JP7487472B2 - Fiber-reinforced thermoplastic resin moldings and fiber-reinforced thermoplastic resin molding materials - Google Patents
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Description
本発明は、熱可塑性樹脂、炭素繊維、特定の色彩を有する有機繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形品および繊維強化熱可塑性樹脂成形材料に関する。 The present invention relates to a fiber-reinforced thermoplastic resin molding product and a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material that contain a thermoplastic resin, carbon fiber, and organic fibers having a specific color.
強化繊維と熱可塑性樹脂を含む成形品は、軽量で優れた力学特性を有するために、スポーツ用品用途、航空宇宙用途および一般産業用途などに広く用いられている。これらの成形品に使用される強化繊維としては、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、シリコンカーバイド繊維、炭素繊維などの炭素繊維、アラミド繊維やポリパラフェニレンベンズオキサゾール(PBO)繊維などの有機繊維などが挙げられる。 Molded products containing reinforcing fibers and thermoplastic resins are widely used in sporting goods, aerospace, and general industrial applications because they are lightweight and have excellent mechanical properties. Reinforcing fibers used in these molded products include metal fibers such as aluminum fibers and stainless steel fibers, silicon carbide fibers, carbon fibers such as carbon fibers, and organic fibers such as aramid fibers and polyparaphenylenebenzoxazole (PBO) fibers.
また、強化繊維と熱可塑性樹脂を含む成形品は、優れた軽量性と力学特性を有することから、自動車部材をはじめ、最近では電子機器筐体や家電用途の外装部品などの分野でも用いられている。特に、電子機器筐体や家電用途の外装部品などは、高水準の外観も要求される。より具体的には、炭素繊維を含む成形品においては、炭素繊維の黒色が反映された高級感かつ重厚感のある漆黒の成形品が要求される。 Furthermore, molded products containing reinforced fibers and thermoplastic resins have excellent light weight and mechanical properties, and are therefore used in fields such as automobile components and, more recently, electronic device housings and exterior parts for home appliances. In particular, electronic device housings and exterior parts for home appliances require a high level of appearance. More specifically, molded products containing carbon fibers require jet black molded products that reflect the black color of the carbon fibers and have a luxurious and heavy feel.
加えて、特に電子機器筐体や家電用途の外装部品などにおいては、内部にモーターなどを内蔵するが、近年の発生音量規制規格の強化や、ユーザーの静かさを求める傾向等に伴い、機器の静音化の必要性が高まってきている。 In addition, motors and other components are built into electronic device housings and exterior parts for home appliances, and with the recent tightening of regulations on noise levels and the trend among users to demand quieter devices, there is an increasing need to make these devices quieter.
力学特性を高める手段として、炭素繊維、有機繊維および熱可塑性樹脂を含み、炭素繊維の平均繊維長と平均繊維端部間距離、有機繊維の平均繊維長と平均繊維端部間距離が特定の範囲にある繊維強化熱可塑性樹脂成形品(例えば、特許文献1参照)や、有機繊維および炭素繊維を含有する繊維強化プロピレン系樹脂組成物(例えば、特許文献2参照)が提案されている。 As a means of improving mechanical properties, fiber-reinforced thermoplastic resin molded products containing carbon fibers, organic fibers, and a thermoplastic resin, in which the average fiber length and average fiber end distance of the carbon fibers and the average fiber length and average fiber end distance of the organic fibers are within specific ranges (see, for example, Patent Document 1), and fiber-reinforced propylene-based resin compositions containing organic fibers and carbon fibers (see, for example, Patent Document 2) have been proposed.
また、成形品の着色に関する技術としては、成形品の一部に応力が集中したための白化や、成形品表面のフィラー成分の擦れや傷付き時に剥離や滑落することによる白化を抑制する手段として、着色された有機繊維とポリプロピレン樹脂を含むプロピレン系樹脂成形品が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 As a technique for coloring molded products, a propylene-based resin molded product containing colored organic fibers and polypropylene resin has been proposed as a means of suppressing whitening caused by stress concentration in a part of the molded product, or whitening caused by the filler components on the surface of the molded product peeling off or sliding off when rubbed or scratched (see, for example, Patent Document 3).
特許文献1および2の技術により得られる成形品は、衝撃強度の改善のため、炭素繊維に加えて有機繊維を加えることが記載されている。また、特許文献3には、熱可塑性樹脂に着色繊維を加えることで、白色化を抑制することが記載されている。
しかしながら、特許文献1および2の技術により得られる成形品は、有機繊維を併用するため、成形品の外観は有機繊維の色調に左右されやすい。特許文献1および2には、成形品の外観品位については言及されていないが、特許文献1および2に具体的に記載されている有機繊維を用いた場合では、黒色の成形品は得られないと推測される。また、特許文献3の技術により得られる成形品は、炭素繊維を含まないため、機械強度の改善が不十分であり、さらに黒色の成形品を得ることが困難であると推測される。加えて特許文献1~3のいずれの文献にも静音性に関する記載はない。
However, because the molded articles obtained by the techniques of
このように、従来技術では、熱可塑性樹脂をマトリックスとした繊維強化熱可塑性樹脂成形品において、高い力学特性(優れた耐衝撃特性)、成形品の外観品位(黒色)に優れ、さらに静音性に優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形品は得られておらず、かかる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の開発が望まれていた。 As described above, conventional techniques have not produced fiber-reinforced thermoplastic resin molded products with high mechanical properties (excellent impact resistance), excellent appearance quality (black color), and excellent noise reduction properties in fiber-reinforced thermoplastic resin molded products with a thermoplastic resin matrix, and there has been a demand for the development of such fiber-reinforced thermoplastic resin molded products.
本発明は、従来技術の有する上記課題に鑑み、力学特性(耐衝撃特性)に優れ、かつ外観品位、および静音性に優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形品と、かかる成形品を得ることのできる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を提供することを目的とする。 In view of the above problems with the conventional technology, the present invention aims to provide a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product that has excellent mechanical properties (impact resistance), appearance quality, and noise reduction properties, and a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material from which such a molded product can be obtained.
上記の課題を解決するため、本発明は、主として以下の構成からなる。
(1) 炭素繊維(A)、黒色以外の着色剤、無機顔料および有機顔料の少なくとも1種を含む着色有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)および200℃における溶融粘度が熱可塑性樹脂(C)より低い、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、および環状ポリアリーレンサルファイド樹脂から選ばれる成分(D)を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形品であって、炭素繊維(A)、前記着色有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)5~45重量部、前記着色有機繊維(B)1~45重量部、熱可塑性樹脂(C)10~94重量部を含み、前記着色有機繊維(B)のCIELab色空間において、L*が25~70、a値が-110~+110(-1~+4を除く)、b値が-110~+110(-1~+4を除く)であり、繊維強度が4cN/dtex以上であり、且つ式(1)で示す、エネルギー伝播速度が2.0km/s以上であり、繊維強化熱可塑性樹脂成形品における炭素繊維(A)の重量平均繊維長(Lwa)が、0.3mm以上1.5mm以下であり、かつ、着色有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwb)が、2mm以上10mm以下である、繊維強化熱可塑性樹脂成形品。
In order to solve the above problems, the present invention mainly comprises the following configuration.
(1) A fiber-reinforced thermoplastic resin molded product comprising carbon fiber (A), colored organic fiber (B) containing at least one of a colorant other than black, an inorganic pigment, and an organic pigment, a thermoplastic resin (C), and a component (D) selected from an epoxy resin, a phenolic resin, a terpene resin, and a cyclic polyarylene sulfide resin, the component (D) having a melt viscosity at 200°C lower than that of the thermoplastic resin (C), the product comprising 5 to 45 parts by weight of carbon fiber (A), 1 to 45 parts by weight of the colored organic fiber (B), and 10 to 94 parts by weight of the thermoplastic resin (C) per 100 parts by weight of the total of the carbon fiber (A), the colored organic fiber (B), and the thermoplastic resin (C), and the product has an L * of 25 to 70 in the CIELab color space of the colored organic fiber (B). , a value of -110 to +110 (excluding -1 to +4), b value of -110 to +110 (excluding -1 to +4) , fiber strength of 4 cN/dtex or more, and energy propagation speed represented by formula (1) of 2.0 km/s or more, the weight average fiber length (L wa ) of the carbon fiber (A) in the fiber-reinforced thermoplastic resin molded product is 0.3 mm or more and 1.5 mm or less, and the weight average fiber length (L wb ) of the colored organic fiber (B) is 2 mm or more and 10 mm or less. A fiber-reinforced thermoplastic resin molded product.
(2) 炭素繊維(A)、黒色以外の着色剤、無機顔料および有機顔料の少なくとも1種を含む着色有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)、および200℃における溶融粘度が熱可塑性樹脂(C)より低い、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、および環状ポリアリーレンサルファイド樹脂から選ばれる成分(D)を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形材料であって、炭素繊維(A)、前記着色有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)5~45重量部、前記着色有機繊維(B)1~45重量部、熱可塑性樹脂(C)10~93重量部、および成分(D)1~20重量部を含み、前記着色有機繊維(B)のCIELab色空間において、L*が25~70、a値が-110~+110(-1~+4を除く)、b値が-110~+110(-1~+4を除く)であり、繊維強度が4cN/dtex以上であり、且つ式(1)で示す、エネルギー伝播速度が2.0km/s以上であり、炭素繊維(A)および前記着色有機繊維(B)が、軸心方向にほぼ平行に配列されており、かつ炭素繊維(A)および前記着色有機繊維(B)の長さが、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の長さと実質的に同じであり、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の長手方向の長さが2~10mmである、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。 (2) A fiber-reinforced thermoplastic resin molding material comprising carbon fiber (A), colored organic fiber (B) containing at least one of a colorant other than black, an inorganic pigment, and an organic pigment, a thermoplastic resin (C), and a component (D) selected from an epoxy resin, a phenolic resin, a terpene resin, and a cyclic polyarylene sulfide resin having a melt viscosity at 200°C lower than that of the thermoplastic resin (C), the material comprising 5 to 45 parts by weight of carbon fiber (A), 1 to 45 parts by weight of the colored organic fiber (B), 10 to 93 parts by weight of the thermoplastic resin (C), and 1 to 20 parts by weight of the component (D), relative to a total of 100 parts by weight of the carbon fiber (A), the colored organic fiber (B), and the thermoplastic resin (C), and the material has an L * of 25 to 70 in the CIELab color space of the colored organic fiber (B). , a value of -110 to +110 (excluding -1 to +4), b value of -110 to +110 (excluding -1 to +4) , fiber strength of 4 cN/dtex or more, and energy propagation speed represented by formula (1) of 2.0 km/s or more, carbon fiber (A) and the colored organic fiber (B) are arranged substantially parallel to the axial direction, and the length of the carbon fiber (A) and the colored organic fiber (B) is substantially the same as the length of the fiber reinforced thermoplastic resin molding material, and the length of the fiber reinforced thermoplastic resin molding material in the longitudinal direction is 2 to 10 mm. A fiber reinforced thermoplastic resin molding material.
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品は、炭素繊維、有機繊維、熱可塑性樹脂を含むため、補強効果が高く、衝撃特性に優れる。さらに、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品は、特定の色調を有する有機繊維を含むため、成形品の外観品位および静音性にも優れる。かかる成形品は、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を用いることにより得ることができる。 The fiber-reinforced thermoplastic resin molded product of the present invention contains carbon fiber, organic fiber, and thermoplastic resin, and therefore has a high reinforcing effect and excellent impact properties. Furthermore, since the fiber-reinforced thermoplastic resin molded product of the present invention contains organic fibers having a specific color tone, the molded product also has excellent appearance quality and noise reduction. Such molded products can be obtained by using the fiber-reinforced thermoplastic resin molding material of the present invention.
そして、かかる成形品は、電気・電子機器、OA機器、家電機器、筐体および自動車の部品などに極めて有用であり、特にモーター等を内蔵する電子機器筐体および家電用途の外装部品に好適に用いられる。成形品として具体的には、インストルメントパネル、などの自動車部品や、電話、ファクシミリ、VTR、コピー機、テレビ、電子レンジ、音響機器、冷蔵庫、エアコン、掃除機などの家庭・事務電気製品部品、さらには、パーソナルコンピューター、携帯電話などに使用される筐体やパーソナルコンピューターの内部でキーボードを支持するキーボード支持体に代表される電気・電子機器用部材などが挙げられる。 These molded products are extremely useful for electrical and electronic equipment, office automation equipment, home appliances, housings, and automobile parts, and are particularly suitable for use in electronic equipment housings that incorporate motors and exterior parts for home appliances. Specific examples of molded products include automobile parts such as instrument panels, parts for home and office electrical appliances such as telephones, facsimiles, VTRs, copy machines, televisions, microwave ovens, audio equipment, refrigerators, air conditioners, and vacuum cleaners, and even electrical and electronic equipment components such as housings used in personal computers and mobile phones, and keyboard supports that support keyboards inside personal computers.
本発明は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形品であって、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)5~45重量部、有機繊維(B)1~45重量部、熱可塑性樹脂(C)10~94重量部を含み、繊維強化熱可塑性樹脂成形品における炭素繊維(A)の重量平均繊維長(Lwa)が、0.3mm以上1.5mm以下であり、かつ、有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwb)が、2mm以上10mm以下である、繊維強化熱可塑性樹脂成形品である。また、かかる成形品を得るために用い得る、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)、および200℃における溶融粘度が熱可塑性樹脂(C)より低い成分(D)を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形材料であって、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)5~45重量部、有機繊維(B)1~45重量部、熱可塑性樹脂(C)10~93重量部、および成分(D)1~20重量部を含み、炭素繊維(A)および有機繊維(B)が、軸心方向にほぼ平行に配列されており、かつ該成分(A)および(B)の長さが、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の長さと実質的に同じであり、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の長手方向の長さが2mm~10mmである、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料も、本発明に包含される。このように、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品(「成形品」という場合がある)および繊維強化熱可塑性樹脂成形材料(「成形材料」という場合がある)は、いずれも、少なくとも炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)を含む。 The present invention is a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product containing carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C), and the fiber-reinforced thermoplastic resin molded product contains 5 to 45 parts by weight of carbon fiber (A), 1 to 45 parts by weight of organic fiber (B), and 10 to 94 parts by weight of thermoplastic resin (C) relative to a total of 100 parts by weight of carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). In the fiber-reinforced thermoplastic resin molded product, the weight average fiber length (L wa ) of the carbon fiber (A) is 0.3 mm or more and 1.5 mm or less, and the weight average fiber length (L wb ) of the organic fiber (B) is 2 mm or more and 10 mm or less. Further, a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material containing carbon fiber (A), organic fiber (B), thermoplastic resin (C), and a component (D) having a melt viscosity at 200 ° C. lower than that of the thermoplastic resin (C), which can be used to obtain such a molded product, and which contains 5 to 45 parts by weight of carbon fiber (A), 1 to 45 parts by weight of organic fiber (B), 10 to 93 parts by weight of thermoplastic resin (C), and 1 to 20 parts by weight of component (D) relative to a total of 100 parts by weight of carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C), and the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) are arranged almost parallel to the axial direction, and the lengths of the components (A) and (B) are substantially the same as the length of the fiber-reinforced thermoplastic resin molding material, and the fiber-reinforced thermoplastic resin molding material has a longitudinal length of 2 mm to 10 mm. Also included in the present invention is a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material. Thus, the fiber-reinforced thermoplastic resin molded product (sometimes referred to as "molded product") and the fiber-reinforced thermoplastic resin molding material (sometimes referred to as "molding material") of the present invention both contain at least carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C).
なお、本発明における黒色以外の着色剤、無機顔料および有機顔料の少なくとも1種を含む有機繊維(B)は、CIELab色空間において、L*が25~70、a値が-110~+110(-1~+4を除く)、b値が-110~+110(-1~+4を除く)であり、繊維強度が4cN/dtex以上であり、エネルギー伝播速度が2.0km/s以上である。 The organic fiber (B) containing at least one of a colorant other than black, an inorganic pigment, and an organic pigment in the present invention has, in the CIELab color space, an L * of 25 to 70 , an a value of -110 to +110 (excluding -1 to +4), and a b value of -110 to +110 (excluding -1 to +4) , a fiber strength of 4 cN/dtex or more, and an energy propagation velocity of 2.0 km/s or more.
<成形品>
まず、本発明の成形品について詳細に説明する。本発明の成形品は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形品である。
<Molded products>
First, the molded article of the present invention will be described in detail. The molded article of the present invention is a fiber-reinforced thermoplastic resin molded article containing carbon fibers (A), organic fibers (B), and a thermoplastic resin (C).
<炭素繊維(A)>
本発明における炭素繊維(A)は、熱可塑性樹脂(C)に対する繊維補強効果により、成形品としての力学特性を向上し得るものである。さらに、炭素繊維(A)が導電性や熱伝導性など固有の特性を有する場合、熱可塑性樹脂(C)単体では為し得ない、それらの性質も成形品に付与することができる。また、導電性を付与する目的においては、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した炭素繊維も好ましく用いられる。
<Carbon fiber (A)>
The carbon fiber (A) in the present invention can improve the mechanical properties of the molded article due to the fiber reinforcing effect on the thermoplastic resin (C). Furthermore, when the carbon fiber (A) has inherent properties such as electrical conductivity or thermal conductivity, the molded article can be imparted with these properties that cannot be achieved by the thermoplastic resin (C) alone. In addition, for the purpose of imparting electrical conductivity, carbon fibers coated with metals such as nickel, copper, and ytterbium are also preferably used.
炭素繊維としては、特に制限はないが、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、気相成長系炭素繊維、これらの黒鉛化繊維などが例示される。 There are no particular limitations on the carbon fibers, but examples include PAN-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, rayon-based carbon fibers, cellulose-based carbon fibers, vapor-grown carbon fibers, and graphitized fibers of these.
さらに、炭素繊維としては、X線光電子分光法により測定される繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度比[O/C]が、0.05~0.5であるものが好ましい。表面酸素濃度比が0.05以上であることにより、炭素繊維表面に十分な官能基量を確保でき、熱可塑性樹脂(C)とより強固な接着性を得ることができることから、成形品の曲げ強度および引張強度がより向上する。表面酸素濃度比は、0.1以上がより好ましい。また、表面酸素濃度比の上限は、炭素繊維の取り扱い性、生産性のバランスから、0.3以下がより好ましい。 Furthermore, the carbon fiber preferably has a surface oxygen concentration ratio [O/C], which is the ratio of the number of oxygen (O) and carbon (C) atoms on the fiber surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy, of 0.05 to 0.5. A surface oxygen concentration ratio of 0.05 or more ensures a sufficient amount of functional groups on the carbon fiber surface, and stronger adhesion to the thermoplastic resin (C) can be obtained, thereby further improving the bending strength and tensile strength of the molded product. A surface oxygen concentration ratio of 0.1 or more is more preferable. Furthermore, the upper limit of the surface oxygen concentration ratio is more preferably 0.3 or less, in terms of the balance between the handleability and productivity of the carbon fiber.
炭素繊維の表面酸素濃度比は、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求めるものである。まず、炭素繊維表面にサイジング剤などが付着している場合には、溶剤でそのサイジング剤などを除去する。炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてAlKα1、2を用い、試料チャンバー中を1×10-8Torrに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせる。C1sピーク面積を、K.E.として1191~1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。O1sピーク面積を、K.E.として947~959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。 The surface oxygen concentration ratio of carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, if a sizing agent or the like is attached to the carbon fiber surface, the sizing agent or the like is removed with a solvent. The carbon fiber is cut to 20 mm and spread out and arranged on a copper sample support, and then AlKα1 and 2 are used as X-ray sources, and the inside of the sample chamber is kept at 1×10 −8 Torr. The kinetic energy value (K.E.) of the main peak of C 1s is adjusted to 1202 eV as a correction value for the peak associated with charging during measurement. The C 1s peak area is determined by drawing a straight baseline in the K.E. range of 1191 to 1205 eV. The O 1s peak area is determined by drawing a straight baseline in the K.E. range of 947 to 959 eV.
ここで、表面酸素濃度比[O/C]は、上記O1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出する。X線光電子分光装置として、国際電気社製モデルES-200を用い、感度補正値を1.74とする。炭素繊維の平均繊維径は特に限定されないが、成形品の力学特性と表面外観の観点から、1~20μmが好ましく、3~15μmがより好ましい。 Here, the surface oxygen concentration ratio [O/C] is calculated as an atomic ratio using a sensitivity correction value specific to the device from the ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area. As the X-ray photoelectron spectrometer, an ES-200 model manufactured by International Electric Co., Ltd. is used, and the sensitivity correction value is set to 1.74. The average fiber diameter of the carbon fiber is not particularly limited, but is preferably 1 to 20 μm, more preferably 3 to 15 μm, from the viewpoint of the mechanical properties and surface appearance of the molded product.
炭素繊維と熱可塑性樹脂(C)の接着性を向上する等の目的で、炭素繊維は表面処理されたものであってもかまわない。表面処理の方法としては、例えば、電解処理、オゾン処理、紫外線処理等を挙げることができる。 The carbon fibers may be surface-treated for the purpose of improving the adhesion between the carbon fibers and the thermoplastic resin (C). Examples of surface treatment methods include electrolytic treatment, ozone treatment, and ultraviolet treatment.
炭素繊維の毛羽立ちを防止したり、炭素繊維と熱可塑性樹脂(C)との接着性を向上する等の目的で、炭素繊維はサイジング剤が付与されたものであってもかまわない。サイジング剤を付与することにより、炭素繊維表面の官能基等の表面特性を向上させ、接着性および成形品の力学特性(特に衝撃強度)を向上させることができる。 サイジング剤としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、ポリエステル、乳化剤あるいは界面活性剤などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。サイジング剤は、水溶性もしくは水分散性であることが好ましい。炭素繊維との濡れ性に優れるエポキシ樹脂が好ましく、多官能エポキシ樹脂がより好ましい。 The carbon fibers may be provided with a sizing agent for the purpose of preventing fluffing of the carbon fibers and improving the adhesion between the carbon fibers and the thermoplastic resin (C). By providing a sizing agent, the surface properties such as functional groups on the carbon fiber surface can be improved, and the adhesion and mechanical properties (particularly impact strength) of the molded product can be improved. Examples of sizing agents include epoxy resins, phenolic resins, polyethylene glycol, polyurethane, polyester, emulsifiers, and surfactants. Two or more of these may be used. The sizing agent is preferably water-soluble or water-dispersible. Epoxy resins that have excellent wettability with carbon fibers are preferred, and polyfunctional epoxy resins are more preferred.
