Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7706296B2 - Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands including blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7706296B2 - Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands including blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers - Google Patents

Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands including blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers Download PDF

Info

Publication number
JP7706296B2
JP7706296B2 JP2021126117A JP2021126117A JP7706296B2 JP 7706296 B2 JP7706296 B2 JP 7706296B2 JP 2021126117 A JP2021126117 A JP 2021126117A JP 2021126117 A JP2021126117 A JP 2021126117A JP 7706296 B2 JP7706296 B2 JP 7706296B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon fiber
thermoplastic resin
plastic
fibers
recycled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021126117A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2023020639A (en
Inventor
智義 山本
真吾 乳井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Teijin Ltd
Original Assignee
Teijin Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Teijin Ltd filed Critical Teijin Ltd
Priority to JP2021126117A priority Critical patent/JP7706296B2/en
Publication of JP2023020639A publication Critical patent/JP2023020639A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7706296B2 publication Critical patent/JP7706296B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62Plastics recycling; Rubber recycling

Landscapes

  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Description

本開示は、3次元造形に適した、再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の混紡糸を含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドに関する。また、本発明はそれらの製造方法に関する。 The present disclosure relates to carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands containing blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers, suitable for three-dimensional modeling. The present invention also relates to a method for producing the same.

従来から、造形対象物を平行な複数の面で切断した断面毎に樹脂を順次積層することによって立体造形を行い、造形対象物の3次元モデルとなる造形物を生成する技術が知られている。このような技術は、3次元造形と呼ばれ、部品試作および製品製造などに利用することができる。3次元造形の方法としては、光硬化性樹脂を用いる光造形法、金属や樹脂の粉末を用いる粉末積層法、樹脂を溶融させて堆積させる溶融堆積法、紙、樹脂シートまたは金属薄板を積層する薄板積層法、液状または粉末状の樹脂や金属を噴射するインクジェット法などが知られている。 Conventionally, there has been known a technique for creating a three-dimensional model of an object by sequentially layering resin on each cross section of an object cut along multiple parallel planes. This technique is called three-dimensional modeling, and can be used for prototyping parts and manufacturing products. Known three-dimensional modeling methods include the optical modeling method using photocurable resin, the powder lamination method using metal or resin powder, the molten deposition method in which resin is melted and deposited, the thin plate lamination method in which paper, resin sheets, or thin metal plates are layered, and the inkjet method in which liquid or powdered resin or metal is sprayed.

溶融堆積法の例として、特許文献1に熱可塑性高分子材料を用いる溶融堆積法が開示されている。この技術では、固体状の熱可塑性高分子材料を吐出ヘッドに供給し、上記吐出ヘッドにおいて、上記高分子材料を溶融させ、吐出ヘッドから溶融した高分子材料を吐出し、層状に堆積させることを繰り返す。この技術において使用可能な熱可塑性高分子として、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリフェニルスルホン、ポリフェニレン、ポリカーボネート、高衝撃性ポリスチレン、ポリスルホン、ポリスチレン、アクリル系樹脂、アモルファス・ポリアミド、ポリエステル、ナイロン、PEEKおよびABSが例示されている。この方法は特に、比較的低温で溶融して吐出することが可能であり、環境負荷が小さい優位性から、植物由来の熱可塑性ポリエステルであるポリ乳酸が好適に使用される。 As an example of the melt deposition method, Patent Document 1 discloses a melt deposition method using a thermoplastic polymer material. In this technique, a solid thermoplastic polymer material is supplied to a discharge head, the polymer material is melted in the discharge head, and the molten polymer material is discharged from the discharge head and deposited in layers. Examples of thermoplastic polymers that can be used in this technique include polyethersulfone, polyetherimide, polyphenylsulfone, polyphenylene, polycarbonate, high impact polystyrene, polysulfone, polystyrene, acrylic resin, amorphous polyamide, polyester, nylon, PEEK, and ABS. In particular, polylactic acid, a thermoplastic polyester derived from plants, is preferably used in this method because it can be melted and discharged at a relatively low temperature and has the advantage of being environmentally friendly.

また、樹脂に繊維を含有させた繊維強化樹脂組成物(FRP成形品)は、軽量で機械特性に優れるため、航空宇宙用途からスポーツ用途等に至るまで幅広い分野において利用されており、前述の溶融積層法において、溶融した熱可塑性樹脂と繊維とが一体化された繊維樹脂材料を型材に積層し、積層した繊維樹脂材料上にさらに繊維樹脂材料を積層する技術も知られている。(特許文献2) Furthermore, fiber-reinforced resin compositions (FRP molded products) in which fibers are incorporated into resin are lightweight and have excellent mechanical properties, and are therefore used in a wide range of fields, from aerospace applications to sports applications. In the aforementioned melt lamination method, a fiber resin material in which molten thermoplastic resin and fibers are integrated is laminated onto a mold material, and a fiber resin material is further laminated onto the laminated fiber resin material. (Patent Document 2)

さらに近年、使用済みの炭素繊維含有製品などから回収される再生炭素繊維への需要が高まっている。再生炭素繊維の多くは、不連続に切断された炭素繊維であり、炭素繊維強化樹脂複合材料などの炭素繊維含有製品の原料として、未使用の連続炭素繊維と同様に取り扱うために、再生炭素繊維から紡績糸を製造する方法が検討されてきた。 Furthermore, in recent years, there has been an increasing demand for recycled carbon fibers recovered from used carbon fiber-containing products. Most recycled carbon fibers are discontinuously cut carbon fibers, and methods have been developed to produce spun yarn from recycled carbon fibers so that they can be handled in the same way as unused continuous carbon fibers and used as a raw material for carbon fiber-containing products such as carbon fiber reinforced resin composite materials.

特許文献3は、炭素繊維強化樹脂複合材料のスクラップを900℃以上の温度にて熱処理することで得られる再生炭素繊維を含む炭化物を、熱可塑性樹脂繊維と混紡した紡績糸を製造する方法を記載している。 Patent document 3 describes a method for producing spun yarn by blending a charcoal containing recycled carbon fibers, obtained by heat treating scraps of carbon fiber reinforced resin composite material at a temperature of 900°C or higher, with thermoplastic resin fibers.

特許文献4は、炭素繊維強化樹脂複合材料の熱処理で回収される再生炭素繊維ではなく、炭化物を含まない再生炭素繊維を模して、切断された未使用の不連続炭素繊維を、合成繊維と混紡した紡績糸の活用方法を記載している。 Patent Document 4 describes a method of utilizing spun yarn made by blending cut unused discontinuous carbon fibers with synthetic fibers, imitating recycled carbon fibers that do not contain carbides, rather than recycled carbon fibers recovered by heat treatment of carbon fiber reinforced resin composite materials.

特許文献5は、熱可塑性樹脂繊維と混紡せずに、炭素繊維又は再生炭素繊維のみで紡績糸を製造する方法を記載している。 Patent document 5 describes a method for producing spun yarn using only carbon fiber or recycled carbon fiber without blending with thermoplastic resin fiber.

特表2005-531439号公報Special Publication No. 2005-531439 特表2016-520459号公報Special table 2016-520459 publication 特開2018-35492号公報JP 2018-35492 A 特開2018-123438号公報JP 2018-123438 A 特開2020-90738号公報JP 2020-90738 A

使用済みの炭素繊維強化樹脂複合材料を分解し、再生炭素繊維を得る方法には、樹脂成分を、熱処理して分解する方法、溶剤を利用して溶解除去する方法、電気分解する方法等があるが、従来広く普及している方法として、熱処理して分解する方法が挙げられる。 There are several methods for decomposing used carbon fiber reinforced resin composite materials to obtain recycled carbon fiber, including decomposing the resin components through heat treatment, dissolving and removing them using a solvent, and electrolysis. The most widely used method is decomposing the resin components through heat treatment.

しかしながら、熱処理して分解する方法で得られる再生炭素繊維を原料として、熱可塑性樹脂繊維との混紡糸を製造した場合、炭素繊維強化樹脂複合材料中の樹脂が完全に分解しなかったり、残留炭化物が発生して混紡糸の製造が困難であったり、分解後に得られた繊維の機械物性、特に繊維の強度が分解前の繊維に比べて低下し、この繊維を用いた繊維強化複合材料の成形体の強度も低くなるという課題があった。 However, when recycled carbon fibers obtained by the heat treatment decomposition method are used as a raw material to produce blended yarns with thermoplastic resin fibers, there are problems such as the resin in the carbon fiber reinforced resin composite material not being completely decomposed, residual char being generated, making it difficult to produce blended yarns, and the mechanical properties of the fiber obtained after decomposition, especially the strength of the fiber, being reduced compared to the fiber before decomposition, and the strength of molded products of fiber reinforced composite materials using this fiber is also reduced.

本開示は、熱処理して分解する方法で得られる再生炭素繊維と熱可塑性樹脂とを原料として安定的に製造することができ、特には優れた機械物性を有する3次元造形物の製造に適している、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand that can be stably produced using recycled carbon fiber obtained by a method of decomposing the carbon fiber through heat treatment and a thermoplastic resin as raw materials, and that is particularly suitable for producing three-dimensional objects with excellent mechanical properties.

本開示に係る下記の態様によれば、上記の課題を解決することができる:
<態様1>
再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む混紡糸を含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドであって、
前記再生炭素繊維が、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有すること、並びに
前記再生炭素繊維が、残留炭素成分を含み、前記残留炭素成分の含有量が、前記再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下であること、
を特徴とする、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。
<態様2>
前記再生炭素繊維の含有量が、前記混紡糸に対して、50重量%超98重量%以下である、態様1に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。
<態様3>
前記再生炭素繊維及び前記熱可塑性樹脂繊維の平均長さが、それぞれ、20mm以上80mm以下である、態様1又は2に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。
<態様4>
前記熱可塑性樹脂繊維が、ポリオレフィン樹脂繊維、ポリエステル樹脂繊維、ポリアミド樹脂繊維、ポリエーテルケトン樹脂繊維、ポリカーボネート樹脂繊維、フェノキシ樹脂繊維、及びポリフェニレンスルフィド樹脂繊維、並びにこれらの混合物から選択される、態様1~3のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。
<態様5>
芯鞘構造を有しており、
前記混紡糸が芯成分であること、及び
熱可塑性樹脂が鞘成分であること、
を特徴とする、態様1~4のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。
<態様6>
前記鞘成分としての前記熱可塑性樹脂の融点T0(℃)が、前記混紡糸に含有される前記熱可塑性樹脂繊維の融点T1(℃)よりも低く、かつ、T1-T0>10を満たすことを特徴とする、態様5に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。
<態様7>
炭素繊維含有プラスチック製品に含有されるプラスチック成分を半導体熱活性法によって分解して、再生炭素繊維を製造すること、及び
前記再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混紡することによって混紡糸を製造すること
を含む、態様1~6のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する方法。
<態様8>
態様1~6のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを用いて、溶融堆積法によって3次元造形物を製造する方法。
According to the following aspects of the present disclosure, the above problems can be solved:
<Aspect 1>
A carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand including a blended yarn including recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber,
The recycled carbon fiber has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape coefficient of 6.0 or more; and The recycled carbon fiber contains a residual carbon component, and the content of the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber.
A carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand.
<Aspect 2>
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to claim 1, wherein the content of the recycled carbon fiber is more than 50% by weight and not more than 98% by weight with respect to the blended yarn.
<Aspect 3>
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to aspect 1 or 2, wherein the recycled carbon fibers and the thermoplastic resin fibers have average lengths of 20 mm or more and 80 mm or less, respectively.
<Aspect 4>
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoplastic resin fiber is selected from polyolefin resin fiber, polyester resin fiber, polyamide resin fiber, polyether ketone resin fiber, polycarbonate resin fiber, phenoxy resin fiber, and polyphenylene sulfide resin fiber, and mixtures thereof.
<Aspect 5>
It has a core-sheath structure,
The blended yarn is a core component, and a thermoplastic resin is a sheath component.
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to any one of claims 1 to 4,
<Aspect 6>
The melting point T0 (°C) of the thermoplastic resin as the sheath component is lower than the melting point T1 (°C) of the thermoplastic resin fiber contained in the blended yarn, and satisfies T1-T0>10. The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to claim 5.
<Aspect 7>
A method for producing the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to any one of claims 1 to 6, comprising: decomposing a plastic component contained in a carbon fiber-containing plastic product by a semiconductor thermal activation method to produce recycled carbon fiber; and blending the recycled carbon fiber with a thermoplastic resin fiber to produce a blended yarn.
<Aspect 8>
A method for producing a three-dimensional object by a fused deposition method using the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to any one of aspects 1 to 6.

本発明によれば、熱処理して分解する方法で得られる再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを原料として安定的に製造することができ、特には優れた機械物性を有する3次元造形物の製造に適している、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand that can be stably produced using recycled carbon fiber obtained by a method of decomposing through heat treatment and thermoplastic resin fiber as raw materials, and that is particularly suitable for producing three-dimensional objects with excellent mechanical properties.

図1は、本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの模式的な概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to the present disclosure. 図2は、本発明に係る分解方法を説明するための概念的な断面図である。FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view for explaining a disassembly method according to the present invention. 図3は、本開示に係る分解方法の1つの実施態様を模式的に示す断面概略図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of the disassembly method according to the present disclosure. 図4は、加熱処理前のCFRP板の写真である。FIG. 4 is a photograph of the CFRP plate before heat treatment. 図5は、参考実施例4に係る処理を経た後のCFRP板の写真である。FIG. 5 is a photograph of the CFRP plate after the treatment according to Reference Example 4. 図6は、参考比較例2に係る処理を経た後のCFRP板の写真である。FIG. 6 is a photograph of the CFRP plate after the treatment according to Reference Comparative Example 2.

本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドは、再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む混紡糸を有する。この再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の混紡糸は、
再生炭素繊維が、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有すること、並びに
再生炭素繊維が、残留炭素成分を含み、残留炭素成分の含有量が、前記再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下であること、
を特徴とする。
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to the present disclosure has a blended yarn containing recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber. The blended yarn of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber is
The recycled carbon fiber has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape coefficient of 6.0 or more, and the recycled carbon fiber contains a residual carbon component, and the content of the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber.
It is characterized by:

本開示に係る1つの実施態様では、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドが、上記の混紡糸からなる。 In one embodiment of the present disclosure, the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand is made of the above blended yarn.

本開示に係る混紡糸は、一般的な紡績方法で製造され、梳綿、練条、粗紡の各工程を含んでよい。ここで、梳綿工程は、不連続な各繊維の集合体を分けほぐして開繊し、混合した単繊維を一方向に配向させて太いスライバーを製造する工程であってよく、練条工程は、数本のスライバーを合糸して、引き伸ばしながら繊維配向度を更に向上させる工程であってよく、粗紡工程は、このスライバーを更に引き伸ばして撚りを与えることによって混紡糸を巻き取る工程であってよい。 The blended yarn according to the present disclosure may be produced by a general spinning method, and may include the steps of carding, drawing, and roving. Here, the carding step may be a step of separating and opening up a discontinuous fiber aggregate, and orienting the mixed single fibers in one direction to produce a thick sliver, the drawing step may be a step of combining several slivers and stretching the yarn to further improve the degree of fiber orientation, and the roving step may be a step of further stretching and twisting the sliver to wind up the blended yarn.

スライバーの引張強度は、単繊維同士の接触又は絡み合いによる摩擦力で与えられるため、各繊維が良好に開繊し、単繊維同士の接触面積若しくは絡み合いが増えることで引張強度は向上し、また、単繊維切れを抑制して単繊維同士の繋ぎ目を増やさないことで引張強度の低下を抑制できる。撚りを強めることでも、単繊維同士の接触面積が増えるため、引張強度は向上する。摩擦力を補うため、必要に応じて、各繊維、若しくはスライバーに油剤を塗付してもよい。 The tensile strength of a sliver is determined by the frictional force caused by contact or entanglement between single fibers, so the tensile strength improves when each fiber is opened well and the contact area or entanglement between single fibers increases. In addition, the decrease in tensile strength can be prevented by suppressing single fiber breakage and not increasing the number of connections between single fibers. Increasing the twist also increases the contact area between single fibers, improving the tensile strength. To compensate for the frictional force, an oil may be applied to each fiber or to the sliver as necessary.

一般に、炭素繊維は、捲縮性がなく、表面平滑性も高いため、単繊維同士の絡み合いは弱く、更には、高弾性率低伸度で硬いため、比較的折れて切れ易いという特徴を有する。再生炭素繊維と混紡する熱可塑性樹脂繊維は、単繊維同士の絡み合いを高める効果を担っており、少量の熱可塑性樹脂繊維を混紡することでも、スライバーの引張強度は大きく向上する。 Generally, carbon fibers are not prone to crimping and have a high surface smoothness, so the intertwining of single fibers is weak. Furthermore, because they are hard with a high elastic modulus and low elongation, they are relatively prone to breaking and cutting. Thermoplastic resin fibers that are blended with recycled carbon fibers have the effect of increasing the intertwining of single fibers, and even blending a small amount of thermoplastic resin fibers can greatly improve the tensile strength of the sliver.

理論によって限定する意図はないが、本開示に係る混紡糸は、再生炭素繊維の単繊維引張強度におけるワイブル形状係数が高いことから、引張強度のばらつきは小さく、同等の引張強度を持つ一般的な未使用の炭素繊維と比較しても、引張強度が低い単繊維は少ないため、再生炭素繊維の単繊維切れは比較的に抑制されると考えられる。 Without intending to be limited by theory, it is believed that the blended yarn according to the present disclosure has a high Weibull shape coefficient for the single fiber tensile strength of the recycled carbon fiber, so the variation in tensile strength is small, and there are fewer single fibers with low tensile strength compared to general unused carbon fiber with the same tensile strength, so single fiber breakage of the recycled carbon fiber is relatively suppressed.

また、熱処理して分解する方法で得られる再生炭素繊維の一般的な特徴として、再生炭素繊維に酸化欠陥が生成することで引張強度が低下し易いこと、及び樹脂成分の炭化物が残留炭素成分として再生炭素繊維に含まれることがある。残留炭素成分は、再生炭素繊維の単繊維同士を強固に結着することがある。紡績糸の製造において、残留炭素成分は、梳綿工程での開繊、及び単繊維同士の絡み合いを妨げると考えられる。 In addition, a general feature of recycled carbon fibers obtained by the method of decomposition through heat treatment is that the tensile strength is easily reduced due to the generation of oxidation defects in the recycled carbon fibers, and that carbonized resin components may be contained in the recycled carbon fibers as residual carbon components. The residual carbon components may strongly bond the single fibers of the recycled carbon fibers together. In the production of spun yarn, the residual carbon components are thought to hinder the opening during the carding process and the entanglement of the single fibers.

理論によって限定する意図はないが、本開示に係る混紡糸は、残留炭素成分の含有量が低い再生炭素繊維を原料とすることから、単繊維同士の絡み合いが得られ易い。 Without intending to be limited by theory, the blended yarn according to the present disclosure is made from recycled carbon fibers with a low content of residual carbon components, which makes it easier to obtain entanglement between the single fibers.

上述の理由から、本開示に係る混紡糸は、単繊維同士の絡み合いによる摩擦力が得られ易いことにより、紡績工程張力に対する糸抜けを起こさずに、安定して製造されるための引張強度が得られ易いと考えられる。 For the reasons described above, it is believed that the blended yarn disclosed herein is more likely to have sufficient tensile strength for stable production without yarn loss due to the tension of the spinning process, because frictional force is more likely to be achieved through the entanglement of single fibers.

本開示に係る1つの実施態様では、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドが、芯鞘構造を有しており、
混紡糸が芯成分であること、及び熱可塑性樹脂が鞘成分であること、
を特徴とする。
In one embodiment according to the present disclosure, the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand has a core-sheath structure,
The blended yarn is a core component, and the thermoplastic resin is a sheath component.
It is characterized by:

本開示の1つの実施態様に係る芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドは、本開示に係る混紡糸を連続炭素繊維の代替物として用いること以外は、一般的な長繊維強化ストランドの製造方法と同様にして、混紡糸を熱可塑性樹脂で被覆処理して製造することができることから、不連続炭素繊維を熱可塑性樹脂に混錬分散した短繊維強化熱可塑性樹脂ストランドと比較して、比較的繊維長の長い再生炭素繊維を含むことができる。すなわち、本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドは、射出成形機等、又は3次元造形装置等に供給されることで、機械物性等が優れる炭素繊維含有製品を製造することができる。 The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand having a core-sheath structure according to one embodiment of the present disclosure can be produced by coating the blended yarn with a thermoplastic resin in the same manner as a general long fiber reinforced strand, except that the blended yarn according to the present disclosure is used as a substitute for continuous carbon fiber. Therefore, compared to a short fiber reinforced thermoplastic resin strand in which discontinuous carbon fibers are kneaded and dispersed in a thermoplastic resin, the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand having a relatively long fiber length can be included. In other words, the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to the present disclosure can be supplied to an injection molding machine or a three-dimensional modeling device to produce a carbon fiber-containing product having excellent mechanical properties.

以下、本開示に係る発明について、さらに詳細に説明する。 The invention disclosed herein is described in further detail below.

