190° C. during the above measurement, and ΔHm was calculated from the area of the endothermic peak observed between 180 and 250° C. In either case, when multiple peaks were observed, the sum of the multiple peaks was calculated.
The degree of crystallinity of the polyester resin component of the resin part was calculated from the ratio of the theoretical equilibrium fusion enthalpy calculated from the above-mentioned ΔHm and the amount of polyester resin added. That is, the degree of crystallinity χc was calculated by the following formula using the equilibrium fusion enthalpy ΔHo of PBT = 145 J/g.
χc=ΔHm/ΔHo/w×100 (%)

樹脂部のポリエステル樹脂成分の再結晶化率の計算は、上述のΔHc、およびΔHmから以下の式で計算した。
再結晶化率=ΔHc/ΔHm×100(%)
χc;ペレット中の樹脂の結晶化度(%)
w;樹脂部全体に対するポリエステル樹脂成分の質量分率
ΔHc;樹脂部の再結晶化発熱量(J/g)
ΔHm;樹脂部の融解吸熱量(J/g)
ΔHo;ポリエステル樹脂の理論的な平衡融解エンタルピー(J/g)
The recrystallization rate of the polyester resin component of the resin portion was calculated from the above-mentioned ΔHc and ΔHm according to the following formula.
Recrystallization rate = ΔHc / ΔHm × 100 (%)
χc: Crystallinity (%) of resin in pellet
w: mass fraction of polyester resin component relative to the entire resin portion; ΔHc: recrystallization heat value of the resin portion (J/g);
ΔHm: melting heat absorption amount of the resin part (J/g)
ΔHo: Theoretical equilibrium fusion enthalpy of polyester resin (J / g)

なお、測定サンプルは炭素繊維を含むため、
ΔHc=ΔHcs/wA
ΔHm=ΔHms/wA
ΔHcs;測定サンプル(成形体)の再結晶化発熱量(J/g)
ΔHms;測定サンプル(成形体)の融解吸熱量(J/g)
wA;測定サンプル(成形体)における(A)成分の質量分率
であることに注意する。
In addition, since the measurement sample contains carbon fiber,
ΔHc=ΔHcs/wA
ΔHm = ΔHms / wA
ΔHcs: Recrystallization heat value (J/g) of the measurement sample (molded body)
ΔHms: melting endotherm of the measurement sample (molded body) (J/g)
Note that wA is the mass fraction of component (A) in the measurement sample (molded product).

<炭素繊維樹脂複合材組成物の繊維方向圧縮物性評価>
(試験片の作製)
得られた平板状の炭素繊維樹脂一方向積層材から、繊維方向と平行方向(0°)に長さ137mm、幅10mmの試験片を切り出した。
(圧縮試験物性の評価)
切り出した曲げ試験片は、ASTM D6641に規定する試験方法に準じて、室温の環境下で、支点間距離を10mmとし、クロスヘッド速度1.0mm/分で圧縮試験を行って強度と弾性率を測定した。試験機としては、島津製作所製「オートグラフAG-X 100kN」を用いた。得られた測定値のそれぞれn=5の平均値を圧縮強度および圧縮弾性率として記録した。
<Evaluation of compression properties in the fiber direction of carbon fiber resin composite composition>
(Preparation of test specimens)
From the obtained flat carbon fiber resin unidirectional laminate, a test piece having a length of 137 mm and a width of 10 mm was cut in a direction parallel to the fiber direction (0°).
(Evaluation of compression test properties)
The cut-out bending test pieces were subjected to a compression test at room temperature with a support distance of 10 mm and a crosshead speed of 1.0 mm/min in accordance with the test method specified in ASTM D6641 to measure strength and elastic modulus. The test machine used was Shimadzu Corporation's "Autograph AG-X 100kN." The average values of the measured values obtained (n=5) were recorded as the compressive strength and the compressive elastic modulus.

Figure 0007468608000001
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Figure 0007468608000002
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Claims (7)