多官能エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、熱可塑性樹脂(C)との接着性を発揮しやすい脂肪族エポキシ樹脂が好ましい。脂肪族エポキシ樹脂は、柔軟な骨格のため、架橋密度が高くとも靭性の高い構造になりやすい。また、脂肪族エポキシ樹脂は、炭素繊維/熱可塑性樹脂間に存在させた場合、柔軟で剥離しにくくさせるため、成形品の強度をより向上させることができる。 Examples of polyfunctional epoxy resins include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, aliphatic epoxy resins, and phenol novolac type epoxy resins. Among them, aliphatic epoxy resins, which are easy to exhibit adhesion with the thermoplastic resin (C), are preferred. Because aliphatic epoxy resins have a flexible skeleton, they tend to have a structure with high toughness even when the crosslinking density is high. Furthermore, when aliphatic epoxy resins are present between carbon fiber and thermoplastic resin, they are flexible and difficult to peel off, which can further improve the strength of the molded product.
多官能の脂肪族エポキシ樹脂としては、例えば、ジグリシジルエーテル化合物、ポリグリシジルエーテル化合物などが挙げられる。ジグリシジルエーテル化合物としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル類、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル類、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル類等が挙げられる。また、ポリグリシジルエーテル化合物としては、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル類、ソルビトールポリグリシジルエーテル類、アラビトールポリグリシジルエーテル類、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル類、トリメチロールプロパングリシジルエーテル類、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル類、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル類等が挙げられる。 Examples of polyfunctional aliphatic epoxy resins include diglycidyl ether compounds and polyglycidyl ether compounds. Examples of diglycidyl ether compounds include ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ethers, propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ethers, 1,4-butanediol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, polytetramethylene glycol diglycidyl ethers, polyalkylene glycol diglycidyl ethers, and the like. Examples of polyglycidyl ether compounds include glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ethers, sorbitol polyglycidyl ethers, arabitol polyglycidyl ethers, trimethylolpropane polyglycidyl ethers, trimethylolpropane glycidyl ethers, pentaerythritol polyglycidyl ethers, and polyglycidyl ethers of aliphatic polyhydric alcohols.
上記脂肪族エポキシ樹脂の中でも、3官能以上の脂肪族エポキシ樹脂が好ましく、反応性の高いグリシジル基を3個以上有する脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物がより好ましい。脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物は、柔軟性、架橋密度、熱可塑性樹脂(C)との相溶性のバランスがよく、接着性をより向上させることができる。この中でも、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル類、ポリエチレングリコールグリシジルエーテル類、ポリプロピレングリコールグリシジルエーテル類がさらに好ましい。 Among the above aliphatic epoxy resins, aliphatic epoxy resins having three or more functionalities are preferred, and aliphatic polyglycidyl ether compounds having three or more highly reactive glycidyl groups are more preferred. Aliphatic polyglycidyl ether compounds have a good balance of flexibility, crosslinking density, and compatibility with the thermoplastic resin (C), and can further improve adhesion. Among these, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ethers, polyethylene glycol glycidyl ethers, and polypropylene glycol glycidyl ethers are more preferred.
サイジング剤の付着量は、サイジング剤と炭素繊維の合計100重量%中、0.01~10重量%が好ましい。サイジング剤付着量が0.01重量%以上であれば、熱可塑性樹脂(C)との接着性をより向上させることができる。サイジング剤付着量は、0.05重量%以上がより好ましく、0.1重量%以上がさらに好ましい。一方、サイジング剤付着量が10重量%以下であれば、熱可塑性樹脂(C)の物性をより高いレベルで維持することができる。サイジング剤付着量は、5重量%以下がより好ましく、2重量%以下がさらに好ましい。 The amount of sizing agent attached is preferably 0.01 to 10% by weight, based on 100% by weight of the total of the sizing agent and carbon fiber. If the amount of sizing agent attached is 0.01% by weight or more, the adhesion to the thermoplastic resin (C) can be further improved. The amount of sizing agent attached is more preferably 0.05% by weight or more, and even more preferably 0.1% by weight or more. On the other hand, if the amount of sizing agent attached is 10% by weight or less, the physical properties of the thermoplastic resin (C) can be maintained at a higher level. The amount of sizing agent attached is more preferably 5% by weight or less, and even more preferably 2% by weight or less.
<有機繊維(B)>
本発明の成形品は、前述した炭素繊維(A)に加えて、有機繊維(B)を含有する。炭素繊維(A)などの炭素繊維は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、炭素繊維だけからなる繊維束は、成形品の製造中に切れ易かったり、成形品から脱落しやすいという課題がある。一方で、有機繊維(B)は、柔軟性を有するため、成形時に折れにくく、成形品中に長い繊維長を保ったまま残存しやすい。そのため、柔軟で折れにくい有機繊維(B)を含むことにより、成形品の衝撃特性を大幅に向上させることができる。
<Organic fiber (B)>
The molded article of the present invention contains organic fiber (B) in addition to the carbon fiber (A) described above. Carbon fibers such as carbon fiber (A) are rigid and brittle, so they are difficult to tangle and break easily. Therefore, fiber bundles consisting only of carbon fibers have the problem that they are easily cut during the production of molded articles or easily fall off from the molded articles. On the other hand, organic fiber (B) has flexibility, so it is difficult to break during molding and tends to remain in the molded article while maintaining its long fiber length. Therefore, by including flexible and difficult-to-break organic fiber (B), the impact properties of the molded article can be significantly improved.
具体的に、成形品中における有機繊維(B)の残存繊維長(言い換えると、成形品中の重量平均繊維長(Lwb))を、2mm以上、10mm以下にすることで、該成形品により高い衝撃特性を付与することができる。また、有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwb))を斯かる範囲内にせしめることにより、静音性を高めることができる。 Specifically, by setting the remaining fiber length of the organic fibers (B) in the molded article (in other words, the weight average fiber length (L wb ) in the molded article) to 2 mm or more and 10 mm or less, the molded article can be endowed with higher impact resistance. Furthermore, by setting the weight average fiber length (L wb ) of the organic fibers (B) within this range, noise reduction can be improved.
また、本発明の成形品に含まれる有機繊維(B)は、CIELab色空間において、L*が25~70である。有機繊維(B)の色調を前述した範囲にすることで、成形品を所望する外観品位にすることができる。 Moreover, the organic fiber (B) contained in the molded article of the present invention has, in the CIELab color space, an L * of 25 to 70. By setting the color tone of the organic fiber (B) within the above-mentioned range, the molded article can have a desired appearance quality.
CIELab色空間とは、色の表示方法の一つであり、国際照明委員会(CIE)が策定したものである。L*a*b*は、色立体において三次元の座標軸を示すものであり、L*は明度を表し、L*=0がもっとも暗く(黒色)、L*=100がもっとも明るい状態(白色)を表現している。a*b*に関しては、tanθ(b*/a*)が色相を表し、それぞれ+と-の領域を持っている。即ち、原点0に垂直方向にL*軸が立っており、あるL*の値で縦軸と横軸にa*とb*が直交しており、a*が+なら赤、-なら補色の緑、b*が+なら黄色、そして-なら補色の青色を示す。本発明においては、L*が表す明度に着目し、有機繊維(B)のL*を特定の範囲にすることで、該有機繊維を含む成形品の外観品位をコントロールできることを見出した。 The CIELab color space is one of the methods of displaying colors, and was formulated by the International Commission on Illumination (CIE). L * a * b * indicate three-dimensional coordinate axes in a color solid, with L * representing lightness, L * =0 being the darkest (black), and L * =100 being the brightest (white). With respect to a * b * , tan θ(b * /a * ) represents the hue, each of which has a + and - range. That is, the L * axis stands perpendicular to the origin 0, and a * and b * are perpendicular to the vertical and horizontal axes at a certain L * value, and if a * is +, it represents red, if -, it represents the complementary color green, if b * is +, it represents yellow, and if -, it represents the complementary color blue. In the present invention, by focusing on the lightness represented by L * , it has been found that by setting the L * of the organic fiber (B) within a specific range, the appearance quality of a molded product containing the organic fiber can be controlled.
本発明における外観品位についてより具体的に説明すると、電子機器および家電機器の外装部品に繊維強化熱可塑性樹脂成形品を適用した場合、その繊維の色味が成形品の外観に反映される。特に炭素繊維を含む成形品の場合、高級感を出すために黒色をベースとした外観が求められることが多い。機械強度向上のために、炭素繊維及び有機繊維を併用する場合は、有機繊維由来の色味が外観に反映されることがあり、得られる成形品の高級感が損なわれることがある。しかし、L*が上記範囲の有機繊維(B)を用いれば、炭素繊維のみを含有した成形品同様、明度が低い、黒色の成形品を得ることができ、且つ衝撃強度の高い成形品を得ることができる。 To explain the appearance quality in the present invention more specifically, when a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product is applied to the exterior parts of electronic devices and home appliances, the color of the fiber is reflected in the appearance of the molded product. In particular, in the case of a molded product containing carbon fiber, a black-based appearance is often required to give a luxurious feel. When carbon fiber and organic fiber are used in combination to improve mechanical strength, the color derived from the organic fiber may be reflected in the appearance, and the luxurious feel of the obtained molded product may be impaired. However, if organic fiber (B) having L * in the above range is used, a molded product with low brightness and black color can be obtained, similar to a molded product containing only carbon fiber, and a molded product with high impact strength can be obtained.
有機繊維(B)のL*は、25以上である。L*が25以上の有機繊維を得るためには、着色剤を含まずに防止を行うことが一般的である。一方で、L*が0に近いほうが黒色になるため、L*が0に近い有機繊維を用いれば、炭素繊維と併用した場合であっても、得られる成形品は黒色になると推測される。しかしながら、L*が25未満、言い換えると、L*が0に近い有機繊維を得るためには、紡糸する熱可塑性樹脂中にカーボンブラックなどの黒色着色剤を練り込んだ後、紡糸を行うことが一般的な手法である。この時、黒色着色剤の含有量が多いと、有機繊維の(B)機械特性(例えば、引張強度や引張伸度)が低下する傾向にある。そのため、着色剤を練り込んだ有機繊維(B)が成形品中に含まれる場合、得られる成形品の機械強度(特に衝撃強度)が低下する。したがって、成形品の外観品位と、衝撃強度の両立には、有機繊維(B)のL*を前述した範囲にする必要がある。L*は、30以上がさらに好ましく、40以上がより好ましい。また、有機繊維(B)のL*は、70以下である。70以下であれば、成形品の白色化を抑制することができる。L*を70以下にする方法としては、黒色以外の着色剤、無機顔料や有機顔料を用いることができ、無機顔料の中でも有色無機顔料が好ましい。 The L * of the organic fiber (B) is 25 or more. In order to obtain an organic fiber with L * of 25 or more, it is common to prevent the coloring without including a colorant. On the other hand, since the color becomes black when L * is closer to 0, it is presumed that if an organic fiber with L * close to 0 is used, the molded product obtained will be black even when used in combination with carbon fiber. However, in order to obtain an organic fiber with L * of less than 25, in other words, L * close to 0, it is common to knead a black colorant such as carbon black into the thermoplastic resin to be spun and then perform spinning. At this time, if the content of the black colorant is high, the mechanical properties (e.g., tensile strength and tensile elongation) of the organic fiber (B) tend to decrease. Therefore, when the organic fiber (B) kneaded with the colorant is contained in the molded product, the mechanical strength (especially the impact strength) of the molded product obtained decreases. Therefore, in order to achieve both the appearance quality and impact strength of the molded product, it is necessary to set the L * of the organic fiber (B) to the above-mentioned range. L * is more preferably 30 or more, and more preferably 40 or more. Furthermore, the L * of the organic fiber (B) is 70 or less. If it is 70 or less, whitening of the molded product can be suppressed. To make L * 70 or less, a colorant other than black, an inorganic pigment or an organic pigment can be used, and among inorganic pigments, a colored inorganic pigment is preferable.
前述の通り、成形品を黒色にする際には、有機繊維(B)のL*を好ましい範囲にすることで可能となるが、有機繊維のa値は-110~+110(-1~+4を除く)が好ましく、b値は-110~+110(-1~+4を除く)であることが好ましい。有機繊維のa値およびb値を前記好ましい範囲にすることで、有機繊維に色味を加えることが可能となり、所望の外観に調整することが可能となる。 As described above, when making a molded article black, this is possible by setting the L * of the organic fiber (B) within a preferred range, and the a value of the organic fiber is preferably −110 to +110 (excluding −1 to +4), and the b value is preferably −110 to +110 (excluding −1 to +4). By setting the a value and b value of the organic fiber within the preferred ranges, it is possible to add color to the organic fiber, and it is possible to adjust the appearance to a desired one.
前記Lab色空間の測定方法は、日本工業規格JIS Z 8781-4:2013に規定されており、当該測定方法に準拠した測定装置である分光色彩計を用いて測定することができる、 The measurement method for the Lab color space is specified in the Japanese Industrial Standard JIS Z 8781-4:2013, and can be measured using a spectrophotometer, which is a measuring device that complies with this measurement method.
有機繊維(B)は、成形品の力学特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン6、ナイロン66、芳香族ポリアミド等のポリアミド系樹脂、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等のポリエステル系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロエチレン・プロペンコポリマー、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマーなどのフッ素樹脂、液晶ポリエステル、液晶ポリエステルアミドなどの液晶ポリマー、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンサルファイド等のポリアリーレンサルファイド、等の樹脂を紡糸して得られる繊維を挙げることができる。これらを2種以上用いてもよい。これらの有機繊維(B)の中から、や熱可塑性樹脂(C)との組み合わせにより適宜選択して用いることが好ましい。特に、熱可塑性樹脂(C)の成形温度(溶融温度)に対して、有機繊維(B)の溶融温度が30℃~150℃高いことが好ましく、50~100℃高いことがより好ましい。あるいは、熱可塑性樹脂(C)と非相溶性である樹脂を用いてなる有機繊維(B)は、成形品内に繊維状態を保ったまま存在するため、成形品の衝撃特性をより向上できるため好ましい。また、静音性に優れる。溶融温度の高い有機繊維(B)として、ポリエステル繊維、液晶ポリエステル繊維などが挙げられる。本発明における有機繊維(B)としては、これらからなる群より選ばれる少なくとも1種の繊維を用いることが好ましい。 The organic fiber (B) can be appropriately selected within a range that does not significantly reduce the mechanical properties of the molded product. For example, the fibers can be obtained by spinning resins such as polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, polyamide resins such as nylon 6, nylon 66, and aromatic polyamide, polyester resins such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, fluororesins such as polytetrafluoroethylene, perfluoroethylene-propene copolymer, and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, liquid crystal polymers such as liquid crystal polyester and liquid crystal polyesteramide, and polyarylene sulfides such as polyether ketone, polyether sulfone, and polyphenylene sulfide. Two or more of these may be used. It is preferable to appropriately select and use from among these organic fibers (B) in combination with the thermoplastic resin (C). In particular, the melting temperature of the organic fiber (B) is preferably 30°C to 150°C higher than the molding temperature (melting temperature) of the thermoplastic resin (C), and more preferably 50°C to 100°C higher. Alternatively, organic fibers (B) made of a resin that is incompatible with the thermoplastic resin (C) are preferred because they remain in a fibrous state within the molded article, and therefore can further improve the impact properties of the molded article. They also have excellent noise reduction properties. Examples of organic fibers (B) with high melting temperatures include polyester fibers and liquid crystal polyester fibers. As the organic fibers (B) in the present invention, it is preferred to use at least one type of fiber selected from the group consisting of these.
上記例示した有機繊維(B)の中でも、ポリエステル繊維または液晶ポリエステル繊維を用いる場合、透過損失が高まることが明らかとなり、特に成形品の静音性に優れることが明らかとなった。 It has become clear that, among the organic fibers (B) exemplified above, when polyester fibers or liquid crystal polyester fibers are used, the transmission loss increases, and the molded product is particularly quiet.
本発明における静音性についてより具体的に説明すると、電子機器筐体および家電用途の外装部品に繊維強化熱可塑性樹脂成形品を適用した場合、成形品の剛性が高まることで、内部の音が響きやすくなる、すなわち外部への音が漏れやすい状態にある。作動音の音漏れは、使用者への不快感に繋がるため、成形品の外装部品による透過損失(音源からの音を界壁を隔てて聞いたとき、とのくらい音が小さくなったかを表す指標)の向上が要求されている。特に、内部にモーターなどを内蔵する電子機器筐体および家電用途の外装部品においては、その要求が高い。 To explain more specifically about the quietness of the present invention, when a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product is applied to the housing of an electronic device and the exterior parts for home appliances, the increased rigidity of the molded product makes it easier for internal sounds to resonate, i.e., the sound is more likely to leak to the outside. Since the leakage of operating sounds leads to discomfort for users, there is a demand for an improvement in the transmission loss (an index showing how quiet the sound is when heard from the sound source through a partition wall) through the exterior parts of the molded product. This demand is particularly high for housings of electronic devices and exterior parts for home appliances that have motors built in.
本発明においては、上記例示した有機繊維(B)の中でも、特定のポリエステル繊維および/または液晶ポリエステル繊維を用いる場合、透過損失が高まることが明らかとなり、特に成形品の静音性に優れることが明らかとなった。その理由は定かではないが、前記有機繊維(B)のエネルギー伝播速度が高いためと推測している。ここで、エネルギー伝播速度の算出は、繊維の初期弾性率と繊維密度から次の式を用いて算出できる。 In the present invention, it has become clear that when a specific polyester fiber and/or liquid crystal polyester fiber is used among the organic fibers (B) exemplified above, the transmission loss increases, and the molded product is particularly excellent in terms of noise reduction. Although the reason for this is unclear, it is presumed to be due to the high energy propagation velocity of the organic fiber (B). Here, the energy propagation velocity can be calculated from the initial elastic modulus and fiber density of the fiber using the following formula.
エネルギー伝播速度が高いことは、繊維に与えられたエネルギーがより広範囲に伝播しやすいことを表している。すなわち、エネルギー伝播速度に優れる有機繊維(B)を含むことで、成形品に与えられたエネルギーをより早く成形品中全体に拡散することができる。拡散されたエネルギーは、次第に減少していくため、結果として、成形品内でエネルギーの遮蔽が可能となり、透過損失が高くなる。本願目的としている音についても同様の作用が起きていると考えられるため、エネルギー伝播速度の高い繊維を用いることで、透過損失が高くなり高い静音性が発現していると考えている。前述したポリエステル繊維、液晶ポリエステル繊維は、前述した式から得られる、エネルギー伝播速度に優れるため、静音性に優れる特性を発現できていると推測している。さらに、前述した有機繊維(B)が成形品内に長く残っている場合、エネルギーは繊維内を伝播していくため、より効率的にエネルギーを拡散でき、透過損失を高めることができるため、静音効果はより高まると考えている。静音性が改善することで、外装部品として使用した際の静音性が改善できる。本発明における有機繊維(B)のエネルギー伝播速度は、2.0km/s以上である。2.5以上がより好ましい。エネルギー伝播速度は、25km/s以下が好ましく、20km/sがより好ましい。エネルギー伝播速度が25km/sを越えると成形品内部に入ったクラックの伝播速度が速くなり、成形品の機械強度、特に衝撃強度が低下するため好ましくない。 A high energy propagation speed indicates that the energy given to the fiber is easily propagated over a wider range. In other words, by including organic fiber (B) with excellent energy propagation speed, the energy given to the molded product can be diffused throughout the entire molded product more quickly. The diffused energy gradually decreases, and as a result, the energy can be shielded within the molded product, resulting in high transmission loss. It is believed that the same action occurs with the sound that is the subject of this application, and therefore the transmission loss is high and high quietness is expressed by using fibers with a high energy propagation speed. It is presumed that the above-mentioned polyester fiber and liquid crystal polyester fiber are able to express excellent quietness characteristics because of their excellent energy propagation speed obtained from the above-mentioned formula. Furthermore, if the above-mentioned organic fiber (B) remains in the molded product for a long time, the energy propagates within the fiber, so that the energy can be diffused more efficiently and the transmission loss can be increased, and therefore the quietness effect is further enhanced. By improving the quietness, the quietness can be improved when used as an exterior part. The energy propagation speed of the organic fiber (B) in this invention is 2.0 km/s or more. 2.5 or more is more preferable. The energy propagation speed is preferably 25 km/s or less, and more preferably 20 km/s. If the energy propagation speed exceeds 25 km/s, the propagation speed of cracks inside the molded product will increase, and the mechanical strength of the molded product, especially its impact strength, will decrease, which is undesirable.
なお、エネルギー伝播速度2.0km/s以上を有する有機繊維としては、“テトロン(登録商標)”1670T-144-706C、“シベラス”(登録商標)1700T-288f、“テトロン(登録商標)”1670T-144-706C、“テトロン(登録商標)”1670T-108-705C(いずれも東レ(株)製)が挙げられる。 Examples of organic fibers with an energy propagation speed of 2.0 km/s or more include "Tetoron (registered trademark)" 1670T-144-706C, "Sciberas" (registered trademark) 1700T-288f, "Tetoron (registered trademark)" 1670T-144-706C, and "Tetoron (registered trademark)" 1670T-108-705C (all manufactured by Toray Industries, Inc.).