<再生炭素繊維>
再生炭素繊維(リサイクルされた炭素繊維)は、炭素繊維成分、及び炭素繊維成分以外の炭素成分(特には残留炭素成分)を含む。通常、再生炭素繊維中で、炭素繊維成分以外の炭素成分は、炭素繊維成分の表面に付着している。
<Recycled carbon fiber>
Recycled carbon fibers (recycled carbon fibers) contain carbon fiber components and carbon components other than the carbon fiber components (particularly residual carbon components). In recycled carbon fibers, the carbon components other than the carbon fiber components are usually attached to the surface of the carbon fiber components.

本開示に係る再生炭素繊維は、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有すること、並びに、残留炭素成分を含み、残留炭素成分の含有量が、再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下であることを特徴とする。 The recycled carbon fiber according to the present disclosure is characterized in that it has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape coefficient of 6.0 or more, and contains residual carbon components, the content of which is more than 0% and not more than 5.0% by weight of the recycled carbon fiber.

当該特徴を有する再生炭素繊維であれば、再生方法は特に限定されないが、例えば、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)などの炭素繊維含有プラスチック製品を熱処理することによって得られた再生炭素繊維であってよい。 There are no particular limitations on the recycling method as long as the recycled carbon fiber has these characteristics, but it may be, for example, recycled carbon fiber obtained by heat treating a plastic product containing carbon fiber, such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP).

特に好ましくは、再生炭素繊維は、半導体熱活性法によって得られた再生炭素繊維である。すなわち、本開示の特に好ましい実施態様は、炭素繊維含有プラスチック製品に含有されるプラスチック成分を、半導体熱活性法によって分解して製造された再生炭素繊維を含む。 Particularly preferably, the recycled carbon fiber is a recycled carbon fiber obtained by a semiconductor thermal activation method. That is, a particularly preferred embodiment of the present disclosure includes recycled carbon fiber produced by decomposing plastic components contained in a carbon fiber-containing plastic product by a semiconductor thermal activation method.

なお、「半導体熱活性法」(TASC法)は、半導体の熱活性(Thermal Activation of Semi-conductors、TASC)を利用してポリマーなどの被分解化合物を分解する方法である。 The "thermal activation of semiconductors" (TASC method) is a method that uses the thermal activation of semiconductors (TASC) to decompose compounds such as polymers.

半導体熱活性法を用いて本開示に係る特性を有する再生炭素繊維を得る方法については、後述する。 The method for obtaining recycled carbon fibers having the properties disclosed herein using semiconductor thermal activation will be described later.

<単繊維引張強度>
単繊維引張強度は、好ましくは、3.1GPa以上、3.2GPa以上、3.3GPa以上、又は3.4GPa以上である。なお、単繊維引張強度の上限は特に限定されないが、6.0GPa以下であってよい。
<Single fiber tensile strength>
The single fiber tensile strength is preferably 3.1 GPa or more, 3.2 GPa or more, 3.3 GPa or more, or 3.4 GPa or more. The upper limit of the single fiber tensile strength is not particularly limited, but may be 6.0 GPa or less.

単繊維引張強度は、JIS R7606に準拠して、下記のとおりにして計測することができる:
繊維束から少なくとも30本の単繊維を採取し、
デジタルマイクロスコープによって撮影した単繊維の側面画像において単繊維の直径を計測して、断面積を算出し、
サンプリングした単繊維を、穴あき台紙に接着剤を用いて固定し、
単繊維を固定した台紙を、引張試験機に取り付け、試長10mm、歪速度1mm/分で引張試験を行って引張破断応力を測定し、
単繊維の断面積及び引張破断応力から引張強度を算出し、
少なくとも30本の単繊維の引張強度の平均を、単繊維引張強度とする。
The single fiber tensile strength can be measured in accordance with JIS R7606 as follows:
At least 30 single fibers are taken from the fiber bundle;
The diameter of the single fiber is measured in a side image of the single fiber taken by a digital microscope, and the cross-sectional area is calculated.
The sampled single fiber was fixed to a perforated mount using adhesive.
The mount on which the single fiber was fixed was attached to a tensile tester, and a tensile test was carried out at a test length of 10 mm and a strain rate of 1 mm/min to measure the tensile breaking stress.
The tensile strength is calculated from the cross-sectional area and tensile breaking stress of the single fiber.
The single fiber tensile strength is taken as the average of the tensile strengths of at least 30 single fibers.

<ワイブル形状係数>
ワイブル形状係数は、好ましくは、6.5以上、7.0以上、7.5以上、8.0以上、又は8.5以上である。ワイブル形状係数の上限は特に限定されないが、15.0以下であってよい。なお、単繊維引張強度のワイブル形状係数が高いことは、単繊維引張強度のばらつきが小さいことを意味している。
<Weibull shape coefficient>
The Weibull shape coefficient is preferably 6.5 or more, 7.0 or more, 7.5 or more, 8.0 or more, or 8.5 or more. The upper limit of the Weibull shape coefficient is not particularly limited, but may be 15.0 or less. A high Weibull shape coefficient of single fiber tensile strength means that the variation in single fiber tensile strength is small.

ワイブル形状係数は、下記の式に従って算出することができる:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
式中、Fは、対称試料累積分布法により求められる破壊確率、σは、単繊維引張強度(MPa)、mは、ワイブル形状係数、Cは、定数である。
The Weibull shape factor can be calculated according to the following formula:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
In the formula, F is the fracture probability obtained by the symmetric sample cumulative distribution method, σ is the single fiber tensile strength (MPa), m is the Weibull shape coefficient, and C is a constant.

lnln{1/(1-F)}とlnσとでワイブルプロットし、1次近似した傾きから、ワイブル形状係数mを求めることができる。 The Weibull shape coefficient m can be calculated by plotting lnln{1/(1-F)} and lnσ and using the linear approximation slope.

<炭素繊維成分>
再生炭素繊維中の炭素繊維成分は、通常、再生炭素繊維の原料となった炭素繊維含有製品等に含有されていた炭素繊維に由来する。再生炭素繊維中の炭素繊維成分は、再生炭素繊維の製造の過程で熱処理等を受けることによって改質されていてもよい。
<Carbon fiber component>
The carbon fiber component in the recycled carbon fiber is usually derived from the carbon fiber contained in the carbon fiber-containing product that was the raw material for the recycled carbon fiber. The carbon fiber component in the recycled carbon fiber may be modified by being subjected to a heat treatment or the like during the production process of the recycled carbon fiber.

再生炭素繊維中の炭素繊維成分は、例えば、PAN系炭素繊維、又はピッチ系炭素繊維であってよい。 The carbon fiber component in the recycled carbon fiber may be, for example, PAN-based carbon fiber or pitch-based carbon fiber.

再生炭素繊維中の炭素繊維成分の形態は、特に制限されないが、複数の単糸(単繊維、フィラメント)から構成される炭素繊維束の形態であってよい。炭素繊維束を構成するフィラメントの構成本数は、1,000本~80,000本、又は3,000本~50,000本の範囲であってよい。また、再生炭素繊維中の炭素繊維成分を構成するフィラメントの直径は、0.1μm~30μm、1μm~10μm、又は3μm~8μmであってよい。 The form of the carbon fiber component in the recycled carbon fiber is not particularly limited, but may be in the form of a carbon fiber bundle composed of multiple single threads (single fibers, filaments). The number of filaments constituting the carbon fiber bundle may be in the range of 1,000 to 80,000, or 3,000 to 50,000. The diameter of the filaments constituting the carbon fiber component in the recycled carbon fiber may be 0.1 μm to 30 μm, 1 μm to 10 μm, or 3 μm to 8 μm.

<残留炭素成分>
再生炭素繊維に含有される残留炭素成分は、特には、再生炭素繊維を製造する際に原料として用いた炭素繊維含有プラスチック製品に含まれていた樹脂に由来する残留炭素である。
<Residual carbon components>
The residual carbon component contained in the recycled carbon fibers is, in particular, residual carbon derived from the resin contained in the carbon fiber-containing plastic product used as a raw material in producing the recycled carbon fibers.

本開示では、残留炭素成分が、再生炭素繊維に対して、0重量%超5.0重量%以下である。この場合には、紡績工程張力に対する糸抜け耐性が向上した混紡糸を得ることができる。 In the present disclosure, the residual carbon component is more than 0% and 5.0% by weight or less of the recycled carbon fiber. In this case, a blended yarn with improved resistance to thread pull-out due to the tension in the spinning process can be obtained.

また、残留炭素成分が0重量%超5.0重量%以下である場合には、炭素成分(特には炭)が比較的多いことによる汚染を回避することができ、また、混紡糸を材料として炭素繊維含有製品等を製造する際に異物となりうる炭素成分を低減することができる。 In addition, when the residual carbon content is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less, contamination caused by a relatively large amount of carbon components (especially charcoal) can be avoided, and the carbon components that can become foreign matter when manufacturing carbon fiber-containing products, etc. using the blended yarn as a material can be reduced.

好ましくは、残留炭素成分は、再生炭素繊維に対して、4.0重量%以下、3.0重量%以下、又は2.0重量%以下である。残留炭素成分は、できるだけ低減されていることが好ましいが、炭素繊維に対して、0.1重量%以上、0.2重量%以上、0.4重量%以上、0.6重量%以上、0.8重量%以上、1.0重量%以上、若しくは1.2重量%以上であってもよい。 Preferably, the residual carbon component is 4.0% by weight or less, 3.0% by weight or less, or 2.0% by weight or less relative to the recycled carbon fiber. It is preferable that the residual carbon component is as low as possible, but it may be 0.1% by weight or more, 0.2% by weight or more, 0.4% by weight or more, 0.6% by weight or more, 0.8% by weight or more, 1.0% by weight or more, or 1.2% by weight or more relative to the carbon fiber.

再生炭素繊維中の残留炭素成分の含有量は、熱重量分析法(TGA法)によって計測することができる。 The residual carbon content in recycled carbon fiber can be measured using thermogravimetric analysis (TGA).

熱重量分析法による残留炭素成分は、下記の手順で計測することができる:
(i)再生炭素繊維を粉砕して得た1~4mgのサンプル片に対して、熱重量分析計において、0.2L/minの空気供給速度、5℃/minの加熱上昇率、及び1/6sの記録速度で、
室温から100℃への昇温、
30分間にわたる100℃での保持、
100℃から400℃への昇温、及び、
400℃での保持
の工程を有し合計300分間にわたる熱重量分析を行い、
(ii)重量減少率を時間に対してプロットしたグラフにおいて、傾きの変曲点を特定し、当該変曲点における重量減少率の値から、100℃での保持期間における重量減少率を差し引くことによって、残留炭素量を算出する。
The residual carbon content by thermogravimetry can be measured by the following procedure:
(i) A sample piece of 1 to 4 mg obtained by pulverizing the recycled carbon fiber was subjected to a thermogravimetric analysis at an air supply rate of 0.2 L/min, a heating rate of 5°C/min, and a recording speed of 1/6 s.
Heating from room temperature to 100°C,
Hold at 100° C. for 30 minutes;
Rising the temperature from 100°C to 400°C, and
Thermogravimetric analysis was performed for a total of 300 minutes, including a step of holding at 400°C.
(ii) In a graph in which the weight loss rate is plotted against time, an inflection point in the slope is identified, and the amount of residual carbon is calculated by subtracting the weight loss rate during the holding period at 100°C from the weight loss rate value at the inflection point.

なお、上記の条件で傾きの変曲点を特定できない場合には、合計300分間にわたる熱重量分析の代わりに、480分間にわたる400℃での保持を伴う合計約600分間にわたる熱重量分析を行ってもよく、さらには、400℃で480分間にわたって保持する代わりに、400℃超500℃以下の範囲内の特定の温度で、480分間にわたって保持してもよい。 If the inflection point of the slope cannot be identified under the above conditions, instead of a total of 300 minutes of thermogravimetric analysis, a total of about 600 minutes of thermogravimetric analysis may be performed with a holding time of 400°C for 480 minutes, and further, instead of holding at 400°C for 480 minutes, a specific temperature in the range of more than 400°C and not more than 500°C may be held for 480 minutes.

また、再生炭素繊維がサイジング剤などに由来する樹脂を有している場合には、当該樹脂を除去した後で、上記の計測を行うことができる。 In addition, if the recycled carbon fiber contains resin derived from a sizing agent or the like, the above measurements can be performed after removing the resin.

<熱可塑性樹脂繊維>
本開示に係る混紡糸に含有される熱可塑性樹脂繊維としては、ポリオレフィン樹脂繊維(例えば、ポリプロピレン樹脂繊維及びポリエチレン樹脂繊維)、ポリエステル樹脂繊維(例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維、ポリブチレンテレフタレート樹脂繊維、及びポリ乳酸樹脂繊維)、ポリアミド樹脂繊維、ポリエーテルケトン樹脂繊維、ポリカーボネート樹脂繊維、フェノキシ樹脂繊維、並びにポリフェニレンスルフィド樹脂繊維が挙げられる。熱可塑性樹脂繊維は、1種のみであってよく、又は、2種以上の熱可塑性樹脂繊維の混合物であってもよい。
<Thermoplastic resin fiber>
Examples of thermoplastic resin fibers contained in the blended yarn according to the present disclosure include polyolefin resin fibers (e.g., polypropylene resin fibers and polyethylene resin fibers), polyester resin fibers (e.g., polyethylene terephthalate resin fibers, polybutylene terephthalate resin fibers, and polylactic acid resin fibers), polyamide resin fibers, polyether ketone resin fibers, polycarbonate resin fibers, phenoxy resin fibers, and polyphenylene sulfide resin fibers. The thermoplastic resin fibers may be of only one type, or may be a mixture of two or more types of thermoplastic resin fibers.

<混紡糸>
混紡糸は、再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む紡績糸である。混紡糸は、例えば、再生炭素繊維に付与されるバインダ等を含むこともできる。特には、混紡糸は、実質的に再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維からなる紡績糸である。
<Blended yarn>
The blended yarn is a spun yarn containing recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber. The blended yarn may also contain, for example, a binder applied to the recycled carbon fiber. In particular, the blended yarn is a spun yarn substantially composed of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber.

<再生炭素繊維の含有量>
再生炭素繊維の含有量は、好ましくは、混紡糸に対して、50重量%超98重量%以下である。特に好ましくは、55重量%超、60重量%超、65重量%超、若しくは70重量%超であってよく、かつ/又は、97重量%以下、96重量%以下、95重量%以下、94重量%以下、93重量%以下、92重量%以下、91重量%以下、若しくは90重量%以下であってよい。
<Recycled carbon fiber content>
The content of recycled carbon fibers is preferably more than 50% by weight and not more than 98% by weight, particularly preferably more than 55% by weight, more than 60% by weight, more than 65% by weight, or more than 70% by weight, and/or not more than 97% by weight, not more than 96% by weight, not more than 95% by weight, not more than 94% by weight, not more than 93% by weight, not more than 92% by weight, not more than 91% by weight, or not more than 90% by weight.

再生炭素繊維の含有量が50重量%超であれば、この再生炭素繊維を用いて本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する際に、炭素繊維含有量を高める目的で熱可塑性樹脂での被覆量を少なくする必要がなく、被覆処理の安定性が向上する。再生炭素繊維の含有量が98重量%以下であれば、混紡する熱可塑性樹脂繊維との絡み合いが十分となり、紡績工程張力による糸抜けが起きにくくなる。 If the recycled carbon fiber content is more than 50% by weight, when using this recycled carbon fiber to manufacture the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to the present disclosure, there is no need to reduce the amount of coating with thermoplastic resin in order to increase the carbon fiber content, and the stability of the coating process is improved. If the recycled carbon fiber content is 98% by weight or less, there is sufficient entanglement with the blended thermoplastic resin fiber, making it less likely for the thread to come off due to the tension in the spinning process.

熱可塑性樹脂繊維の含有量は、混紡糸に対して、50重量%以下、40重量%以下、若しくは30重量%以下であってよく、かつ/又は、3重量%超、4重量%超、5重量%超、6重量%超、7重量%超、8重量%超、9重量%超、若しくは10重量%超であってよい。 The content of thermoplastic resin fibers in the blended yarn may be 50% by weight or less, 40% by weight or less, or 30% by weight or less, and/or may be more than 3% by weight, more than 4% by weight, more than 5% by weight, more than 6% by weight, more than 7% by weight, more than 8% by weight, more than 9% by weight, or more than 10% by weight.

<繊維の平均長さ>
本開示に係る混紡糸に含有される再生炭素繊維は、20mm以上80mm以下の平均長さを有することができる。この範囲の長さを有する繊維は、例えば、比較的長い寸法を有する繊維を切断処理することによって得ることができる。再生炭素繊維の平均長さは、20mm以上、30mm以上、若しくは40mm以上であってよく、かつ/又は、80mm以下、70mm以下、若しくは60mm以下であってよい。
<Average fiber length>
The recycled carbon fibers contained in the blended yarn according to the present disclosure can have an average length of 20 mm or more and 80 mm or less. Fibers having a length in this range can be obtained, for example, by cutting fibers having a relatively long dimension. The average length of the recycled carbon fibers can be 20 mm or more, 30 mm or more, or 40 mm or more, and/or 80 mm or less, 70 mm or less, or 60 mm or less.

本開示に係る混紡糸に含有される熱可塑性樹脂繊維は、20mm以上80mm以下の平均長さを有することができる。この範囲の長さを有する繊維は、例えば、比較的長い寸法を有する繊維を切断処理することによって得ることができる。熱可塑性樹脂繊維の平均長さは、20mm以上、30mm以上、若しくは40mm以上であってよく、かつ/又は、80mm以下、70mm以下、若しくは60mm以下であってよい。 The thermoplastic resin fibers contained in the blended yarn according to the present disclosure may have an average length of 20 mm or more and 80 mm or less. Fibers having a length in this range may be obtained, for example, by cutting fibers having a relatively long dimension. The average length of the thermoplastic resin fibers may be 20 mm or more, 30 mm or more, or 40 mm or more, and/or 80 mm or less, 70 mm or less, or 60 mm or less.

混紡糸の製造において、再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の平均長さが20mm以上の場合は、スライバーの紡績工程張力に対する糸抜け耐性を向上させることができる。
再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の平均長さが80mm以下である場合には、製造設備部品への巻き付きを低減することができる。
In the production of blended yarn, when the average length of the recycled carbon fiber and the thermoplastic resin fiber is 20 mm or more, the resistance to yarn slippage due to the tension in the spinning process of the sliver can be improved.
When the average length of the recycled carbon fibers and thermoplastic resin fibers is 80 mm or less, the likelihood of the fibers wrapping around manufacturing equipment parts can be reduced.

再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の平均長さは、それぞれ、目視でノギス等を用いて、又はデジタルカメラ若しくは光学顕微鏡などで取得された画像において、50本の繊維の長さを計測し、計測値を平均することによって、算出することができる。 The average length of the recycled carbon fibers and thermoplastic resin fibers can be calculated by measuring the length of 50 fibers visually using calipers or in images taken with a digital camera or optical microscope, and averaging the measured values.

<混紡糸の製造方法>
上述のとおり、本開示に係る再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維の混紡糸は、一般的な紡績方法で製造することができる。すなわち、本開示に係る混紡糸の製造方法は、不連続な各繊維の集合体を分けほぐして開繊し、混合した単繊維を一方向に配向させて太いスライバーを製造する梳綿工程、数本のスライバーを合糸して、引き伸ばしながら繊維配向度を更に向上させる練条工程、このスライバーを更に引き伸ばして撚りを与えることによって混紡糸を巻き取る粗紡工程を含んでよい。
<Method of manufacturing blended yarn>
As described above, the blended yarn of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber according to the present disclosure can be manufactured by a general spinning method. That is, the manufacturing method of the blended yarn according to the present disclosure may include a carding process in which discontinuous fiber aggregates are separated and opened, and the mixed single fibers are oriented in one direction to manufacture a thick sliver, a drawing process in which several slivers are combined and stretched to further improve the degree of fiber orientation, and a roving process in which the sliver is further stretched and twisted to wind up the blended yarn.

混紡糸を製造する際に、バインダを適用することができる。バインダは、特には、熱可塑性樹脂繊維に対する再生炭素繊維の結合を促進する役割を有する。バインダを適用するタイミングは特に限定されないが、再生炭素繊維に対して直接に適用してもよく、又は、再生炭素繊維及び熱可塑性樹脂繊維を含む混紡糸に対して適用してもよい。バインダは、例えば、エポキシ系樹脂であってよい。バインダの適用方法は特に限定されず公知の方法を用いることができ、例えば、バインダの溶液又は分散液中に再生炭素繊維又は混紡糸を浸漬し、乾燥することによって、バインダの適用を行うことができる。なお、バインダの量は、再生炭素繊維に対して、0.1重量%~25重量%、又は1重量%~20重量%であってよい。 When producing the blended yarn, a binder can be applied. The binder has a role of promoting the bonding of the recycled carbon fiber to the thermoplastic resin fiber in particular. The timing of applying the binder is not particularly limited, but it may be applied directly to the recycled carbon fiber, or it may be applied to the blended yarn containing the recycled carbon fiber and the thermoplastic resin fiber. The binder may be, for example, an epoxy-based resin. The method of applying the binder is not particularly limited, and a known method can be used. For example, the binder can be applied by immersing the recycled carbon fiber or the blended yarn in a solution or dispersion of the binder and drying it. The amount of the binder may be 0.1% by weight to 25% by weight, or 1% by weight to 20% by weight, relative to the recycled carbon fiber.

<芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド>
本開示の1つの実施態様によれば、本開示に係る上記の混紡糸を熱可塑性樹脂で被覆することにより、混紡糸を芯成分、熱可塑性樹脂を鞘成分とする、芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドが提供される。このストランドは、再生炭素繊維を熱可塑性樹脂に混錬分散してなる短繊維強化ストランドと比較して、比較的繊維長の長い再生炭素繊維を含むことから、3次元造形装置等に供給されることで、機械物性等が特に優れる炭素繊維含有製品を製造することができる。
<Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand with core-sheath structure>
According to one embodiment of the present disclosure, a carbon fiber-reinforced thermoplastic resin strand having a core-sheath structure, in which the blended yarn is a core component and the thermoplastic resin is a sheath component, is provided by covering the blended yarn according to the present disclosure with a thermoplastic resin. This strand contains recycled carbon fibers having a relatively long fiber length compared to short fiber reinforced strands obtained by kneading and dispersing recycled carbon fibers in a thermoplastic resin, and therefore, by supplying the strand to a three-dimensional modeling device or the like, a carbon fiber-containing product having particularly excellent mechanical properties can be produced.

<芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法>
本開示の1つの実施態様に係る芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドは、混紡糸を熱可塑性樹脂で被覆処理することによって製造することができ、より具体的には、上述のとおり、連続炭素繊維の代わりに本開示に係る混紡糸を用いること以外は、一般的な長繊維強化ストランドの製造方法と同様にして、混紡糸を熱可塑性樹脂で被覆処理することによって、製造することができる。すなわち、巻き返しながら連続搬送される混紡糸が、溶融した熱可塑性樹脂が混紡糸とは別の供給口から連続供給されるダイ中に通糸される被覆工程、及びダイから吐出される吐出工程を含む方法によって、製造することができる。
<Method for producing carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand with core-sheath structure>
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand having a sheath-core structure according to one embodiment of the present disclosure can be produced by coating a blended yarn with a thermoplastic resin, and more specifically, as described above, can be produced by coating the blended yarn with a thermoplastic resin in the same manner as in the production method of a general long fiber reinforced strand, except that the blended yarn according to the present disclosure is used instead of continuous carbon fiber. That is, the strand can be produced by a method including a coating step in which the blended yarn, which is continuously transported while being rewound, is threaded through a die through which molten thermoplastic resin is continuously supplied from a supply port separate from the blended yarn, and a discharge step in which the resin is discharged from the die.

<熱可塑性樹脂>
上記の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造において被覆処理に用いる熱可塑性樹脂(すなわち芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの鞘成分となる熱可塑性樹脂)としては、ポリオレフィン樹脂(例えば、ポリプロピレン樹脂及びポリエチレン樹脂)、ポリエステル樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、及びポリ乳酸樹脂)、ポリアミド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノキシ樹脂、並びにポリフェニレンスルフィド樹脂が挙げられる。この熱可塑性樹脂は、1種のみであってよく、又は、2種以上の熱可塑性樹脂の混合物であってもよい。
<Thermoplastic resin>
Examples of the thermoplastic resin used in the coating process in the production of the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand (i.e., the thermoplastic resin that becomes the sheath component of the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand having a core-sheath structure) include polyolefin resins (e.g., polypropylene resin and polyethylene resin), polyester resins (e.g., polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin, and polylactic acid resin), polyamide resins, polyether ketone resins, polycarbonate resins, phenoxy resins, and polyphenylene sulfide resins. The thermoplastic resin may be one type only, or may be a mixture of two or more types of thermoplastic resins.

また、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの鞘成分となる熱可塑性樹脂は、本開示に係る混紡糸に含まれる上記の熱可塑性樹脂繊維と同じ種類であってよく、又は、異なる種類であってもよい。特に、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの鞘成分となる熱可塑性樹脂の融点T0(℃)が、本開示に係る混紡糸に含まれる熱可塑性樹脂繊維T1(℃)の融点よりも低い場合(特には、T1-T0>10である場合)は、本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する際に、混紡糸に含有される熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い温度で溶融した熱可塑性樹脂にて混紡糸を被覆できるため、混紡糸がダイ中に安定して通糸できることがある。 The thermoplastic resin that forms the sheath component of the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand may be of the same type as the above-mentioned thermoplastic resin fiber contained in the blended yarn according to the present disclosure, or may be of a different type. In particular, when the melting point T0 (°C) of the thermoplastic resin that forms the sheath component of the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand is lower than the melting point T1 (°C) of the thermoplastic resin fiber contained in the blended yarn according to the present disclosure (particularly when T1-T0>10), when producing the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to the present disclosure, the blended yarn can be covered with a thermoplastic resin that is melted at a temperature lower than the melting point of the thermoplastic resin fiber contained in the blended yarn, and the blended yarn may be stably threaded through the die.

また、被覆処理に用いる上記の熱可塑性樹脂には、流動性、外観光沢、難燃特性、熱安定性、耐候性、耐衝撃性などを向上させる目的で、機械強度を損なわない範囲で、各種ポリマー、充填剤、安定剤、顔料などを配合してもよい。 The above-mentioned thermoplastic resins used in the coating process may also be blended with various polymers, fillers, stabilizers, pigments, etc., to improve fluidity, external gloss, flame retardant properties, thermal stability, weather resistance, impact resistance, etc., without impairing mechanical strength.

<ストランドの芯鞘構造>
本開示の1つの実施態様に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドは、本開示に係る上記の混紡糸を熱可塑性樹脂で被覆処理することで製造されるため、混紡糸が芯成分、熱可塑性樹脂が鞘成分となる。
<Strand core-sheath structure>
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to one embodiment of the present disclosure is produced by coating the above-mentioned blended yarn according to the present disclosure with a thermoplastic resin, so that the blended yarn serves as the core component and the thermoplastic resin serves as the sheath component.

本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドは、特に、3次元造形物の製造に適している。また、3次元造形の安定性の観点から、ストランドの平均直径は、0.7mm以上2.2mm以下が好ましく用いられ、1.0mm以上2.0mm以下がさらに好ましく用いられる。 The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands according to the present disclosure are particularly suitable for the production of three-dimensional objects. From the viewpoint of the stability of the three-dimensional objects, the average diameter of the strands is preferably 0.7 mm or more and 2.2 mm or less, and more preferably 1.0 mm or more and 2.0 mm or less.

図1は、本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド100の模式的な概略図である。図面は説明のための概略図であり、縮尺どおりではない。図1のストランド100は、芯鞘構造を有しており、混紡糸からなる芯成分110、及び熱可塑性樹脂からなる鞘成分120を有する。 Figure 1 is a schematic diagram of a carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand 100 according to the present disclosure. The drawing is a schematic diagram for illustrative purposes and is not to scale. The strand 100 in Figure 1 has a core-sheath structure, with a core component 110 made of blended yarn and a sheath component 120 made of thermoplastic resin.

芯鞘構造の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドにおける鞘成分としての熱可塑性樹脂の割合に関して、鞘成分としての熱可塑性樹脂が、混紡糸に含有される再生炭素繊維100重量部に対して、50重量部~1000重量部であることが好ましく、100重量部~750重量部であることがさらに好ましく、250重量部~500重量部であることが最も好ましい。 Regarding the proportion of the thermoplastic resin as the sheath component in the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand with a core-sheath structure, the thermoplastic resin as the sheath component is preferably 50 to 1000 parts by weight, more preferably 100 to 750 parts by weight, and most preferably 250 to 500 parts by weight, per 100 parts by weight of recycled carbon fiber contained in the blended yarn.

≪3次元造形物≫
本開示は、本開示に係る上記の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを用いて、溶融堆積法によって3次元造形物を製造する方法を含む。
≪3D object≫
The present disclosure includes a method for producing a three-dimensional object by a fused deposition modeling process using the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to the present disclosure.

3次元造形では、造形対象物を平行な複数の面で切断した断面毎に樹脂を順次積層することによって立体造形を行い、造形対象物の3次元モデルとなる造形物を生成する。このような3次元造形物は、例えば、部品試作及び製品製造などに利用することができる。3次元造形の方法として、特に、樹脂を溶融させて堆積させる溶融堆積法を用いることができる。 In three-dimensional modeling, the object is cut into multiple parallel planes, and resin is layered on each cross section to produce a three-dimensional model of the object. Such three-dimensional objects can be used, for example, for prototyping parts and manufacturing products. As a method for three-dimensional modeling, in particular, the molten deposition method, in which resin is melted and deposited, can be used.

本開示に係る3次元造形物の製造方法は、本開示に係る上記の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを用いること以外は、公知の溶融堆積法に従って行うことができる。 The method for producing a three-dimensional object according to the present disclosure can be carried out according to a known melt deposition method, except that the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands according to the present disclosure are used.

具体的には、例えば、本開示に係る上記の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを、溶融堆積3次元造形装置の吐出ヘッドに供給し、上記吐出ヘッドにおいて炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを溶融させ、溶融した炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを吐出ヘッドから吐出し、層状に堆積させることを繰り返して、3次元造形物を製造することができる。 Specifically, for example, the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to the present disclosure can be supplied to the discharge head of a melt deposition three-dimensional modeling device, the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand can be melted in the discharge head, the molten carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand can be discharged from the discharge head, and the molten carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand can be repeatedly deposited in layers to produce a three-dimensional model.

≪半導体熱活性法による再生炭素繊維の製造方法≫
半導体熱活性法を用いて本開示に係る特性を有する再生炭素繊維を得る方法について、下記に説明する。下記では、まず、プラスチック含有材料を分解する方法について説明し、そして、この分解方法を用いて、プラスチック及び無機材料(炭素繊維)を含有するプラスチック含有材料から無機材料(炭素繊維)を回収する方法を説明する。
<Production method of recycled carbon fiber by semiconductor thermal activation method>
A method for obtaining recycled carbon fibers having the properties according to the present disclosure using a semiconductor thermal activation method will be described below. First, a method for decomposing plastic-containing materials will be described below, and then a method for recovering inorganic materials (carbon fibers) from plastic-containing materials containing plastics and inorganic materials (carbon fibers) using the decomposition method will be described below.

<プラスチック含有材料の分解方法>
本開示に係るプラスチック含有材料の分解方法は、
プラスチック含有材料を、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスが導入された加熱炉内の雰囲気中において、半導体材料の存在下、第1表面温度まで加熱して、プラスチック含有材料中のプラスチックを分解すること、
を含む。
<Method of decomposing plastic-containing materials>
The method for decomposing plastic-containing materials according to the present disclosure includes:
Heating the plastic-containing material to a first surface temperature in an atmosphere in a heating furnace into which a low-oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume has been introduced, in the presence of a semiconductor material, to decompose the plastic in the plastic-containing material;
Includes.

図2は、本発明に係る分解方法を説明するための概念的な断面図である。本発明に係るプラスチック含有材料の分解機構について、以下に説明する。なお、理論によって本発明を制限する意図はない。 Figure 2 is a conceptual cross-sectional view for explaining the decomposition method according to the present invention. The decomposition mechanism of the plastic-containing material according to the present invention is explained below. Note that there is no intention to limit the present invention by theory.

酸素雰囲気下で半導体材料11を加熱すると、半導体材料11中に正孔h及び電子eが発生し、この電子eが雰囲気中の酸素Oと反応してO ラジカル(活性酸素)が発生すると考えられる。そして、半導体材料11に隣接して配置されているプラスチック含有材料12において、ラジカル伝播が起こり、プラスチック含有材料12が、低分子成分へと分解され、さらに、CO、HO、CH等の分解ガスへと酸化分解される。ラジカルは、プラスチックから水素を引き抜くことによって、プラスチックの酸化分解を促進すると考えられる。 It is believed that when the semiconductor material 11 is heated in an oxygen atmosphere, holes h + and electrons e- are generated in the semiconductor material 11, and these electrons e- react with oxygen O2 in the atmosphere to generate O2- radicals (active oxygen). Radical propagation then occurs in the plastic-containing material 12 disposed adjacent to the semiconductor material 11, and the plastic-containing material 12 is decomposed into low molecular weight components, and further oxidatively decomposed into decomposition gases such as CO2 , H2O , and CH4 . It is believed that the radicals promote the oxidative decomposition of the plastic by abstracting hydrogen from the plastic.

半導体材料を用いることによって、半導体材料を用いない場合と比較して、プラスチックの分解のために導入する熱を低減することができ、結果として、エネルギー消費量を低減することができる。 By using semiconductor materials, it is possible to reduce the heat required for decomposing plastics compared to when semiconductor materials are not used, and as a result, energy consumption can be reduced.

従来の半導体の熱活性に基づくプラスチック分解法は、加熱処理の過程で過剰な酸化発熱が起こる場合があった。従来の方法では、酸素濃度が制御されていない大気中で加熱処理を行っていたため、過剰なラジカルが発生し、結果として、過剰な酸化発熱が起こっていたと考えられる。 Conventional plastic decomposition methods based on the thermal activation of semiconductors could sometimes generate excessive heat from oxidation during the heat treatment process. With conventional methods, heat treatment was carried out in air where the oxygen concentration was not controlled, which is thought to have generated excess radicals and resulted in excessive heat from oxidation.

これに対して、本件発明者らは、半導体材料の存在下であっても、酸素濃度を比較的低い値とすることによって、過剰な酸化発熱を抑制しつつ効率的にプラスチックを熱処理することができることを見出した。 In response to this, the inventors have discovered that by keeping the oxygen concentration at a relatively low value, even in the presence of semiconductor materials, it is possible to efficiently heat-treat plastics while suppressing excessive heat generation due to oxidation.

特に、プラスチックの加熱分解における初期段階では、プラスチックの量が比較的多いことに起因して、過剰な酸化発熱が発生するおそれが高い。これに対して、本開示に係る方法によれば、比較的低い酸素濃度で効率的に加熱処理を行うので、分解の初期段階であっても、過剰な酸化発熱の発生を抑制することができる。 In particular, in the early stages of the thermal decomposition of plastics, there is a high risk of excessive heat generation due to the relatively large amount of plastic. In contrast, according to the method disclosed herein, the heat treatment is carried out efficiently at a relatively low oxygen concentration, so that the generation of excessive heat generation due to oxidation can be suppressed even in the early stages of decomposition.

したがって、本開示に係る方法によれば、半導体材料の存在下で加熱処理を行うので、比較的低い酸素濃度でも良好な分解効率を得ることができ、かつ、加熱炉における酸素濃度を比較的低い値とすることによって、過剰な酸化発熱を抑制し、安定性が向上した分解処理を達成することが可能となっている。 Therefore, according to the method disclosed herein, since the heat treatment is performed in the presence of semiconductor material, good decomposition efficiency can be obtained even at a relatively low oxygen concentration, and by setting the oxygen concentration in the heating furnace to a relatively low value, it is possible to suppress excessive oxidation heat generation and achieve a decomposition process with improved stability.

本発明に係る分解法について、例示的な実施態様を描写した図面を参照して説明する。 The decomposition method according to the present invention will be described with reference to the drawings depicting an exemplary embodiment.

図3は、本開示に係る分解方法の1つの実施態様を模式的に示す断面図である。図3に示されている加熱炉20は、熱源(ヒーター)23、ガス供給部24、排気口25、及び内部空間26を有している。加熱炉20の内部空間26に、多孔性の担体21が配置されており、半導体材料が、担体21の表面に担持されている。図3の実施態様では、プラスチック含有材料22が、この担体21に接触して配置されている。 Figure 3 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of one embodiment of the decomposition method according to the present disclosure. The heating furnace 20 shown in Figure 3 has a heat source (heater) 23, a gas supply section 24, an exhaust port 25, and an internal space 26. A porous carrier 21 is disposed in the internal space 26 of the heating furnace 20, and a semiconductor material is supported on the surface of the carrier 21. In the embodiment of Figure 3, a plastic-containing material 22 is disposed in contact with the carrier 21.

加熱炉20の内部空間26の雰囲気の温度を、加熱炉20の熱源(ヒーター)23を介して制御し、それにより、プラスチック含有材料22の表面温度が特定の温度になるようにすることができる。プラスチック含有材料22の表面から5mm以内に配置された温度センサー27を介して、プラスチック含有材料22の表面温度を計測することができる。 The temperature of the atmosphere in the internal space 26 of the furnace 20 can be controlled via the heat source (heater) 23 of the furnace 20, so that the surface temperature of the plastic-containing material 22 is at a specific temperature. The surface temperature of the plastic-containing material 22 can be measured via a temperature sensor 27 positioned within 5 mm of the surface of the plastic-containing material 22.

酸素濃度10体積%未満の低酸素濃度ガスを、ガス供給部24を通じて、加熱炉20の内部空間26に導入する。炉内容量に応じて低酸素濃度ガスの導入速度を設定することによって、加熱炉20内の雰囲気の酸素濃度を制御することができる。低酸素濃度ガスは、例えば、加熱炉に設けられたガス供給部を介して加熱炉内に押し込むことができ、又は、排気口25に吸引圧を適用することによって、加熱炉内に吸引することができる。 A low-oxygen gas with an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the internal space 26 of the heating furnace 20 through the gas supply unit 24. The oxygen concentration of the atmosphere in the heating furnace 20 can be controlled by setting the introduction speed of the low-oxygen gas according to the furnace volume. The low-oxygen gas can be forced into the heating furnace, for example, through a gas supply unit provided in the heating furnace, or can be sucked into the heating furnace by applying suction pressure to the exhaust port 25.

低酸素濃度ガスは、例えば、空気と窒素ガスとの混合ガスである。空気と窒素ガスとの割合を選択することによって、加熱炉内の酸素濃度を制御することができる。 The low-oxygen gas is, for example, a mixture of air and nitrogen gas. By selecting the ratio of air to nitrogen gas, the oxygen concentration in the heating furnace can be controlled.

低酸素濃度ガスの導入によって酸素濃度を10体積%未満に制御した雰囲気中において、プラスチック含有材料を、第1表面温度、例えば、300℃~600℃の第1表面温度まで加熱する。これによって、プラスチック含有材料22に含有されるプラスチックが、水蒸気、二酸化炭素、及びメタンなどの分解ガスへと分解され、分解ガスが、加熱炉20の排気口25から排出される。 In an atmosphere in which the oxygen concentration is controlled to less than 10% by volume by introducing a low-oxygen concentration gas, the plastic-containing material is heated to a first surface temperature, for example, a first surface temperature of 300°C to 600°C. As a result, the plastic contained in the plastic-containing material 22 is decomposed into decomposition gases such as water vapor, carbon dioxide, and methane, and the decomposition gases are exhausted from the exhaust port 25 of the heating furnace 20.

上記の酸素濃度10体積%未満での加熱処理の後で、酸素濃度を10体積%以上に上昇させた加熱処理を、さらに行うことができる。 After the above-mentioned heat treatment with an oxygen concentration of less than 10% by volume, a further heat treatment can be carried out in which the oxygen concentration is increased to 10% by volume or more.

また、加熱処理後に、プラスチック含有材料に含まれていた無機材料を回収することができる。 In addition, after the heat treatment, the inorganic materials contained in the plastic-containing material can be recovered.

以下で、本開示に係る分解方法についてより詳細に説明する。 The disassembly method disclosed herein is described in more detail below.

<プラスチック含有材料>
プラスチック含有材料は、プラスチックを含有する。プラスチック含有材料は、プラスチック材料又はプラスチック複合材料であってよい。
<Plastic-containing materials>
A plastic-containing material contains plastic. A plastic-containing material may be a plastic material or a plastic composite material.

プラスチック含有材料に含有されるプラスチックとしては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられる。 The plastics contained in plastic-containing materials include thermoplastic resins and thermosetting resins.

プラスチック含有材料に含有される熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリ塩化ビニル(PVC)樹脂、ポリスチレン(PS)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、ポリ乳酸(PLA)樹脂、ポリイミド(PI)樹脂、ポリメチルメタクリレート(PMMA)樹脂、メタクリル樹脂、ポリビニルアルコール(PVA)樹脂、ポリアセタール樹脂、石油樹脂、AS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリブテン(PB)樹脂、フッ素樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂が挙げられる。 Examples of thermoplastic resins contained in plastic-containing materials include polycarbonate (PC) resin, polyethylene (PE) resin, polypropylene (PP) resin, polyvinyl chloride (PVC) resin, polystyrene (PS) resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polyamide (PA) resin, polylactic acid (PLA) resin, polyimide (PI) resin, polymethyl methacrylate (PMMA) resin, methacrylic resin, polyvinyl alcohol (PVA) resin, polyacetal resin, petroleum resin, AS resin, modified polyphenylene ether resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, polybutene (PB) resin, fluororesin, polyacrylate resin, polyether ether ketone (PEEK) resin, and polyphenylene sulfide (PPS) resin.

プラスチック含有材料に含有される熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ウレタンフォーム樹脂、ポリウレタン樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂、ビニルエステル樹脂、シアネート樹脂が挙げられる。 Examples of thermosetting resins contained in plastic-containing materials include phenolic resins, urethane foam resins, polyurethane resins, urea resins, epoxy resins, unsaturated polyester resins, melamine resins, alkyd resins, vinyl ester resins, and cyanate resins.

プラスチック含有材料は、上記の熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含有することができる。 The plastic-containing material may contain at least one resin selected from the group consisting of the thermoplastic resins and thermosetting resins described above.

