JP2019172798A - Carbon fiber reinforced resin composition and molded product thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】良成形性を維持しつつ剛性、曲げ特性や耐衝撃性等の物性が向上したCFRP(成形物)を得ることができる炭素繊維強化樹脂組成物を提供する。【解決手段】炭素繊維、ポリオレフィン系樹脂、オレフィン系軟質樹脂成分及び密着性付与剤を必須成分とする炭素繊維強化樹脂組成物であって、オレフィン系軟質樹脂成分として、(1)230℃、21.18Nで測定した場合のMFRが5〜150g/10minであること及び(2)ポリオレフィン系樹脂と混合したときのモルフォロジーが、ポリオレフィン系樹脂を連続相とし、オレフィン系軟質樹脂成分を分散相とした海島構造を形成し、かつ分散相の平均長さが0.1〜10μmであること、を満足し、炭素繊維の配合率が、上記必須成分の合計に対し、10〜50質量%であることを特徴とする炭素繊維強化樹脂組成物。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a carbon fiber reinforced resin composition capable of obtaining CFRP (molded product) having improved physical properties such as rigidity, bending characteristics and impact resistance while maintaining good moldability. A carbon fiber reinforced resin composition comprising carbon fiber, a polyolefin resin, an olefin soft resin component and an adhesion promoter as essential components, wherein the olefin soft resin component comprises (1) 230 ° C., 21 The MFR measured at .18 N was 5 to 150 g / 10 min, and (2) the morphology when mixed with the polyolefin resin was such that the polyolefin resin was a continuous phase and the olefin soft resin component was a dispersed phase. Satisfying that a sea-island structure is formed and the average length of the dispersed phase is 0.1 to 10 μm, and that the blending ratio of the carbon fiber is 10 to 50% by mass based on the total of the essential components. The carbon fiber reinforced resin composition characterized by the above. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、ポリオレフィン系樹脂をマトリックス樹脂とする炭素繊維強化樹脂組成物に関し、特に剛性、曲げ特性や耐衝撃性等の物性が向上した炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を得ることができる炭素繊維強化樹脂組成物に関する。 The present invention relates to a carbon fiber reinforced resin composition using a polyolefin-based resin as a matrix resin, and in particular, a carbon fiber reinforced plastic capable of obtaining a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) having improved physical properties such as rigidity, bending characteristics and impact resistance. The present invention relates to a resin composition.
近年、FRPの中でも炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は比弾性率や比強度が鉄等と比して大きく軽量構造材料として注目されている。特に、自動車材料や電子材料の分野においては、CFRPが金属材料やガラス繊維強化プラスチック(GFRP)の代替材料として検討されている。 In recent years, carbon fiber reinforced plastics (CFRP) among FRPs are attracting attention as lightweight structural materials because of their large specific elastic modulus and specific strength compared to iron and the like. In particular, in the fields of automobile materials and electronic materials, CFRP is being studied as an alternative material for metal materials and glass fiber reinforced plastic (GFRP).
CFRPは用いるプラスチックの種類で大きく2つに分類することができる。1つは熱硬化性樹脂を用いたCFRTSで、他は熱可塑性樹脂を用いたCFRTP(炭素繊維強化熱可塑性樹脂)である。 CFRP can be roughly classified into two types depending on the type of plastic used. One is CFRTS using a thermosetting resin, and the other is CFRTP (carbon fiber reinforced thermoplastic resin) using a thermoplastic resin.
CFRTPは一般的に短時間での成形が可能なことや2次加工性を有することも含めた良成形性といった特徴を活かし、主に不連続炭素繊維との組合せにより比較的低コストで生産数が多くかつ複雑形状が要求される部材としての適性がある。特に、ポリプロピレン系のマトリックス樹脂を用いたCFRPが、高速成形が可能でリサイクルも行い易いという理由から、注目され始めている。 CFRTP is generally produced at a relatively low cost by combining it with discontinuous carbon fibers, taking advantage of its good moldability, including that it can be molded in a short time and has secondary workability. And suitable as a member requiring a complicated shape. In particular, CFRP using a polypropylene matrix resin has begun to attract attention because it can be molded at high speed and can be easily recycled.