透過損失の測定は、透過型音響室を用いた垂直入射透過損失計測にて測定できる。具体的には、音響室内に規定のサイズに加工した丸形成形品をセットし、成形品の片面側にマイクロホンを設置、成形品を挟んだもう片面にスピーカーを設置する。その後、スピーカーからある一定音圧を発生させ、その音が成形品を通った後、マイクロホンに入ってくる音圧量を計測する。音の測定周波数帯については、特に限定はなく、一般的な周波数帯500Hz~7000Hzで測定を行う。 Transmission loss can be measured using normal incidence transmission loss measurement in a transmission type acoustic chamber. Specifically, a round molded product that has been processed to a specified size is placed in the acoustic chamber, and a microphone is installed on one side of the molded product, and a speaker is installed on the other side of the molded product. A certain amount of sound pressure is then generated from the speaker, and the amount of sound pressure that reaches the microphone after passing through the molded product is measured. There are no particular limitations on the sound measurement frequency band, and measurements are performed in the general frequency band of 500 Hz to 7000 Hz.
有機繊維(B)の単繊維繊度は、0.1~50dtexが好ましい。3dtex以上が好ましく、6dtex以上がより好ましい。単繊維繊度を前述した範囲にすることで、成形時の繊維剪断に対して強いため、成形品内の繊維長が長く残存しやすく、成形品の衝撃強度を高めることができるため好ましい。 The single fiber fineness of the organic fiber (B) is preferably 0.1 to 50 dtex. It is preferably 3 dtex or more, and more preferably 6 dtex or more. By setting the single fiber fineness within the above-mentioned range, it is possible to increase the impact strength of the molded product because the fiber length tends to remain long in the molded product due to the resistance to fiber shear during molding.
有機繊維(B)の繊維強度は、公知の単糸引張試験により求めることができる。ここで、有機繊維(B)の繊維強度は、標準状態(20℃,65%RH)の室内で、つかみ間隔250mm、引張速度300mm/分の条件で引張試験を行い、繊維切断時の荷重を単繊維繊度で除すことで算出することができる。ここで、単繊維繊度とは、10,000mの長さで1gの重さを示す糸の太さを表しており、本発明で用いる有機繊維(B)の単繊維繊度は、公知の繊維繊度測定(例えば、JIS L 1013:2010)により求めることができる。 The fiber strength of the organic fiber (B) can be determined by a known single-fiber tensile test. Here, the fiber strength of the organic fiber (B) can be calculated by performing a tensile test in a room under standard conditions (20°C, 65% RH) with a grip interval of 250 mm and a tensile speed of 300 mm/min, and dividing the load at the time of fiber breakage by the single-fiber fineness. Here, the single-fiber fineness represents the thickness of a thread that has a length of 10,000 m and weighs 1 g, and the single-fiber fineness of the organic fiber (B) used in the present invention can be determined by a known fiber fineness measurement (for example, JIS L 1013:2010).
繊維強度は、4cN/dtex以上である。4cN/dtex未満の場合、特に成形品の衝撃特性が低下する。4cN/dtexを超えることが好ましく、5cN/dtex以上が更に好ましく、6cN/dtex以上がより好ましい。また、前述の繊維強度で得られた応力歪み曲線図における、初期勾配から繊維初期弾性率を算出した。 The fiber strength is 4 cN/dtex or more. If it is less than 4 cN/dtex, the impact properties of the molded product in particular will be reduced. It is preferable that it exceeds 4 cN/dtex, more preferably 5 cN/dtex or more, and even more preferably 6 cN/dtex or more. In addition, the initial fiber elastic modulus was calculated from the initial slope in the stress-strain curve obtained with the above-mentioned fiber strength.
繊維強度は、50cN/dtexが好ましく、40cN/dtexがより好ましく、30cN/dtexがさらに好ましい。繊維強度が50cN/dtexを越えると、繊維のカッティングが困難になり、成形材料の生産性が低下するため好ましくない。 The fiber strength is preferably 50 cN/dtex, more preferably 40 cN/dtex, and even more preferably 30 cN/dtex. If the fiber strength exceeds 50 cN/dtex, it is not preferable because cutting of the fiber becomes difficult and the productivity of the molding material decreases.
有機繊維(B)の密度は、公知の密度測定(例えば、JIS L 1015:2010)により求めることができる。 The density of the organic fiber (B) can be determined by known density measurements (e.g., JIS L 1015:2010).
<熱可塑性樹脂(C)>
本発明において熱可塑性樹脂(C)は、成形品および成形材料を構成するマトリックス樹脂である。熱可塑性樹脂(C)としては、成形温度(溶融温度)が200~450℃であるものが好ましく、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ハロゲン化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリールスルホン樹脂、ポリアリールケトン樹脂、ポリアリーレンエーテル樹脂、ポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリアリールエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリーレンサルファイドスルフォン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。これらを2種以上用いることもできる。ポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレン樹脂が好ましい。
<Thermoplastic resin (C)>
In the present invention, the thermoplastic resin (C) is a matrix resin constituting the molded article and the molding material. The thermoplastic resin (C) is preferably one having a molding temperature (melting temperature) of 200 to 450°C, and examples thereof include polyolefin resin, polystyrene resin, polyamide resin, halogenated vinyl resin, polyacetal resin, saturated polyester resin, polycarbonate resin, polyarylsulfone resin, polyarylketone resin, polyarylene ether resin, polyarylene sulfide resin, polyaryletherketone resin, polyethersulfone resin, polyarylenesulfide sulfone resin, polyarylate resin, and polyamide resin. Two or more of these may be used. As the polyolefin resin, polypropylene resin is preferable.
前記熱可塑性樹脂(C)の中でも、軽量、かつ、力学特性や成形性のバランスに優れるポリプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリアリーレンサルファイド樹脂からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、汎用性に優れることから、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂がさらに好ましい。ポリプロピレン樹脂は、無変性のものであっても、変性されたものであってもよい。 Among the thermoplastic resins (C), at least one selected from the group consisting of polypropylene resin, polyamide resin, polycarbonate resin, and polyarylene sulfide resin is more preferable because it is lightweight and has an excellent balance between mechanical properties and moldability, and polypropylene resin and polycarbonate resin are even more preferable because they are highly versatile. The polypropylene resin may be unmodified or modified.
無変性のポリプロピレン樹脂としては、具体的には、プロピレンの単独重合体や、プロピレンとα-オレフィン、共役ジエン、非共役ジエンおよび他の熱可塑性単量体からなる群より選ばれる少なくとも1種の単量体との共重合体などが挙げられる。プロピレンの単独重合体は、成形品の剛性を向上させる観点から好ましい。プロピレンとα-オレフィン、共役ジエンおよび非共役ジエンからなる群より選ばれる少なくとも1種の単量体とのランダムまたはブロック共重合体は、成形品の衝撃特性をより向上させる観点から好ましい。 Specific examples of unmodified polypropylene resins include homopolymers of propylene and copolymers of propylene and at least one monomer selected from the group consisting of α-olefins, conjugated dienes, non-conjugated dienes, and other thermoplastic monomers. Propylene homopolymers are preferred from the viewpoint of improving the rigidity of molded articles. Random or block copolymers of propylene and at least one monomer selected from the group consisting of α-olefins, conjugated dienes, and non-conjugated dienes are preferred from the viewpoint of further improving the impact properties of molded articles.
また、変性ポリプロピレン樹脂としては、酸変性ポリプロピレン樹脂が好ましく、重合体鎖に結合したカルボン酸および/またはカルボン酸塩基を有する、酸変性ポリプロピレン樹脂がより好ましい。上記酸変性ポリプロピレン樹脂は、種々の方法で得ることができる。例えば、無変性のポリプロピレン樹脂に、中和されているか、中和されていないカルボン酸基を有する単量体、および/または、ケン化されているか、ケン化されていないカルボン酸エステル基を有する単量体を、グラフト重合することにより得ることができる。 As the modified polypropylene resin, an acid-modified polypropylene resin is preferable, and an acid-modified polypropylene resin having a carboxylic acid and/or a carboxylate group bonded to the polymer chain is more preferable. The acid-modified polypropylene resin can be obtained by various methods. For example, it can be obtained by graft polymerization of a monomer having a neutralized or non-neutralized carboxylic acid group and/or a monomer having a saponified or non-saponified carboxylate ester group onto an unmodified polypropylene resin.
ここで、中和されているか、中和されていないカルボン酸基を有する単量体、または、ケン化されているか、ケン化されていないカルボン酸エステル基を有する単量体としては、例えば、エチレン系不飽和カルボン酸、その無水物、エチレン系不飽和カルボン酸エステルなどが挙げられる。 Here, examples of monomers having a neutralized or unneutralized carboxylic acid group, or monomers having a saponified or unsaponified carboxylic acid ester group include ethylenically unsaturated carboxylic acids, their anhydrides, and ethylenically unsaturated carboxylic acid esters.
これらを2種以上用いることもできる。これらの中でも、エチレン系不飽和カルボン酸無水物類が好ましく、無水マレイン酸がより好ましい。 Two or more of these can be used. Among these, ethylenically unsaturated carboxylic acid anhydrides are preferred, and maleic anhydride is more preferred.
成形品の曲げ強度および引張強度をより向上させるためには、無変性ポリプロピレン樹脂と変性ポリプロピレン樹脂を共に用いることが好ましい。特に、難燃性と、曲げ強度および引張強度とのバランスの観点から、無変性ポリプロピレン樹脂と変性ポリプロピレン樹脂の重量比が95/5~75/25となるように用いることが好ましい。より好ましくは95/5~80/20、さらに好ましくは90/10~80/20である。 To further improve the bending strength and tensile strength of the molded product, it is preferable to use both unmodified and modified polypropylene resins. In particular, from the viewpoint of the balance between flame retardancy and bending strength and tensile strength, it is preferable to use unmodified and modified polypropylene resins in a weight ratio of 95/5 to 75/25. More preferably, it is 95/5 to 80/20, and even more preferably, 90/10 to 80/20.
ポリアミド樹脂とは、アミノ酸、ラクタム、あるいはジアミンとジカルボン酸を主たる原料とする樹脂である。 Polyamide resins are resins whose main raw materials are amino acids, lactams, or diamines and dicarboxylic acids.
耐熱性や強度に優れるという点から、200℃以上の融点を有するポリアミド樹脂が特に有用である。その具体例としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンアジパミドコポリマー(ナイロン6/66)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン612)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリカプロアミドコポリマー(ナイロン6T/6)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T)、ポリラウリルアミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン12T/6)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6I)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T/6I)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミド/ポリカプロアミドコポリマー(ナイロン66/6I/6)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/6I)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリドデカンアミドコポリマー(ナイロン6T/12)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリ(2-メチルペンタメチレン)テレフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/M5T)、ポリキシリレンアジパミド(ナイロンXD6)、ポリノナメチレンテレフタルアミド(ナイロン9T)およびこれらの共重合体などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、ナイロン6、ナイロン66がより好ましい。 Polyamide resins with a melting point of 200°C or higher are particularly useful because of their excellent heat resistance and strength. Specific examples thereof include polycaproamide (nylon 6), polyhexamethylene adipamide (nylon 66), polycaproamide/polyhexamethylene adipamide copolymer (nylon 6/66), polytetramethylene adipamide (nylon 46), polyhexamethylene sebacamide (nylon 610), polyhexamethylene dodecamide (nylon 612), polyhexamethylene terephthalamide/polycaproamide copolymer (nylon 6T/6), polyhexamethylene adipamide/polyhexamethylene terephthalamide copolymer (nylon 66/6T), polylaurylamide/polyhexamethylene terephthalamide copolymer (nylon 12T/6), polyhexamethylene adipamide/polyhexamethylene isophthalamide copolymer (nylon 66/6I), polyhexamethylene Examples of such copolymers include nylon 66/6T/6I, nylon 6T/6I/6I, nylon 6T/6I/6I, nylon 6T/6I/6I, nylon 6T/6I, nylon 6T/6I, nylon 6T/12, nylon 6T/12, poly(2-methylpentamethylene) terephthalamide/poly(nylon 6T/M5T), polyxylylene adipamide (nylon XD6), polynonamethylene terephthalamide (nylon 9T), and copolymers thereof. Two or more of these may be used. Of these, nylon 6 and nylon 66 are more preferable.
ポリカーボネート樹脂とは、二価フェノール類とカーボネート前駆体とを反応させて得られるものである。2種以上の二価フェノール類または2種以上のカーボネート前駆体を用いて得られる共重合体であってもよい。反応方法の一例として、界面重合法、溶融エステル交換法、カーボネートプレポリマーの固相エステル交換法、および環状カーボネート化合物の開環重合法などを挙げることができる。かかるポリカーボネート樹脂はそれ自体公知であり、例えば、特開2002-129027号公報に記載のポリカーボネート樹脂を使用できる。 Polycarbonate resins are obtained by reacting dihydric phenols with carbonate precursors. They may be copolymers obtained using two or more dihydric phenols or two or more carbonate precursors. Examples of reaction methods include interfacial polymerization, melt transesterification, solid-phase transesterification of carbonate prepolymers, and ring-opening polymerization of cyclic carbonate compounds. Such polycarbonate resins are known per se, and the polycarbonate resins described in JP-A-2002-129027 can be used, for example.
ポリカーボネート樹脂として、三菱エンジニアリングプラスチック(株)製“ユーピロン”(登録商標)、“ノバレックス”(登録商標)、帝人化成(株)製“パンライト”(登録商標)、出光石油化学(株)製“タフロン”(登録商標)などとして上市されているものを用いることもできる。 As polycarbonate resins, those available on the market such as "Iupilon" (registered trademark) and "Novarex" (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Corporation, "Panlite" (registered trademark) manufactured by Teijin Chemical Co., Ltd., and "Toughlon" (registered trademark) manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. can also be used.
ポリアリーレンサルファイド樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリフェニレンサルファイドスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイドケトン樹脂、これらのランダムまたはブロック共重合体などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。中でもポリフェニレンサルファイド樹脂が特に好ましく使用される。 Examples of polyarylene sulfide resins include polyphenylene sulfide (PPS) resins, polyphenylene sulfide sulfone resins, polyphenylene sulfide ketone resins, and random or block copolymers thereof. Two or more of these may be used. Of these, polyphenylene sulfide resins are particularly preferred.
ポリアリーレンサルファイド樹脂は、例えば、特公昭45-3368号公報に記載される比較的分子量の小さな重合体を得る方法、特公昭52-12240号公報や特開昭61-7332号公報に記載される比較的分子量の大きな重合体を得る方法など、任意の方法によって製造することができる。 Polyarylene sulfide resins can be produced by any method, such as the method for obtaining a polymer with a relatively small molecular weight described in JP-B-45-3368, or the method for obtaining a polymer with a relatively large molecular weight described in JP-B-52-12240 and JP-A-61-7332.
ポリアリーレンサルファイド樹脂として、東レ(株)製“トレリナ”(登録商標)、DIC(株)製“DIC.PPS”(登録商標)、ポリプラスチックス(株)製“ジュラファイド”(登録商標)などとして上市されているものを用いることもできる。 As polyarylene sulfide resins, those commercially available as "TORELINA" (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc., "DIC.PPS" (registered trademark) manufactured by DIC Corporation, and "DURAFIDE" (registered trademark) manufactured by Polyplastics Co., Ltd. can also be used.
<各成分の含有量>
本発明の成形品は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)を5~45重量部含む。炭素繊維(A)の含有量が5重量部未満であると、成形品の衝撃特性が低下する。炭素繊維(A)の含有量は、7重量部以上が好ましく、10重量部以上がより好ましい。一方、炭素繊維(A)の含有量が45重量部を超えると、繊維の分散性が低下するため、繊維同士の絡み合いが増加する。その結果、繊維折損が起きるため、繊維長が短くなり、衝撃特性が低下する。炭素繊維(A)の含有量は30重量部以下が好ましく、20重量部以下がより好ましく、15重量部以下がさらに好ましい。
<Content of each ingredient>
The molded article of the present invention contains 5 to 45 parts by weight of carbon fiber (A) per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). If the content of carbon fiber (A) is less than 5 parts by weight, the impact properties of the molded article are reduced. The content of carbon fiber (A) is preferably 7 parts by weight or more, more preferably 10 parts by weight or more. On the other hand, if the content of carbon fiber (A) exceeds 45 parts by weight, the dispersibility of the fibers is reduced, and the entanglement of the fibers increases. As a result, fiber breakage occurs, the fiber length is shortened, and the impact properties are reduced. The content of carbon fiber (A) is preferably 30 parts by weight or less, more preferably 20 parts by weight or less, and even more preferably 15 parts by weight or less.
本発明の成形品における有機繊維(B)の含有量は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、1~45重量部である。有機繊維(B)の含有量が1重量部未満である場合、成形品の衝撃特性が低下し、成形品の透過損失にも劣る。有機繊維(B)の含有量は3重量部以上が好ましい。一方、有機繊維(B)の含有量が45重量部を超える場合、繊維同士の絡み合いが増加し、成形品中における有機繊維(B)の分散性が低下し、成形品の衝撃特性の低下を引き起こすことが多い。有機繊維(B)の含有量は20重量部以下が好ましく、10重量部以下がより好ましい。 The content of organic fiber (B) in the molded article of the present invention is 1 to 45 parts by weight per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). If the content of organic fiber (B) is less than 1 part by weight, the impact properties of the molded article are reduced, and the transmission loss of the molded article is also poor. The content of organic fiber (B) is preferably 3 parts by weight or more. On the other hand, if the content of organic fiber (B) exceeds 45 parts by weight, the entanglement of the fibers increases, the dispersibility of organic fiber (B) in the molded article is reduced, and this often leads to a reduction in the impact properties of the molded article. The content of organic fiber (B) is preferably 20 parts by weight or less, more preferably 10 parts by weight or less.
本発明の成形品における熱可塑性樹脂(C)の含有量は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、10~94重量部である。熱可塑性樹脂(C)の含有量が10重量部未満の場合、成形品における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の繊維分散性が低下し、衝撃特性が低下する。熱可塑性樹脂(C)の含有量は30重量部以上が好ましい。一方、熱可塑性樹脂(C)の含有量が94重量部を超える場合、相対的に炭素繊維(A)、有機繊維(B)の含有量が少なくなるため、繊維による補強効果が低くなり、衝撃特性が低下する。熱可塑性樹脂(C)の含有量は85重量部以下が好ましく、75重量部以下がより好ましい。 The content of thermoplastic resin (C) in the molded product of the present invention is 10 to 94 parts by weight per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). If the content of thermoplastic resin (C) is less than 10 parts by weight, the fiber dispersion of carbon fiber (A) and organic fiber (B) in the molded product decreases, and the impact properties decrease. The content of thermoplastic resin (C) is preferably 30 parts by weight or more. On the other hand, if the content of thermoplastic resin (C) exceeds 94 parts by weight, the content of carbon fiber (A) and organic fiber (B) becomes relatively small, so the reinforcing effect of the fibers decreases and the impact properties decrease. The content of thermoplastic resin (C) is preferably 85 parts by weight or less, and more preferably 75 parts by weight or less.
<成形品の色調>
次に、本発明において、成形品の色調は、L*が20以下であることが好ましい。L*が20以下にすることで、成形品の表面は白色化が抑制されているため、外観品位が良く、高級感のある外観とすることができる。19以下がより好ましい。かかる成形品を得るための手段としては、後述する成形材料を用いる方法が挙げられる。なお、所望する外観品位発現のために、後述する成形材料を用いずに、着色剤を添加する手法もある。しかしながら、そのような手法を用いた場合は、外観品位が改善する一方で、マトリックス樹脂の靱性低下を招くため、機械強度が低下するため、外観品位と機械強度の両立が不可能となる。
<Color tone of molded product>
Next, in the present invention, the color tone of the molded article is preferably L * 20 or less. By making L* 20 or less, the surface of the molded article is suppressed from whitening, so that the appearance quality is good and the appearance can be made to have a high-class appearance. It is more preferable that it is 19 or less. As a means for obtaining such a molded article, a method using a molding material described later can be mentioned. In addition, in order to express the desired appearance quality, there is also a method of adding a colorant without using the molding material described later. However, when such a method is used, while the appearance quality is improved, the toughness of the matrix resin is reduced, and the mechanical strength is reduced, so that it is impossible to achieve both appearance quality and mechanical strength.
成形品のL*の測定は、射出成形によって得られた80mm×80mm×3mm厚の試験片について、分光色彩計(日本電飾工業株式会社性SD7000)を使用し、成形品表面の外観におけるL*を測定することができる。 The L * of the molded article can be measured using a spectrophotometer (SD7000 manufactured by Nippon Denshoku Kogyo Co., Ltd.) for a test piece of 80 mm x 80 mm x 3 mm thickness obtained by injection molding, and the L * of the appearance of the molded article surface can be measured.
<その他成分>
本発明の成形品は、本発明の目的を損なわない範囲で、前記(A)~(C)に加えて他の成分を含んでもよい。他の成分の例としては、熱硬化性樹脂、難燃剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、発泡剤、制泡剤、あるいは、カップリング剤などが挙げられる。また、例えば後述する成形材料に用いられる成分(D)を含んでいてもよい。
<Other ingredients>
The molded article of the present invention may contain other components in addition to the above (A) to (C) within the scope of the present invention. Examples of the other components include thermosetting resins, flame retardants, crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, vibration dampers, antibacterial agents, insect repellents, deodorants, coloring inhibitors, heat stabilizers, release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants, foaming agents, foam control agents, and coupling agents. In addition, the molded article of the present invention may contain, for example, component (D) used in the molding material described below.
着色防止剤としては、白色化を抑制するために一般的なカーボンブラックを添加する場合がある。成形品内部に含まれるカーボンブラック(J)の含有量は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、0.1~10重量部である。カーボンブラック(J)の含有量が0.1重量部未満である場合、成形品の色調が劣る。カーボンブラック(J)の含有量は、0.5重量部以上が好ましい。一方で、カーボンブラック(J)の含有量が、10重量部を超えると成形品が脆くなり、成形品の機械強度、特に衝撃強度が低下するため好ましくない。カーボンブラック(J)の含有量は、5重量部以下が好ましい。 As a coloring inhibitor, general carbon black may be added to suppress whitening. The content of carbon black (J) contained inside the molded product is 0.1 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). If the content of carbon black (J) is less than 0.1 part by weight, the color tone of the molded product is poor. The content of carbon black (J) is preferably 0.5 parts by weight or more. On the other hand, if the content of carbon black (J) exceeds 10 parts by weight, the molded product becomes brittle and the mechanical strength, especially impact strength, of the molded product decreases, which is not preferable. The content of carbon black (J) is preferably 5 parts by weight or less.