以下に記載する(A)成分と(B)成分を含むテープ状またはシート状の炭素繊維強化樹脂材料であって、前記(A)成分中の結晶性樹脂の融解時の下記結晶化度χcが40%以上であり、かつ下記再結晶化率が70%未満である炭素繊維強化樹脂材料。
(A)成分:結晶性樹脂としてポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、またはポリエーテルケトンケトン樹脂を5重量パーセント以上含む樹脂組成物
(B)成分:炭素繊維
<結晶化度χcと再結晶化率>
結晶化度χc=ΔHm/ΔHo/w×100(%)
再結晶化率=|ΔHc/ΔHm|×100(%)
ΔHm;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の融解エンタルピー
ΔHo;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の平衡融解エンタルピー
ΔHc;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の再結晶化エンタルピー
w;結晶性樹脂の(A)成分中における質量分率
A tape- or sheet-shaped carbon fiber reinforced resin material comprising the following components (A) and (B), wherein the crystalline resin in the component (A) has a crystallinity χc of 40% or more when melted, and a recrystallization rate of less than 70%.
Component (A): A resin composition containing 5 weight percent or more of a polyamide resin, a polyester resin, a polyphenylene sulfide resin, a polyether ether ketone resin, or a polyether ketone ketone resin as a crystalline resin. Component (B): Carbon fiber. <Degree of crystallinity χc and recrystallization rate>
Crystallinity χc=ΔHm/ΔHo/w×100(%)
Recrystallization rate = |ΔHc/ΔHm| × 100 (%)
ΔHm: melting enthalpy of the crystalline resin contained in the component (A); ΔHo: equilibrium melting enthalpy of the crystalline resin contained in the component (A); ΔHc: recrystallization enthalpy of the crystalline resin contained in the component (A); w: mass fraction of the crystalline resin in the component (A);
前記(A)成分が、非晶性樹脂としてアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、またはポリエーテルイミド樹脂を含む、請求項1に記載の炭素繊維強化樹脂材料。 2. The carbon fiber reinforced resin material according to claim 1, wherein the component (A) contains an acrylic resin, a polycarbonate resin, a polyamideimide resin, a polyethersulfone resin, or a polyetherimide resin as an amorphous resin . 前記(A)成分が、ポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂を合計で80重量パーセント以上含む請求項1または2に記載の炭素繊維強化樹脂材料。 3. The carbon fiber reinforced resin material according to claim 1, wherein the component (A) contains a polycarbonate resin and a polyester resin in a total amount of 80 weight percent or more . 前記(A)成分中のポリカーボネート樹脂とポリエステル樹脂との混合質量比をPC/PEsとしたとき、PC/PEsが1以上であり、かつPC/PEsが19以下である請求項3に記載の炭素繊維強化樹脂材料。 4. The carbon fiber reinforced resin material according to claim 3, wherein the mixed mass ratio of the polycarbonate resin and the polyester resin in the component (A) is PC/PEs, which is 1 or more and 19 or less . 以下に記載する(A)成分と(B)成分を含む炭素繊維強化樹脂材料の製造方法であって、前記(A)成分中の結晶性樹脂の融解時の下記結晶化度χcが40%以上であり、かつ下記再結晶化率が70%未満となるように炭素繊維強化樹脂材料を樹脂の融点未満の温度で保持することを含む、炭素繊維強化樹脂材料の製造方法。A method for producing a carbon fiber reinforced resin material containing the following components (A) and (B), comprising: maintaining the carbon fiber reinforced resin material at a temperature below the melting point of the resin such that the crystallinity χc of the crystalline resin in the component (A) when melted is 40% or more and the recrystallization rate is less than 70%.
(A)成分:非晶性樹脂と結晶性樹脂とを含み、結晶性樹脂としてポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、またはポリエーテルケトンケトン樹脂を5重量パーセント以上含む樹脂組成物Component (A): A resin composition containing an amorphous resin and a crystalline resin, the crystalline resin being 5 weight percent or more of a polyamide resin, a polyester resin, a polyphenylene sulfide resin, a polyether ether ketone resin, or a polyether ketone ketone resin.
(B)成分:炭素繊維(B) Component: Carbon fiber
<結晶化度χcと再結晶化率><Crystallization degree χc and recrystallization rate>
結晶化度χc=ΔHm/ΔHo/w×100(%)Crystallinity χc=ΔHm/ΔHo/w×100(%)
再結晶化率=|ΔHc/ΔHm|×100(%)Recrystallization rate = |ΔHc/ΔHm| × 100 (%)
ΔHm;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の融解エンタルピーΔHm: fusion enthalpy of the crystalline resin contained in component (A)
ΔHo;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の平衡融解エンタルピーΔHo: Equilibrium fusion enthalpy of the crystalline resin contained in component (A)
ΔHc;(A)成分中に含まれる結晶性樹脂の再結晶化エンタルピーΔHc: recrystallization enthalpy of the crystalline resin contained in component (A)
w;結晶性樹脂の(A)成分中における質量分率w: mass fraction of the crystalline resin in component (A)
前記炭素繊維の数平均繊維長が5mm以上である、請求項5に記載の炭素繊維強化樹脂材料の製造方法。The method for producing a carbon fiber reinforced resin material according to claim 5, wherein the carbon fibers have a number average fiber length of 5 mm or more. 圧縮成形用である、請求項5または6に記載の炭素繊維強化樹脂材料の製造方法。The method for producing a carbon fiber reinforced resin material according to claim 5 or 6, which is for compression molding.
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