一般に、ポリプロピレン(PP)に代表されるポリオレフィンは充填剤との密着性に乏しい。そこで、例えば、無水マレイン酸等でグラフト変性した酸変性PPを用いて、ポリオレフィンと充填剤の密着性を向上させる方法が開示されている(特許文献1)。しかし、この方法はガラス繊維(GF)に対しては有効な手段だが、表面にシラノール基を持たない炭素繊維に対しては十分に有効とは言えないものであった。 In general, polyolefins represented by polypropylene (PP) have poor adhesion to fillers. Thus, for example, a method for improving the adhesion between the polyolefin and the filler using acid-modified PP graft-modified with maleic anhydride or the like is disclosed (Patent Document 1). However, this method is an effective means for glass fibers (GF), but it cannot be said to be sufficiently effective for carbon fibers having no silanol group on the surface.
ポリオレフィン樹脂と炭素繊維との界面接着性を向上させるために、酸変性ポリオレフィン樹脂を添加する方法が開示されている(特許文献2)。しかしながら、耐衝撃性を含めた実用特性を満足するには更なる改善が求められていた。 In order to improve the interfacial adhesion between the polyolefin resin and the carbon fiber, a method of adding an acid-modified polyolefin resin is disclosed (Patent Document 2). However, further improvement has been demanded to satisfy practical characteristics including impact resistance.
一方、特許文献3にはある特定の範囲のスチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体等の芳香族ビニル化合物と共役ジエンとから得られるブロック共重合体熱可塑性エラストマーを用いた繊維強化樹脂組成物が開示されている。この技術では、耐衝撃性は向上する一方、弾性率が低く、炭素繊維を用いるメリットである高剛性を損なうものであった。加えて耐熱性も低く実用特性を満足するには更なる改善が求められていた。 On the other hand, Patent Document 3 discloses a fiber reinforced resin composition using a block copolymer thermoplastic elastomer obtained from an aromatic vinyl compound such as styrene / butadiene / styrene block copolymer in a specific range and a conjugated diene. It is disclosed. With this technology, while impact resistance is improved, the elastic modulus is low, and high rigidity, which is a merit of using carbon fiber, is impaired. In addition, the heat resistance is low and further improvement is required to satisfy the practical characteristics.
本発明はこのような現状を鑑みてなされたものであり、良成形性を維持しつつ剛性、曲げ特性や耐衝撃性等の物性が向上したCFRP(成形物)を得ることができる炭素繊維強化樹脂組成物を提供するものである。 The present invention has been made in view of such a current situation, and is reinforced with carbon fiber capable of obtaining a CFRP (molded product) having improved physical properties such as rigidity, bending characteristics and impact resistance while maintaining good moldability. A resin composition is provided.
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を重ね、CFRPの物性向上にはCFと樹脂の密着向上が不可欠だが、密着性を上げただけでは強度は向上するが耐衝撃性が不足すること、耐衝撃性を向上するにはゴム等を添加することが知られているが、ゴムを添加すると確かに耐衝撃性は上がるが、CFRPの特徴である剛性が損なわれる上、加えて密着向上剤の効果を阻害してしまうせいか強度も低下することを見出すと同時に、ある特定の耐衝撃性向上剤と密着向上剤と組み合わせて用いることで剛性・強度と耐衝撃性を両立できることを見出し、本発明を完成させた。 In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research, and in order to improve the physical properties of CFRP, it is indispensable to improve the adhesion between CF and the resin, but simply increasing the adhesion improves the strength but the impact resistance is insufficient. In order to improve the impact resistance, it is known to add rubber or the like. However, the addition of rubber certainly increases the impact resistance, but the rigidity that is characteristic of CFRP is impaired. At the same time as finding that the strength decreases because it hinders the effect of the adhesion improver, it is possible to achieve both rigidity, strength and impact resistance by using in combination with a specific impact resistance improver and adhesion improver The present invention was completed.