また、制振剤(K)としては、一般的なゴム質重合体を用いてよい。 In addition, a general rubber polymer may be used as the vibration damping agent (K).
ゴム質重合体は、ガラス転移温度が低い重合体を含有し、分子間の一部が共有結合、イオン結合、ファンデルワールス力、絡み合い等により、拘束されている重合体である。ゴム質重合体のガラス転移温度が25℃以下が好ましい。ゴム質重合体としては、例えばポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン-ブタジエンのランダム共重合体およびブロック共重合体、該ブロック共重合体の水素添加物、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、ブタジエン-イソプレン共重合体などのジエン系ゴム;エチレン-プロピレンのランダム共重合体およびブロック共重合体;エチレン-ブテンのランダム共重合体およびブロック共重合体;エチレンとα-オレフィンとの共重合体;エチレン-アクリル酸共重合体、エチレン-メタクリル酸共重合体などのエチレン-不飽和カルボン酸共重合体;エチレン-アクリル酸エステル、エチレン-メタクリル酸エステルなどのエチレン-不飽和カルボン酸エステル共重合体;不飽和カルボン酸の一部が金属塩である、エチレン-アクリル酸-アクリル酸金属塩、エチレン-メタクリル酸-メタクリル酸金属塩などのエチレン-不飽和カルボン酸-不飽和カルボン酸金属塩共重合体;アクリル酸エステル-ブタジエン共重合体、例えばブチルアクリレート-ブタジエン共重合体などのアクリル系弾性重合体;エチレン-酢酸ビニルなどのエチレンと脂肪酸ビニルとの共重合体;エチレン-プロピレン-エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン-プロピレン-ヘキサジエン共重合体などのエチレン-プロピレン非共役ジエン3元共重合体;ブチレン-イソプレン共重合体;塩素化ポリエチレン;ポリアミドエラストマー、ポリエステルエラストマーなどの熱可塑性エラストマーなどが好ましい例として挙げられる。 Rubbery polymers are polymers that contain polymers with low glass transition temperatures, and in which some of the intermolecular bonds are constrained by covalent bonds, ionic bonds, van der Waals forces, entanglements, etc. The glass transition temperature of the rubbery polymer is preferably 25°C or lower. Examples of rubbery polymers include diene rubbers such as polybutadiene, polyisoprene, random copolymers and block copolymers of styrene-butadiene, hydrogenated products of the block copolymers, acrylonitrile-butadiene copolymers, and butadiene-isoprene copolymers; random copolymers and block copolymers of ethylene-propylene; random copolymers and block copolymers of ethylene-butene; copolymers of ethylene and α-olefins; ethylene-unsaturated carboxylic acid copolymers such as ethylene-acrylic acid copolymers and ethylene-methacrylic acid copolymers; ethylene-unsaturated carboxylic acid ester copolymers such as ethylene-acrylic acid esters and ethylene-methacrylic acid esters; copolymers in which some of the unsaturated carboxylic acids are metals. Preferred examples of the salts include ethylene-unsaturated carboxylic acid-unsaturated carboxylic acid metal salt copolymers such as ethylene-acrylic acid-metal acrylic acid salts and ethylene-methacrylic acid-metal methacrylic acid salts; acrylic acid ester-butadiene copolymers, e.g., butyl acrylate-butadiene copolymers, and other acrylic elastic polymers; copolymers of ethylene and vinyl fatty acids, such as ethylene-vinyl acetate; ethylene-propylene-ethylidenenorbornene copolymers, ethylene-propylene-hexadiene copolymers, and other ethylene-propylene non-conjugated diene terpolymers; butylene-isoprene copolymers; chlorinated polyethylene; and thermoplastic elastomers, such as polyamide elastomers and polyester elastomers.
熱可塑性樹脂(C)としてポリアミド、またはポリプロピレンを用いる場合には、相溶性の観点から、エチレン-不飽和カルボン酸エステル共重合体またはエチレン-不飽和カルボン酸-不飽和カルボン酸金属塩共重合体が好ましく用いられる。 When polyamide or polypropylene is used as the thermoplastic resin (C), from the viewpoint of compatibility, an ethylene-unsaturated carboxylic acid ester copolymer or an ethylene-unsaturated carboxylic acid-unsaturated carboxylic acid metal salt copolymer is preferably used.
エチレン-不飽和カルボン酸エステル共重合体における不飽和カルボン酸エステルとしては、(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。不飽和カルボン酸エステルの具体的な例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸-2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ステアリル等の(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。ここで、「(メタ)アクリル酸」とは、「アクリル酸またはメタクリル酸」のことを意味する。 As the unsaturated carboxylate in the ethylene-unsaturated carboxylate copolymer, a (meth)acrylic acid ester is preferred. Specific examples of unsaturated carboxylate include (meth)acrylic acid esters such as methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, and stearyl (meth)acrylate. Here, "(meth)acrylic acid" means "acrylic acid or methacrylic acid."
共重合体中のエチレン成分と不飽和カルボン酸エステル成分の重量比は特に制限は無いが、好ましくは90/10~10/90、より好ましくは85/15~15/85の範囲である。 The weight ratio of the ethylene component to the unsaturated carboxylic acid ester component in the copolymer is not particularly limited, but is preferably in the range of 90/10 to 10/90, and more preferably 85/15 to 15/85.
エチレン-不飽和カルボン酸エステル共重合体の数平均分子量は特に制限されないが、流動性および機械的特性の観点から1000~70000の範囲が好ましい。 The number average molecular weight of the ethylene-unsaturated carboxylic acid ester copolymer is not particularly limited, but from the viewpoint of fluidity and mechanical properties, a range of 1,000 to 70,000 is preferable.
エチレン-不飽和カルボン酸-不飽和カルボン酸金属塩共重合体における不飽和カルボン酸の具体的な例としては、(メタ)アクリル酸などが挙げられる。不飽和カルボン酸金属塩としては、(メタ)アクリル酸金属塩などが挙げられる。不飽和カルボン酸金属塩の金属は、特に限定されないが、好ましくは、ナトリウムなどのアルカリ金属やマグネシウムなどのアルカリ土類金属、亜鉛などが挙げられる。 Specific examples of the unsaturated carboxylic acid in the ethylene-unsaturated carboxylic acid-metal salt of unsaturated carboxylic acid copolymer include (meth)acrylic acid. Examples of the metal salt of unsaturated carboxylic acid include metal salt of (meth)acrylic acid. The metal of the metal salt of unsaturated carboxylic acid is not particularly limited, but preferably includes alkali metals such as sodium, alkaline earth metals such as magnesium, zinc, etc.
エチレン-不飽和カルボン酸-不飽和カルボン酸金属塩共重合体中の不飽和カルボン酸成分と不飽和カルボン酸金属塩成分の重量比は特に制限されないが、好ましくは95/5~5/95、より好ましくは90/10~10/90の範囲である。 The weight ratio of the unsaturated carboxylic acid component and the unsaturated carboxylic acid metal salt component in the ethylene-unsaturated carboxylic acid-unsaturated carboxylic acid metal salt copolymer is not particularly limited, but is preferably in the range of 95/5 to 5/95, and more preferably 90/10 to 10/90.
エチレン-不飽和カルボン酸-不飽和カルボン酸金属塩共重合体の数平均分子量は特に制限されないが、流動性および機械的特性の観点から1000~70000の範囲が好ましい。 The number average molecular weight of the ethylene-unsaturated carboxylic acid-metal salt of unsaturated carboxylic acid copolymer is not particularly limited, but from the viewpoint of fluidity and mechanical properties, a range of 1,000 to 70,000 is preferable.
制振剤が含有する反応性官能基は、熱可塑性樹脂(C)中に存在する官能基と互いに反応するものであれば特に制限されないが、好ましくは、アミノ基、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、水酸基、エポキシ基、酸無水物基、イソシアネート基、メルカプト基、オキサゾリン基、スルホン酸基等から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。この中でもアミノ基、カルボキシル基、カルボキシル基の金属塩、エポキシ基、酸無水物基およびオキサゾリン基から選ばれる基は反応性が高く、しかも分解、架橋などの副反応が少ないため、より好ましく用いられる。 The reactive functional group contained in the vibration damping agent is not particularly limited as long as it reacts with the functional group present in the thermoplastic resin (C), but preferably includes at least one selected from the group consisting of amino groups, carboxyl groups, metal salts of carboxyl groups, hydroxyl groups, epoxy groups, acid anhydride groups, isocyanate groups, mercapto groups, oxazoline groups, and sulfonic acid groups. Among these, groups selected from the group consisting of amino groups, carboxyl groups, metal salts of carboxyl groups, epoxy groups, acid anhydride groups, and oxazoline groups are more preferably used because they are highly reactive and cause fewer side reactions such as decomposition and crosslinking.
酸無水物基をゴム質重合体に導入する場合、その方法としては、公知の技術で行うことができ、特に制限はないが、例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水エンディック酸、無水シトラコン酸、1-ブテン-3,4-ジカルボン酸無水物等の酸無水物とゴム質重合体の原料である単量体とを共重合する方法、酸無水物をゴム質重合体にグラフトさせる方法などを用いることができる。 When introducing an acid anhydride group into a rubbery polymer, the method can be carried out by known techniques and is not particularly limited. For example, a method of copolymerizing an acid anhydride such as maleic anhydride, itaconic anhydride, endic anhydride, citraconic anhydride, or 1-butene-3,4-dicarboxylic anhydride with a monomer that is the raw material of the rubbery polymer, or a method of grafting an acid anhydride onto a rubbery polymer can be used.
また、エポキシ基をゴム質重合体に導入する場合、その方法としては、公知の技術で行うことができ、特に制限はないが、例えば、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、エタクリル酸グリシジル、イタコン酸グリシジルなどのα,β-不飽和酸のグリシジルエステル化合物等のエポキシ基を有するビニル系単量体を、ゴム質重合体の原料である単量体と共重合する方法、エポキシ基を有する重合開始剤または連鎖移動剤を用いてゴム質重合体を重合する方法、エポキシ化合物をゴム質重合体にグラフトさせる方法などを用いることができる。制振剤(K)の含有量は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、5~30重量部である。制振剤(K)の含有量が5重量部未満である場合、成形品の透過損失が劣る。制振剤(K)の含有量は、10重量部以上が好ましく、15重量部以上がより好ましい。一方で、制振剤(K)の含有量が、30重量部を超えると成形品の色調が白身を帯びてしまい、成形品のL*が低下するため好ましくない。制振剤(K)の含有量は、25重量部以下が好ましい。 In addition, when an epoxy group is introduced into a rubber polymer, the method can be performed by a known technique and is not particularly limited. For example, a method of copolymerizing a vinyl monomer having an epoxy group, such as a glycidyl ester compound of an α,β-unsaturated acid such as glycidyl acrylate, glycidyl methacrylate, glycidyl ethacrylate, or glycidyl itaconate, with a monomer that is a raw material for the rubber polymer, a method of polymerizing a rubber polymer using a polymerization initiator or chain transfer agent having an epoxy group, or a method of grafting an epoxy compound to a rubber polymer can be used. The content of the vibration damping agent (K) is 5 to 30 parts by weight relative to a total of 100 parts by weight of the carbon fiber (A), the organic fiber (B), and the thermoplastic resin (C). If the content of the vibration damping agent (K) is less than 5 parts by weight, the transmission loss of the molded product is inferior. The content of the vibration damping agent (K) is preferably 10 parts by weight or more, more preferably 15 parts by weight or more. On the other hand, if the content of the vibration damping agent (K) exceeds 30 parts by weight, the color tone of the molded article becomes whitish and the L * of the molded article decreases, which is not preferable. The content of the vibration damping agent (K) is preferably 25 parts by weight or less.
<重量平均繊維長>
本発明の成形品は、成形品中における前記炭素繊維(A)の重量平均繊維長(Lwa)が0.3mm以上1.5mm以下である。炭素繊維(A)の平均繊維長(Lwa)が0.3mm未満の場合、成形品の曲げ強度および衝撃特性向上効果が奏しにくい。Lwaは0.4mm以上が好ましく、0.5mm以上がさらに好ましく、0.7mm以上が最も好ましい。一方、重量平均繊維長(Lwa)が1.5mmを超える場合、炭素繊維(A)同士の単糸間での絡み合いが抑制されにくくなり、分散性が向上しにくいため、成形品の曲げ強度向上効果が奏しにくい。Lwaは1.3mm以下が好ましく、1mm以下がさらに好ましい。
<Weight average fiber length>
In the molded article of the present invention, the weight average fiber length (L wa ) of the carbon fiber (A) in the molded article is 0.3 mm or more and 1.5 mm or less. When the average fiber length (L wa ) of the carbon fiber (A) is less than 0.3 mm, the effect of improving the bending strength and impact properties of the molded article is difficult to achieve. L wa is preferably 0.4 mm or more, more preferably 0.5 mm or more, and most preferably 0.7 mm or more. On the other hand, when the weight average fiber length (L wa ) exceeds 1.5 mm, the entanglement between the single yarns of the carbon fiber (A) is difficult to suppress, and the dispersibility is difficult to improve, so that the effect of improving the bending strength of the molded article is difficult to achieve. L wa is preferably 1.3 mm or less, and more preferably 1 mm or less.
また、本発明の成形品は、成形品中における前記有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwb)が2mm以上10mm以下である。有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwb)が2mm未満の場合、成形品における有機繊維(B)の補強効果が奏しにくく、衝撃特性に劣り、さらに透過損失が低くなり、静音性に劣る。Lwbは3mm以上が好ましい。一方で、平均繊維長(Lwb)が10mmを超える場合、有機繊維(B)同士の単糸間での絡み合いが抑制されにくく分散性が向上しにくいため、成形品の衝撃特性に劣る。Lwbは8mm以下がより好ましく、7mm以下がさらに好ましい。有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwb)を前述した範囲にすることで、有機繊維の単糸同士の絡み合いが抑制され、有機繊維(B)が湾曲しつつも繊維が分散した状態で存在する。その結果、成形品が破壊される際のクラック進展が一方向ではなくなり、より多くの衝撃エネルギーを吸収できるようになるため、成形品の衝撃強度が向上する。また、透過損失についても同様であり、同様に有機繊維(B)のLwbを前述の範囲にすることで、成形品内部を通ろうとする音の波を遮断する範囲が広くなるため、成形品の静音性が向上する。 In addition, the molded article of the present invention has a weight average fiber length (L wb ) of the organic fiber (B) in the molded article of 2 mm or more and 10 mm or less. When the weight average fiber length (L wb ) of the organic fiber (B) is less than 2 mm, the reinforcing effect of the organic fiber (B) in the molded article is difficult to achieve, the impact properties are poor, the transmission loss is low, and the quietness is poor. L wb is preferably 3 mm or more. On the other hand, when the average fiber length (L wb ) exceeds 10 mm, the entanglement between the single yarns of the organic fiber (B) is difficult to suppress and the dispersibility is difficult to improve, so that the impact properties of the molded article are poor. L wb is more preferably 8 mm or less, and even more preferably 7 mm or less. By setting the weight average fiber length (L wb ) of the organic fiber (B) in the above-mentioned range, the entanglement between the single yarns of the organic fiber is suppressed, and the organic fiber (B) exists in a state in which the fibers are dispersed while being curved. As a result, the cracks do not propagate in one direction when the molded article is broken, and the molded article can absorb more impact energy, improving its impact strength. The same is true for the transmission loss. By setting the Lwb of the organic fiber (B) within the above range, the range in which sound waves passing through the molded article are blocked is broadened, improving the noise reduction of the molded article.
ここで、本発明における「重量平均繊維長」とは、単純に数平均を取るのではなく、重量平均分子量の算出方法を繊維長の算出に適用し、繊維長の寄与を考慮した下記の式から算出される平均繊維長を指す。ただし、下記の式は、炭素繊維(A)や有機繊維(B)の繊維径および密度が一定の場合に適用される。
重量平均繊維長=Σ(Mi2×Ni)/Σ(Mi×Ni)
Mi:繊維長(mm)
Ni:繊維長Miの強化繊維の個数。
Here, the "weight average fiber length" in the present invention refers to an average fiber length calculated from the following formula, which does not simply take a number average but applies the calculation method for the weight average molecular weight to the calculation of the fiber length and takes into account the contribution of the fiber length, provided that the following formula is applicable when the fiber diameter and density of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) are constant.
Weight average fiber length=Σ( Mi2 ×Ni)/Σ(Mi×Ni)
Mi: fiber length (mm)
Ni: number of reinforcing fibers of fiber length Mi.
上記重量平均繊維長の測定は、次の方法により行うことができる。ISO型ダンベル試験片を200~300℃に設定したホットステージの上にガラス板間に挟んだ状態で加熱し、フィルム状にして均一分散させる。繊維が均一分散したフィルムを、光学顕微鏡(50~200倍)にて観察する。無作為に選んだ1000本の炭素繊維(A)および有機繊維(B)の繊維長を計測して、上記式から炭素繊維(A)の重量平均繊維長(Lwa)および有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwb)を算出する。 The weight average fiber length can be measured by the following method. The ISO dumbbell test piece is sandwiched between glass plates and heated on a hot stage set at 200 to 300°C, and uniformly dispersed in a film. The film in which the fibers are uniformly dispersed is observed under an optical microscope (50 to 200 times). The fiber lengths of 1,000 randomly selected carbon fibers (A) and organic fibers (B) are measured, and the weight average fiber length (L wa ) of the carbon fibers (A) and the weight average fiber length (L wb ) of the organic fibers (B) are calculated from the above formula.
なお、成形品中における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の重量平均繊維長は、例えば、成形条件などにより調整することができる。かかる成形条件としては、例えば、射出成形の場合、背圧や保圧力などの圧力条件、射出時間や保圧時間などの時間条件、シリンダー温度や金型温度などの温度条件などが挙げられる。具体的には、有機繊維(B)が炭素繊維(A)に比べて柔軟で折損しにくいことを利用して、背圧などの圧力条件を適度に増加させることでシリンダー内での剪断力を適度に高め、炭素繊維(A)の平均繊維長を有機繊維(B)に比べて短くする。また、射出時間を適度に短くすることで射出時の剪断力を適度に高くし、炭素繊維(A)の平均繊維長を有機繊維(B)に比べて短くしてもよい。さらにシリンダー温度や金型温度などの温度を適度に下げれば、流動する樹脂の粘度が上がり、剪断力を高めることができるため、このような方法により炭素繊維(A)の平均繊維長を有機繊維(B)に比べて短くすることもできる。本発明においては、上記のように条件を適宜変更することにより、成形品中における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の平均繊維長を所望の範囲とすることができる。中でも、特に背圧条件や射出時間の制御で剪断力を調整することが特に有効である。ただし、繊維に作用する剪断力を必要以上に高めすぎると、炭素繊維(A)のみならず有機繊維(B)の平均繊維長も短くなるので、注意が必要である。 The weight average fiber length of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) in the molded product can be adjusted, for example, by the molding conditions. In the case of injection molding, for example, such molding conditions include pressure conditions such as back pressure and dwell pressure, time conditions such as injection time and dwell time, and temperature conditions such as cylinder temperature and mold temperature. Specifically, by taking advantage of the fact that the organic fiber (B) is more flexible and less likely to break than the carbon fiber (A), the pressure conditions such as back pressure are increased appropriately to appropriately increase the shear force in the cylinder, and the average fiber length of the carbon fiber (A) is made shorter than that of the organic fiber (B). In addition, the injection time may be appropriately shortened to appropriately increase the shear force during injection, and the average fiber length of the carbon fiber (A) may be made shorter than that of the organic fiber (B). Furthermore, by appropriately lowering the temperature such as the cylinder temperature and mold temperature, the viscosity of the flowing resin increases, and the shear force can be increased, so that the average fiber length of the carbon fiber (A) can be made shorter than that of the organic fiber (B) by such a method. In the present invention, the average fiber length of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) in the molded product can be adjusted to the desired range by appropriately changing the conditions as described above. Among these, it is particularly effective to adjust the shear force by controlling the back pressure conditions and injection time. However, care must be taken because if the shear force acting on the fibers is increased more than necessary, the average fiber length of not only the carbon fiber (A) but also the organic fiber (B) will be shortened.
また本発明においては、後述する成形材料を用いることにより、炭素繊維(A)の重量平均繊維長(Lwa)および有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwb)を上記範囲にすることもできる。 In the present invention, the weight average fiber length (L wa ) of the carbon fiber (A) and the weight average fiber length (L wb ) of the organic fiber (B) can be set within the above ranges by using a molding material described later.
<成形材料>
次に、本発明の成形材料の形態について説明する。なお、本発明において「成形材料」とは、成形品を射出成形などで成形する際に用いる原材料を意味する。
<Molding material>
Next, the form of the molding material of the present invention will be described. In the present invention, the "molding material" means a raw material used when molding a molded article by injection molding or the like.
本発明においては、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)、および200℃における溶融粘度が熱可塑性樹脂(C)より低い成分(D)を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形材料であって、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)、および成分(D)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)を5~45重量部、有機繊維(B)を1~45重量部、熱可塑性樹脂(C)を10~93重量部、および成分(D)を1~20重量部含む繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を、本発明の成形品を得るための成形材料として好適に用いることができる。かかる成形材料の具体的な形状は、後述するが、例えば図1~図4に示すような断面を有する柱状体を例示できる。図1~図3は炭素繊維(A)と有機繊維(B)とからなる繊維束の周囲に、成分Dを含む熱可塑性樹脂(C)が配された態様(成分Dと熱可塑性樹脂(C)とに明確な境界が存在しない態様)、そして図4は、炭素繊維(A)と有機繊維(B)とからなる繊維束の周囲に成分(D)が配され、さらにその外周に熱可塑性樹脂(C)が配された態様を示している。 In the present invention, a fiber-reinforced thermoplastic resin molding material containing carbon fiber (A), organic fiber (B), thermoplastic resin (C), and component (D) having a melt viscosity at 200 ° C. lower than that of thermoplastic resin (C), and containing 5 to 45 parts by weight of carbon fiber (A), 1 to 45 parts by weight of organic fiber (B), 10 to 93 parts by weight of thermoplastic resin (C), and 1 to 20 parts by weight of component (D) per 100 parts by weight of carbon fiber (A), organic fiber (B), thermoplastic resin (C), and component (D) in total, can be suitably used as a molding material for obtaining the molded product of the present invention. The specific shape of such a molding material will be described later, but examples include a columnar body having a cross section as shown in Figures 1 to 4. Figures 1 to 3 show an embodiment in which a thermoplastic resin (C) containing component D is arranged around a fiber bundle made of carbon fiber (A) and organic fiber (B) (an embodiment in which there is no clear boundary between component D and thermoplastic resin (C)), and Figure 4 shows an embodiment in which component (D) is arranged around a fiber bundle made of carbon fiber (A) and organic fiber (B), and thermoplastic resin (C) is further arranged around the outer periphery of that.