(プラスチック複合材料)
プラスチック含有材料は、特には、プラスチック複合材料である。プラスチック複合材料は、例えば、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Platic)である。繊維強化プラスチックに含有される強化繊維としては、炭素繊維(カーボンファイバー)が挙げられる。
(Plastic composite materials)
The plastic-containing material is particularly a plastic composite material. The plastic composite material is, for example, a fiber reinforced plastic (FRP). An example of the reinforcing fiber contained in the fiber reinforced plastic is carbon fiber.

(炭素繊維強化プラスチック)
プラスチック複合材料は、特には、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)などの炭素繊維含有プラスチック製品である。炭素繊維強化プラスチックは、プラスチック及び炭素繊維材料を含有する。炭素繊維強化プラスチックは、他の部材及び/又は材料(例えば、炭素繊維以外の強化繊維、樹脂成型品、金属、セラミックスなど)を含んでいてもよい。
(Carbon fiber reinforced plastic)
The plastic composite material is particularly a plastic product containing carbon fiber, such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP). Carbon fiber reinforced plastic contains plastic and carbon fiber material. Carbon fiber reinforced plastic may contain other members and/or materials (e.g., reinforcing fibers other than carbon fiber, resin moldings, metals, ceramics, etc.).

炭素繊維強化プラスチックに含有される炭素繊維は、特に限定されないが、PAN系炭素繊維、及びピッチ系炭素繊維が挙げられる。炭素繊維は、1種であってもよく、2種以上から構成されるものであってもよい。 The carbon fibers contained in carbon fiber reinforced plastics are not particularly limited, but examples include PAN-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers. The carbon fibers may be one type or may be composed of two or more types.

炭素繊維強化プラスチックに含有される炭素繊維材料は、任意の形態であってよく、例えば、炭素繊維束、炭素繊維束から形成される織物、又は炭素繊維の不織布であってよい。 The carbon fiber material contained in the carbon fiber reinforced plastic may be in any form, for example, a carbon fiber bundle, a fabric formed from carbon fiber bundles, or a nonwoven fabric of carbon fibers.

<低酸素濃度ガスの導入>
本開示に係る方法では、
酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスを、加熱炉の雰囲気中に導入する。
<Introduction of low oxygen concentration gas>
In the method according to the present disclosure,
A low-oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the atmosphere of the heating furnace.

好ましくは、加熱炉の雰囲気中に導入される低酸素濃度ガスの酸素濃度が、0体積%超、1体積%以上、2体積%以上、3体積%以上、若しくは4体積%以上、かつ/又は、9体積%以下、8体積%以下、若しくは7体積%以下である。 Preferably, the oxygen concentration of the low-oxygen gas introduced into the atmosphere of the heating furnace is greater than 0 vol.%, 1 vol.% or more, 2 vol.% or more, 3 vol.% or more, or 4 vol.% or more, and/or 9 vol.% or less, 8 vol.% or less, or 7 vol.% or less.

加熱炉に低酸素濃度ガスを導入するタイミングは、プラスチック含有材料に含有されるプラスチックの種類、及び当該プラスチックの分解が開始される表面温度などに応じて決定することができる。また、加熱炉に低酸素濃度ガスを導入するタイミングは、プラスチック含有材料の自己発熱に関して事前に取得したデータに基づいて決定することができる。 The timing of introducing the low-oxygen gas into the heating furnace can be determined based on the type of plastic contained in the plastic-containing material and the surface temperature at which the decomposition of the plastic begins. In addition, the timing of introducing the low-oxygen gas into the heating furnace can be determined based on data previously obtained regarding the self-heating of the plastic-containing material.

本開示に係る好ましい1つの実施態様では、加熱炉内に保持されているプラスチック含有材料の表面温度が300℃未満である間に、低酸素濃度ガスを、加熱炉の前記雰囲気中に導入する。 In one preferred embodiment of the present disclosure, a low-oxygen gas is introduced into the atmosphere of the furnace while the surface temperature of the plastic-containing material held in the furnace is below 300°C.

さらに好ましくは、加熱炉内に保持されているプラスチック含有材料の表面温度が250℃以下、200℃以下、又は150℃以下である間に、加熱炉の雰囲気中に、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスを、導入する。 More preferably, a low-oxygen gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the atmosphere of the heating furnace while the surface temperature of the plastic-containing material held in the heating furnace is below 250°C, below 200°C, or below 150°C.

さらに好ましくは、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスを、表面温度が300℃未満のプラスチック含有材料を保持している加熱炉の雰囲気中に導入し、それによって、加熱炉内の雰囲気の酸素濃度を10体積%未満にする。 More preferably, a low-oxygen gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the atmosphere of a heating furnace holding plastic-containing material having a surface temperature of less than 300°C, thereby making the oxygen concentration of the atmosphere in the heating furnace less than 10% by volume.

さらに好ましくは、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスを、表面温度が300℃未満のプラスチック含有材料を保持している加熱炉の雰囲気中に導入し、それによって、加熱炉内の雰囲気中の酸素濃度を、0体積%超、1体積%以上、2体積%以上、3体積%以上、若しくは4体積%以上、かつ/又は、9体積%以下、8体積%以下、若しくは7体積%以下に、制御する。 More preferably, a low-oxygen gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume is introduced into the atmosphere of a heating furnace holding plastic-containing material with a surface temperature of less than 300°C, thereby controlling the oxygen concentration in the atmosphere in the heating furnace to greater than 0% by volume, 1% by volume or more, 2% by volume or more, 3% by volume or more, or 4% by volume or more, and/or 9% by volume or less, 8% by volume or less, or 7% by volume or less.

加熱炉内の酸素濃度は、酸素濃度計(酸素モニター)によって直接測定することもでき、又は、炉内容積及び炉内へのガス導入量に基づいて決定することもできる。加熱炉内の酸素濃度は、好ましくは、加熱処理の間にわたる平均酸素濃度である。 The oxygen concentration in the furnace can be measured directly by an oxygen monitor or can be determined based on the furnace volume and the amount of gas introduced into the furnace. The oxygen concentration in the furnace is preferably the average oxygen concentration over the course of the heat treatment.

炉内への低酸素濃度ガスの導入は、例えば、加熱炉に設けられたガス供給部を介して低酸素濃度ガスを炉内に押し込むことによって行うことができ、又は、炉に設けられた吸引口(又は排気口)から吸引を行い、それによって、吸引口とは異なる場所に設けられたガス供給部からガスが炉内に流入するようにすることによって、行うことができる。加熱炉のガス供給部は、例えば、開口部を有してよく、かつ/又は、ガス透過性材料を有してよい。 The low-oxygen gas can be introduced into the furnace, for example, by forcing the low-oxygen gas into the furnace through a gas supply provided in the furnace, or by drawing in air from an intake (or exhaust) provided in the furnace, thereby allowing gas to flow into the furnace from a gas supply provided at a different location from the intake. The gas supply of the furnace may, for example, have an opening and/or may have a gas-permeable material.

炉内へのガスの導入量は、分解される樹脂(例えばエポキシ樹脂)の単位樹脂量に基づき、加熱炉の容量及び所望の酸素濃度などに応じて設定することができる。 The amount of gas introduced into the furnace can be set based on the unit amount of resin (e.g., epoxy resin) to be decomposed, according to the capacity of the heating furnace, the desired oxygen concentration, etc.

例えば、単位樹脂量あたりの炉内へのガス導入量は、1~1000(L/min)/kg以下の範囲で、好ましくは2~700(L/min)/kg以下の範囲で決定することができる。また、決定されるガス導入量及び使用する加熱炉の容積に基づいて、導入されたガスによって炉内の雰囲気が置換される時間を、決定することができる。 For example, the amount of gas introduced into the furnace per unit amount of resin can be determined within the range of 1 to 1000 (L/min)/kg or less, and preferably within the range of 2 to 700 (L/min)/kg or less. In addition, the time it takes for the atmosphere in the furnace to be replaced by the introduced gas can be determined based on the determined amount of gas introduced and the volume of the heating furnace used.

特には、炉内容量に対する低酸素濃度ガスの導入量を設定し、それにより、加熱炉内に保持されているプラスチック含有材料の表面温度が300℃未満である間に、加熱炉内の雰囲気が、導入された低酸素濃度ガスによって置換されるようにすることができる。 In particular, the amount of low-oxygen gas introduced relative to the furnace volume can be set so that the atmosphere in the furnace is replaced by the introduced low-oxygen gas while the surface temperature of the plastic-containing material held in the furnace is below 300°C.

加熱炉内に導入される低酸素濃度ガスは、希釈ガスを含むことができ、特には、空気と希釈ガスとの混合ガスである。希釈ガスとしては、例えば、窒素ガス、炭酸ガス、水蒸気、及び過熱水蒸気が挙げられる。なお、過熱水蒸気は、沸点以上の温度に加熱された水蒸気である。過熱水蒸気は、被分解対象物への伝熱性が比較的高いという利点を有する。 The low-oxygen gas introduced into the heating furnace can contain a diluent gas, and in particular is a mixed gas of air and a diluent gas. Examples of diluent gas include nitrogen gas, carbon dioxide gas, water vapor, and superheated steam. Note that superheated steam is water vapor that has been heated to a temperature above its boiling point. Superheated steam has the advantage of having relatively high heat transfer to the object to be decomposed.

(加熱炉)
加熱炉は、燃焼炉又は電気炉であってよい。加熱炉は、例えば、プラスチック含有材料及び半導体材料を収容するための内部空間、加熱炉内の雰囲気を加熱するための熱源(ヒーター)、加熱炉内に低酸素濃度ガスを導入するためのガス供給部、分解ガスを排出するための排気口、及び、随意に、加熱炉内部に吸引圧を付与するための吸引口を有することができる。なお、1つの構造を、排気口及び吸引口として使用することもできる。排気口及び/又は吸引口として、例えば、加熱炉に設けられた1又は複数の開口部を用いることができる。
(heating furnace)
The furnace may be a combustion furnace or an electric furnace. The furnace may have, for example, an internal space for accommodating the plastic-containing material and the semiconductor material, a heat source (heater) for heating the atmosphere in the furnace, a gas supply unit for introducing a low-oxygen concentration gas into the furnace, an exhaust port for discharging the decomposition gas, and, optionally, a suction port for applying suction pressure inside the furnace. Note that one structure may be used as both the exhaust port and the suction port. As the exhaust port and/or the suction port, for example, one or more openings provided in the furnace may be used.

(表面温度)
プラスチック含有材料の「表面温度」は、加熱処理中のプラスチック含有材料の周囲5mm以内における温度を計測することによって、決定することができる。
(Surface temperature)
The "skin temperature" of a plastic-containing material can be determined by measuring the temperature within 5 mm around the plastic-containing material during the heat treatment.

プラスチック含有材料の表面温度は、例えば、加熱炉の熱源を介して加熱炉内の温度を制御することによって制御することができ、かつ/又は、低温ガスを加熱炉内に導入すること、及び/若しくは、酸素濃度を下げて酸化発熱を抑制することによって、制御することができる。 The surface temperature of the plastic-containing material can be controlled, for example, by controlling the temperature in the furnace via the furnace heat source and/or by introducing a cold gas into the furnace and/or by reducing the oxygen concentration to suppress oxidation heat generation.

また、プラスチック含有材料の表面から5mm以内に配置された温度センサーを介してプラスチック含有材料の表面温度を計測し、この計測値を加熱炉の熱源にフィードバックすることによって、さらに精度高く、表面温度を制御することもできる。 In addition, the surface temperature of the plastic-containing material can be measured using a temperature sensor placed within 5 mm of the surface of the plastic-containing material, and the measured value can be fed back to the heat source of the heating furnace, allowing for even more precise control of the surface temperature.

さらには、例えば、加熱炉内の温度及び/又は熱源の出力と、センサーで計測された表面温度との相関に関するデータをあらかじめ取得しておき、このデータに基づいて、加熱処理を行ってもよい。 Furthermore, for example, data regarding the correlation between the temperature inside the heating furnace and/or the output of the heat source and the surface temperature measured by a sensor may be obtained in advance, and the heating process may be performed based on this data.

<加熱処理>
本開示に係る方法は、
プラスチック含有材料を、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスが導入された加熱炉内の雰囲気中において、半導体材料の存在下、第1表面温度まで加熱して、プラスチック含有材料中のプラスチックを分解すること、
を含む。
<Heat Treatment>
The method according to the present disclosure comprises:
Heating the plastic-containing material to a first surface temperature in an atmosphere in a heating furnace into which a low-oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume has been introduced, in the presence of a semiconductor material, to decompose the plastic in the plastic-containing material;
Includes.

好ましくは、この加熱処理は、低酸素濃度ガスが導入されることによって酸素濃度が10体積%未満となった雰囲気中で行い、特には、0体積%超、1体積%以上、2体積%以上、3体積%以上、若しくは4体積%以上の酸素濃度下で行い、かつ/又は、9体積%以下、8体積%以下、若しくは7体積%以下の酸素濃度下で行う。 Preferably, this heat treatment is carried out in an atmosphere in which the oxygen concentration is less than 10% by volume by introducing a low-oxygen gas, and in particular, under an oxygen concentration of more than 0% by volume, 1% or more by volume, 2% or more by volume, 3% or more by volume, or 4% or more by volume, and/or under an oxygen concentration of 9% or less by volume, 8% or less by volume, or 7% or less by volume.

(第1表面温度)
「第1表面温度」は、プラスチック含有材料の表面温度である。「第1表面温度」は、上記の「表面温度」と同様に、加熱処理中のプラスチック含有材料の周囲5mm以内における温度を計測することによって決定することができる。
(First surface temperature)
The "first surface temperature" is the surface temperature of the plastic-containing material. The "first surface temperature" can be determined by measuring the temperature within 5 mm around the plastic-containing material during the heat treatment, similar to the "surface temperature" described above.

第1表面温度は、300℃以上、325℃以上、若しくは350℃以上であってよく、かつ/又は、600℃以下、550℃以下、500℃以下、若しくは450℃以下であってよい。第1表面温度は、例えば、300℃~600℃、300℃~550℃、300℃~500℃、又は300℃~450℃である。 The first surface temperature may be 300°C or more, 325°C or more, or 350°C or more, and/or 600°C or less, 550°C or less, 500°C or less, or 450°C or less. The first surface temperature is, for example, 300°C to 600°C, 300°C to 550°C, 300°C to 500°C, or 300°C to 450°C.

第1表面温度が上記の範囲未満であると、プラスチックの分解が起こらないことがある。また、第1表面温度が上記の範囲を超えると、プラスチック含有材料が炭素繊維等の有価物を含有する場合に、酸素存在下での加熱に伴う炭素繊維等の劣化及び/又は焼失が顕著となることがある。第1表面温度を比較的低温とすることによって、過剰な酸化発熱を抑制する効果が、さらに高まる。 If the first surface temperature is below the above range, decomposition of the plastic may not occur. If the first surface temperature exceeds the above range, when the plastic-containing material contains valuables such as carbon fibers, deterioration and/or burning of the carbon fibers etc. due to heating in the presence of oxygen may become significant. By setting the first surface temperature at a relatively low temperature, the effect of suppressing excessive oxidation heat generation is further enhanced.

本開示の好ましい実施態様では、酸素濃度10体積%未満での加熱処理の間に、第1表面温度を、450℃以上の温度にする。加熱温度が比較的低い場合には、プラスチック含有材料の表面に生成した炭化物によってプラスチックのさらなる分解が抑制される場合があるが、表面温度を450℃以上の温度にすることによって、比較的酸素濃度が低くても炭化物を除去することができる。そのため、プラスチックの分解効率をさらに向上することが可能となる。 In a preferred embodiment of the present disclosure, during the heat treatment at an oxygen concentration of less than 10% by volume, the first surface temperature is set to a temperature of 450°C or higher. When the heating temperature is relatively low, further decomposition of the plastic may be inhibited by char generated on the surface of the plastic-containing material, but by setting the surface temperature to a temperature of 450°C or higher, the char can be removed even at a relatively low oxygen concentration. This makes it possible to further improve the efficiency of decomposition of the plastic.

好ましくは、低酸素濃度ガス導入下での加熱処理を、所定の時間にわたって行う。この所定の時間は、1分~600分であってよく、好ましくは30分~300分、さらに好ましくは60分~180分である。なお、加熱炉の温度が300℃に達した時点、又はプラスチックの分解の開始が確認された時点を、上記「所定の時間」の始点とすることができる。 Preferably, the heat treatment under the introduction of low-oxygen gas is carried out for a predetermined time. This predetermined time may be 1 to 600 minutes, preferably 30 to 300 minutes, and more preferably 60 to 180 minutes. The start point of the "predetermined time" may be the time when the temperature of the heating furnace reaches 300°C or when the start of decomposition of the plastic is confirmed.

(半導体材料)
半導体材料は、プラスチック含有材料と一緒に加熱炉内に配置してもよく、又は、あらかじめ半導体材料を加熱炉内に配置し、その後に、プラスチック含有材料を、半導体材料に隣接させて若しくは接触させて、配置してもよい。
(Semiconductor Materials)
The semiconductor material may be placed in the furnace along with the plastic-containing material, or the semiconductor material may be placed in the furnace first and then the plastic-containing material may be placed adjacent to or in contact with the semiconductor material.

本開示に係る1つの実施態様では、加熱処理を受けるプラスチック含有材料と半導体材料とを、50mm以下の距離で互いに離して配置する。この目的のために、例えば、プラスチック含有材料と半導体材料との間に配置されるスペーサを用いることができる。 In one embodiment of the present disclosure, the plastic-containing material and the semiconductor material to be subjected to the heat treatment are spaced apart from each other by a distance of 50 mm or less. For this purpose, for example, a spacer can be used that is placed between the plastic-containing material and the semiconductor material.

プラスチック含有材料と半導体材料との間の距離は、両者が最も近接している場所において計測することができる。 The distance between the plastic-containing material and the semiconductor material can be measured at the point where they are closest to each other.

また、本開示に係る好ましい別の実施態様では、加熱処理を受けるプラスチック含有材料と半導体材料とを、互いに接触して配置する。 In another preferred embodiment of the present disclosure, the plastic-containing material to be subjected to the heat treatment and the semiconductor material are placed in contact with each other.

プラスチック含有材料と半導体材料との接触の様式は、特に制限されない。例えば、半導体材料の上にプラスチック含有材料を配置することによって、両者を接触させることができる。また、担体の表面に担持された半導体材料の上に、プラスチック含有材料を配置してもよい。さらには、プラスチック含有材料の少なくとも一部又は全体を半導体材料で取り囲むこと又は覆うことによって、両者を接触させることもできる。 The manner of contact between the plastic-containing material and the semiconductor material is not particularly limited. For example, the two can be brought into contact by placing the plastic-containing material on the semiconductor material. The plastic-containing material may also be placed on the semiconductor material supported on the surface of a carrier. Furthermore, the two can be brought into contact by surrounding or covering at least a part or the whole of the plastic-containing material with the semiconductor material.

半導体材料は、本発明の温度及び酸素濃度において安定であれば特に限定されない。半導体材料は、例えば、下記の物質からなる群から選択される少なくとも1つを含有する:
BeO,MgO,CaO,SrO,BaO,CeO,ThO,UO,U,TiO,ZrO,V,Y,YS,Nb,Ta,MoO,WO,MnO,Fe,MgFe,NiFe,ZnFe,ZnCo,ZnO,CdO,Al,MgAl,ZnAl,Tl,In,SiO,SnO,PbO,UO,Cr,MgCr,FeCrO,CoCrO,ZnCr,WO,MnO,Mn,Mn,FeO,NiO,CoO,Co,PdO,CuO,CuO,AgO,CoAl,NiAl,TlO,GeO,PbO,TiO,Ti,VO,MoO,IrO,RuO,CdS、CdSe,CdTe、CuO、Sb、MnO、及びCoCrO
The semiconductor material is not particularly limited as long as it is stable at the temperature and oxygen concentration of the present invention. The semiconductor material contains, for example, at least one selected from the group consisting of the following substances:
BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, CeO 2 , ThO 2 , UO 3 , U 3 O 8 , TiO 2 , ZrO 2 , V 2 O 5 , Y 2 O 3 , Y 2 O 2 S, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , MoO 3 , WO 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , MgFe 2 O 4 , NiFe 2 O 4 , ZnFe 2 O 4 , ZnCo 2 O 4 , ZnO, CdO, Al 2 O 3 , MgAl 2 O 4 , ZnAl 2 O 4 , Tl 2 O 3 , In 2 O 3 , SiO 2 , SnO 2 , PbO 2 , UO 2 , Cr 2 O 3 , MgCr 2 O 4 , FeCrO 4 , CoCrO 4 , ZnCr 2 O 4 , WO 2 , MnO, Mn 3 O 4 , Mn 2 O 3 , FeO, NiO, CoO, Co 3 O 4 , PdO, CuO, Cu 2 O, Ag 2 O, CoAl 2 O 4 , NiAl 2 O 4 , Tl 2 O , GeO, PbO, TiO, Ti 2 O 3 , VO, MoO 2 , IrO 2 , RuO 2 , CdS, CdSe, CdTe, Cu 2O , Sb2O3 , MnO3 , and CoCrO4 .

好ましくは、半導体材料が、酸化物半導体材料である。好ましい酸化物半導体材料としては、酸化クロム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化コバルト、酸化鉄、及び酸化銅が挙げられる。 Preferably, the semiconductor material is an oxide semiconductor material. Preferred oxide semiconductor materials include chromium oxide, titanium oxide, zinc oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, cobalt oxide, iron oxide, and copper oxide.