すなわち、本発明は、炭素繊維、ポリオレフィン系樹脂、オレフィン系軟質樹脂成分及び密着性付与剤を必須成分とする炭素繊維強化樹脂組成物であって、上記オレフィン系軟質樹脂成分が、下記条件、
(1)230℃、21.18Nにおけるメルトマスフローレイト(MFR)が5〜150g/10minであること及び
(2)上記ポリオレフィン系樹脂と混合したときのモルフォロジーが、ポリオレフィン系樹脂を連続相とし、オレフィン系軟質樹脂成分を分散相とした海島構造を形成し、かつ分散相の平均長さが0.1〜10μmであること、を満足し、
上記炭素繊維の配合率が、炭素繊維、ポリオレフィン系樹脂、オレフィン系軟質樹脂成分及び密着性付与剤の合計に対し、10〜50質量%であることを特徴とする炭素繊維強化樹脂組成物である。
That is, the present invention is a carbon fiber reinforced resin composition having carbon fiber, polyolefin resin, olefin soft resin component and adhesion imparting agent as essential components, wherein the olefin soft resin component has the following conditions:
(1) The melt mass flow rate (MFR) at 230 ° C. and 21.18 N is 5 to 150 g / 10 min, and (2) the morphology when mixed with the polyolefin resin is a polyolefin resin as a continuous phase, Forming a sea-island structure with a soft resin component as a dispersed phase and having an average length of the dispersed phase of 0.1 to 10 μm,
The carbon fiber reinforced resin composition is characterized in that the blending ratio of the carbon fiber is 10 to 50% by mass with respect to the total of the carbon fiber, polyolefin resin, olefin soft resin component, and adhesion-imparting agent. .
上記密着性付与剤としては、酸変性ポリオレフィン系樹脂単位及びエポキシ樹脂単位を有し、酸変性ポリオレフィン系樹脂単位とエポキシ樹脂単位がエステル構造で結合されていること及びエポキシ樹脂単位中に2級水酸基が含有されている樹脂が適する。 The adhesiveness-imparting agent has an acid-modified polyolefin resin unit and an epoxy resin unit, wherein the acid-modified polyolefin resin unit and the epoxy resin unit are bonded with an ester structure, and a secondary hydroxyl group in the epoxy resin unit. A resin containing is suitable.
上記ポリオレフィン系樹脂としては、ポリプロピレンホモポリマーが適するものとしてある。 As the polyolefin resin, polypropylene homopolymer is suitable.
上記オレフィン系軟質成分は、23℃での曲げ弾性率が100〜1600MPaであることがよい。
そして、エチレン−プロピレンブロックコポリマー及び/又は酸変性ポリプロピレンが適するものとしてある。
The olefin-based soft component preferably has a flexural modulus at 23 ° C. of 100 to 1600 MPa.
And ethylene-propylene block copolymer and / or acid-modified polypropylene are suitable.
上記ポリオレフィン系樹脂、オレフィン系軟質樹脂成分及び密着性付与剤を、それぞれ(A)、(B)及び(C)とするとき、それぞれの配合率が、(A)、(B)及び(C)の合計に対し、(A)0.1〜97.5質量%、(B)2〜75質量%及び(C)0.5〜70質量%であることがよく、(A)、(B)及び(C)の合計に対し、(A)40〜90質量%、(B)2〜49質量%及び(C)1〜20質量%であることがより好ましい。 When the polyolefin resin, the olefin soft resin component, and the adhesion imparting agent are (A), (B), and (C), respectively, the respective compounding ratios are (A), (B), and (C). (A) 0.1 to 97.5% by mass, (B) 2 to 75% by mass, and (C) 0.5 to 70% by mass, and (A) and (B). And it is more preferable that they are (A) 40-90 mass%, (B) 2-49 mass%, and (C) 1-20 mass% with respect to the sum total of (C).
また、本発明は上記の炭素繊維強化樹脂組成物の成形物である。 Moreover, this invention is a molding of said carbon fiber reinforced resin composition.