本発明の成形材料は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)および成分(D)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)を5~45重量部含む。炭素繊維(A)の含有量が5重量部未満であると、成形品の衝撃特性が低下する。炭素繊維(A)の含有量は、7重量部以上が好ましく、10重量部以上がより好ましい。一方、炭素繊維(A)の含有量が45重量部を超えると、繊維の分散性が低下するため、繊維同士の絡み合いが増加する。その結果、繊維折損が起きるため、繊維長が短くなり、衝撃特性が低下する。炭素繊維(A)の含有量は30重量部以下が好ましく、20重量部以下がより好ましく、15重量部以下がさらに好ましい。 The molding material of the present invention contains 5 to 45 parts by weight of carbon fiber (A) per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), organic fiber (B), thermoplastic resin (C) and component (D). If the content of carbon fiber (A) is less than 5 parts by weight, the impact properties of the molded product will be reduced. The content of carbon fiber (A) is preferably 7 parts by weight or more, more preferably 10 parts by weight or more. On the other hand, if the content of carbon fiber (A) exceeds 45 parts by weight, the dispersion of the fibers will decrease, and the entanglement of the fibers will increase. As a result, fiber breakage will occur, the fiber length will be shortened, and the impact properties will be reduced. The content of carbon fiber (A) is preferably 30 parts by weight or less, more preferably 20 parts by weight or less, and even more preferably 15 parts by weight or less.
本発明の成形品における有機繊維(B)の含有量は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)および成分(D)の合計100重量部に対して、1~45重量部である。有機繊維(B)の含有量が1重量部未満である場合、成形品の衝撃特性が低下し、成形品の透過損失にも劣る。有機繊維(B)の含有量は3重量部以上が好ましい。一方、有機繊維(B)の含有量が45重量部を超える場合、繊維同士の絡み合いが増加し、成形品中における有機繊維(B)の分散性が低下し、成形品の衝撃特性の低下を引き起こすことが多い。有機繊維(B)の含有量は20重量部以下が好ましく、10重量部以下がより好ましい。 The content of organic fiber (B) in the molded article of the present invention is 1 to 45 parts by weight per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), organic fiber (B), thermoplastic resin (C) and component (D). If the content of organic fiber (B) is less than 1 part by weight, the impact properties of the molded article are reduced, and the transmission loss of the molded article is also poor. The content of organic fiber (B) is preferably 3 parts by weight or more. On the other hand, if the content of organic fiber (B) exceeds 45 parts by weight, the entanglement of the fibers increases, the dispersibility of organic fiber (B) in the molded article is reduced, and this often leads to a reduction in the impact properties of the molded article. The content of organic fiber (B) is preferably 20 parts by weight or less, more preferably 10 parts by weight or less.
本発明の成形品における熱可塑性樹脂(C)の含有量は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、、熱可塑性樹脂(C)および成分(D)の合計100重量部に対して、10~93重量部である。熱可塑性樹脂(C)の含有量が10重量部未満の場合、成形品における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の繊維分散性が低下し、衝撃特性が低下する。熱可塑性樹脂(C)の含有量は30重量部以上が好ましい。一方、熱可塑性樹脂(C)の含有量が93重量部を超える場合、相対的に炭素繊維(A)、有機繊維(B)の含有量が少なくなるため、繊維による補強効果が低くなり、衝撃特性が低下する。熱可塑性樹脂(C)の含有量は84重量部以下が好ましく、74重量部以下がより好ましい。 The content of thermoplastic resin (C) in the molded product of the present invention is 10 to 93 parts by weight per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), organic fiber (B), thermoplastic resin (C) and component (D). If the content of thermoplastic resin (C) is less than 10 parts by weight, the fiber dispersion of carbon fiber (A) and organic fiber (B) in the molded product decreases, and the impact properties decrease. The content of thermoplastic resin (C) is preferably 30 parts by weight or more. On the other hand, if the content of thermoplastic resin (C) exceeds 93 parts by weight, the content of carbon fiber (A) and organic fiber (B) becomes relatively small, so the reinforcing effect of the fibers decreases and the impact properties decrease. The content of thermoplastic resin (C) is preferably 84 parts by weight or less, and more preferably 74 parts by weight or less.
成形材料における、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)としては、本発明の成形品について先に説明した(A)~(C)を用いることができ、本発明の成形品について他の成分として例示したものを含有することもできる。また、それらの効果も先に説明したとおりである。ただし、炭素繊維(A)および有機繊維(B)は、それぞれ、成形前の段階である成形材料において束になっていてもよく、また、後述するように、その繊維を含む成形材料としての長さと実質的に同じ長さであることが好ましい。 The carbon fibers (A), organic fibers (B), and thermoplastic resin (C) in the molding material may be (A) to (C) as described above for the molded product of the present invention, and may also contain other components as exemplified for the molded product of the present invention. The effects of these are also as described above. However, the carbon fibers (A) and organic fibers (B) may each be bundled in the molding material before molding, and as described below, they preferably have substantially the same length as the molding material containing the fibers.
200℃における溶融粘度が熱可塑性樹脂(C)より低い成分(D)は、低分子量である場合が多く、常温においては通常比較的脆く破砕しやすい固体であったり、液体であることが多い。成分(D)は低分子量であるため、高流動性であり、炭素繊維(A)と有機繊維(B)の熱可塑性樹脂(C)内への分散効果を高めることができる。成分(D)としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、環状ポリアリーレンサルファイド樹脂などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。成分(D)としては、熱可塑性樹脂(C)との親和性の高いものが好ましい。熱可塑性樹脂(C)との親和性の高い成分(D)を選択することにより、成形材料の製造時や成形時に、熱可塑性樹脂(C)と効率良く相溶するため、炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。 Component (D), which has a lower melt viscosity at 200°C than thermoplastic resin (C), often has a low molecular weight and is usually a relatively brittle and easily crushed solid or liquid at room temperature. Since component (D) has a low molecular weight, it has high fluidity and can enhance the dispersion effect of carbon fiber (A) and organic fiber (B) in thermoplastic resin (C). Examples of component (D) include epoxy resin, phenol resin, terpene resin, and cyclic polyarylene sulfide resin. Two or more of these may be contained. Component (D) is preferably one that has a high affinity with thermoplastic resin (C). By selecting component (D) that has a high affinity with thermoplastic resin (C), it is efficiently compatible with thermoplastic resin (C) during the production of the molding material and during molding, and therefore the dispersibility of carbon fiber (A) and organic fiber (B) can be further improved.
成分(D)は、熱可塑性樹脂(C)との組み合わせに応じて適宜選択される。例えば、成形温度が150℃~270℃の範囲であれば、テルペン樹脂が好適に用いられる。成形温度が270℃~320℃の範囲であれば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、環状ポリアリーレンサルファイド樹脂が好適に用いられる。具体的に、熱可塑性樹脂(C)がポリプロピレン樹脂である場合は、成分(D)はテルペン樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂(C)がポリカーボネート樹脂やポリアリーレンサルファイド樹脂である場合は、成分(D)はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、環状ポリアリーレンサルファイド樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂(C)がポリアミド樹脂である場合は、成分(D)はテルペンフェノール樹脂が好ましい。 Component (D) is appropriately selected depending on the combination with thermoplastic resin (C). For example, if the molding temperature is in the range of 150°C to 270°C, terpene resin is preferably used. If the molding temperature is in the range of 270°C to 320°C, epoxy resin, phenol resin, and cyclic polyarylene sulfide resin are preferably used. Specifically, if the thermoplastic resin (C) is a polypropylene resin, component (D) is preferably a terpene resin. If the thermoplastic resin (C) is a polycarbonate resin or a polyarylene sulfide resin, component (D) is preferably an epoxy resin, a phenol resin, or a cyclic polyarylene sulfide resin. If the thermoplastic resin (C) is a polyamide resin, component (D) is preferably a terpene phenol resin.
成分(D)の200℃における溶融粘度は、0.01~10Pa・sが好ましい。200℃における溶融粘度が0.01Pa・s以上であれば、成分(D)を起点とする破壊をより抑制し、成形品の衝撃特性をより向上させることができる。溶融粘度は、0.05Pa・s以上がより好ましく、0.1Pa・s以上がさらに好ましい。一方、200℃における溶融粘度が10Pa・s以下であれば、成分(D)を炭素繊維(A)および有機繊維(B)の内部まで含浸させやすい。このため、本発明の成形材料を成形する際、炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。溶融粘度は、5Pa・s以下が好ましく、2Pa・s以下がより好ましい。ここで、熱可塑性樹脂(C)および成分(D)の200℃における溶融粘度は、40mmのパラレルプレートを用いて、0.5Hzにて、粘弾性測定器により測定することができる。 The melt viscosity of component (D) at 200°C is preferably 0.01 to 10 Pa·s. If the melt viscosity at 200°C is 0.01 Pa·s or more, the destruction originating from component (D) can be further suppressed, and the impact properties of the molded product can be further improved. The melt viscosity is more preferably 0.05 Pa·s or more, and even more preferably 0.1 Pa·s or more. On the other hand, if the melt viscosity at 200°C is 10 Pa·s or less, component (D) can be easily impregnated into the inside of carbon fiber (A) and organic fiber (B). Therefore, when molding the molding material of the present invention, the dispersibility of carbon fiber (A) and organic fiber (B) can be further improved. The melt viscosity is preferably 5 Pa·s or less, and more preferably 2 Pa·s or less. Here, the melt viscosity at 200°C of thermoplastic resin (C) and component (D) can be measured by a viscoelasticity measuring instrument at 0.5 Hz using a 40 mm parallel plate.
なお、後述のとおり、本発明の成形材料を製造するにあたっては、炭素繊維(A)および有機繊維(B)に成分(D)を付着させて一旦複合繊維束(E)を得ることが好ましいが、成分(D)を供給する際の溶融温度(溶融バス内の温度)は100~300℃が好ましい。そこで、成分(D)の炭素繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性の指標として、成分(D)の200℃における溶融粘度に着目した。200℃における溶融粘度が上記の好ましい範囲であれば、かかる好ましい溶融温度範囲において、炭素繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性に優れるため、成形品における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させ、成形品の力学特性、特に衝撃特性をより向上させることができる。 As described below, in producing the molding material of the present invention, it is preferable to first obtain a composite fiber bundle (E) by attaching component (D) to carbon fiber (A) and organic fiber (B), and the melting temperature (temperature in the melt bath) when supplying component (D) is preferably 100 to 300°C. Therefore, we focused on the melt viscosity of component (D) at 200°C as an index of the impregnation of carbon fiber (A) and organic fiber (B) with component (D). If the melt viscosity at 200°C is in the above-mentioned preferred range, the impregnation of carbon fiber (A) and organic fiber (B) is excellent in such a preferred melting temperature range, and the dispersibility of carbon fiber (A) and organic fiber (B) in the molded product can be further improved, and the mechanical properties, especially the impact properties, of the molded product can be further improved.
成分(D)の数平均分子量は、200~50,000が好ましい。数平均分子量が200以上であれば、成形品の力学特性、特に衝撃特性をより向上させることができる。数平均分子量は1,000以上がより好ましい。また、数平均分子量が50,000以下であれば、成分(D)の粘度が適度に低いことから、成形品中に含まれる炭素繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性に優れ、成形品中における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。数平均分子量は3,000以下がより好ましい。なお、かかる化合物の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。 The number average molecular weight of component (D) is preferably 200 to 50,000. If the number average molecular weight is 200 or more, the mechanical properties, especially the impact properties, of the molded article can be further improved. The number average molecular weight is more preferably 1,000 or more. Furthermore, if the number average molecular weight is 50,000 or less, the viscosity of component (D) is appropriately low, so that the impregnation of the carbon fiber (A) and organic fiber (B) contained in the molded article is excellent, and the dispersibility of the carbon fiber (A) and organic fiber (B) in the molded article can be further improved. The number average molecular weight is more preferably 3,000 or less. The number average molecular weight of such a compound can be measured using gel permeation chromatography (GPC).
成分(D)は、成形温度における10℃/分昇温(空気中)における加熱減量が5重量%以下であることが好ましい。より好ましくは3重量%以下である。かかる加熱減量が5重量%以下の場合、炭素繊維(A)および有機繊維(B)へ含浸した際に分解ガスの発生を抑制することができ、成形した際にボイドの発生を抑制することができる。また、特に高温における成形において、ガスの発生を抑制することができる。 It is preferable that component (D) has a heat loss of 5% or less by weight when heated at a rate of 10°C/min (in air) at the molding temperature. More preferably, it is 3% or less by weight. When the heat loss is 5% or less by weight, the generation of decomposition gas can be suppressed when impregnated into carbon fiber (A) and organic fiber (B), and the generation of voids can be suppressed during molding. Furthermore, the generation of gas can be suppressed, particularly during molding at high temperatures.
なお、本発明における加熱減量とは、加熱前の成分(D)の重量を100%とし、前記加熱条件における加熱前後での成分(D)の重量減量率を表し、下記式により求めることができる。加熱前後の重量は、白金サンプルパンを用いて、空気雰囲気下、昇温速度10℃/分の条件にて、成形温度における重量を熱重量分析(TGA)により測定することにより求めることができる。
加熱減量[重量%]={(加熱前重量-加熱後重量)/加熱前重量}×100。
In the present invention, the heat loss refers to the weight loss rate of component (D) before and after heating under the above heating conditions, with the weight of component (D) before heating being taken as 100%, and can be calculated by the following formula: The weight before and after heating can be determined by measuring the weight at the molding temperature by thermogravimetric analysis (TGA) using a platinum sample pan under conditions of an air atmosphere and a heating rate of 10° C./min.
Loss on heating [wt %]={(weight before heating−weight after heating)/weight before heating}×100.
また、成分(D)の200℃における2時間加熱後の溶融粘度変化率は、2%以下であることが好ましい。溶融粘度変化率を2%以下にすることで、長時間にわたり複合繊維束(E)を製造する場合においても、付着ムラなどを抑制し、複合繊維束(E)を安定して製造することができる。溶融粘度変化率は、1.5%以下がより好ましく、1.3%以下がさらに好ましい。 In addition, it is preferable that the melt viscosity change rate of component (D) after heating at 200°C for 2 hours is 2% or less. By keeping the melt viscosity change rate at 2% or less, even when the composite fiber bundle (E) is produced over a long period of time, uneven adhesion and the like can be suppressed, and the composite fiber bundle (E) can be produced stably. The melt viscosity change rate is more preferably 1.5% or less, and even more preferably 1.3% or less.
ここで、成分(D)の溶融粘度変化率は、次の方法により求めることができる。まず、40mmのパラレルプレートを用いて、0.5Hzにて、粘弾性測定器により200℃における溶融粘度を測定する。また、成分(D)を200℃の熱風乾燥機に2時間静置した後、同様に200℃における溶融粘度を測定し、下記式により粘度変化率を算出する。
溶融粘度変化率[%]={|(200℃にて2時間加熱前の200℃における溶融粘度-200℃にて2時間加熱後の200℃における溶融粘度)|/(200℃にて2時間加熱前の200℃における溶融粘度)}×100。
The melt viscosity change rate of component (D) can be determined by the following method. First, a 40 mm parallel plate is used to measure the melt viscosity at 200° C. at 0.5 Hz with a viscoelasticity measuring device. After component (D) is left to stand in a hot air dryer at 200° C. for 2 hours, the melt viscosity at 200° C. is similarly measured, and the viscosity change rate is calculated by the following formula:
Melt viscosity change rate [%] = {| (melt viscosity at 200 ° C before heating at 200 ° C for 2 hours - melt viscosity at 200 ° C after heating at 200 ° C for 2 hours) | / (melt viscosity at 200 ° C before heating at 200 ° C for 2 hours)} × 100.
本発明において、成分(D)として好ましく用いられるエポキシ樹脂とは、2つ以上のエポキシ基を有する化合物であって、実質的に硬化剤が含まれておらず、加熱しても、いわゆる三次元架橋による硬化をしないものをいう。エポキシ樹脂は、エポキシ基を有することにより、炭素繊維(A)および有機繊維(B)と相互作用しやすくなる。そのため含浸時に複合繊維束(E)を構成する炭素繊維(A)および有機繊維(B)と馴染みやすく、また、成形加工時の炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性がより向上する。 In the present invention, the epoxy resin preferably used as component (D) is a compound having two or more epoxy groups, substantially does not contain a curing agent, and does not cure by so-called three-dimensional crosslinking even when heated. The epoxy resin has epoxy groups, which makes it easier to interact with the carbon fiber (A) and the organic fiber (B). Therefore, it is more compatible with the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) that make up the composite fiber bundle (E) during impregnation, and the dispersibility of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) during molding is further improved.
ここで、成分(D)として好ましく用いられるエポキシ樹脂としては、例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。 Here, examples of epoxy resins that are preferably used as component (D) include glycidyl ether type epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins, glycidyl amine type epoxy resins, and alicyclic epoxy resins. Two or more of these may be used.
中でも、粘度と耐熱性のバランスに優れるため、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂がより好ましい。 Among these, glycidyl ether type epoxy resins are preferred because they have an excellent balance between viscosity and heat resistance, and bisphenol A type epoxy resins and bisphenol F type epoxy resins are more preferred.
また、成分(D)として用いられるエポキシ樹脂の数平均分子量は、200~5000であることが好ましい。エポキシ樹脂の数平均分子量が200以上であれば、成形品の力学特性をより向上させることができる。800以上がより好ましく、1000以上がさらに好ましい。一方、エポキシ樹脂の数平均分子量が5000以下であれば、複合繊維束(E)を構成する炭素繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性に優れ、成形品における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。数平均分子量は、4000以下がより好ましく、3000以下がさらに好ましい。なお、エポキシ樹脂の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。 The number average molecular weight of the epoxy resin used as component (D) is preferably 200 to 5000. If the number average molecular weight of the epoxy resin is 200 or more, the mechanical properties of the molded product can be further improved. 800 or more is more preferable, and 1000 or more is even more preferable. On the other hand, if the number average molecular weight of the epoxy resin is 5000 or less, the impregnation of the carbon fiber (A) and organic fiber (B) constituting the composite fiber bundle (E) is excellent, and the dispersibility of the carbon fiber (A) and organic fiber (B) in the molded product can be further improved. The number average molecular weight is more preferably 4000 or less, and even more preferably 3000 or less. The number average molecular weight of the epoxy resin can be measured using gel permeation chromatography (GPC).
また、テルペン樹脂としては、例えば、有機溶媒中でフリーデルクラフツ型触媒存在下、テルペン単量体を、必要に応じて芳香族単量体等と重合して得られる重合体または共重合体などが挙げられる。 Examples of terpene resins include polymers or copolymers obtained by polymerizing a terpene monomer, if necessary with an aromatic monomer, in an organic solvent in the presence of a Friedel-Crafts catalyst.
特に、テルペン単量体としては、α-ピネン、β-ピネン、ジペンテン、d-リモネンが熱可塑性樹脂(C)との相溶性に優れるため好ましく、さらに、これらのテルペン単量体の単独重合体がより好ましい。 In particular, α-pinene, β-pinene, dipentene, and d-limonene are preferred as terpene monomers because they have excellent compatibility with the thermoplastic resin (C), and homopolymers of these terpene monomers are even more preferred.
また、これらテルペン樹脂を水素添加処理して得られる水素化テルペン樹脂や、テルペン単量体とフェノール類を、触媒存在下で反応させて得られるテルペンフェノール樹脂を用いることもできる。ここで、フェノール類としては、フェノールのベンゼン環上に、アルキル基、ハロゲン原子および水酸基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を1~3個有するものが好ましく用いられる。これらの中でも、フェノールおよびクレゾールが好ましい。これらの中でも、水素化テルペン樹脂が、熱可塑性樹脂(C)、特にポリプロピレン樹脂との相溶性により優れるため好ましい。 It is also possible to use hydrogenated terpene resins obtained by hydrogenating these terpene resins, and terpene phenol resins obtained by reacting a terpene monomer with a phenol in the presence of a catalyst. Here, the phenols preferably have 1 to 3 substituents on the benzene ring of the phenol, at least one of which is selected from the group consisting of an alkyl group, a halogen atom, and a hydroxyl group. Of these, phenol and cresol are preferred. Of these, hydrogenated terpene resins are preferred because they have better compatibility with thermoplastic resins (C), particularly polypropylene resins.
また、テルペン樹脂のガラス転移温度は、特に限定しないが、30~100℃であることが好ましい。ガラス転移温度が30℃以上であると、成形加工時に成分(D)の取扱性に優れる。また、ガラス転移温度が100℃以下であると、成形加工時の成分(D)の流動性を適度に抑制し、成形性を向上させることができる。 The glass transition temperature of the terpene resin is not particularly limited, but is preferably 30 to 100°C. If the glass transition temperature is 30°C or higher, the component (D) is easy to handle during molding. If the glass transition temperature is 100°C or lower, the fluidity of the component (D) during molding can be appropriately suppressed, improving moldability.