半導体材料の形態は特に制限されず、例えば、板状、粒状、又はハニカム形状であってよい。プラスチックの分解を促進させる観点からは、半導体材料が、通気性を有する担体の表面に担持されていることが好ましい。通気性を有する担体は、セラミクス等からなる多孔体、ハニカム状支持体などであってよい。半導体材料は、半導体の焼結体であってもよい。 The shape of the semiconductor material is not particularly limited, and may be, for example, plate-like, granular, or honeycomb-shaped. From the viewpoint of promoting the decomposition of plastics, it is preferable that the semiconductor material is supported on the surface of a breathable carrier. The breathable carrier may be a porous body made of ceramics or the like, a honeycomb-shaped support, or the like. The semiconductor material may be a sintered semiconductor.

<二段階加熱>
本開示の1つの好ましい実施態様に係る熱処理方法は、
第1表面温度での加熱処理に供されたプラスチック含有材料を、半導体材料の存在下、酸素濃度10体積%以上の雰囲気中において加熱すること、
を含む。
<Two-stage heating>
A heat treatment method according to one preferred embodiment of the present disclosure includes the steps of:
Heating the plastic-containing material subjected to the heat treatment at the first surface temperature in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or more in the presence of a semiconductor material;
Includes.

酸素濃度10体積%以上での加熱処理は、好ましくは、10体積%超、12体積%以上、15体積%以上、若しくは20体積%以上の酸素濃度下で行われ、かつ/又は、30体積%以下、若しくは25体積%以下の酸素濃度で行われる。 Heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more is preferably carried out under an oxygen concentration of more than 10% by volume, 12% by volume or more, 15% by volume or more, or 20% by volume or more, and/or at an oxygen concentration of 30% by volume or less, or 25% by volume or less.

二段階加熱としても言及されるこの態様では、比較的低い酸素濃度で加熱処理されたプラスチック含有材料に対して、増加した酸素濃度の下で、さらに加熱処理を行う。 In this embodiment, also referred to as two-stage heating, the plastic-containing material is heat-treated at a relatively low oxygen concentration and then further heat-treated under an increased oxygen concentration.

プラスチックの加熱分解における初期段階では、プラスチックの量が比較的多いことに起因して、過剰な酸化発熱が発生するおそれが高い。これに対して、二段階加熱を伴う上記の実施態様では、比較的低い酸素濃度で行われる加熱処理の後で、酸素濃度を上昇させた加熱処理を行う。すなわち、プラスチックの分解が進んでプラスチック量が低減された段階で酸素濃度を高めた加熱を行うので、過剰な酸化発熱の発生を抑制することができる。 In the early stages of the thermal decomposition of plastics, there is a high risk of excessive heat generation due to the relatively large amount of plastic. In contrast, in the above embodiment involving two-stage heating, a heat treatment with a relatively low oxygen concentration is performed, followed by a heat treatment with an increased oxygen concentration. In other words, heating with an increased oxygen concentration is performed at a stage when the decomposition of plastics has progressed and the amount of plastic has been reduced, thereby suppressing the generation of excessive heat generation due to oxidation.

また、比較的低い酸素濃度での加熱処理では、プラスチックの一部が気化せずに炭化物として残留する場合がある。これに対して、二段階加熱を伴う上記の実施態様では、酸素濃度を上昇させてさらに加熱処理を行うので、残留した炭化物を効率的に分解・除去することができ、結果として、分解効率をさらに向上させることができる。 In addition, when the heat treatment is performed at a relatively low oxygen concentration, some of the plastic may not vaporize and may remain as char. In contrast, in the above embodiment involving two-stage heating, the oxygen concentration is increased and further heat treatment is performed, so that the remaining char can be efficiently decomposed and removed, and as a result, the decomposition efficiency can be further improved.

低酸素濃度ガス導入下での加熱処理、及び酸素濃度10体積%以上での加熱処理は、同一の加熱炉内において連続的に行うことができる。すなわち、例えば、プラスチック含有材料を第1表面温度まで加熱した後で、同じ加熱炉において、酸素濃度を10体積%以上に上昇させ、さらに加熱処理を行うことができる。従来のプラスチック分解法では、バッチ処理に続いて処理対象物の細断等の処理を行う必要があったが、低酸素濃度ガス導入下での加熱処理、及び酸素濃度10体積%以上での加熱処理を同一の加熱炉内において連続的に行うことによって、工程数を省くことが可能となる。 The heat treatment under the introduction of low oxygen concentration gas and the heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more can be carried out continuously in the same heating furnace. That is, for example, after the plastic-containing material is heated to a first surface temperature, the oxygen concentration can be increased to 10% by volume or more in the same heating furnace, and further heat treatment can be carried out. In conventional plastic decomposition methods, it was necessary to carry out processing such as shredding of the object to be treated following batch processing, but by carrying out the heat treatment under the introduction of low oxygen concentration gas and the heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more continuously in the same heating furnace, it is possible to reduce the number of steps.

酸素濃度10体積%以上の雰囲気は、例えば、酸素濃度10体積%以上の高酸素濃度ガスを加熱炉内に導入することによって形成することができ、特には、加熱炉に空気及び/又は酸素ガスを導入することによって、形成することができる。高酸素濃度ガスの酸素濃度は、10体積%超、12体積%以上、15体積%以上、若しくは20体積%以上であってよく、かつ/又は、30体積%以下、若しくは25体積%以下であってよい。 An atmosphere with an oxygen concentration of 10% by volume or more can be formed, for example, by introducing a high-oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 10% by volume or more into the heating furnace, and in particular by introducing air and/or oxygen gas into the heating furnace. The oxygen concentration of the high-oxygen concentration gas may be more than 10% by volume, 12% by volume or more, 15% by volume or more, or 20% by volume or more, and/or 30% by volume or less, or 25% by volume or less.

酸素濃度10体積%以上での加熱処理では、第1表面温度での加熱処理で用いた半導体材料を、使用することができる。 In a heat treatment with an oxygen concentration of 10% by volume or more, the semiconductor material used in the heat treatment at the first surface temperature can be used.

(第2表面温度)
特には、第1表面温度での加熱処理に供されたプラスチック含有材料を、半導体材料の存在下、酸素濃度10体積%以上の雰囲気中において、第2表面温度まで加熱する。
(Second surface temperature)
In particular, the plastic-containing material that has been subjected to a heat treatment at a first surface temperature is heated to a second surface temperature in the presence of a semiconductor material and in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or more.

「第2表面温度」は、処理対象であるプラスチック含有材料の表面温度である。「第2表面温度」は、上記の「表面温度」及び「第1表面温度」と同様に、加熱処理中のプラスチック含有材料の周囲5mm以内における温度を計測することによって決定することができる。 The "second surface temperature" is the surface temperature of the plastic-containing material being treated. As with the above-mentioned "surface temperature" and "first surface temperature," the "second surface temperature" can be determined by measuring the temperature within 5 mm around the plastic-containing material during heat treatment.

第2表面温度は、400℃~600℃の範囲であってよい。さらに好ましくは、第2表面温度は、425℃~575℃、又は450℃~550℃である。 The second surface temperature may be in the range of 400°C to 600°C. More preferably, the second surface temperature is in the range of 425°C to 575°C, or 450°C to 550°C.

第2表面温度が上記の範囲未満であると、分解効率の向上が見られないことがある。また、第2表面温度が上記の範囲を超えると、プラスチック含有材料が炭素繊維等の有価物を含有する場合に、酸素存在下での加熱に伴う炭素繊維等の劣化及び/又は焼失が顕著となることがある。 If the second surface temperature is below the above range, the decomposition efficiency may not improve. If the second surface temperature exceeds the above range, when the plastic-containing material contains valuables such as carbon fibers, the deterioration and/or burning of the carbon fibers and the like due to heating in the presence of oxygen may become significant.

第2表面温度は、第1表面温度と実質的に同じ温度であってよい。 The second surface temperature may be substantially the same as the first surface temperature.

また、第2表面温度が、第1表面温度以上であってもよく、又は、第1表面温度よりも、少なくとも5℃、少なくとも10℃、少なくとも25℃、少なくとも50℃、若しくは少なくとも75℃高くてよい。 The second surface temperature may also be equal to or greater than the first surface temperature, or may be at least 5°C, at least 10°C, at least 25°C, at least 50°C, or at least 75°C higher than the first surface temperature.

酸素濃度10体積%以上での加熱処理を、所定の時間にわたって行うことができる。この所定の時間は、例えば、1分~600分、60分~360分、又は90分~300分であってよい。 Heat treatment at an oxygen concentration of 10% by volume or more can be carried out for a predetermined time. This predetermined time can be, for example, 1 to 600 minutes, 60 to 360 minutes, or 90 to 300 minutes.

<用途>
本開示に係るプラスチック含有材料の分解方法によれば、広範囲な種類のプラスチックを効率的に気化分解することができる。また、本開示に係る分解方法は、揮発性有機化合物(VOC)、排煙、粒子状物質(PM)などにも適用可能であり、排ガス処理にも利用することができる。
<Application>
The method for decomposing plastic-containing materials according to the present disclosure can efficiently vaporize and decompose a wide variety of plastics. The method for decomposing plastic-containing materials according to the present disclosure can also be applied to volatile organic compounds (VOCs), exhaust gas, particulate matter (PM), and the like, and can be used for exhaust gas treatment.

≪無機材料の回収方法≫
プラスチック複合材料に含有される無機材料を回収する本開示に係る方法について、下記で説明する。
<How to recover inorganic materials>
A method according to the present disclosure for recovering inorganic materials contained in plastic composite materials is described below.

本開示に係る回収方法の1つの実施態様では、プラスチック複合材料であるプラスチック含有材料が、プラスチック及び無機材料を含有しており、この回収方法が、
上記の分解方法によってプラスチック含有材料中のプラスチックを分解して無機材料を回収すること、
を含む。
In one embodiment of the recovery method according to the present disclosure, the plastic-containing material is a plastic composite material, which contains plastic and inorganic materials, and the recovery method includes:
Decomposing plastics in the plastic-containing material by the above-mentioned decomposition method to recover inorganic materials;
Includes.

なお、本開示に係る回収方法で用いることができる本開示に係る分解方法及びその詳細については、プラスチック含有材料の分解方法に関する上記の記載を参照することができる。 For the decomposition method according to the present disclosure that can be used in the recovery method according to the present disclosure and its details, please refer to the above description of the decomposition method for plastic-containing materials.

既述のとおり、本開示に係る分解方法によれば、効率的にプラスチックを分解することができる。したがって、本開示に係る回収方法によれば、プラスチック複合材料に含有されるプラスチックを効率的にかつ選択的に分解することができるため、良好な物性を有する無機材料を効率的に回収することができる。 As described above, the decomposition method according to the present disclosure can efficiently decompose plastics. Therefore, the recovery method according to the present disclosure can efficiently and selectively decompose the plastics contained in the plastic composite material, and therefore can efficiently recover inorganic materials with good physical properties.

また、本開示に係る回収方法では、プラスチック複合材料を破砕することなく、無機材料を回収することができる。なお、プラスチック複合材料を破砕することは、特に排除されず、随意に破砕を行うことができる。 In addition, the recovery method according to the present disclosure allows inorganic materials to be recovered without crushing the plastic composite material. Crushing the plastic composite material is not specifically excluded, and crushing can be performed at will.

さらに、プラスチック複合材料から無機材料を回収する場合には、回収される無機材料の品質を維持する観点から、無機材料への加熱処理の影響をできる限り抑制する必要がある。この点、本開示に係る分解方法では、比較的低い酸素濃度によって過剰な酸化発熱が抑制されている。そのため、本開示に係る回収方法によれば、比較的良好な物性を有する無機材料を回収することが可能となる。 Furthermore, when recovering inorganic materials from plastic composite materials, it is necessary to minimize the effects of heat treatment on the inorganic materials in order to maintain the quality of the recovered inorganic materials. In this regard, in the decomposition method according to the present disclosure, excessive oxidation heat generation is suppressed by a relatively low oxygen concentration. Therefore, the recovery method according to the present disclosure makes it possible to recover inorganic materials with relatively good physical properties.

(二段階加熱)
本開示に係る回収方法の別の実施態様では、プラスチック複合材料としてのプラスチック含有材料を、二段階加熱に供する。すなわち、プラスチック複合材料を、低酸素濃度ガス導入下での加熱、及び、それに続く、酸素濃度10体積%以上での加熱処理に供することによって、プラスチックを分解して、無機材料を回収する。
(Two-stage heating)
In another embodiment of the recovery method according to the present disclosure, the plastic-containing material as a plastic composite material is subjected to two-stage heating, that is, the plastic composite material is subjected to heating under the introduction of a gas with a low oxygen concentration, and then to a heat treatment with an oxygen concentration of 10% by volume or more, thereby decomposing the plastic and recovering the inorganic material.

無機材料を回収する場合には、過剰な酸化発熱による無機材料の物性劣化を抑えることが望ましく、さらに、プラスチックが炭化して無機材料に付着して残留することによる無機材料の物性劣化も抑えることが好ましい。この点、プラスチック複合材料を二段階加熱に供する態様では、過剰な酸化発熱が発生しやすい初期段階で比較的低酸素濃度にしていることで、過剰な酸化発熱に起因する無機材料の物性劣化が抑制されている。さらに、その後に、酸素濃度を上昇させた加熱処理をしているので、無機材料の上に残留した炭化樹脂を効率的に除去することができる。結果として、二段階加熱処理を介した無機材料の回収方法によって、回収される無機材料のさらに良好な物性を確保することができる。 When recovering inorganic materials, it is desirable to suppress deterioration of the inorganic material's physical properties due to excessive oxidation heat generation, and it is also preferable to suppress deterioration of the inorganic material's physical properties due to carbonization of plastics and remaining attached to the inorganic material. In this regard, in the embodiment in which the plastic composite material is subjected to two-stage heating, the oxygen concentration is kept relatively low in the initial stage where excessive oxidation heat generation is likely to occur, thereby suppressing deterioration of the inorganic material's physical properties due to excessive oxidation heat generation. Furthermore, since a heat treatment with an increased oxygen concentration is performed after that, the carbonized resin remaining on the inorganic material can be efficiently removed. As a result, the method for recovering inorganic materials via two-stage heating treatment can ensure even better physical properties of the recovered inorganic material.

(無機材料)
無機材料及びプラスチックを含有するプラスチック複合材料としては、炭素繊維強化プラスチックが挙げられる。
(Inorganic material)
Plastic composite materials containing inorganic materials and plastics include carbon fiber reinforced plastics.

無機材料は、特には、炭素繊維(炭素繊維材料)である。 The inorganic material is, in particular, carbon fiber (carbon fiber material).

(炭素繊維)
炭素繊維強化プラスチックに含有される炭素繊維としては、特に限定されないが、PAN系炭素繊維、及びピッチ系炭素繊維が挙げられる。炭素繊維は、1種であってもよく、2種以上から構成されるものであってもよい。
(Carbon fiber)
The carbon fiber contained in the carbon fiber reinforced plastic is not particularly limited, but may be a PAN-based carbon fiber or a pitch-based carbon fiber. The carbon fiber may be one type or may be composed of two or more types.

炭素繊維強化プラスチックに含有される炭素繊維は、任意の形態であってよく、例えば、炭素繊維束、炭素繊維束から形成される織物、又は炭素繊維の不織布であってよい。 The carbon fibers contained in the carbon fiber reinforced plastic may be in any form, for example, a carbon fiber bundle, a fabric formed from carbon fiber bundles, or a nonwoven fabric of carbon fibers.

(回収物)
本開示に係る回収方法の1つの実施態様によれば、無機材料と共に回収されるプラスチック由来の残留炭素が低減されており、特には、当該残留炭素が、回収される無機材料の5重量%以下である。好ましくは、当該残留炭素が、回収される無機材料の、4重量%以下、3重量%以下、2重量%以下、1重量%以下、0.9重量%以下、0.5重量%以下、又は0.1重量%以下である。なお、残留炭素はできるだけ低減されていることが好ましいが、その下限が0.001重量%以上であってよい。
(Collected items)
According to one embodiment of the recovery method of the present disclosure, the residual carbon derived from the plastic recovered together with the inorganic material is reduced, and in particular, the residual carbon is 5% by weight or less of the inorganic material recovered. Preferably, the residual carbon is 4% by weight or less, 3% by weight or less, 2% by weight or less, 1% by weight or less, 0.9% by weight or less, 0.5% by weight or less, or 0.1% by weight or less of the inorganic material recovered. It is preferable that the residual carbon is reduced as much as possible, but the lower limit may be 0.001% by weight or more.

さらに、本開示に係る回収方法によれば、炭素繊維強化プラスチックを製造する前の炭素繊維材料よりも優れた物性を有する炭素繊維材料を回収することができる。 Furthermore, the recovery method according to the present disclosure makes it possible to recover carbon fiber material that has better physical properties than the carbon fiber material before it is used to produce carbon fiber reinforced plastic.

特に、本開示に係る回収方法によれば、炭素繊維強化プラスチックから、無機材料として、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有する炭素繊維材料を得ることができる。 In particular, according to the recovery method disclosed herein, it is possible to obtain a carbon fiber material having a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape coefficient of 6.0 or more as an inorganic material from carbon fiber reinforced plastic.

(単繊維引張強度)
単繊維引張強度は、好ましくは、3.1GPa以上、3.2GPa以上、3.3GPa以上、又は3.4GPa以上である。なお、単繊維引張強度の上限は特に限定されないが、6.0GPa以下であってよい。
(Single fiber tensile strength)
The single fiber tensile strength is preferably 3.1 GPa or more, 3.2 GPa or more, 3.3 GPa or more, or 3.4 GPa or more. The upper limit of the single fiber tensile strength is not particularly limited, but may be 6.0 GPa or less.

単繊維引張強度は、JIS R7606に準拠して、下記のとおりにして計測することができる:
繊維束から少なくとも30本の単繊維を採取し、
デジタルマイクロスコープによって撮影した単繊維の側面画像において単繊維の直径を計測して、断面積を算出し、
サンプリングした単繊維を、穴あき台紙に接着剤を用いて固定し、
単繊維を固定した台紙を、引張試験機に取り付け、試長10mm、歪速度1mm/分で引張試験を行って引張破断応力を測定し、
単繊維の断面積及び引張破断応力から引張強度を算出し、
少なくとも30本の単繊維の引張強度の平均を、単繊維引張強度とする。
The single fiber tensile strength can be measured in accordance with JIS R7606 as follows:
At least 30 single fibers are taken from the fiber bundle;
The diameter of the single fiber is measured in a side image of the single fiber taken by a digital microscope, and the cross-sectional area is calculated.
The sampled single fiber was fixed to a perforated mount using adhesive.
The mount on which the single fiber was fixed was attached to a tensile tester, and a tensile test was carried out at a test length of 10 mm and a strain rate of 1 mm/min to measure the tensile breaking stress.
The tensile strength is calculated from the cross-sectional area and tensile breaking stress of the single fiber.
The single fiber tensile strength is taken as the average of the tensile strengths of at least 30 single fibers.

(ワイブル形状係数)
ワイブル形状係数は、好ましくは、6.5以上、7.0以上、7.5以上、8.0以上、又は8.5以上である。なお、ワイブル形状係数の上限は特に限定されないが、15.0以下であってよい。
(Weibull shape factor)
The Weibull shape coefficient is preferably 6.5 or more, 7.0 or more, 7.5 or more, 8.0 or more, or 8.5 or more. The upper limit of the Weibull shape coefficient is not particularly limited, but may be 15.0 or less.

ワイブル形状係数は、下記の式に従って算出することができる:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
式中、Fは、対称試料累積分布法により求められる破壊確率、σは、単繊維引張強度(MPa)、mは、ワイブル形状係数、Cは、定数である。
The Weibull shape factor can be calculated according to the following formula:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
In the formula, F is the fracture probability obtained by the symmetric sample cumulative distribution method, σ is the single fiber tensile strength (MPa), m is the Weibull shape coefficient, and C is a constant.

lnln{1/(1-F)}とlnσとでワイブルプロットし、1次近似した傾きから、ワイブル形状係数mを求めることができる。 The Weibull shape coefficient m can be calculated by plotting lnln{1/(1-F)} and lnσ and using the linear approximation slope.

<用途>
本開示に係る回収方法によれば、例えば、繊維強化プラスチック(FRP)、太陽電池パネル、電子回路等のマトリックス樹脂のみを効率的に分解し、強化繊維及びレアメタルなどの有価物を効率的に回収することができる。
<Application>
According to the recovery method of the present disclosure, for example, only the matrix resin of fiber reinforced plastics (FRP), solar cell panels, electronic circuits, etc. can be efficiently decomposed, and valuable materials such as reinforcing fibers and rare metals can be efficiently recovered.

≪再生炭素繊維材料≫
本開示に係る再生炭素繊維材料(再生炭素繊維)は、炭素繊維強化プラスチックから炭素繊維材料を回収することによって、製造することができる。本開示の1つの実施態様では、この再生炭素繊維材料は、炭素繊維強化プラスチックを製造する前の炭素繊維よりも優れた物性を有することができる。
<Recycled carbon fiber materials>
The recycled carbon fiber material (recycled carbon fiber) according to the present disclosure can be produced by recovering carbon fiber material from carbon fiber reinforced plastic. In one embodiment of the present disclosure, the recycled carbon fiber material can have better physical properties than the carbon fiber before the carbon fiber reinforced plastic is produced.