本発明によれば、特に剛性、曲げ特性や耐衝撃性等の物性が向上したCFRPを得ることができる炭素繊維強化樹脂組成物を得ることができる。そのため本発明の炭素繊維強化樹脂組成物から得られる成形物は、自動車部品、二輪・自転車部品等、特に剛性や耐衝撃性の要求される部品等に好適に用いることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a carbon fiber reinforced resin composition capable of obtaining CFRP having improved physical properties such as rigidity, bending characteristics and impact resistance. Therefore, the molded product obtained from the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention can be suitably used for automobile parts, motorcycle / bicycle parts, etc., particularly parts requiring rigidity and impact resistance.
以下、本発明を詳細に説明する。
本明細書において、ポリオレフィン系樹脂を(A)成分と、オレフィン系軟質樹脂成分を(B)成分と、密着性付与剤を(C)成分と、炭素繊維を(D)成分ともいう。(A)、(B)及び(C)成分を含み、(D)成分を含まない混合物をポリオレフィン系樹脂組成物ともいい、さらに(D)を加えた(A)、(B)、(C)及び(D)成分の混合物を炭素繊維強化樹脂組成物ともいう。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present specification, the polyolefin resin is also referred to as component (A), the olefin soft resin component as component (B), the adhesion-imparting agent as component (C), and the carbon fiber as component (D). A mixture containing the components (A), (B) and (C) and not containing the component (D) is also referred to as a polyolefin resin composition, and (D) is added to the mixture (A), (B), (C). And the mixture of (D) component is also called a carbon fiber reinforced resin composition.
(A)、(B)、(C)及び(D)成分の順に説明する。なお、以下は煩雑な多数の例示を避けて代表的化合物のみ記載するものであり、本発明は、これら化合物又は材料に限定して解釈されるものではない。 The components (A), (B), (C), and (D) will be described in this order. In the following, only representative compounds are described avoiding many complicated examples, and the present invention is not construed as being limited to these compounds or materials.
まず、(A)成分のポリオレフィン系樹脂について説明する。
ポリオレフィン系樹脂は単純なエチレンやプロピレン等のオレフィンを含むモノマーから得られる樹脂であり、酸変性等の変性や異相共重合等の反応が行われていない未変性タイプのものが適する。
First, the polyolefin resin as the component (A) will be described.
The polyolefin resin is a resin obtained from a simple monomer containing an olefin such as ethylene or propylene, and an unmodified type which is not subjected to modification such as acid modification or reaction such as heterophasic copolymerization is suitable.
モノマーとしてのオレフィンの具体的な例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−メチル−1−プロペン、1−ペンテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、2−エチル−1−ブテン、2,3−ジメチル−1−ブテン、2−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、1−ヘプテン、メチル−1−ヘキセン、ジメチル−1−ペンテン、エチル−1−ペンテン、トリメチル−1−ブテン、1−オクテン等を挙げることができる。
これらのオレフィンを1種類だけ重合させた単独重合体(ホモポリマー)でもよいし、2種類以上を共重合させた共重合体(コポリマー)でもよい。共重合体の例としては、エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、プロピレン−ペンテン共重合体、プロピレン−ヘキセン共重合体、プロピレン−オクテン共重合体のような二元共重合体、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン−ヘキセン共重合体のような三元共重合体等が挙げられる。この中でもプロピレンの単独重合体であるプロピレンホモポリマーが特に好ましい。
Specific examples of the olefin as the monomer include ethylene, propylene, 1-butene, 2-methyl-1-propene, 1-pentene, 2-methyl-1-butene, 3-methyl-1-butene, 1- Hexene, 2-ethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-1-butene, 2-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 3,3-dimethyl- Examples thereof include 1-butene, 1-heptene, methyl-1-hexene, dimethyl-1-pentene, ethyl-1-pentene, trimethyl-1-butene, and 1-octene.