また、テルペン樹脂の数平均分子量は、200~5000であることが好ましい。数平均分子量が200以上であれば、成形品の力学特性、特に衝撃特性をより向上させることができる。また、数平均分子量が5000以下であれば、テルペン樹脂の粘度が適度に低いことから炭素繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性に優れ、成形品中における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。なお、テルペン樹脂の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。 The number average molecular weight of the terpene resin is preferably 200 to 5000. If the number average molecular weight is 200 or more, the mechanical properties, particularly the impact properties, of the molded article can be further improved. If the number average molecular weight is 5000 or less, the viscosity of the terpene resin is appropriately low, so that the resin has excellent impregnation properties into the carbon fiber (A) and the organic fiber (B), and the dispersibility of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) in the molded article can be further improved. The number average molecular weight of the terpene resin can be measured using gel permeation chromatography (GPC).
本発明の成形材料における成分(D)の含有量は、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、1~20重量部が好ましい。成分(D)の含有量が1重量部未満の場合、成形品製造時における炭素繊維(A)および有機繊維(B)の流動性が低下し、分散性が低下する。成分(D)の含有量は、2重量部以上が好ましく、4重量部以上が好ましい。一方、成分(D)の含有量が20重量部を超える場合、成形品の曲げ強度、引張強度および衝撃特性が低下する。15重量部以下が好ましく、12重量部以下がより好ましく、10重量部以下がさらに好ましい。 The content of component (D) in the molding material of the present invention is preferably 1 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). If the content of component (D) is less than 1 part by weight, the fluidity and dispersibility of carbon fiber (A) and organic fiber (B) during the production of a molded product will decrease. The content of component (D) is preferably 2 parts by weight or more, and more preferably 4 parts by weight or more. On the other hand, if the content of component (D) exceeds 20 parts by weight, the bending strength, tensile strength, and impact properties of the molded product will decrease. It is preferably 15 parts by weight or less, more preferably 12 parts by weight or less, and even more preferably 10 parts by weight or less.
本発明の成形材料としては、具体的な形状として図1~図4に示すような断面を有する柱状体を例示できる。かかる柱状体においては、炭素繊維(A)、有機繊維(B)が、柱状体の軸心方向にほぼ平行に整列されており、かつ炭素繊維(A)、有機繊維(B)の長さと成形材料の長さとが実質的に同じであることが好ましい。繊維の長さが成形材料の長さと実質的に同じであることにより、それを用いて製造する成形品における炭素繊維(A)と有機繊維(B)の繊維長を、制御しやすく、また、比較的長くすることができるため、より優れた力学特性の成形品を得ることができる。なお、「ほぼ平行に配列されて」いるとは、炭素繊維(A)および有機繊維(B)を含む繊維束の長軸の軸線と、成形材料の長軸の軸線とが、同方向を指向している状態を示し、軸線同士の角度のずれが、好ましくは20°以下であり、より好ましくは10°以下であり、さらに好ましくは5°以下である。成形材料の長さとは、成形材料中の繊維束配向方向の長さであり、上記したような柱状体の場合はその柱状体の長軸方向の長さである。また、「実質的に同じ長さ」とは、成形材料内部で繊維束が意図的に切断されていたり、成形材料全長よりも有意に短い繊維束が実質的に含まれたりしないことである。特に、成形材料全長よりも短い繊維束の量について限定するわけではないが、成形材料全長の50%以下の長さの繊維束の含有量が、全繊維束中30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましい。より好ましくは成形材料全長の85%以上の長さの繊維束の含有量が、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましい。 As a specific shape of the molding material of the present invention, a columnar body having a cross section as shown in Figures 1 to 4 can be exemplified. In such a columnar body, it is preferable that the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) are aligned almost parallel to the axial direction of the columnar body, and the length of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) is substantially the same as the length of the molding material. Since the fiber length is substantially the same as the length of the molding material, the fiber length of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) in the molded product produced using it can be easily controlled and can be relatively long, so that a molded product with better mechanical properties can be obtained. In addition, "allocated almost parallel" refers to a state in which the axis of the long axis of the fiber bundle containing the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) and the axis of the long axis of the molding material are oriented in the same direction, and the angular deviation between the axes is preferably 20° or less, more preferably 10° or less, and even more preferably 5° or less. The length of the molding material is the length in the fiber bundle orientation direction in the molding material, and in the case of the above-mentioned columnar body, it is the length in the long axis direction of the columnar body. Furthermore, "substantially the same length" means that the fiber bundles are not intentionally cut within the molding material, and fiber bundles significantly shorter than the overall length of the molding material are not substantially included. In particular, there is no limitation on the amount of fiber bundles shorter than the overall length of the molding material, but the content of fiber bundles with a length of 50% or less of the overall length of the molding material is preferably 30% by mass or less, and more preferably 20% by mass or less, of the total fiber bundles. More preferably, the content of fiber bundles with a length of 85% or more of the overall length of the molding material is preferably 80% by mass or more, and more preferably 90% by mass or more.
成形材料は、ほぼ同一の断面形状を長手方向に一定長連続して有していることが好ましい。成形材料の長手方向の長さは、2mm~10mmの範囲である。2mm未満の場合は繊維の補強効果が乏しい。言い換えると、2mm未満の成形材料を用いて成形する場合、得られる成形品における有機繊維の重量平均繊維長を十分に長くすることができないため、衝撃特性に劣る。成形材料は3mm以上であることが好ましく、5mm以上がより好ましく、7mm以上がさらに好ましい。一方、成形材料が10mmを超える場合は射出成形時の成形性が低下する。言い換えると、成形材料の長さが10mmを超える場合は、成形材料が長いために、射出成形機内に成形材料が噛みこまない。そのため成形性が低下する。成形材料は9mm以下が好ましく、7mm以下がより好ましい。 It is preferable that the molding material has a substantially identical cross-sectional shape continuously for a certain length in the longitudinal direction. The longitudinal length of the molding material is in the range of 2 mm to 10 mm. If it is less than 2 mm, the reinforcing effect of the fibers is poor. In other words, if molding is performed using a molding material of less than 2 mm, the weight average fiber length of the organic fibers in the resulting molded product cannot be sufficiently long, resulting in poor impact properties. The molding material is preferably 3 mm or more, more preferably 5 mm or more, and even more preferably 7 mm or more. On the other hand, if the molding material exceeds 10 mm, the moldability during injection molding decreases. In other words, if the length of the molding material exceeds 10 mm, the molding material is too long to be caught in the injection molding machine. This reduces moldability. The molding material is preferably 9 mm or less, and more preferably 7 mm or less.
また、上記したような構成の本発明の成形材料は、背圧力3MPa、射出速度30mm/sの条件下で成形品を射出成形したとき、該成形品における有機繊維(B)の重量平均繊維長Lwbが、出発物質である成形材料長さの60%以上となりやすい。Lwbが成形材料長さの60%以上である場合、成形品内における有機繊維(B)における繊維補強効果が発揮されやすく、成形品の衝撃特性が向上する。Lwbが70%以上であることがより好ましい。なお、後述する実施例においては、ISO型ダンベル試験片におけるLwbを測定するが、成形品はこれに限るものではない前記成形品における有機繊維(B)のLwbの測定方法は、成形品中における有機繊維のLwbの測定方法と同一である。 In addition, when the molding material of the present invention having the above-mentioned configuration is injection molded into a molded product under the conditions of a back pressure of 3 MPa and an injection speed of 30 mm/s, the weight average fiber length Lwb of the organic fiber (B) in the molded product is likely to be 60% or more of the length of the starting molding material. When Lwb is 60% or more of the length of the molding material, the fiber reinforcing effect of the organic fiber (B) in the molded product is likely to be exhibited, and the impact properties of the molded product are improved. It is more preferable that Lwb is 70% or more. In the examples described later, Lwb is measured in an ISO dumbbell test piece, but the molded product is not limited to this. The method of measuring Lwb of the organic fiber (B) in the molded product is the same as the method of measuring Lwb of the organic fiber in the molded product.
本発明の成形材料は、熱可塑性樹脂(C)内に、連続繊維束である炭素繊維(A)および有機繊維(B)を含む繊維束を有することが好ましい。言い換えると、繊維束の外側に熱可塑性樹脂(C)を配した構成を有することが好ましい。熱可塑性樹脂(C)には、成分(D)が含まれていてもよく、また前記繊維束の各単繊維間に成分(D)を満たした複合繊維束(E)を構成し、その外側に熱可塑性樹脂(C)を配してもよい。複合繊維束(E)は、繊維束に成分(D)を含浸させてなり、成分(D)の海に、炭素繊維(A)および有機繊維(B)が島のように分散している状態である。 The molding material of the present invention preferably has a fiber bundle containing continuous fiber bundles of carbon fiber (A) and organic fiber (B) in a thermoplastic resin (C). In other words, it is preferable to have a configuration in which the thermoplastic resin (C) is arranged on the outside of the fiber bundle. The thermoplastic resin (C) may contain component (D), and a composite fiber bundle (E) may be formed in which component (D) is filled between each single fiber of the fiber bundle, and thermoplastic resin (C) may be arranged on the outside. The composite fiber bundle (E) is formed by impregnating a fiber bundle with component (D), and is in a state in which carbon fiber (A) and organic fiber (B) are dispersed like islands in a sea of component (D).
本発明の成形材料は、前記繊維束または複合繊維束(E)が、前記熱可塑性樹脂(C)によって被覆された、芯鞘構造を有することが好ましい。鞘構造となる、熱可塑性樹脂(C)は必要により更に他の成分を含有して熱可塑性樹脂組成物としてもよい。ここで、「被覆された構造」とは、前記熱可塑性樹脂(C)を含有する組成物(以下、組成物の場合も単に「熱可塑性樹脂(C)」と称する場合がある)が、繊維束または複合繊維束(E)の表面に配置されて接着している構造を指す。 The molding material of the present invention preferably has a core-sheath structure in which the fiber bundle or composite fiber bundle (E) is covered with the thermoplastic resin (C). The thermoplastic resin (C) that forms the sheath structure may contain other components as necessary to form a thermoplastic resin composition. Here, the "covered structure" refers to a structure in which a composition containing the thermoplastic resin (C) (hereinafter, the composition may also be simply referred to as "thermoplastic resin (C)") is disposed on and adhered to the surface of the fiber bundle or composite fiber bundle (E).
本発明の成形材料に含まれる成分(D)は低分子量である場合が多く、常温においては通常比較的脆く破砕しやすい固体であったり、液体であることが多い。複合繊維束(E)の外側に、熱可塑性樹脂(C)を含む構成とすることにより、高分子量の熱可塑性樹脂(C)が複合繊維束(E)を保護し、成形材料の運搬や取り扱い時の衝撃、擦過などによる成分(D)の破砕、飛散などを抑制し、成形材料の形状を保持することができる。本発明の成形材料は、取り扱い性の観点から、成形に供されるまで前述の形状を保持することが好ましい。 Component (D) contained in the molding material of the present invention is often low molecular weight, and is usually a relatively brittle and easily crushed solid or liquid at room temperature. By including thermoplastic resin (C) on the outside of the composite fiber bundle (E), the high molecular weight thermoplastic resin (C) protects the composite fiber bundle (E), suppresses crushing and scattering of component (D) due to impacts and abrasions during transportation and handling of the molding material, and maintains the shape of the molding material. From the viewpoint of handleability, it is preferable that the molding material of the present invention maintains the above-mentioned shape until it is used for molding.
複合繊維束(E)と熱可塑性樹脂(C)は、境界付近で部分的に熱可塑性樹脂(C)が複合繊維束(E)の一部に入り込み、相溶しているような状態であってもよいし、複合繊維束(E)に熱可塑性樹脂(C)が含浸しているような状態になっていてもよい。 The composite fiber bundle (E) and the thermoplastic resin (C) may be in a state where the thermoplastic resin (C) partially penetrates into a part of the composite fiber bundle (E) near the boundary, so that they are compatible with each other, or the composite fiber bundle (E) may be in a state where the thermoplastic resin (C) is impregnated into the composite fiber bundle (E).
本発明の成形材料は、繊維束断面において炭素繊維(A)と有機繊維(B)が偏在することが好ましい。ここで、繊維束断面とは、繊維束の繊維長手方向に対して垂直な断面を指す。繊維束断面において、炭素繊維(A)と有機繊維(B)が偏在することにより、成形時の炭素繊維(A)および有機繊維(B)の絡み合いを抑制し、炭素繊維(A)および有機繊維(B)が均一に分散した成形品を得ることができる。このため、成形品の衝撃特性をより向上させることができる。ここで、本発明において「偏在」とは、繊維束断面において、炭素繊維(A)と有機繊維(B)がそれぞれ全ての領域において均等に存在するのではなく、部分的に偏って存在することを言う。例えば、図1に示すような、繊維束断面において、炭素繊維(A)1が有機繊維(B)2を内包している形態や、図2に示すような、有機繊維(B)2が炭素繊維(A)1を内包している形態などのいわゆる芯鞘型構造や、図3に示すような、繊維束断面において、炭素繊維(A)1の束と有機繊維(B)2の束がある境界部によって分けられた状態でそれぞれ存在している構造などが、本発明における「偏在」の態様として挙げられる。なお、本発明において「内包」とは、炭素繊維(A)を芯部、有機繊維(B)を鞘部に配する態様や、有機繊維(B)を芯部、炭素繊維(A)を鞘部に配する態様などを指す。図3に示す態様の場合、繊維束断面において炭素繊維(A)と有機繊維(B)のそれぞれ少なくとも一部が外層の熱可塑性樹脂(C)3に接している。このとき、炭素繊維(A)または有機繊維(B)が熱可塑性樹脂(C)3に接している態様には、図4に示すように、炭素繊維(A)または有機繊維(B)が成分(D)を介して熱可塑性樹脂(C)3に接している態様も含むものとする。 In the molding material of the present invention, it is preferable that the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) are unevenly distributed in the fiber bundle cross section. Here, the fiber bundle cross section refers to a cross section perpendicular to the fiber longitudinal direction of the fiber bundle. By unevenly distributing the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) in the fiber bundle cross section, the entanglement of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) during molding can be suppressed, and a molded product in which the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) are uniformly dispersed can be obtained. Therefore, the impact properties of the molded product can be further improved. Here, in the present invention, "uneven distribution" refers to the fact that the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) are not evenly distributed in all regions of the fiber bundle cross section, but are partially unevenly distributed. For example, in the fiber bundle cross section as shown in Fig. 1, a form in which the carbon fiber (A) 1 contains the organic fiber (B) 2, a form in which the organic fiber (B) 2 contains the carbon fiber (A) 1, a so-called core-sheath type structure, and a structure in which the bundle of the carbon fiber (A) 1 and the bundle of the organic fiber (B) 2 are present in a state separated by a certain boundary portion in the fiber bundle cross section as shown in Fig. 3, are examples of the "uneven distribution" in the present invention. In the present invention, "inclusion" refers to a form in which the carbon fiber (A) is arranged in the core and the organic fiber (B) is arranged in the sheath, or a form in which the organic fiber (B) is arranged in the core and the carbon fiber (A) is arranged in the sheath. In the case of the form shown in Fig. 3, at least a part of each of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) is in contact with the thermoplastic resin (C) 3 of the outer layer in the fiber bundle cross section. In this case, the embodiment in which the carbon fiber (A) or the organic fiber (B) is in contact with the thermoplastic resin (C) 3 also includes the embodiment in which the carbon fiber (A) or the organic fiber (B) is in contact with the thermoplastic resin (C) 3 via the component (D), as shown in FIG. 4.
なお、本発明において、繊維束中において炭素繊維(A)、有機繊維(B)が偏在していることを確認する方法としては、例えば、成形材料の繊維長手方向に対して垂直な断面を倍率300倍に設定した光学顕微鏡にて観察し、得られた顕微鏡像の画像処理を行い解析する手法が挙げられる。 In the present invention, a method for confirming that the carbon fibers (A) and the organic fibers (B) are unevenly distributed in the fiber bundle can be, for example, a method of observing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the fibers of the molding material using an optical microscope set at a magnification of 300 times, and then performing image processing and analysis of the obtained microscopic image.
繊維束の断面において炭素繊維(A)、有機繊維(B)を偏在させる方法としては、炭素繊維(A)の束と有機繊維(B)の束とを引き揃えて上記成形材料を作製する方法が挙げられる。それぞれの束同士を引き揃えて成形材料を作製することで、炭素繊維(A)と有機繊維(B)とが独立した繊維束として存在することになり、偏在させることができる。使用する炭素繊維(A)の束と有機繊維(B)の束の単繊維数を多くすると束を大きくでき、単繊維数を少なくすると束を小さくでき、束の大きさを変えて偏在させることが可能である。 One method for unevenly distributing the carbon fiber (A) and organic fiber (B) in the cross section of the fiber bundle is to align bundles of carbon fiber (A) and bundles of organic fiber (B) to produce the molding material. By aligning each bundle to produce the molding material, the carbon fiber (A) and organic fiber (B) exist as independent fiber bundles, and can be unevenly distributed. By increasing the number of single fibers in the bundles of carbon fiber (A) and organic fiber (B) used, the bundles can be made larger, and by decreasing the number of single fibers, the bundles can be made smaller, so it is possible to vary the size of the bundles to cause uneven distribution.
炭素繊維(A)としては、特に制限はないが、炭素繊維の本数が100~350,000本の繊維束を用いることが好ましく、生産性の観点から、20,000~100,000本の繊維束を用いることがより好ましい。一方、有機繊維(B)としてポリエステル繊維、または液晶ポリエステル繊維を使用する場合、特に制限はないが、1~2,000本の繊維束を用いることが好ましく、生産性および成形品内での繊維同士の絡まり合いを抑制できる観点から、10~1,000本の繊維束を用いることがより好ましく、さらには、30~700本の繊維束を用いることが好ましい。 There are no particular limitations on the carbon fiber (A), but it is preferable to use a fiber bundle containing 100 to 350,000 carbon fibers, and from the viewpoint of productivity, it is more preferable to use a fiber bundle containing 20,000 to 100,000 fibers. On the other hand, when polyester fiber or liquid crystal polyester fiber is used as the organic fiber (B), there are no particular limitations on the number of fibers, but it is preferable to use a fiber bundle containing 1 to 2,000 fibers, and from the viewpoint of productivity and suppressing entanglement of fibers in the molded product, it is more preferable to use a fiber bundle containing 10 to 1,000 fibers, and it is even more preferable to use a fiber bundle containing 30 to 700 fibers.
上記成形材料を用いて成形することにより、炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性に優れ、曲げ強度、衝撃特性、外観品位(黒色)、静音性に優れる成形品を得ることができる。 By molding using the above molding material, it is possible to obtain a molded product that has excellent dispersion of carbon fiber (A) and organic fiber (B) and has excellent bending strength, impact properties, appearance quality (black color), and quietness.
続いて、上記成形材料の製造方法について説明する。本発明の成形材料は、例えば、次の方法により得ることができる。 Next, a method for producing the molding material will be described. The molding material of the present invention can be obtained, for example, by the following method.
まず、炭素繊維(A)のロービングおよび有機繊維(B)のロービングを繊維長手方向に対して並列に合糸し、炭素繊維(A)と有機繊維(B)を有する繊維束を作製する。次いで、溶融させた成分(D)を該繊維束に含浸させて複合繊維束(E)を作製する。さらに、溶融した熱可塑性樹脂(C)を含む組成物で満たした含浸ダイに複合繊維束(E)を導き、熱可塑性樹脂(C)を複合繊維束(E)の外側に被覆させ、ノズルを通して引き抜く。冷却固化後に所定の長さにペレタイズして、成形材料を得る方法が挙げられる(形態I)。熱可塑性樹脂(C)は、少なくとも複合繊維束(E)の外側に配されていれば、繊維束中に含浸されていてもよい。 First, a roving of carbon fiber (A) and a roving of organic fiber (B) are combined in parallel with respect to the longitudinal direction of the fibers to produce a fiber bundle having carbon fiber (A) and organic fiber (B). Next, the fiber bundle is impregnated with molten component (D) to produce a composite fiber bundle (E). Furthermore, the composite fiber bundle (E) is guided to an impregnation die filled with a composition containing molten thermoplastic resin (C), and the thermoplastic resin (C) is coated on the outside of the composite fiber bundle (E), and the composite fiber bundle (E) is drawn through a nozzle. After cooling and solidifying, the composite fiber bundle is pelletized to a predetermined length to obtain a molding material (form I). The thermoplastic resin (C) may be impregnated into the fiber bundle as long as it is disposed at least on the outside of the composite fiber bundle (E).
前記方法により作製した、複合繊維束(E)を熱可塑性樹脂(C)で被覆した成形材料と、熱可塑性樹脂(C)を含むペレット(炭素繊維(A)や有機繊維(B)を含まない)とをペレットブレンドして、成形材料混合物を得てもよい。これにより、成形品中における炭素繊維(A)、有機繊維(B)の含有量を容易に調整することができる。なお、ペレットブレンドとは、溶融混練とは異なり、複数の材料を樹脂成分が溶融しない温度で撹拌・混合し、実質的に均一な状態とすることを指し、主に射出成形や押出成形など、ペレット形状の成形材料を用いる場合に好ましく用いられる。 The molding material produced by the above method, in which the composite fiber bundle (E) is coated with the thermoplastic resin (C), may be pellet-blended with pellets containing the thermoplastic resin (C) (not containing the carbon fiber (A) or the organic fiber (B)) to obtain a molding material mixture. This makes it easy to adjust the content of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) in the molded product. Pellet blending differs from melt kneading in that multiple materials are stirred and mixed at a temperature at which the resin components do not melt, to make them substantially uniform, and is preferably used when using a pellet-shaped molding material, such as in injection molding or extrusion molding.