再生炭素繊維材料を製造する方法は、特に限定されない。例えば、再生炭素繊維材料は、本開示に係る回収方法によって炭素繊維強化プラスチックから再生炭素繊維材料を回収することによって、製造することができる。 The method for producing the recycled carbon fiber material is not particularly limited. For example, the recycled carbon fiber material can be produced by recovering the recycled carbon fiber material from carbon fiber reinforced plastic using the recovery method according to the present disclosure.

1つの実施態様では、再生炭素繊維材料が、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有する。単繊維引張強度及びワイブル形状係数は、既述の方法によって計測及び決定することができる。 In one embodiment, the recycled carbon fiber material has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or greater and a Weibull shape factor of 6.0 or greater. The single fiber tensile strength and Weibull shape factor can be measured and determined by the methods described above.

再生炭素繊維材料の単繊維引張強度は、好ましくは、3.1GPa以上、3.2GPa以上、3.3GPa以上、又は3.4GPa以上である。 The single fiber tensile strength of the recycled carbon fiber material is preferably 3.1 GPa or more, 3.2 GPa or more, 3.3 GPa or more, or 3.4 GPa or more.

再生炭素繊維材料のワイブル形状係数は、好ましくは、6.5以上、7.0以上、7.5以上、8.0以上、又は8.5以上である。 The Weibull shape coefficient of the recycled carbon fiber material is preferably 6.5 or more, 7.0 or more, 7.5 or more, 8.0 or more, or 8.5 or more.

(再生炭素繊維の製造方法)
特には、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有し、かつ残留炭素成分の含有量が再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下である再生炭素繊維を製造するための方法が、
プラスチック含有材料を、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスが導入された加熱炉内の雰囲気中において、半導体材料の存在下、第1表面温度まで加熱して、プラスチック含有材料中のプラスチックを分解すること、
を含み、
ここで、プラスチック含有材料が、炭素繊維材料を含有している炭素繊維強化プラスチックである。
(Method of producing recycled carbon fiber)
In particular, a method for producing recycled carbon fibers having a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape coefficient of 6.0 or more, and a residual carbon content of more than 0% by weight and not more than 5.0% by weight based on the recycled carbon fibers, comprising:
Heating the plastic-containing material to a first surface temperature in an atmosphere in a heating furnace into which a low-oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume has been introduced, in the presence of a semiconductor material, to decompose the plastic in the plastic-containing material;
Including,
Here, the plastic-containing material is a carbon fiber reinforced plastic containing carbon fiber material.

また、特には、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有し、かつ残留炭素成分の含有量が再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下である再生炭素繊維材料を製造するための方法が、
プラスチック含有材料を、酸素濃度10体積%未満である低酸素濃度ガスが導入された加熱炉内の雰囲気中において、半導体材料の存在下、第1表面温度まで加熱し、かつ、前記第1表面温度での加熱処理に供されたプラスチック含有材料を、半導体材料の存在下、酸素濃度10体積%以上の雰囲気中において加熱することによって、プラスチック含有材料中のプラスチックを分解すること、
を含み、
ここで、プラスチック含有材料が、炭素繊維材料を含有している炭素繊維強化プラスチックである。
In particular, a method for producing a recycled carbon fiber material having a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape coefficient of 6.0 or more, and a residual carbon component content of more than 0 wt% and 5.0 wt% or less based on the recycled carbon fiber, comprising:
Heating the plastic-containing material to a first surface temperature in an atmosphere in a heating furnace into which a low-oxygen concentration gas having an oxygen concentration of less than 10% by volume has been introduced, in the presence of a semiconductor material, and heating the plastic-containing material subjected to the heat treatment at the first surface temperature in an atmosphere having an oxygen concentration of 10% by volume or more, in the presence of the semiconductor material, thereby decomposing the plastic in the plastic-containing material;
Including,
Here, the plastic-containing material is a carbon fiber reinforced plastic containing carbon fiber material.

本開示に係る再生炭素繊維材料の製造方法の好ましい1つの実施態様では、低酸素濃度ガスを、プラスチック含有材料の表面温度が300℃未満である間に、加熱炉の雰囲気中に導入する。 In one preferred embodiment of the method for producing recycled carbon fiber material according to the present disclosure, a low-oxygen gas is introduced into the atmosphere of the heating furnace while the surface temperature of the plastic-containing material is below 300°C.

(残留炭素)
好ましくは、本開示に係る再生炭素繊維材料では、残留炭素の量が低減されており、特には、残留炭素が、再生炭素繊維材料に対して、5重量%以下である。さらに好ましくは、当該残留炭素が、再生炭素繊維材料に対して、4重量%以下、3重量%以下、2重量%以下、1重量%以下、0.9重量%以下、0.5重量%以下、又は0.1重量%以下である。
(Carbon Residual)
Preferably, the amount of residual carbon in the recycled carbon fiber material according to the present disclosure is reduced, and in particular, the amount of residual carbon is 5% by weight or less relative to the recycled carbon fiber material, and more preferably, the amount of residual carbon is 4% by weight or less, 3% by weight or less, 2% by weight or less, 1% by weight or less, 0.9% by weight or less, 0.5% by weight or less, or 0.1% by weight or less relative to the recycled carbon fiber material.

なお、「残留炭素」は、再生炭素繊維材料を製造する際の原料である炭素繊維強化プラスチックに含有されていたプラスチックに由来する炭化成分である。 The "residual carbon" is a carbonized component derived from the plastic contained in the carbon fiber reinforced plastic, which is the raw material used to manufacture recycled carbon fiber materials.

再生炭素繊維材料における残留炭素の量は、熱重量分析法(TGA)によって決定することができる。 The amount of residual carbon in recycled carbon fiber materials can be determined by thermogravimetric analysis (TGA).

熱重量分析法による残留炭素量の決定は、下記の手順で行うことができる:
(i)再生炭素繊維材料を粉砕して得た1~4mgのサンプル片に対して、熱重量分析計において、0.2L/minの空気供給速度、5℃/minの加熱上昇率、及び1/6sの記録速度で、
室温から100℃への昇温、
30分間にわたる100℃での保持、
100℃から400℃への昇温、及び、
400℃での保持
の工程を有し合計300分間にわたる熱重量分析を行い、
(ii)重量減少率を時間に対してプロットしたグラフにおいて、傾きの変曲点を特定し、当該変曲点における重量減少率の値から、100℃での保持期間における重量減少率を差し引くことによって、残留炭素量を算出する。
The determination of the amount of residual carbon by thermogravimetry can be carried out by the following procedure:
(i) A sample piece of 1 to 4 mg obtained by pulverizing the recycled carbon fiber material was subjected to a thermogravimetric analysis at an air supply rate of 0.2 L/min, a heating rate of 5°C/min, and a recording speed of 1/6 s.
Heating from room temperature to 100°C,
Hold at 100° C. for 30 minutes;
Rising the temperature from 100°C to 400°C, and
Thermogravimetric analysis was performed for a total of 300 minutes, including a step of holding at 400°C.
(ii) In a graph in which the weight loss rate is plotted against time, an inflection point in the slope is identified, and the amount of residual carbon is calculated by subtracting the weight loss rate during the holding period at 100°C from the weight loss rate value at the inflection point.

上記の条件で傾きの変曲点を特定できない場合には、合計300分間にわたる熱重量分析の代わりに、480分間にわたる400℃での保持を伴う合計約600分間にわたる熱重量分析を行ってもよく、さらには、400℃で480分間にわたって保持する代わりに、400℃超500℃以下の範囲内の特定の温度で、480分間にわたって保持してもよい。 If the inflection point of the slope cannot be identified under the above conditions, instead of a total of 300 minutes of thermogravimetric analysis, a total of about 600 minutes of thermogravimetric analysis may be performed with a hold at 400°C for 480 minutes, and further, instead of holding at 400°C for 480 minutes, a hold at a specific temperature in the range of more than 400°C and not more than 500°C may be performed for 480 minutes.

以下で実施例を用いて本開示をさらに具体的に説明する。なお、実施例は例示的なものであり、本願はこれに限定されない。 The present disclosure will be described in more detail below using examples. Note that the examples are merely illustrative and the present application is not limited thereto.

≪実施例1≫
<材料の調製>
(再生炭素繊維)
再生炭素繊維としては、本開示に係る方法によって、CFRPを原料として半導体熱活性法によって再生された、平均長さ50mm、平均単繊維直径6.7μm、単繊維引張強度4.7GPa、ワイブル形状係数7.0、残留炭素量0.6重量%の再生炭素繊維を用いた。
Example 1
<Material preparation>
(Recycled carbon fiber)
The recycled carbon fibers used were those having an average length of 50 mm, an average single fiber diameter of 6.7 μm, a single fiber tensile strength of 4.7 GPa, a Weibull shape coefficient of 7.0, and a residual carbon content of 0.6 wt%, which had been regenerated by a semiconductor thermal activation method using CFRP as the raw material according to the method disclosed herein.

(単繊維引張強度)
単繊維引張強度は、JIS R7606に準拠して、下記のとおりにして計測した:
繊維束から少なくとも30本の単繊維を採取し、
デジタルマイクロスコープによって撮影した単繊維の側面画像において単繊維の直径を計測して、断面積を算出し、
サンプリングした単繊維を、穴あき台紙に接着剤を用いて固定し、
単繊維を固定した台紙を、引張試験機に取り付け、試長10mm、歪速度1mm/分で引張試験を行って引張破断応力を測定し、
単繊維の断面積及び引張破断応力から引張強度を算出し、
少なくとも30本の単繊維の引張強度の平均を、単繊維引張強度とした。
(Single fiber tensile strength)
The single fiber tensile strength was measured according to JIS R7606 as follows:
At least 30 single fibers are taken from the fiber bundle;
The diameter of the single fiber is measured in a side image of the single fiber taken by a digital microscope, and the cross-sectional area is calculated.
The sampled single fiber was fixed to a perforated mount using adhesive.
The mount on which the single fiber was fixed was attached to a tensile tester, and a tensile test was carried out at a test length of 10 mm and a strain rate of 1 mm/min to measure the tensile breaking stress.
The tensile strength is calculated from the cross-sectional area and tensile breaking stress of the single fiber.
The single fiber tensile strength was determined as the average of the tensile strengths of at least 30 single fibers.

(ワイブル形状係数)
ワイブル形状係数は、下記の式に従って算出した:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
(式中、Fは、対称試料累積分布法により求められる破壊確率、σは、単繊維引張強度(MPa)、mは、ワイブル形状係数、Cは、定数である。)
(Weibull shape factor)
The Weibull shape factor was calculated according to the following formula:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
(In the formula, F is the fracture probability obtained by the symmetric sample cumulative distribution method, σ is the single fiber tensile strength (MPa), m is the Weibull shape coefficient, and C is a constant.)

lnln{1/(1-F)}とlnσとでワイブルプロットし、1次近似した傾きから、ワイブル形状係数mを求めた。 A Weibull plot was made using lnln{1/(1-F)} and lnσ, and the Weibull shape coefficient m was calculated from the linear approximation slope.

(残留炭素量)
再生炭素繊維における残留炭素成分の量は、熱重量分析(TGA法)によって、下記のとおりにして決定した:
(i)再生炭素繊維を粉砕して得た4mgのサンプル片に対して、熱重量分析計において、0.2L/minの空気供給速度、5℃/minの加熱上昇率、及び1/6sの記録速度で、室温から100℃への昇温、30分間にわたる100℃での保持、100℃から400℃への昇温、及び480分間にわたる400℃での保持からなる工程を有する熱重量分析を、合計約600分間にわたって行い、
(ii)重量減少率を時間に対してプロットしたグラフにおいて、傾きの変曲点を特定し、当該変曲点における重量減少率の値から、100℃での保持期間における重量減少率を差し引くことによって、残留炭素の量を算出した。
(Residual carbon amount)
The amount of residual carbon in the recycled carbon fibers was determined by thermogravimetric analysis (TGA method) as follows:
(i) A 4 mg sample piece obtained by pulverizing the recycled carbon fiber was subjected to a thermogravimetric analysis for a total of about 600 minutes, the analysis comprising steps of heating from room temperature to 100°C, holding at 100°C for 30 minutes, heating from 100°C to 400°C, and holding at 400°C for 480 minutes, at an air supply rate of 0.2 L/min, a heating rate of 5°C/min, and a recording speed of 1/6 s, in a thermogravimetric analyzer;
(ii) In a graph plotting the weight loss rate against time, an inflection point in the slope was identified, and the amount of residual carbon was calculated by subtracting the weight loss rate during the holding period at 100°C from the weight loss rate value at the inflection point.

エポキシ系樹脂の水分散体に上記の再生炭素繊維を浸漬して引き上げた後、乾燥機中で乾燥し、再生炭素繊維に対して、熱可塑性樹脂とのバインダとして、2重量%のエポキシ系樹脂を塗付した。 The recycled carbon fibers were immersed in an aqueous dispersion of epoxy resin, then removed and dried in a dryer. 2% by weight of epoxy resin was applied to the recycled carbon fibers as a binder for the thermoplastic resin.

(熱可塑性樹脂繊維)
熱可塑性樹脂繊維として、平均長さ38mmのポリアミド66樹脂繊維(PA66樹脂繊維(東レ株式会社製、1401-1.3T-38 E9)、単糸繊度1.3dtex、捲縮数17山/25mm、融点265℃)を用いた。
(Thermoplastic resin fiber)
As the thermoplastic resin fiber, polyamide 66 resin fiber (PA66 resin fiber (manufactured by Toray Industries, Inc., 1401-1.3T-38 E9), single yarn fineness 1.3 dtex, number of crimps 17 crimps/25 mm, melting point 265° C.) having an average length of 38 mm was used.

<混紡糸の製造>
バインダを付与した再生炭素繊維を80重量%、PA66樹脂繊維を20重量%の比率で混合し、梳綿、練条、粗紡工程を経て紡績することによって、0.86g/mで連続する混紡糸を製造することができた。なお、粗紡工程では200回/mの撚りを与えた。
<Production of blended yarn>
A continuous blended yarn of 0.86 g/m was produced by mixing 80% by weight of recycled carbon fiber with a binder and 20% by weight of PA66 resin fiber, and then spinning the mixture through carding, drawing, and roving processes. Note that the roving process gave a twist of 200 times/m.

<炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造>
次に、上記で得られた混紡糸を、出口径2.3mmの電線被覆用クロスヘッドダイを用いて、ポリアミド6(DSM製:Akulon(登録商標)F-X9182、融点220℃)で被覆し、これをワインダーで巻き取ることで、炭素繊維含有率が17質量%(炭素繊維100質量部あたり、ポリアミド6が463質量部)、平均直径2.0mmの、芯鞘構造を有するストランド状の繊維強化プラスチック(実施例1に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド)を得た。
<Production of carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand>
Next, the blended yarn obtained above was coated with polyamide 6 (Akulon (registered trademark) F-X9182, manufactured by DSM, melting point 220°C) using a crosshead die for coating electric wire with an outlet diameter of 2.3 mm, and this was wound up with a winder to obtain a strand-shaped fiber-reinforced plastic (carbon fiber-reinforced thermoplastic resin strand according to Example 1) having a core-sheath structure with a carbon fiber content of 17% by mass (463 parts by mass of polyamide 6 per 100 parts by mass of carbon fiber) and an average diameter of 2.0 mm.

<3次元造形装置による造形>
直径の平均値2.0mmの上記のストランド状の繊維強化プラスチックを、溶融堆積3次元造形装置(ボンサイラボ株式会社製「BS01」)にセットし、吐出ヘッド温度280℃にて、下記の条件で造形テストを行った。
吐出ヘッド移動速度:30mm/分(樹脂吐出時)、130mm/分(吐出停止時)。 吐出量(倍率):100%
積層ピッチ:0.2mm
積層ベッド温度:25℃
雰囲気温度:25℃
雰囲気相対湿度:40%
造形中、ファンや送風機による造形物の冷却は行わなかった。
<Modeling using a 3D modeling device>
The above-mentioned strand-like fiber reinforced plastic having an average diameter of 2.0 mm was set in a fused deposition modeling device ("BS01" manufactured by Bonsai Lab Co., Ltd.), and a modeling test was performed under the following conditions at a discharge head temperature of 280°C.
Discharge head movement speed: 30 mm/min (when discharging resin), 130 mm/min (when discharging stops). Discharge amount (magnification): 100%
Layer pitch: 0.2 mm
Lamination bed temperature: 25°C
Ambient temperature: 25°C
Ambient relative humidity: 40%
During printing, no fans or blowers were used to cool the model.

(1)垂れ評価:
各辺が10mmの立方体2点を橋桁とし、この橋桁の中心間距離が50mmになるように水平面上に平行に配置し、その上に長さ60mm、幅10mm、厚さ0.2mmの板を渡した形状の橋状の3次元モデルを3次元CADで設計し、このモデルを上記条件にて造形して、3次元造形物を製造した。造形された3次元モデルの板状の部分が、積層ベッドにもっとも近づいた部分と積層ベッドとの間の距離Zを測定し、垂れ量を下記式から算出した。
垂れ量(mm)=10-Z
造形を3回繰り返して垂れ量の平均値を算出し、この平均値が0mm以上2mm未満を優秀合格(◎)、2mm以上4mm未満を合格(○)、4mm以上を不合格(×)とした。得られたストランドの垂れ評価を実施したところ、垂れ量の平均値は3.4mmであった。
(1) Drooping evaluation:
Two cubes with sides of 10 mm were used as bridge girders, which were placed parallel to each other on a horizontal plane with a center-to-center distance of 50 mm, and a plate with a length of 60 mm, width of 10 mm, and thickness of 0.2 mm was placed on top of the bridge girders. A three-dimensional bridge-shaped model was designed using three-dimensional CAD, and this model was molded under the above conditions to produce a three-dimensional object. The distance Z between the part of the plate-shaped part of the molded three-dimensional model closest to the stacked bed and the stacked bed was measured, and the amount of sagging was calculated using the following formula.
Droop amount (mm) = 10 - Z
The shaping was repeated three times to calculate the average amount of sagging, and an average value of 0 mm or more and less than 2 mm was rated as excellent (◎), 2 mm or more and less than 4 mm was rated as pass (○), and 4 mm or more was rated as fail (×). When the obtained strands were evaluated for sagging, the average amount of sagging was 3.4 mm.

(2)吐出/停止応答性の評価:
断面が1辺2mmの正方形で高さが20mmの角柱25個を、水平面上に10mm間隔で描いた5×5の正方格子点上にそれぞれ立てて配置した3次元モデルを3次元CADで設計し、このモデルを上記条件にて造形して、3次元造形物を製造した。造形された3次元モデルの寸法をノギスで測定し、角柱の断面の2辺のうち3mm以上になる部分がある角柱の数を造形失敗数とした。造形を3回繰り返して造形失敗数の平均値を算出し、この平均値が0個以上2個未満を優秀合格(◎)、2個以上5個未満を合格(○)、5個以上を不合格(×)とした。得られたストランドの吐出/停止応答性評価を実施したところ、造形失敗数の平均値は3.7であった。
(2) Evaluation of discharge/stop response:
A three-dimensional model was designed using three-dimensional CAD, in which 25 rectangular columns with a cross section of 2 mm on each side and a height of 20 mm were arranged on a 5 × 5 square lattice point drawn at 10 mm intervals on a horizontal plane, and this model was molded under the above conditions to produce a three-dimensional object. The dimensions of the molded three-dimensional model were measured with a vernier caliper, and the number of rectangular columns with a cross section of 3 mm or more on two sides was determined as the number of molding failures. The molding was repeated three times to calculate the average number of molding failures, and an average of 0 to less than 2 was determined as excellent pass (◎), 2 to less than 5 was determined as pass (○), and 5 or more was determined as fail (×). When the discharge/stop responsiveness of the obtained strand was evaluated, the average number of molding failures was 3.7.

(3)造形の安定性の評価:
断面が10mmの正方形で高さが100mmの角柱25個を、水平面上に20mm間隔で描いた5×5の正方格子点上にそれぞれ立てて配置した3次元モデルを3次元CADで設計し、このモデルを上記条件にて造形して、3次元造形物を製造した。造形に用いたストランドは重量300g(体積250cm、連続長さ約104m)を充分に超えるものを用いた。造形が異常なく終了した場合は合格(○)とし、途中で吐出量が減少した、あるいは吐出が停止した場合は不合格(×)とした。得られたストランドの造形安定性評価を実施したところ、造形は異常なく終了した。
(3) Evaluation of the stability of the model:
A three-dimensional model was designed using three-dimensional CAD, in which 25 rectangular columns, each with a 10 mm square cross section and a height of 100 mm, were arranged upright on a 5 x 5 square lattice drawn at 20 mm intervals on a horizontal plane, and this model was molded under the above conditions to produce a three-dimensional object. The strands used for molding were those that weighed well over 300 g (volume 250 cm 3 , continuous length approximately 104 m). If molding was completed without any abnormalities, it was evaluated as passed (○), and if the discharge amount decreased or discharge stopped midway, it was evaluated as failed (×). When the molding stability of the obtained strands was evaluated, molding was completed without any abnormalities.