また、本発明は、炭素繊維(A)を熱可塑性樹脂(C)で被覆したペレットと、有機繊維(B)を先のペレットと同一または別の熱可塑性樹脂(C)で被覆したペレットとを、ペレットブレンドすることにより得られる成形材料も包含する。この態様において、成分(D)は少なくとも炭素繊維(A)に含浸させることがより好ましい。具体的には、例えば、少なくとも炭素繊維(A)、熱可塑性樹脂(C)、および成分(D)を含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂成形材料(X)(「炭素繊維強化成形材料(X)」という場合がある)と、少なくとも有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(F)、および、成分(G)を含む有機繊維強化熱可塑性樹脂成形材料(Y)(「有機繊維強化成形材料(Y)」という場合がある)とに分けて準備し、これらをペレットブレンドすることが好ましい。 The present invention also includes a molding material obtained by pellet blending pellets of carbon fiber (A) coated with thermoplastic resin (C) and pellets of organic fiber (B) coated with the same or different thermoplastic resin (C) as the previous pellets. In this embodiment, it is more preferable to impregnate at least carbon fiber (A) with component (D). Specifically, for example, it is preferable to prepare a carbon fiber reinforced thermoplastic resin molding material (X) (sometimes referred to as "carbon fiber reinforced molding material (X)") containing at least carbon fiber (A), thermoplastic resin (C), and component (D) and an organic fiber reinforced thermoplastic resin molding material (Y) (sometimes referred to as "organic fiber reinforced molding material (Y)") containing at least organic fiber (B), thermoplastic resin (F), and component (G), and to pellet blend these.
炭素繊維強化成形材料(X)は、炭素繊維(A)に成分(D)を含浸させてなる複合繊維束(H)を含み、複合繊維束(H)の外側に熱可塑性樹脂(C)を含む構成を有することが好ましい。炭素繊維(A)は、炭素繊維強化成形材料(X)の軸心方向にほぼ平行に配列されていることが好ましく、また、炭素繊維強化成形材料(X)の長さが2~10mmであることが好ましい。同時に炭素繊維(A)の長さと炭素繊維強化成形材料(X)の長さが実質的に同じであることが好ましい。 The carbon fiber reinforced molding material (X) preferably has a configuration including a composite fiber bundle (H) formed by impregnating carbon fiber (A) with component (D), and including a thermoplastic resin (C) on the outside of the composite fiber bundle (H). The carbon fibers (A) are preferably arranged substantially parallel to the axial direction of the carbon fiber reinforced molding material (X), and the length of the carbon fiber reinforced molding material (X) is preferably 2 to 10 mm. At the same time, it is preferable that the length of the carbon fiber (A) and the length of the carbon fiber reinforced molding material (X) are substantially the same.
有機繊維強化成形材料(Y)は、有機繊維(B)に成分(G)を含浸させてなる複合繊維束(I)を含み、複合繊維束(I)の外側に熱可塑性樹脂(F)を含む構成を有することが好ましい。なお、成分(G)には、先に説明した成分(D)において例示した化合物を用いることもでき、その場合、成分(D)と成分(G)は同一の化合物であっても、異なる化合物であってもよい。熱可塑性樹脂(F)は、先に説明した熱可塑性樹脂(C)において例示した樹脂を用いることができ、熱可塑性樹脂(C)と熱可塑性樹脂(F)は同一の化合物であっても、異なる化合物であってもよい。 The organic fiber reinforced molding material (Y) preferably has a configuration including a composite fiber bundle (I) formed by impregnating organic fiber (B) with component (G), and including a thermoplastic resin (F) on the outside of the composite fiber bundle (I). Note that the compound exemplified in component (D) described above can also be used for component (G), and in that case, component (D) and component (G) may be the same compound or different compounds. The resin exemplified in thermoplastic resin (C) described above can be used for thermoplastic resin (F), and thermoplastic resin (C) and thermoplastic resin (F) may be the same compound or different compounds.
有機繊維(B)は、有機繊維強化成形材料(Y)の軸心方向にほぼ平行に配列されていることが好ましく、また、有機繊維強化成形材料(Y)の長さが2~10mmであることが好ましい。同時に有機繊維(B)の長さと有機繊維強化成形材料(Y)の長さが実質的に同じであることが好ましい。 It is preferable that the organic fibers (B) are arranged almost parallel to the axial direction of the organic fiber reinforced molding material (Y), and the length of the organic fiber reinforced molding material (Y) is preferably 2 to 10 mm. At the same time, it is preferable that the length of the organic fibers (B) and the length of the organic fiber reinforced molding material (Y) are substantially the same.
ここで、「ほぼ平行に配列されて」いるとは、炭素繊維強化成形材料(X)および有機繊維強化成形材料(Y)それぞれにおいて、繊維束の長軸の軸線と、それらを含む成形材料の長軸の軸線とが、同方向を指向している状態をいい、軸線同士の角度のずれが、好ましくは20°以下であり、より好ましくは10°以下であり、さらに好ましくは5°以下であることをいう。また、「実質的に同じ長さ」とは、炭素繊維強化成形材料(X)および有機繊維強化成形材料(Y)それぞれにおいて、その成形材料の全長の50%以下の長さの繊維束の含有量が、全繊維束中30質量%以下であることをいい、20質量%以下であることがより好ましい。より好ましくは全長の85%以上の長さの繊維束の含有量が、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。 Here, "arranged almost parallel" means that in the carbon fiber reinforced molding material (X) and the organic fiber reinforced molding material (Y), the axis of the long axis of the fiber bundle and the axis of the long axis of the molding material containing them are oriented in the same direction, and the angular deviation between the axes is preferably 20° or less, more preferably 10° or less, and even more preferably 5° or less. Also, "substantially the same length" means that in the carbon fiber reinforced molding material (X) and the organic fiber reinforced molding material (Y), the content of fiber bundles with a length of 50% or less of the total length of the molding material is 30% by mass or less of the total fiber bundles, and more preferably 20% by mass or less. More preferably, the content of fiber bundles with a length of 85% or more of the total length is 80% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more.
炭素繊維強化成形材料(X)は、炭素繊維(A)、熱可塑性樹脂(C)、および、成分(D)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)を5~45重量部、熱可塑性樹脂(C)を10~94重量部、成分(D)を1~20重量部含むことが好ましい。有機繊維強化成形材料(Y)は、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(F)および成分(G)の合計100重量部に対し、有機繊維(B)を1~45重量部、熱可塑性樹脂(F)を10~98重量部、成分(G)を1~20重量部含むことが好ましい。 The carbon fiber reinforced molding material (X) preferably contains 5 to 45 parts by weight of carbon fiber (A), 10 to 94 parts by weight of thermoplastic resin (C), and 1 to 20 parts by weight of component (D) per 100 parts by weight of the total of carbon fiber (A), thermoplastic resin (C), and component (D). The organic fiber reinforced molding material (Y) preferably contains 1 to 45 parts by weight of organic fiber (B), 10 to 98 parts by weight of thermoplastic resin (F), and 1 to 20 parts by weight of component (G) per 100 parts by weight of the total of organic fiber (B), thermoplastic resin (F), and component (G).
そして、炭素繊維強化成形材料(X)と有機繊維強化成形材料(Y)の合計100重量部に対して、炭素繊維強化成形材料(X)を50~80重量部、有機繊維強化成形材料(Y)を20~50重量部配合することが好ましい。さらに、炭素繊維強化成形材料(X)と有機繊維強化成形材料(Y)をペレットブレンド(混合物)とする場合は、混合物全体として、炭素繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)、ならびに、成分(D)の合計100重量部に対して、炭素繊維(A)が5~45重量部、有機繊維(B)が1~45重量部、熱可塑性樹脂(C)を10~93重量部、ならびに、成分(D)を1~20重量部となるように調製することが好ましい。なお、かかる比率を算出するにあたっては、熱可塑性樹脂(F)として用いる熱可塑性樹脂を熱可塑性樹脂(C)として参入し、成分(G)として成分(D)に該当するものを用いる場合はその成分(G)を成分(D)として算入する。 It is preferable to mix 50 to 80 parts by weight of the carbon fiber reinforced molding material (X) and 20 to 50 parts by weight of the organic fiber reinforced molding material (Y) with respect to a total of 100 parts by weight of the carbon fiber reinforced molding material (X) and the organic fiber reinforced molding material (Y). Furthermore, when the carbon fiber reinforced molding material (X) and the organic fiber reinforced molding material (Y) are made into a pellet blend (mixture), it is preferable to prepare the mixture as a whole so that, with respect to a total of 100 parts by weight of the carbon fiber (A), the organic fiber (B), the thermoplastic resin (C), and the component (D), the carbon fiber (A) is 5 to 45 parts by weight, the organic fiber (B) is 1 to 45 parts by weight, the thermoplastic resin (C) is 10 to 93 parts by weight, and the component (D) is 1 to 20 parts by weight. In calculating such a ratio, the thermoplastic resin used as the thermoplastic resin (F) is entered as the thermoplastic resin (C), and when a component corresponding to the component (D) is used as the component (G), the component (G) is counted as the component (D).
次に本発明の成形品の製造方法について説明する。 Next, we will explain the manufacturing method of the molded product of the present invention.
前述の本発明の成形材料を用いて成形することにより、炭素繊維(A)および有機繊維(B)の分散性に優れ、曲げ強度、衝撃特性および外観品位(黒色)に優れる成形品を得ることができる。成形方法としては、金型を用いた成形方法が好ましく、射出成形、押出成形、プレス成形など、種々の成形方法を用いることができる。特に射出成形機を用いた成形方法により、連続的に安定した成形品を得ることができる。射出成形の条件としては、特に規定はないが、例えば、射出時間は0.5秒~10秒が好ましく、より好ましくは2秒~10秒である。背圧は0.1MPa以上が好ましく、より好ましくは1MPa以上、さらに好ましくは2MPa以上、最も好ましくは3MPa以上である。また上限は、50MPa以下が好ましく、より好ましくは30MPa以下、さらに好ましくは20MPa以下、最も好ましくは10MPa以下である。射出速度は1mm/s~200mm/sが好ましく、より好ましくは10mm/s~150mm/s、さらに好ましくは20mm/s~100mm/sである。スクリュー回転数は10rpm~200rpmが好ましく、より好ましくは30rpm~150rpm、さらに好ましくは50rpm~100rpmである。保圧力は、1MPa~50MPaが好ましく、より好ましくは1MPa~30MPaである。保圧時間は1秒~20秒が好ましく、より好ましくは5秒~20秒である。シリンダー温度は200℃~320℃、金型温度は20℃~100℃の条件が好ましい。ここで、シリンダー温度とは、射出成形機の成形材料を加熱溶融する部分の温度を示し、金型温度とは、所定の形状にするための樹脂を注入する金型の温度を示す。これらの条件、特に射出時間、背圧および金型温度を適宜選択することにより、成形品中の炭素繊維などの炭素繊維および有機繊維の繊維長を容易に調整することができる。 By molding using the molding material of the present invention described above, a molded product can be obtained that has excellent dispersibility of the carbon fiber (A) and the organic fiber (B) and has excellent bending strength, impact properties, and appearance quality (black color). As a molding method, a molding method using a mold is preferable, and various molding methods such as injection molding, extrusion molding, and press molding can be used. In particular, a molding method using an injection molding machine can continuously obtain stable molded products. There are no particular regulations regarding the conditions of injection molding, but for example, the injection time is preferably 0.5 to 10 seconds, more preferably 2 to 10 seconds. The back pressure is preferably 0.1 MPa or more, more preferably 1 MPa or more, even more preferably 2 MPa or more, and most preferably 3 MPa or more. The upper limit is preferably 50 MPa or less, more preferably 30 MPa or less, even more preferably 20 MPa or less, and most preferably 10 MPa or less. The injection speed is preferably 1 mm/s to 200 mm/s, more preferably 10 mm/s to 150 mm/s, and even more preferably 20 mm/s to 100 mm/s. The screw rotation speed is preferably 10 rpm to 200 rpm, more preferably 30 rpm to 150 rpm, and even more preferably 50 rpm to 100 rpm. The dwell pressure is preferably 1 MPa to 50 MPa, more preferably 1 MPa to 30 MPa. The dwell time is preferably 1 second to 20 seconds, more preferably 5 seconds to 20 seconds. The cylinder temperature is preferably 200°C to 320°C, and the mold temperature is preferably 20°C to 100°C. Here, the cylinder temperature refers to the temperature of the part of the injection molding machine where the molding material is heated and melted, and the mold temperature refers to the temperature of the mold into which the resin is injected to form a predetermined shape. By appropriately selecting these conditions, particularly the injection time, back pressure, and mold temperature, the fiber length of the carbon fibers such as carbon fibers and organic fibers in the molded product can be easily adjusted.
以上のようにして得られる本発明の成形品は、力学特性、特に曲げ強度や衝撃特性および外観品位(黒色)に優れる。 The molded article of the present invention obtained in this manner has excellent mechanical properties, particularly bending strength and impact properties, and excellent appearance (black color).
以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。まず、本実施例で用いる各種特性の評価方法について説明する。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the description of these examples. First, the evaluation methods for various properties used in the examples will be explained.
(1)溶融粘度測定
各実施例および比較例に用いた熱可塑性樹脂(C)、成分(D)について、40mmのパラレルプレートを用いて、0.5Hzにて、粘弾性測定器により200℃における溶融粘度を測定した。
(1) Melt Viscosity Measurement The melt viscosity of the thermoplastic resin (C) and component (D) used in each of the Examples and Comparative Examples was measured at 200° C. with a viscoelasticity measuring device at 0.5 Hz using a 40 mm parallel plate.
(2)重量平均繊維長の測定
各実施例および比較例により得られたISO型ダンベル試験片を、200~300℃に設定したホットステージの上でガラス板間に挟んだ状態で加熱し、フィルム状にして繊維を均一分散させた。炭素繊維(A)および有機繊維(B)が均一分散したフィルムを、光学顕微鏡(50~200倍)にて観察した。無作為に選んだ1000本の炭素繊維(A)と、同様に無作為に選んだ1000本の有機繊維(B)について、それぞれ繊維長を計測して、下記式から重量平均繊維長を算出した。
平均繊維長=Σ(Mi2×Ni)/Σ(Mi×Ni)
Mi:繊維長(mm)
Ni:繊維長Miの繊維の個数。
(2) Measurement of weight-average fiber length The ISO dumbbell test pieces obtained in each Example and Comparative Example were heated while sandwiched between glass plates on a hot stage set at 200 to 300°C, and the fibers were uniformly dispersed in a film. The film in which the carbon fibers (A) and the organic fibers (B) were uniformly dispersed was observed under an optical microscope (50 to 200 times). The fiber lengths of 1,000 randomly selected carbon fibers (A) and 1,000 randomly selected organic fibers (B) were measured, and the weight-average fiber length was calculated from the following formula.
Average fiber length=Σ( Mi2 ×Ni)/Σ(Mi×Ni)
Mi: fiber length (mm)
Ni: number of fibers of fiber length Mi.
(3)繊維強度および初期弾性率測定
有機繊維(B)の繊維強度は、単糸引張試験により求めた。標準状態(20℃,65%RH)の室内で、つかみ間隔250mm、引張速度300mm/分の条件で引張試験を行い、繊維切断時の荷重を単繊維繊度で除すことで算出した。(ただし、チャック近傍で切断した場合はチャック切れとしてデータから除く)。また、その際に得られた応力-歪み曲線における初期勾配から繊維初期弾性率を算出した。
(3) Fiber strength and initial modulus of elasticity The fiber strength of the organic fiber (B) was determined by a single-fiber tensile test. The tensile test was performed in a room under standard conditions (20°C, 65% RH) with a gripping distance of 250 mm and a pulling speed of 300 mm/min, and the load at fiber break was divided by the single fiber fineness to calculate the strength. (However, if the fiber breaks near the chuck, it is considered to be a chuck break and is excluded from the data.) The initial fiber modulus of elasticity was calculated from the initial gradient of the stress-strain curve obtained at that time.
(4)繊維繊度測定
各実施例および比較例で用いる有機繊維(B)の単繊維繊度は、有機繊維(B)の単糸を用い、JIS L 1013:2010)により求めた。
(4) Fiber Fineness Measurement The single fiber fineness of the organic fiber (B) used in each Example and Comparative Example was determined using a single yarn of the organic fiber (B) according to JIS L 1013:2010.
(5)繊維密度測定
各実施例および比較例で用いる有機繊維(B)の密度は、JIS L 1015:2010)により求めた。
(5) Fiber Density Measurement The density of the organic fiber (B) used in each Example and Comparative Example was determined in accordance with JIS L 1015:2010.
(6)成形品の曲げ強度測定
各実施例および比較例により得られたISO型ダンベル試験片について、ISO 178に準拠し、3点曲げ試験冶具(圧子半径5mm)を用いて支点距離を64mmに設定し、試験速度2mm/分の試験条件にて曲げ強度を測定した。試験機として、“インストロン(登録商標)”万能試験機5566型(インストロン社製)を用いた。測定は3回行い、その平均値を各実施例および比較例の曲げ強度として算出した。
(6) Measurement of bending strength of molded products The bending strength of the ISO dumbbell test pieces obtained in each Example and Comparative Example was measured in accordance with ISO 178 using a three-point bending test jig (indenter radius 5 mm) with a support distance set to 64 mm and a test speed of 2 mm/min. The test machine used was an "Instron (registered trademark)" universal testing machine Model 5566 (manufactured by Instron Corporation). The measurement was performed three times, and the average value was calculated as the bending strength of each Example and Comparative Example.
(7)成形品のシャルピー衝撃強度測定
各実施例および比較例により得られたISO型ダンベル試験片の平行部を切り出し、株式会社東京試験機製C1-4-01型試験機を用い、ISO179に準拠してVノッチ付きシャルピー衝撃試験を実施した。測定は5回行い、その平均値を各実施例および比較例の衝撃強度(kJ/m2)として算出した。
(7) Measurement of Charpy impact strength of molded products Parallel sections were cut out from the ISO dumbbell test pieces obtained in each Example and Comparative Example, and a V-notched Charpy impact test was carried out in accordance with ISO 179 using a C1-4-01 model testing machine manufactured by Tokyo Test Instruments Co., Ltd. The measurement was carried out five times, and the average value was calculated as the impact strength (kJ/m 2 ) of each Example and Comparative Example.
(8)成形品の繊維分散性評価
各実施例および比較例により得られた、80mm×80mm×3mm厚の試験片について、表裏それぞれの面に存在する未分散炭素繊維束(CF束)の個数を目視でカウントした。評価は50枚の成形品について行い、その合計個数について繊維分散性の判定を以下の基準で行い、AおよびBを合格とした。
A:未分散CF束が1個未満
B:未分散CF束が1個以上
C:未分散CF束が3個以上。
(8) Evaluation of fiber dispersion of molded products For the test pieces of 80 mm x 80 mm x 3 mm thickness obtained in each Example and Comparative Example, the number of undispersed carbon fiber bundles (CF bundles) present on both the front and back surfaces was visually counted. The evaluation was performed on 50 molded products, and the fiber dispersion of the total number was judged according to the following criteria, with A and B being considered as passing.
A: Less than 1 undispersed CF bundle. B: 1 or more undispersed CF bundle. C: 3 or more undispersed CF bundles.
(9)有機繊維(B)および成形品の色調評価
各実施例および比較例により得られた、80mm×80mm×3mm厚の試験片について、分光色彩計(日本電飾工業株式会社性 SD7000)を使用し、成形品表面の外観におけるL*の測定を行った。測定は3回行い、その平均値を各実施例および比較例の評価に使用した。また、有機繊維(B)については、ストランド束の状態で測定器にセットし、有機繊維(B)表面における、L*a*b*の測定を行った。同様に3回の測定を行い、その平均値を各実施例および比較例の評価に使用した。
(9) Color Tone Evaluation of Organic Fiber (B) and Molded Article For the test pieces of 80 mm x 80 mm x 3 mm thickness obtained in each Example and Comparative Example, a spectrophotometer (SD7000, Nippon Denshoku Kogyo Co., Ltd.) was used to measure L * in the appearance of the molded article surface. The measurement was performed three times, and the average value was used for the evaluation of each Example and Comparative Example. In addition, the organic fiber (B) was set in the measuring instrument in the state of a strand bundle, and the L * a * b * on the surface of the organic fiber (B) was measured. Similarly, three measurements were performed, and the average value was used for the evaluation of each Example and Comparative Example.
(10)成形品の透過損失評価
各実施例および比較例により得られた、80mm×80mm×3mm厚の試験片について、各試験片をφ100の形状に加工した。得られた成形品を透過型音響室(Bruel&Kjaer社製 4206-T型+UA-1630)を使用し、50Hz~6500Hzの周波数帯を測定域に設定し、測定を行った。測定は全周波数帯で行い、6000Hzにおける測定値を各実施例および比較例の透過損失として算出した。
(10) Evaluation of Transmission Loss of Molded Articles Each test piece of 80 mm x 80 mm x 3 mm thickness obtained in each Example and Comparative Example was processed into a shape of φ100. The obtained molded articles were measured using a transmission type acoustic chamber (Bruel & Kjaer 4206-T type + UA-1630) with a frequency band of 50 Hz to 6500 Hz set as the measurement range. Measurements were performed in all frequency bands, and the measured value at 6000 Hz was calculated as the transmission loss of each Example and Comparative Example.
(11)成形品内における有機繊維(B)の重量平均繊維長Lwbの割合
得られた長繊維ペレットを、後述する実施例等の射出成形条件から成形時の背圧を3MPaに変更した条件で射出成形することにより、同様にISO型ダンベル試験片(タイプA1)を作製した。得られた試験片(成形品)に対して、(2)と同様に有機繊維(B)の重量平均繊維長Lwbを算出した。その後、各実施例で用いた長繊維ペレットを無作為に50個選び、各実施例で用いた成形品から算出したLwbとの長さの割合を次の式より算出した。
成形品中の有機繊維(B)の重量平均繊維長割合=(有機繊維(B)の重量平均繊維長Lwb)/(長繊維ペレットのペレット長)×100。
(11) Proportion of weight average fiber length Lwb of organic fiber (B) in molded article The obtained long fiber pellets were injection molded under the injection molding conditions of the Examples described later, but with a back pressure of 3 MPa during molding, to prepare ISO dumbbell test pieces (Type A1) in the same manner. The weight average fiber length Lwb of the organic fiber (B) was calculated for the obtained test pieces (molded articles) in the same manner as in (2). Then, 50 long fiber pellets used in each Example were randomly selected, and the ratio of the length to the Lwb calculated from the molded article used in each Example was calculated from the following formula.