実施例1に係る結果を、下記の表1に示す。 The results for Example 1 are shown in Table 1 below.

≪比較例1≫
残留炭素量7.1重量%の再生炭素繊維を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、混紡糸の製造を試みた。なお、再生炭素繊維における単繊維引張強度、ワイブル形状係数は、残留炭素による単繊維同士の結着が強固であり測定は困難であった。
Comparative Example 1
Except for using recycled carbon fiber with a residual carbon content of 7.1% by weight, a blended yarn was produced in the same manner as in Example 1. It was difficult to measure the single fiber tensile strength and Weibull shape coefficient of the recycled carbon fiber because the single fibers were strongly bonded to each other by the residual carbon.

比較例1では、梳綿工程で、再生炭素繊維の単繊維同士の結着が十分に開繊されないこと、単繊維同士の絡み合いが少ないことが観察され、糸抜けが発生したため、連続する混紡糸を製造することはできなかった。結果を下記の表1に示す。 In Comparative Example 1, it was observed that the bonds between the single fibers of the recycled carbon fiber were not sufficiently opened during the carding process, and the single fibers were not entangled sufficiently, resulting in thread loss, and it was not possible to produce a continuous blended yarn. The results are shown in Table 1 below.

Figure 0007706296000001
Figure 0007706296000001

≪参考実施例1~3及び参考比較例1≫
参考実施例1~3及び参考比較例1では、プラスチック含有材料としての炭素繊維強化プラスチック(CFRP)板を加熱処理し、プラスチック分解効率を評価した。
<Reference Examples 1 to 3 and Reference Comparative Example 1>
In Reference Examples 1 to 3 and Reference Comparative Example 1, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) plate as a plastic-containing material was heat-treated, and the plastic decomposition efficiency was evaluated.

<参考実施例1>
参考実施例1は、下記のとおりにして行った。
<Reference Example 1>
Reference Example 1 was carried out as follows.

(材料の提供及び配置)
半導体材料としては、ハニカム構造を有する担体の表面に酸化クロム(Cr、純度99%以上、純正化学社製)を適用したものを用いた。ハニカム構造を有する担体は、13セル/25mmであった。
(Provision and arrangement of materials)
The semiconductor material used was a carrier having a honeycomb structure with chromium oxide (Cr 2 O 3 , purity 99% or more, manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) applied to the surface thereof. The carrier having a honeycomb structure had 13 cells/25 mm.

プラスチック含有材料としては、エポキシ樹脂含有比率41重量%のCFRP板を使用した。 A CFRP plate with an epoxy resin content of 41% by weight was used as the plastic-containing material.

加熱炉の炉内容積は、9Lであった。加熱炉の内部において、半導体材料としての酸化クロムを担持している担体の上に、CFRP板を配置した。担体とCFRP板とは、互いに接触して配置した。 The furnace volume was 9 L. Inside the furnace, a CFRP plate was placed on top of a carrier carrying chromium oxide as a semiconductor material. The carrier and the CFRP plate were placed in contact with each other.

CFRP板の表面温度は、CFRP板の表面から5mm内に配置されたセンサーによって計測した。 The surface temperature of the CFRP plate was measured using a sensor placed within 5 mm of the surface of the CFRP plate.

(加熱処理)
加熱炉のヒーター出力を介して加熱炉の内部温度を制御して、加熱炉の内部温度を上昇させた。
(Heat Treatment)
The inner temperature of the furnace was increased by controlling the inner temperature of the furnace via the heater output of the furnace.

CFRP板の表面温度が300℃に到達する前に、酸素濃度6体積%の空気及び窒素ガスの混合ガスを、加熱炉内に導入した。混合ガスの加熱炉内への導入は、加熱炉の上方部に設けられた吸引口からガス導入量70L/minで吸引を行い、加熱炉の下方部に設けられたガス供給口から混合ガスを流入させることによって行った。加熱炉内の酸素濃度を、酸素モニターによって計測した。 Before the surface temperature of the CFRP plate reached 300°C, a mixed gas of air and nitrogen gas with an oxygen concentration of 6% by volume was introduced into the heating furnace. The mixed gas was introduced into the heating furnace by sucking in the gas at a gas introduction rate of 70 L/min from a suction port installed in the upper part of the heating furnace, and by allowing the mixed gas to flow in from a gas supply port installed in the lower part of the heating furnace. The oxygen concentration inside the heating furnace was measured by an oxygen monitor.

上記混合ガスの導入によって酸素濃度6体積%に制御された雰囲気下で、30分間にわたって、加熱処理を行った。加熱処理の間に、加熱炉のヒーター出力を調節して、CFRP板の表面温度を376℃の第1表面温度にまで上昇させた。 The heat treatment was carried out for 30 minutes in an atmosphere where the oxygen concentration was controlled to 6% by volume by introducing the above mixed gas. During the heat treatment, the heater output of the heating furnace was adjusted to raise the surface temperature of the CFRP plate to a first surface temperature of 376°C.

(評価)
参考実施例1に係る方法におけるプラスチック分解効率の評価は、加熱処理前のCFRP板の重量と加熱処理後のCFRP板の重量との差から重量減少率(wt%)を算出することによって行った。結果を表2に示す。
(evaluation)
The plastic decomposition efficiency in the method according to Reference Example 1 was evaluated by calculating the weight reduction rate (wt%) from the difference between the weight of the CFRP plate before and after the heat treatment. The results are shown in Table 2.

<参考実施例2>
加熱炉において、担体とCFRP板とを30mmで互いに離して配置したこと、及び、加熱処理の間にCFRP板の表面温度を377℃まで上昇させたことを除いて、参考実施例1と同様にして、参考実施例2の加熱処理及び評価を行った。結果を表2に示す。
<Reference Example 2>
The heat treatment and evaluation of Reference Example 2 was carried out in the same manner as Reference Example 1, except that the carrier and the CFRP plate were placed 30 mm apart in the heating furnace, and the surface temperature of the CFRP plate was raised to 377° C. during the heat treatment. The results are shown in Table 2.

<参考実施例3>
加熱処理の時間を60分間としたこと、及び、加熱処理の間にCFRP板の表面温度を371℃まで上昇させたことを除いて、参考実施例1と同様にして、参考実施例3の加熱処理及び評価を行った。結果を表2に示す。
<Reference Example 3>
The heat treatment and evaluation of Reference Example 3 were carried out in the same manner as Reference Example 1, except that the heat treatment time was 60 minutes and the surface temperature of the CFRP plate was raised to 371° C. during the heat treatment. The results are shown in Table 2.

<参考比較例1>
半導体材料を用いなかったこと、及び、加熱処理の間にCFRP板の表面温度を370℃まで上昇させたことを除いて、参考実施例1と同様にして、参考比較例1の加熱処理及び評価を行った。結果を表2に示す。
<Reference Comparative Example 1>
The heat treatment and evaluation of Reference Comparative Example 1 were carried out in the same manner as Reference Example 1, except that no semiconductor material was used and that the surface temperature of the CFRP plate was raised to 370° C. during the heat treatment. The results are shown in Table 2.

Figure 0007706296000002
Figure 0007706296000002

表2で見られるとおり、半導体材料の存在下、酸素濃度6体積%の低酸素濃度ガス導入下において、371℃~377℃の表面温度にまで加熱した参考実施例1~3は、半導体材料を用いない参考比較例1と比較して、プラスチック含有材料の分解効率が高かった。 As can be seen in Table 2, Reference Examples 1 to 3, which were heated to a surface temperature of 371°C to 377°C in the presence of semiconductor material and with the introduction of a low-oxygen gas with an oxygen concentration of 6% by volume, had a higher decomposition efficiency for plastic-containing materials than Reference Comparative Example 1, which did not use semiconductor material.

なお、参考実施例3では、処理時間を60分間に延長したが、処理時間が30分間であった参考実施例1と比較して、重量減少率の増加は限定的であった。これは、加熱処理の間にサンプル表面が炭化物で覆われ、その結果として、分解効率が減少したものと考えられる。 In addition, in Reference Example 3, the treatment time was extended to 60 minutes, but the increase in the weight loss rate was limited compared to Reference Example 1, in which the treatment time was 30 minutes. This is thought to be because the sample surface was covered with charcoal during the heat treatment, resulting in a decrease in the decomposition efficiency.

≪参考実施例4及び参考比較例2≫
<参考実施例4>
表面温度500℃で60分間の加熱を行ったこと以外は、参考実施例1と同様にして、参考実施例4に係る処理及び評価を行った。結果を下記の表3に示す。
Reference Example 4 and Reference Comparative Example 2
<Reference Example 4>
The treatment and evaluation of Reference Example 4 were carried out in the same manner as Reference Example 1, except that heating was carried out for 60 minutes at a surface temperature of 500° C. The results are shown in Table 3 below.

<参考比較例2>
半導体材料を用いなかったこと以外は、参考実施例4と同様にして、参考比較例2に係る処理及び評価を行った。結果を下記の表3に示す。
<Reference Comparative Example 2>
Except for not using a semiconductor material, the treatment and evaluation of Reference Comparative Example 2 were carried out in the same manner as Reference Example 4. The results are shown in Table 3 below.

Figure 0007706296000003
Figure 0007706296000003

参考実施例4及び参考比較例2に係る処理を経た後のサンプルの写真を、それぞれ、図5及び図6に示す。また、処理前のサンプルの写真を、図4に示す。 Photographs of the samples after the treatments of Reference Example 4 and Reference Comparative Example 2 are shown in Figures 5 and 6, respectively. A photograph of the sample before treatment is shown in Figure 4.

表3で見られるように、酸素濃度6体積%の低酸素濃度ガス導入下において半導体材料下で加熱処理を行った参考実施例4は、酸素濃度6体積%の低酸素濃度ガス導入下において半導体材料なしで加熱処理を行った参考比較例2と比較して、高いプラスチック分解効率を示した。 As can be seen in Table 3, Reference Example 4, in which heat treatment was performed under semiconductor material with the introduction of low-oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 6% by volume, showed a higher plastic decomposition efficiency than Reference Comparative Example 2, in which heat treatment was performed without semiconductor material with the introduction of low-oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 6% by volume.

また、図6で見られるように、参考比較例2に係る処理後のサンプルの表面には、プラスチック由来の残留炭素が塊状に付着しており、一方で、図5で見られるように、参考実施例4に係る処理後のサンプルでは、そのような残留炭素の付着は確認されず、図4に示す処理前のサンプルの表面と同様に、比較的なめらかで均一性の高い表面を有していた。 As can be seen in Figure 6, residual carbon derived from plastic was found to adhere in clumps to the surface of the sample after treatment in Reference Comparative Example 2, whereas, as can be seen in Figure 5, no such residual carbon was found to adhere to the sample after treatment in Reference Example 4, and the sample had a relatively smooth and highly uniform surface, similar to the surface of the sample before treatment shown in Figure 4.

≪参考実施例5~9≫
参考実施例5~9では、プラスチック含有材料としてのCFRP板又は圧力容器に対して、二段階加熱処理を行った。そして、分解効率を評価し、かつ、加熱処理によって得られた炭素繊維材料の物性を評価した。
Reference Examples 5 to 9
In Reference Examples 5 to 9, a two-stage heat treatment was performed on a CFRP plate or a pressure vessel as a plastic-containing material. Then, the decomposition efficiency was evaluated, and the physical properties of the carbon fiber material obtained by the heat treatment were evaluated.

<参考実施例5>
参考実施例5は、下記のとおりにして行った。
<Reference Example 5>
Reference Example 5 was carried out as follows.

(材料の提供及び配置)
半導体材料としては、ハニカム構造を有する担体の表面に酸化クロム(Cr、純度99%以上、純正化学社製)を適用したものを用いた。ハニカム構造を有する担体は、13セル/25mmであった。
(Provision and arrangement of materials)
The semiconductor material used was a carrier having a honeycomb structure with chromium oxide (Cr 2 O 3 , purity 99% or more, manufactured by Junsei Chemical Co., Ltd.) applied to the surface thereof. The carrier having a honeycomb structure had 13 cells/25 mm.

プラスチック含有材料としては、エポキシ樹脂含有比率41重量%のCFRP板を使用した。処理前のCFRP板に含まれる炭素繊維材料の物性を、参考例1として、表4に示す。 A CFRP plate with an epoxy resin content of 41% by weight was used as the plastic-containing material. The physical properties of the carbon fiber material contained in the CFRP plate before treatment are shown in Table 4 as Reference Example 1.

加熱炉の炉内容積は、0.0525mであった。加熱炉の内部で、半導体材料としての酸化クロムを担持している担体の上に、CFRP板を配置した。担体とCFRP板とは、互いに接触して配置した。 The furnace volume was 0.0525 m3 . Inside the furnace, a CFRP plate was placed on the support carrying chromium oxide as a semiconductor material. The support and the CFRP plate were placed in contact with each other.

CFRP板の表面温度を、CFRP板の表面から5mm内に配置されたセンサーによって、計測した。 The surface temperature of the CFRP plate was measured using a sensor placed within 5 mm of the surface of the CFRP plate.

(加熱処理)
加熱炉のヒーター出力を介して加熱炉の内部温度を制御して、加熱炉の内部温度を上昇させた。そして、CFRP板の表面温度が300℃に到達する前に、酸素濃度8体積%の空気及び窒素ガスの混合ガスを、加熱炉内に導入した。加熱炉内への混合ガスの導入は、ガス導入量190L/minで吸引を行い、加熱炉に設けられたガス供給部から混合ガスを流入させることによって行った。
(Heat Treatment)
The internal temperature of the heating furnace was increased by controlling the heater output of the heating furnace. Then, before the surface temperature of the CFRP plate reached 300° C., a mixed gas of air with an oxygen concentration of 8% by volume and nitrogen gas was introduced into the heating furnace. The mixed gas was introduced into the heating furnace by suction at a gas introduction rate of 190 L/min and by flowing the mixed gas from a gas supply unit provided in the heating furnace.

なお、参考実施例5、並びに下記の参考実施例6及び参考比較例4では、加熱炉内に設置した酸素モニターによって、加熱炉内の酸素濃度を測定した。参考実施例7~9に関しては、炉内容積及びガス導入量に基づいて炉内酸素濃度を決定した。 In addition, in Reference Example 5, as well as Reference Example 6 and Reference Comparative Example 4 described below, the oxygen concentration in the heating furnace was measured using an oxygen monitor installed in the heating furnace. For Reference Examples 7 to 9, the oxygen concentration in the furnace was determined based on the furnace volume and the amount of gas introduced.

CFRP板の表面温度が300℃の時点で、分解ガスの発生を確認した。 The generation of decomposition gas was confirmed when the surface temperature of the CFRP plate reached 300°C.

上記混合ガスの導入によって酸素濃度8体積%に制御された雰囲気中で、120分間にわたって加熱処理を行った。加熱処理の間に、加熱炉のヒーター出力を調節して、CFRP板の表面温度を450℃の第1表面温度にまで上昇させた。 The heat treatment was carried out for 120 minutes in an atmosphere where the oxygen concentration was controlled to 8% by volume by introducing the above mixed gas. During the heat treatment, the heater output of the heating furnace was adjusted to raise the surface temperature of the CFRP plate to a first surface temperature of 450°C.

(二次加熱処理)
そして、ガス吸引圧は保持したままで窒素ガスの供給を停止して空気のみを供給し、加熱炉内の酸素濃度が10体積%以上になったことを確認し、さらに加熱処理を行った。260分間にわたる加熱処理の間に、CFRP板の表面温度を500℃にまで上昇させた。なお、260分間にわたる平均酸素濃度は14体積%、最大酸素濃度は18体積%であった。
(Secondary Heat Treatment)
Then, while maintaining the gas suction pressure, the supply of nitrogen gas was stopped and only air was supplied, and after confirming that the oxygen concentration in the heating furnace had reached 10% by volume or more, further heat treatment was performed. During the 260-minute heat treatment, the surface temperature of the CFRP plate was raised to 500°C. The average oxygen concentration over the 260-minute period was 14% by volume, and the maximum oxygen concentration was 18% by volume.

参考実施例5では、0.8kgのCFRP板を処理した。炉内容積に対する処理量は、15.2kg/mであった。 In Reference Example 5, 0.8 kg of a CFRP plate was treated. The treatment amount relative to the furnace volume was 15.2 kg/ m3 .

(残留炭素量)
加熱処理後に回収した炭素繊維材料におけるプラスチック由来の残留炭素量を、熱重量分析によって決定した。
(Residual carbon amount)
The amount of residual carbon derived from plastics in the carbon fiber material recovered after the heat treatment was determined by thermogravimetric analysis.

熱重量分析は、下記のとおりにして行った:
(i)回収した炭素繊維材料を粉砕して得た1~4mgのサンプル片に対して、熱重量分析計において、0.2L/minの空気供給速度、5℃/minの加熱上昇率、及び1/6sの記録速度で、室温から100℃への昇温、30分間にわたる100℃での保持、100℃から400℃への昇温、及び400℃での保持からなる工程を有する熱重量分析を、合計300分間にわたって行い、
(ii)重量減少率を時間に対してプロットしたグラフにおいて、傾きの変曲点を特定し、当該変曲点における重量減少率の値から、100℃での保持期間における重量減少率を差し引くことによって、残留炭素量を算出した。
Thermogravimetric analysis was carried out as follows:
(i) performing a thermogravimetric analysis on a sample piece of 1 to 4 mg obtained by pulverizing the recovered carbon fiber material for a total of 300 minutes in a thermogravimetric analyzer, the thermogravimetric analysis including steps of heating from room temperature to 100° C., holding at 100° C. for 30 minutes, heating from 100° C. to 400° C., and holding at 400° C., at an air supply rate of 0.2 L/min, a heating rate of 5° C./min, and a recording rate of 1/6 s;
(ii) In a graph plotting the weight loss rate against time, an inflection point in the slope was identified, and the amount of residual carbon was calculated by subtracting the weight loss rate during the holding period at 100°C from the weight loss rate value at the inflection point.

また、加熱処理の後に回収された炭素繊維材料について、繊維単糸径、及び単繊維引張強度を計測し、かつ、ワイブル形状係数を算出した。 In addition, the fiber single yarn diameter and single fiber tensile strength of the carbon fiber material recovered after the heat treatment were measured, and the Weibull shape coefficient was calculated.

(単繊維引張強度)
単繊維引張強度は、JIS R7606に準拠して、下記のとおりにして計測した:
繊維束から少なくとも30本の単繊維を採取し、
デジタルマイクロスコープによって撮影した単繊維の側面画像において単繊維の直径を計測して、断面積を算出し、
サンプリングした単繊維を、穴あき台紙に接着剤を用いて固定し、
単繊維を固定した台紙を、引張試験機に取り付け、試長10mm、歪速度1mm/分で引張試験を行って引張破断応力を測定し、
単繊維の断面積及び引張破断応力から引張強度を算出し、
少なくとも30本の単繊維の引張強度の平均を、単繊維引張強度とした。
(Single fiber tensile strength)
The single fiber tensile strength was measured according to JIS R7606 as follows:
At least 30 single fibers are taken from the fiber bundle;
The diameter of the single fiber is measured in a side image of the single fiber taken by a digital microscope, and the cross-sectional area is calculated.
The sampled single fiber was fixed to a perforated mount using adhesive.
The mount on which the single fiber was fixed was attached to a tensile tester, and a tensile test was carried out at a test length of 10 mm and a strain rate of 1 mm/min to measure the tensile breaking stress.
The tensile strength is calculated from the cross-sectional area and tensile breaking stress of the single fiber.
The single fiber tensile strength was determined as the average of the tensile strengths of at least 30 single fibers.

(ワイブル形状係数)
ワイブル形状係数は、下記の式に従って算出した:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
(式中、Fは、対称試料累積分布法により求められる破壊確率、σは、単繊維引張強度(MPa)、mは、ワイブル形状係数、Cは、定数である。)
(Weibull shape factor)
The Weibull shape factor was calculated according to the following formula:
lnln{1/(1-F)}=m×lnσ+C
(In the formula, F is the fracture probability obtained by the symmetric sample cumulative distribution method, σ is the single fiber tensile strength (MPa), m is the Weibull shape coefficient, and C is a constant.)

lnln{1/(1-F)}とlnσとでワイブルプロットし、1次近似した傾きから、ワイブル形状係数mを求めた。 A Weibull plot was made using lnln{1/(1-F)} and lnσ, and the Weibull shape coefficient m was calculated from the linear approximation slope.

評価結果を、表4に示す。なお、繊維単糸径は、上記のとおりにして少なくとも30本の単繊維に関して計測した単繊維の直径の平均である。 The evaluation results are shown in Table 4. The fiber single yarn diameter is the average of the diameters of single fibers measured as described above for at least 30 single fibers.

<参考実施例6> <Reference Example 6>

プラスチック含有材料として圧力容器を用いたこと、ガス導入量127L/minで混合ガスを吸引したこと、並びに、酸素濃度、表面温度、及び加熱処理の時間を下記の表4のとおりとしたことを除いて、参考実施例5と同様にして、処理を行った。 The treatment was carried out in the same manner as in Reference Example 5, except that a pressure vessel was used as the plastic-containing material, the mixed gas was aspirated at a gas introduction rate of 127 L/min, and the oxygen concentration, surface temperature, and heat treatment time were as shown in Table 4 below.