Weight average fiber length ratio of organic fiber (B) in molded article=(weight average fiber length L wb of organic fiber (B))/(pellet length of long fiber pellets)×100.
<炭素繊維(A)の作製>
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、表面酸化処理を行い、総単糸数24,000本、単繊維径7μm、単位長さ当たりの質量1.6g/m、比重1.8g/cm3、表面酸素濃度比[O/C]0.2の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維のストランド引張強度は4,880MPa、ストランド引張弾性率は225GPaであった。続いて、多官能性化合物としてグリセロールポリグリシジルエーテルを2重量%になるように水に溶解させたサイジング剤母液を調製し、浸漬法により炭素繊維にサイジング剤を付与し、230℃で乾燥を行った。こうして得られた炭素繊維のサイジング剤付着量は1.0重量%であった。
<Preparation of carbon fiber (A)>
A copolymer mainly composed of polyacrylonitrile was spun, baked, and surface-oxidized to obtain a continuous carbon fiber having a total number of single fibers of 24,000, a single fiber diameter of 7 μm, a mass per unit length of 1.6 g/m, a specific gravity of 1.8 g/cm 3 , and a surface oxygen concentration ratio [O/C] of 0.2. The strand tensile strength of this continuous carbon fiber was 4,880 MPa, and the strand tensile modulus was 225 GPa. Next, a sizing agent mother liquid was prepared by dissolving glycerol polyglycidyl ether as a polyfunctional compound in water to a concentration of 2% by weight, and the sizing agent was applied to the carbon fiber by the immersion method, followed by drying at 230° C. The amount of sizing agent attached to the carbon fiber thus obtained was 1.0% by weight.
<有機繊維(B)>
(B-1)
橙色ポリエステル繊維(東レ(株)製、“テトロン(登録商標)” 1670T-144-706C、強度:7.5cN/dtex、融点:260℃、エネルギー伝播速度:2.8km/s)を用いた。
(B-2)
液晶ポリエステル繊維(東レ(株)製“シベラス”(登録商標)1700T-288f、強度:23.5cN/dtex、融点330℃、エネルギー伝播速度:17.3km/s)を用いた。
(B-3)
青色ポリエステル繊維(東レ(株)製、“テトロン(登録商標)”1670T-144-706C、強度:7.4cN/dtex、融点:260℃、エネルギー伝播速度:2.8km/s)を用いた。
(B-4)
白色ポリエステル繊維(東レ(株)製、“テトロン(登録商標)”1670T-108-705C、強度:7.8cN/dtex、融点:260℃、エネルギー伝播速度:2.7km/s)を用いた。
(B-5)
公知の製法を用いて、繊維全体の重量に対するカーボンブラックを配合量10重量%含有するとして、黒色ポリエステル系繊維(強度:4.0cN/dtex、融点260℃、エネルギー伝播速度:1.5km/s)を作製し、これを用いた。
(B-6)
PAN系耐炎化繊維(東邦テナックス(株)製、「“パイロメックス”(登録商標)CPX-1.6d」、強度:2.0cN/dtex、融点:なし(不溶)、エネルギー伝播速度:1.2km/s)を用いた。
(B-7)
ポリアミド繊維(東レ(株)製、“アミラン(登録商標)”1870T-192-720、強度:6.5cN/dtex、融点:215℃、エネルギー伝播速度:1.7km/s)を用いた。
<Organic fiber (B)>
(B-1)
Orange polyester fiber (manufactured by Toray Industries, Inc., "Tetoron (registered trademark)" 1670T-144-706C, strength: 7.5 cN/dtex, melting point: 260° C., energy propagation speed: 2.8 km/s) was used.
(B-2)
A liquid crystal polyester fiber (Toray Industries, Inc., "Sciberas" (registered trademark) 1700T-288f, strength: 23.5 cN/dtex, melting point: 330° C., energy propagation speed: 17.3 km/s) was used.
(B-3)
A blue polyester fiber (manufactured by Toray Industries, Inc., "Tetoron (registered trademark)" 1670T-144-706C, strength: 7.4 cN/dtex, melting point: 260° C., energy propagation speed: 2.8 km/s) was used.
(B-4)
A white polyester fiber (manufactured by Toray Industries, Inc., "Tetoron (registered trademark)" 1670T-108-705C, strength: 7.8 cN/dtex, melting point: 260° C., energy propagation speed: 2.7 km/s) was used.
(B-5)
A black polyester fiber (strength: 4.0 cN/dtex, melting point: 260° C., energy propagation speed: 1.5 km/s) was prepared using a known manufacturing method and was used, with the carbon black content being 10% by weight relative to the total weight of the fiber.
(B-6)
A PAN-based flame-retardant fiber (manufactured by Toho Tenax Co., Ltd., "Pyromex" (registered trademark) CPX-1.6d", strength: 2.0 cN/dtex, melting point: none (insoluble), energy propagation speed: 1.2 km/s) was used.
(B-7)
Polyamide fiber (manufactured by Toray Industries, Inc., "Amilan (registered trademark)" 1870T-192-720, strength: 6.5 cN/dtex, melting point: 215°C, energy propagation speed: 1.7 km/s) was used.
<熱可塑性樹脂(C)>
(C-1)
ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製“プライムポリプロ”(登録商標)J137G)とマレイン酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製“アドマー”(登録商標)QE840)を重量比85/15でペレットブレンドしたものを用いた。200℃における溶融粘度を上記(1)に記載の方法により測定した結果、50Pa・sであった。
(C-2)
ポリカーボネート樹脂(帝人化成(株)製、“パンライト”(登録商標)L-1225L)を用いた。200℃における溶融粘度を上記(1)に記載の方法により測定した結果、14000Pa・sであった。
(C-3)
ポリアミド6樹脂(東レ(株)製、“アミラン”(登録商標)CM1001)を用いた。200℃における溶融粘度を上記(1)に記載の方法により測定した結果、1000Pa・sであった。
<Thermoplastic resin (C)>
(C-1)
A pellet blend of polypropylene resin (Prime Polypro J137G manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.) and maleic acid modified polypropylene resin (Admer QE840 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) in a weight ratio of 85/15 was used. The melt viscosity at 200°C was measured by the method described in (1) above and found to be 50 Pa s.
(C-2)
A polycarbonate resin (Teijin Chemicals Limited, "Panlite" (registered trademark) L-1225L) was used. The melt viscosity at 200°C was measured by the method described in (1) above and found to be 14,000 Pa·s.
(C-3)
A polyamide 6 resin ("Amilan" (registered trademark) CM1001, manufactured by Toray Industries, Inc.) was used. The melt viscosity at 200°C was measured by the method described in (1) above and found to be 1000 Pa·s.
<成分(D)>
(D-1)
固体の水添テルペン樹脂(ヤスハラケミカル(株)製“クリアロン”(登録商標)P125、軟化点125℃)を用いた。これを含浸助剤塗布装置内のタンク内に投入し、タンク内の温度を200℃に設定し、1時間加熱して溶融状態にした。この時の、200℃における溶融粘度を上記(1)に記載の方法により測定した結果、1Pa・sであり、また、溶融粘度変化率を算出した結果、1.2%であった。
(D-2)
固体のビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製 jER1004AF(E-2)、軟化点97℃)を、熱可塑性樹脂(C)にポリカーボネート樹脂を用いた際の成分(D)として用いた。これを、前述したP125と同様にして、溶融粘度を上記(1)に記載の方法により測定した結果、1Pa・sであり、また、溶融粘度変化率を算出した結果、1.1%であった。
(D-3)
固体のテルペンフェノール樹脂(ヤスハラケミカル(株)製“マイティエース”(登録商標)K140、軟化点140℃)を用いた。これを含浸助剤塗布装置内のタンク内に投入し、タンク内の温度を200℃に設定し、1時間加熱して溶融状態にした。この時の、200℃における溶融粘度を上記(1)に記載の方法により測定した結果、0.8Pa・sであり、また、溶融粘度変化率を算出した結果、1.0%であった。
<Component (D)>
(D-1)
A solid hydrogenated terpene resin (Yasuhara Chemical Co., Ltd., Clearon (registered trademark) P125, softening point 125°C) was used. This was placed in a tank in an impregnation aid application device, the temperature in the tank was set to 200°C, and the resin was heated for 1 hour to make it molten. The melt viscosity at 200°C at this time was measured by the method described in (1) above and found to be 1 Pa·s, and the rate of change in melt viscosity was calculated to be 1.2%.
(D-2)
A solid bisphenol A type epoxy resin (jER1004AF(E-2), softening point 97°C, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) was used as component (D) when a polycarbonate resin was used as the thermoplastic resin (C). The melt viscosity of this was measured by the method described in (1) above in the same manner as for the above-mentioned P125, and was found to be 1 Pa·s. The rate of change in melt viscosity was calculated to be 1.1%.
(D-3)
A solid terpene phenol resin ("Mighty Ace" (registered trademark) K140 manufactured by Yasuhara Chemical Co., Ltd., softening point 140°C) was used. This was placed in a tank in an impregnation aid application device, the temperature in the tank was set to 200°C, and the resin was heated for 1 hour to make it molten. The melt viscosity at 200°C at this time was measured by the method described in (1) above and found to be 0.8 Pa·s, and the rate of change in melt viscosity was calculated to be 1.0%.
(J-1)
ファーネスブラック(三菱化学(株)製、「“三菱カーボンブラック”MA100)を用いた。
(J-1)
Furnace black (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, "Mitsubishi Carbon Black" MA100) was used.
(K-1)
制振剤として、グリシジルジメタクリレート変性ポリエチレン共重合体(住友化学(株)製“ボンドファースト BF-7L”)を用いた。
(K-1)
As the vibration damping agent, a glycidyl dimethacrylate modified polyethylene copolymer ("Bondfast BF-7L" manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was used.
(実施例1)
(株)日本製鋼所製TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)の先端に電線被覆法用のコーティングダイを設置した長繊維強化樹脂ペレット製造装置を使用し、押出機シリンダー温度を220℃に設定し、上記に示した熱可塑性樹脂(C-1)をメインホッパーから供給し、スクリュー回転数200rpmで溶融混練した。200℃にて加熱溶融させた成分(D-1)を、(A)~(C)の合計100重量部に対し8.7重量部((A)~(D)の合計100重量部に対し8.0重量部)となるように吐出量を調整し、炭素繊維(A)および有機繊維(B-1)からなる繊維束に付与して複合繊維束(E)とした後、該複合繊維束(E)を、溶融した熱可塑性樹脂(C-1)を含む組成物を吐出するダイス口(直径3mm)へ供給して、炭素繊維(A)および有機繊維(B-1)の周囲が熱可塑性樹脂(C-1)を含む組成物で連続的に被覆されるようにした。この時の複合繊維束(E)の内部断面は、炭素繊維(A)および有機繊維(B-1)が偏在していた。偏在状態は、図3に示すように、炭素繊維(A)、有機繊維(B-1)のそれぞれ少なくとも一部が、熱可塑性樹脂(C-1)を含む組成物に接していた。得られたストランドを冷却後、カッターでペレット長7mmに切断し、長繊維ペレットとした。この時、(A)~(C)の合計100重量部に対し、炭素繊維(A)が20重量部、有機繊維(B-1)が5重量部となるように、引取速度を調整した。得られた長繊維ペレットの炭素繊維(A)および有機繊維(B-1)の長さと、ペレット長さは実質的に同じであった。
Example 1
A long fiber reinforced resin pellet manufacturing device having a coating die for a wire coating method installed at the tip of a TEX-30α type twin screw extruder (screw diameter 30 mm, L/D = 32) manufactured by Japan Steel Works, Ltd. was used, the extruder cylinder temperature was set to 220°C, and the thermoplastic resin (C-1) shown above was fed from the main hopper and melt-kneaded at a screw rotation speed of 200 rpm. The component (D-1) was heated and melted at 200°C, and the discharge amount was adjusted to 8.7 parts by weight per 100 parts by weight of the total of (A) to (C) (8.0 parts by weight per 100 parts by weight of the total of (A) to (D)). The component (D-1) was applied to a fiber bundle consisting of carbon fiber (A) and organic fiber (B-1) to form a composite fiber bundle (E). The composite fiber bundle (E) was then fed to a die opening (
こうして得られた長繊維ペレットを、射出成形機((株)日本製鋼所製J110AD)を用いて、射出時間:2秒、背圧5MPa、保圧力:20MPa、保圧時間:10秒、射出速度30mm/s、スクリュー回転数80rpm、シリンダー温度:230℃、金型温度:60℃の条件で射出成形することにより、成形品としてのISO型ダンベル試験片(タイプA1)および80mm×80mm×3mmの試験片を作製した。ここで、シリンダー温度とは、射出成形機の成形材料を加熱溶融する部分の温度を示し、金型温度とは、所定の形状にするための樹脂を注入する金型の温度を示す。得られた試験片(成形品)を、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間静置後に特性評価に供した。前述の方法により評価した評価結果をまとめて表1に示した。 The long fiber pellets thus obtained were injection molded using an injection molding machine (J110AD manufactured by Japan Steel Works, Ltd.) under the following conditions: injection time: 2 seconds, back pressure: 5 MPa, holding pressure: 20 MPa, holding time: 10 seconds, injection speed: 30 mm/s, screw rotation speed: 80 rpm, cylinder temperature: 230°C, and mold temperature: 60°C to produce ISO dumbbell test pieces (Type A1) and 80 mm x 80 mm x 3 mm test pieces as molded products. Here, the cylinder temperature refers to the temperature of the part of the injection molding machine where the molding material is heated and melted, and the mold temperature refers to the temperature of the mold into which the resin is injected to form a predetermined shape. The obtained test pieces (molded products) were left to stand for 24 hours in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23°C and 50% RH, and then subjected to characteristic evaluation. The evaluation results evaluated by the above-mentioned method are summarized in Table 1.
(実施例2、5、参考例3、4)
組成比または用いる繊維種を表1に記載のように変更した以外は、実施例1と同様にして成形品を作製し、評価を行った。評価結果はまとめて表1に示した。
(Examples 2 and 5, Reference Examples 3 and 4 )
Molded articles were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the composition ratio or the type of fibers used was changed as shown in Table 1. The evaluation results are shown in Table 1.
(参考例6)
熱可塑性樹脂(C)を(C-2)にし、有機繊維(B)を(B-2)に、成分(D)を(D-2)に変更し、押出機シリンダー温度を300℃に設定し、さらに、射出成形機シリンダー温度を300℃、金型温度を80℃に変更した以外は、実施例1と同様にして成形品を作製し、評価を行った。評価結果はまとめて表1に示した。
( Reference Example 6)
Molded articles were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the thermoplastic resin (C) was changed to (C-2), the organic fiber (B) to (B-2), the component (D) to (D-2), the extruder cylinder temperature was set to 300° C., and the injection molding machine cylinder temperature was changed to 300° C. and the mold temperature was changed to 80° C. The evaluation results are shown in Table 1.
(参考例7および8)
熱可塑性樹脂(C)を(C-3)、成分(D)を(D-3)にし、押出機シリンダー温度を270℃に設定し、さらに射出成形機シリンダー温度を270℃、金型温度を80℃に変更した以外は、実施例1と同様にして成形品を作製し、評価を行った。評価結果はまとめて表1に示した。
( Reference Examples 7 and 8)
Molded articles were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the thermoplastic resin (C) was changed to (C-3), the component (D) to (D-3), the extruder cylinder temperature was set to 270° C., and the injection molding machine cylinder temperature was changed to 270° C. and the mold temperature to 80° C. The evaluation results are shown in Table 1.
(参考例9)
押出機シリンダー温度を270℃に設定し、熱可塑性樹脂(C-3)に加えて制振剤(K-1)を加えてメインホッパーから供給し、成分(D)を(D-3)にし、さらに射出成形シリンダー温度を270℃、金型温度を80℃に変更した以外は、実施例1と同様にして成形品を作製し、評価を行った。評価結果はまとめて表1に示した。
( Reference Example 9)
Except for setting the extruder cylinder temperature to 270° C., adding the vibration damping agent (K-1) in addition to the thermoplastic resin (C-3) and feeding them from the main hopper, changing the component (D) to (D-3), and further changing the injection molding cylinder temperature to 270° C. and the mold temperature to 80° C., a molded article was produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are summarized in Table 1.
(比較例1~6)
組成を表2に記載のように変更した以外は、実施例1と同様にして成形品を作製し、評価を行った。評価結果はまとめて表2に示した。
(Comparative Examples 1 to 6)
Molded articles were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the composition was changed as shown in Table 2. The evaluation results are shown in Table 2.
(比較例7)
組成を表2に記載のように変更し、成形温度を200℃とした以外は、実施例1と同様にして成形品を作製し、評価を行った。評価結果はまとめて表2に示した。
(Comparative Example 7)
Molded articles were produced and evaluated in the same manner as in Example 1, except that the composition was changed as shown in Table 2 and the molding temperature was changed to 200° C. The evaluation results are shown in Table 2.
(比較例8)
ペレット長を14mmに変更した以外は、実施例1と同様にして成形品を作製し、評価を行った。評価結果はまとめて表2に示した。
(Comparative Example 8)
Except for changing the pellet length to 14 mm, a molded article was produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.
(比較例9)
上記に示した炭素繊維(A-1)および有機繊維(B-1)からなる繊維束に、表2に示す割合で成分(D)を含浸させた複合繊維束(E)を、日本製鋼所(株)TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)内で溶融させた熱可塑性樹脂(A-1)と共に、スクリュー回転速度を200rpmに設定し、シリンダー内で溶融混練し、ダイ先端から吐出されるストランドを冷却固化後、カッターでペレット長7mmに切断しペレットを作製し、実施例1と同様にして成形品を作製し、評価を行った。評価結果はまとめて表2に示した。
(Comparative Example 9)
A fiber bundle consisting of the carbon fiber (A-1) and organic fiber (B-1) shown above was impregnated with the component (D) in the ratio shown in Table 2 to produce a composite fiber bundle (E). The composite fiber bundle was melt-kneaded together with a molten thermoplastic resin (A-1) in a Japan Steel Works, Ltd. TEX-30α type twin-screw extruder (screw diameter 30 mm, L/D = 32) with the screw rotation speed set to 200 rpm in a cylinder, and the strand discharged from the tip of the die was cooled and solidified, and then cut into pellets with a cutter to a pellet length of 7 mm to produce pellets. Molded products were produced and evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.
実施例1~6いずれの材料も、炭素繊維(A)、有機繊維(B)および成分(D)が成形品内に存在しており、高い曲げ強度や衝撃特性および優れた透過損失を示し、有機繊維(B)の色調が規定されているため、成形品のL*が低く、白色化を抑制できる結果であった。また、熱可塑性樹脂(C)をポリアミド6樹脂に変更した場合でも、同様の優れた効果を発現した。さらに、制振剤を加えた実施例9では、高い衝撃特性および優れた透過損失を示した。一方、比較例1では、有機繊維(B)のL*が高いため、成形品の外観品位に劣る結果となった。比較例2では、炭素繊維(A)が過剰に含まれるため、繊維同士の接触による折損が生じ、残存繊維長が短くなったため、衝撃強度が低い結果となった。また、比較例3では、有機繊維(B)を含まなかったため、繊維補強効果が弱く、衝撃特性が低く、透過損失が低い結果となった。カーボンブラックを含む黒色ポリエステル繊維を用いた比較例4は、有機繊維にカーボンブラックを含有し、また有機繊維のエネルギー伝播速度が低いため、得られる成形品の衝撃強度および透過損失に劣る結果となった。PAN系耐炎化糸を用いた比較例5では、繊維強度が低いため、衝撃特性が低い結果となった。比較例6では、カーボンブラックを含むため、成形品が脆くなり、衝撃特性が低い結果となった。比較例7では、有機繊維(B)のエネルギー伝播速度が低いため、透過損失が低い結果となった。また、比較例8では、含まれる有機繊維(B)のLwbが長いため、成形品の外観品位に劣る結果となった。比較例9は、有機繊維(B)のLwbが短いため、成形品の衝撃特性が低く、透過損失が低い結果となった。 In all of the materials in Examples 1 to 6, carbon fiber (A), organic fiber (B) and component (D) were present in the molded product, and the molded product showed high bending strength, impact properties and excellent transmission loss. Since the color tone of the organic fiber (B) was specified, the L * of the molded product was low and whitening could be suppressed. In addition, even when the thermoplastic resin (C) was changed to polyamide 6 resin, the same excellent effect was exhibited. Furthermore, in Example 9, in which a vibration damping agent was added, high impact properties and excellent transmission loss were exhibited. On the other hand, in Comparative Example 1, the L * of the organic fiber (B) was high, resulting in poor appearance quality of the molded product. In Comparative Example 2, since the carbon fiber (A) was excessively contained, breakage occurred due to contact between the fibers, and the remaining fiber length was shortened, resulting in low impact strength. In Comparative Example 3, since the organic fiber (B) was not contained, the fiber reinforcement effect was weak, the impact properties were low and the transmission loss was low. In Comparative Example 4, which used black polyester fiber containing carbon black, the organic fiber contained carbon black and the energy transmission speed of the organic fiber was low, so the impact strength and transmission loss of the molded product obtained were poor. In Comparative Example 5, which used PAN-based flame-resistant yarn, the fiber strength was low, so the impact properties were low. In Comparative Example 6, the molded product was brittle and had low impact properties because of the inclusion of carbon black. In Comparative Example 7, the energy transmission speed of the organic fiber (B) was low, so the transmission loss was low. In Comparative Example 8, the Lwb of the organic fiber (B) contained was long, so the appearance quality of the molded product was poor. In Comparative Example 9, the Lwb of the organic fiber (B) was short, so the impact properties of the molded product were low and the transmission loss was low.
1 炭素繊維(A)
2 有機繊維(B)
3 熱可塑性樹脂(C)
4 200℃における溶融粘度が熱可塑性樹脂(C)より低い成分(D)
1 Carbon fiber (A)
2. Organic fiber (B)
3 Thermoplastic resin (C)
4. Component (D) having a melt viscosity at 200° C. lower than that of thermoplastic resin (C)
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