参考実施例6で処理した圧力容器は、アルミライナー及び44重量%のFRP(繊維強化プラスチック)を有しており、FRPは、31重量%の強化繊維及び13%のエポキシ樹脂を含有していた。強化繊維は、主に炭素繊維から構成され、少量のガラス繊維を含んでいた。圧力容器の容量は、2.0Lであった。 The pressure vessel treated in Reference Example 6 had an aluminum liner and 44% by weight of FRP (fiber reinforced plastic), which contained 31% by weight of reinforcing fibers and 13% epoxy resin. The reinforcing fibers were composed primarily of carbon fibers with a small amount of glass fibers. The volume of the pressure vessel was 2.0 L.

参考実施例6で処理したFRP量は、0.47kgであった。炉内容積に対する処理量は、9.0kg/mであった。 The amount of FRP treated in Reference Example 6 was 0.47 kg. The amount of FRP treated relative to the furnace volume was 9.0 kg/ m3 .

参考実施例6に関するプラスチック分解効率の評価結果、及び、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。なお、二次加熱処理180分間にわたる平均酸素濃度は18体積%、最大酸素濃度は20体積%であった。 The evaluation results of the plastic decomposition efficiency for Reference Example 6 and the evaluation results of the physical properties of the recovered carbon fiber material are shown in Table 4. The average oxygen concentration over 180 minutes of secondary heating treatment was 18% by volume, and the maximum oxygen concentration was 20% by volume.

なお、処理前の上記の圧力容器に含まれる炭素繊維材料の物性を、参考例2として、表4に示す。 The physical properties of the carbon fiber material contained in the pressure vessel before treatment are shown in Table 4 as Reference Example 2.

<参考実施例7>
加熱炉の炉内容積が0.1435mであったこと、過熱水蒸気と空気との混合ガスをガス導入量29L/minで加熱炉に導入したこと、並びに、表面温度及び加熱処理の時間を下記の表4のとおりとしたことを除いて、参考実施例5と同様にして、加熱処理を行った。
<Reference Example 7>
The heating treatment was performed in the same manner as in Reference Example 5, except that the furnace volume of the heating furnace was 0.1435 m3 , a mixed gas of superheated steam and air was introduced into the heating furnace at a gas introduction rate of 29 L/min, and the surface temperature and the heating treatment time were as shown in Table 4 below.

なお、加熱炉の内部温度及びサンプルの表面温度は、加熱炉のヒーター出力及び過熱水蒸気の温度を介して制御した。 The internal temperature of the heating furnace and the surface temperature of the sample were controlled via the heater output of the heating furnace and the temperature of the superheated steam.

参考実施例7では、1.0kgのCFRP板を処理した。炉内容積に対する処理量は、7.0kg/mであった。 In Reference Example 7, 1.0 kg of a CFRP plate was treated. The treatment amount relative to the furnace inner volume was 7.0 kg/ m3 .

参考実施例7に関するプラスチック分解効率の評価結果、及び、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。なお、二次加熱処理では、空気のみを29L/minで炉内に押し込んだ。 The evaluation results of the plastic decomposition efficiency for Reference Example 7 and the evaluation results of the physical properties of the recovered carbon fiber material are shown in Table 4. In the secondary heating process, only air was forced into the furnace at 29 L/min.

<参考実施例8>
プラスチック含有材料として圧力容器を用いたこと、並びに、表面温度及び加熱処理の時間を下記の表4のとおりとしたことを除いて、参考実施例7と同様にして、処理を行った。
<Reference Example 8>
The treatment was carried out in the same manner as in Reference Example 7, except that a pressure vessel was used as the plastic-containing material, and the surface temperature and the heat treatment time were as shown in Table 4 below.

参考実施例8で用いた圧力容器は、参考実施例6で用いた圧力容器と同様である。 The pressure vessel used in Reference Example 8 is the same as the pressure vessel used in Reference Example 6.

参考実施例8で処理されたFRP量は、0.47kgであった。炉内容積に対する処理量は、3.3kg/mであった。 The amount of FRP treated in Reference Example 8 was 0.47 kg. The amount of FRP treated relative to the furnace volume was 3.3 kg/ m3 .

参考実施例8に関するプラスチック分解効率の評価結果、及び、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。なお、二次加熱処理では、空気のみを29L/minで炉内に押し込んだ。 The evaluation results of the plastic decomposition efficiency for Reference Example 8 and the evaluation results of the physical properties of the recovered carbon fiber material are shown in Table 4. In the secondary heating process, only air was forced into the furnace at 29 L/min.

<参考実施例9>
加熱炉の炉内容積が0.049mであったこと、過熱水蒸気と空気との混合ガスをガス導入量25L/minで加熱炉に導入したこと、表面温度及び加熱処理の時間を下記の表4のとおりとしたことを除いて、参考実施例7と同様にして、処理を行った。
<Reference Example 9>
The treatment was carried out in the same manner as in Reference Example 7, except that the furnace volume of the heating furnace was 0.049 m3 , a mixed gas of superheated steam and air was introduced into the heating furnace at a gas introduction rate of 25 L/min, and the surface temperature and the heat treatment time were as shown in Table 4 below.

参考実施例9では、エポキシ樹脂比率38%のCFRP板を処理した。炉内容積に対する処理量は、1.6kg/mであった。 In Reference Example 9, a CFRP plate with an epoxy resin ratio of 38% was treated. The treatment amount relative to the furnace volume was 1.6 kg/ m3 .

参考実施例9に関するプラスチック分解効率の評価結果、及び、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。なお、二次加熱処理では、過熱水蒸気の供給を継続しつつ、空気量を増やし、酸素濃度11体積%のガスを38L/minで炉内に押し込んだ。 The evaluation results of the plastic decomposition efficiency for Reference Example 9 and the evaluation results of the physical properties of the recovered carbon fiber material are shown in Table 4. In the secondary heating process, the supply of superheated steam was continued while the amount of air was increased, and gas with an oxygen concentration of 11% by volume was forced into the furnace at 38 L/min.

処理前の参考実施例9に係る上記のCFRP板に含まれる炭素繊維材料の物性を、参考例3として、表4に示す。 The physical properties of the carbon fiber material contained in the above CFRP plate of Reference Example 9 before treatment are shown in Table 4 as Reference Example 3.

≪参考比較例3≫
参考比較例3では、材料の提供及び配置までは参考実施例5と同様に行い、その後に、加熱炉内の雰囲気の酸素濃度の調節を行わずに、加熱炉の内部温度を上昇させた。
<Reference Comparative Example 3>
In Reference Comparative Example 3, the materials were provided and arranged in the same manner as in Reference Example 5, and then the internal temperature of the heating furnace was increased without adjusting the oxygen concentration of the atmosphere in the heating furnace.

その結果、CFRP板の表面温度が300℃に到達した時点でのヒーター出力のままで、過剰な自己発熱が発生し、CFRP板の表面の温度が485℃にまで上昇した。結果を表4に記載する。 As a result, with the heater output remaining at the time when the surface temperature of the CFRP plate reached 300°C, excessive self-heating occurred, and the surface temperature of the CFRP plate rose to 485°C. The results are shown in Table 4.

参考比較例3では、0.8kgのCFRP板を処理した。炉内容積に対する処理量は、15.2kg/mであった。 In Comparative Example 3, 0.8 kg of CFRP plate was treated. The treatment amount relative to the furnace volume was 15.2 kg/ m3 .

≪参考比較例4≫ ≪Reference Comparative Example 4≫

半導体材料を用いなかったことを除いて、参考実施例6と同様にして、処理を行った。 The treatment was carried out in the same manner as in Reference Example 6, except that no semiconductor material was used.

参考比較例4で処理されたFRP量は、0.47kgであった。炉内容積に対する処理量は、9.0kg/mであった。 The amount of FRP treated in Reference Comparative Example 4 was 0.47 kg. The amount of FRP treated relative to the furnace volume was 9.0 kg/ m3 .

参考比較例4に関して、回収された炭素繊維材料の物性の評価結果を、表4に示す。二次加熱処理180分間にわたる平均酸素濃度は18体積%、最大酸素濃度は20体積%であった。 Regarding Reference Comparative Example 4, the evaluation results of the physical properties of the recovered carbon fiber material are shown in Table 4. The average oxygen concentration over 180 minutes of secondary heating treatment was 18 vol.%, and the maximum oxygen concentration was 20 vol.%.

Figure 0007706296000004
Figure 0007706296000004

表4で見られるとおり、酸素濃度6~8体積%の低酸素濃度ガスを導入し、半導体材料の存在下で1次加熱処理を行い、そして、上昇した酸素濃度の下で2次加熱処理をさらに行った参考実施例5~9は、残留炭素量が低く、非常に優れたプラスチック分解効率を示した。 As can be seen in Table 4, Reference Examples 5 to 9, in which a low-oxygen gas with an oxygen concentration of 6 to 8% by volume was introduced, a primary heat treatment was performed in the presence of semiconductor material, and a secondary heat treatment was further performed under an elevated oxygen concentration, showed low residual carbon levels and excellent plastic decomposition efficiency.

また、酸素濃度の制御を行わなかった参考比較例3では、過剰な自己発熱が生じたのに対して、酸素濃度6~8体積%の低酸素濃度ガスを加熱炉に導入した参考実施例5~9では、過剰な自己発熱は観察されなかった。参考比較例3では、酸素濃度をあらかじめ下げずに分解処理を開始したことで、酸素濃度が過剰となり、結果として、半導体材料の存在下での分解温度の制御を適切に行うことができなかったと考えられる。 In addition, in Reference Comparative Example 3, where oxygen concentration was not controlled, excessive self-heating occurred, whereas in Reference Examples 5 to 9, in which low-oxygen concentration gas with an oxygen concentration of 6 to 8% by volume was introduced into the heating furnace, excessive self-heating was not observed. In Reference Comparative Example 3, the oxygen concentration was excessive because the decomposition process was started without lowering the oxygen concentration beforehand, and as a result, it is believed that the decomposition temperature could not be appropriately controlled in the presence of semiconductor material.

さらに、参考実施例5~9で回収された炭素繊維材料は、処理前の炭素繊維材料(参考例1~参考例3)と比較して、繊維単糸径及び単繊維引張強度が同程度に保持されており、かつ、単繊維引張強度のワイブル形状係数が高くなっていた。すなわち、参考実施例5~9では、炭素繊維強化プラスチックを製造する前の炭素繊維材料よりも優れた物性を有する炭素繊維材料が回収された。 Furthermore, the carbon fiber materials recovered in Reference Examples 5 to 9 maintained similar fiber single yarn diameters and single fiber tensile strengths compared to the carbon fiber materials before treatment (Reference Examples 1 to 3), and had higher Weibull shape coefficients of single fiber tensile strengths. In other words, in Reference Examples 5 to 9, carbon fiber materials with superior physical properties were recovered compared to the carbon fiber materials before carbon fiber reinforced plastics were produced.

さらに、半導体材料下での加熱処理を伴う参考実施例6で回収された炭素繊維材料は、半導体材料なしで加熱処理を行った参考比較例4で回収された炭素繊維材料よりも、特に単繊維引張強度及びワイブル形状係数の点で、優れた品質を有していた。 Furthermore, the carbon fiber material recovered in Reference Example 6, which involved a heat treatment under a semiconductor material, had superior quality, particularly in terms of single fiber tensile strength and Weibull shape factor, to the carbon fiber material recovered in Reference Comparative Example 4, which involved a heat treatment without a semiconductor material.

100 本開示に係る炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド
110 芯成分
120 鞘成分
11 半導体材料
12 プラスチック含有材料
20 加熱炉
21 半導体材料を有する担体
22 プラスチック含有材料
23 熱源(ヒーター)
24 ガス供給部
25 排気口
26 加熱炉の内部空間
27 温度センサー
100 Carbon fiber reinforced thermoplastic strand according to the present disclosure 110 Core component 120 Sheath component 11 Semiconductor material 12 Plastic-containing material 20 Heating furnace 21 Carrier having semiconductor material 22 Plastic-containing material 23 Heat source (heater)
24 Gas supply section 25 Exhaust port 26 Inner space of heating furnace 27 Temperature sensor

Claims (8)

再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを含む混紡糸を含む炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドであって、
前記再生炭素繊維が、3.0GPa以上の単繊維引張強度及び6.0以上のワイブル形状係数を有すること
前記再生炭素繊維が、残留炭素成分を含み、前記残留炭素成分の含有量が、前記再生炭素繊維に対して0重量%超5.0重量%以下であること、並びに
前記再生炭素繊維の含有量が、前記混紡糸に対して、60重量%超98重量%以下であること
特徴とする、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。
A carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand including a blended yarn including recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber,
The recycled carbon fiber has a single fiber tensile strength of 3.0 GPa or more and a Weibull shape coefficient of 6.0 or more ;
The recycled carbon fiber contains a residual carbon component, and the content of the residual carbon component is more than 0% by weight and 5.0% by weight or less with respect to the recycled carbon fiber ; and
The content of the recycled carbon fiber is more than 60% by weight and not more than 98% by weight based on the blended yarn.
A carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand.
前記再生炭素繊維の含有量が、前記混紡糸に対して、70重量%超98重量%以下である、請求項1に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。 The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to claim 1 , wherein the content of the recycled carbon fiber is more than 70 % by weight and not more than 98% by weight based on the blended yarn. 前記再生炭素繊維及び前記熱可塑性樹脂繊維の平均長さが、それぞれ、20mm以上80mm以下である、請求項1又は2に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。 The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to claim 1 or 2, wherein the average length of the recycled carbon fibers and the average length of the thermoplastic resin fibers are 20 mm or more and 80 mm or less, respectively. 前記熱可塑性樹脂繊維が、ポリオレフィン樹脂繊維、ポリエステル樹脂繊維、ポリアミド樹脂繊維、ポリエーテルケトン樹脂繊維、ポリカーボネート樹脂繊維、フェノキシ樹脂繊維、及びポリフェニレンスルフィド樹脂繊維、並びにこれらの混合物から選択される、請求項1~3のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。 The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoplastic resin fibers are selected from polyolefin resin fibers, polyester resin fibers, polyamide resin fibers, polyether ketone resin fibers, polycarbonate resin fibers, phenoxy resin fibers, and polyphenylene sulfide resin fibers, and mixtures thereof. 芯鞘構造を有しており、
前記混紡糸が芯成分であること、及び
熱可塑性樹脂が鞘成分であること、
を特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。
It has a core-sheath structure,
The blended yarn is a core component, and a thermoplastic resin is a sheath component.
The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to any one of claims 1 to 4.
前記鞘成分としての前記熱可塑性樹脂の融点T0(℃)が、前記混紡糸に含有される前記熱可塑性樹脂繊維の融点T1(℃)よりも低く、T1-T0>10を満たすことを特徴とする、請求項5に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランド。 The carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to claim 5, characterized in that the melting point T0 (°C) of the thermoplastic resin as the sheath component is lower than the melting point T1 (°C) of the thermoplastic resin fiber contained in the blended yarn, and T1-T0>10 is satisfied. 炭素繊維含有プラスチック製品に含有されるプラスチック成分を半導体熱活性法によって分解して、再生炭素繊維を製造すること、及び
前記再生炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混紡することによって混紡糸を製造すること
を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する方法。
A method for producing the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to any one of claims 1 to 6, comprising: decomposing a plastic component contained in a carbon fiber-containing plastic product by a semiconductor thermal activation method to produce recycled carbon fiber; and blending the recycled carbon fiber with a thermoplastic resin fiber to produce a blended yarn.
請求項1~6のいずれか一項に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを用いて、溶融堆積法によって3次元造形物を製造する方法。 A method for manufacturing a three-dimensional object by a fusion deposition method using the carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand according to any one of claims 1 to 6.
JP2021126117A 2021-07-30 2021-07-30 Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands including blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers Active JP7706296B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021126117A JP7706296B2 (en) 2021-07-30 2021-07-30 Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands including blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021126117A JP7706296B2 (en) 2021-07-30 2021-07-30 Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands including blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023020639A JP2023020639A (en) 2023-02-09
JP7706296B2 true JP7706296B2 (en) 2025-07-11

Family

ID=85159335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021126117A Active JP7706296B2 (en) 2021-07-30 2021-07-30 Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands including blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7706296B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023020666A (en) * 2021-07-30 2023-02-09 帝人株式会社 Blended yarn of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber, and carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellet
JP2023020682A (en) * 2021-07-30 2023-02-09 帝人株式会社 Carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets containing recycled carbon fiber
JP2025041188A (en) * 2023-09-13 2025-03-26 国立大学法人東海国立大学機構 Composite material, molded article, and method for manufacturing the molded article

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008250194A (en) 2007-03-30 2008-10-16 Kaneka Corp Molded sound absorbing material
JP2016091997A (en) 2014-11-04 2016-05-23 三菱レイヨン株式会社 Winding method of porous carbon fiber sheet for polymer electrolyte fuel cell
JP2016521295A (en) 2013-03-28 2016-07-21 イーエルジー カーボン ファイバー インターナショナル ゲーエムベーハー Pyrolysis system and method for recovering carbon fiber from carbon fiber-containing resin
JP2017082354A (en) 2015-10-27 2017-05-18 一般財団法人ファインセラミックスセンター Modified carbon fiber and method for producing the same
JP2017128073A (en) 2016-01-22 2017-07-27 国立大学法人岐阜大学 Manufacturing method of three-dimensional structure
JP2018035492A (en) 2016-08-29 2018-03-08 ロッテ アドバンスト マテリアルズ カンパニー リミテッド Spun yarn containing carbon fiber staples and method for producing the same
JP2020515658A (en) 2017-04-01 2020-05-28 ザ・ボーイング・カンパニーThe Boeing Company Method for recovering carbon fiber from composite waste

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008250194A (en) 2007-03-30 2008-10-16 Kaneka Corp Molded sound absorbing material
JP2016521295A (en) 2013-03-28 2016-07-21 イーエルジー カーボン ファイバー インターナショナル ゲーエムベーハー Pyrolysis system and method for recovering carbon fiber from carbon fiber-containing resin
JP2016091997A (en) 2014-11-04 2016-05-23 三菱レイヨン株式会社 Winding method of porous carbon fiber sheet for polymer electrolyte fuel cell
JP2017082354A (en) 2015-10-27 2017-05-18 一般財団法人ファインセラミックスセンター Modified carbon fiber and method for producing the same
JP2017128073A (en) 2016-01-22 2017-07-27 国立大学法人岐阜大学 Manufacturing method of three-dimensional structure
JP2018035492A (en) 2016-08-29 2018-03-08 ロッテ アドバンスト マテリアルズ カンパニー リミテッド Spun yarn containing carbon fiber staples and method for producing the same
JP2020515658A (en) 2017-04-01 2020-05-28 ザ・ボーイング・カンパニーThe Boeing Company Method for recovering carbon fiber from composite waste

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023020639A (en) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7634546B2 (en) Method for decomposing plastic-containing materials, method for recovering inorganic materials, recycled carbon fiber and method for manufacturing recycled carbon fiber, blended yarn, carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets containing the blended yarn and method for manufacturing the same, carbon fiber reinforced thermoplastic resin strand and method for manufacturing the same, and carbon fiber reinforced thermoplastic pellets
JP7706296B2 (en) Carbon fiber reinforced thermoplastic resin strands including blended yarns of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fibers
CN103582556B (en) For the manufacture of the method for isotropic molded article with maintenance
JP6556883B2 (en) Recycled carbon fiber and material comprising the same
KR101770194B1 (en) Cnt-infused metal fiber materials and process therefor
JP5577356B2 (en) Composite material composed of carbon nanotubes on the fiber
US9353231B2 (en) Composite base material
KR102461416B1 (en) Surface-treated carbon fiber, surface-treated carbon fiber strand, and manufacturing method therefor
WO2012108446A1 (en) Molded object with thickness gradient and process for producing same
US20240262010A1 (en) Spindle-shaped carbon fiber-containing aggregate, manufacturing method for same, carbon fiber-reinforced thermoplastic resin pellets containing recycled carbon fibers, and manufacturing method for same
JP2015502311A (en) System and method for continuously producing carbon nanotubes on a reusable substrate
CN102741465A (en) Carbon nanotube-infused fiber materials containing parallel-aligned carbon nanotubes, methods for production thereof, and composite materials derived therefrom
EP2990185A1 (en) Composite material including unidirectional continuous fibers thermoplastic resin
JP4938281B2 (en) Polymer bonded fiber agglomerates
JP7110714B2 (en) Method for manufacturing carbon fiber reinforced resin composite
JP4365502B2 (en) Continuous production method of carbon fiber chopped strands
JP2023020666A (en) Blended yarn of recycled carbon fiber and thermoplastic resin fiber, and carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellet
JP6083239B2 (en) Fiber-reinforced plastic and method for producing the same
Carley et al. Nano-engineered composites: interlayer carbon nanotubes effect
CN107108915B (en) Reinforced fiber composite material
CN116034004B (en) Composite material and method for producing formed body
JP2023020682A (en) Carbon fiber reinforced thermoplastic resin pellets containing recycled carbon fiber
JP6445822B2 (en) Reinforcing fiber bundles, reinforcing fiber bundle opening device, and reinforcing fiber bundle opening method
US20210380492A1 (en) Ceramic Matrix Composites, and Methods and Systems for Making Same
Wen Novel continuous carbon and ceramic nanofibers and nanocomposites

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240513

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20241220

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250603

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250701

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7706296

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150