A homopolymer obtained by polymerizing only one kind of these olefins (homopolymer) may be used, or a copolymer obtained by copolymerizing two or more kinds (copolymer) may be used. Examples of copolymers include binary copolymers such as ethylene-propylene copolymer, propylene-butene copolymer, propylene-pentene copolymer, propylene-hexene copolymer, propylene-octene copolymer. And terpolymers such as ethylene-propylene-butene copolymer and ethylene-propylene-hexene copolymer. Among these, a propylene homopolymer which is a homopolymer of propylene is particularly preferable.
プロピレンホモポリマーは、本発明のポリオレフィン系樹脂組成物が適切な流動性を保ち良好な成形性を示し、ポリオレフィン系樹脂組成物を成形物としたときの剛性の指標である曲げ弾性率が高いという効果がある。 The propylene homopolymer is said to have a good flexural modulus, which is an index of rigidity when the polyolefin resin composition of the present invention maintains appropriate fluidity and exhibits good moldability, and the polyolefin resin composition is a molded product. effective.
プロピレンホモポリマーは、重合触媒を用いてプロピレン等をスラリー重合、気相重合又は液相塊状重合することにより製造でき、このようなプロピレン重合体を製造する重合方式としては、バッチ重合、連続重合のいずれの方式も使用することができる。 Propylene homopolymer can be produced by slurry polymerization, gas phase polymerization or liquid phase bulk polymerization of propylene and the like using a polymerization catalyst. As a polymerization method for producing such a propylene polymer, batch polymerization and continuous polymerization are possible. Either method can be used.
なお、プロピレンホモポリマーを得るために用いられる触媒は、特に限定されるものではなく、公知の触媒が使用可能である。例えば、チタン化合物と有機アルミニウムを組み合わせた、いわゆるチーグラー・ナッタ触媒、あるいは、メタロセン触媒が使用できる。この中でチーグラー・ナッタ触媒が好ましい。 In addition, the catalyst used in order to obtain a propylene homopolymer is not specifically limited, A well-known catalyst can be used. For example, a so-called Ziegler-Natta catalyst or metallocene catalyst in which a titanium compound and organoaluminum are combined can be used. Of these, Ziegler-Natta catalysts are preferred.
チーグラー・ナッタ触媒を使用することでポリマーに高い立体規則性を持たせることができ、なおかつ比較的高分子量のものが得られる。そのため、構造材料用途として必要な剛性、耐熱性(融点)、強度といった点で好適なプロピレンホモポリマーが得られる。 By using a Ziegler-Natta catalyst, the polymer can have high stereoregularity and a relatively high molecular weight can be obtained. Therefore, a propylene homopolymer suitable in terms of rigidity, heat resistance (melting point), and strength necessary for structural material applications can be obtained.
このようなプロピレンホモポリマーは、市販品を適宜選択して使用することができる。市販品としては、プライムポリプロJ105G、J106G、J106MG、J108M、J−700GP(株式会社プライムポリマー製)や、ノバテックMA3 MA3H MA1B、SA08(日本ポリプロ株式会社製)や、PM600A、PM600D、PM801A、PM802A、PM900A、PM900C、PL400A、PL500A、PL801C、PLA00A、PLB00A、PS412M、VS200A、PC412A、PC600A、PC600S、PF600R、HPA03A(サンアロマー株式会社製)等が挙げられる。 Such a propylene homopolymer can be used by appropriately selecting a commercially available product. Commercially available products include Prime Polypro J105G, J106G, J106MG, J108M, J-700GP (manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.), Novatec MA3 MA3H MA1B, SA08 (manufactured by Nippon Polypro Co., Ltd.), PM600A, PM600D, PM801A, PM802A, PM900A, PM900C, PL400A, PL500A, PL801C, PLA00A, PLB00A, PS412M, VS200A, PC412A, PC600A, PC600S, PF600R, HPA03A (manufactured by Sun Aroma Co., Ltd.), and the like.
本発明に用いられるポリオレフィン系樹脂のMFRの範囲は特に限定されるものではないが、5〜150g/10minの範囲が好ましい。MFRが5g/10minより低すぎると流動性が悪く成形加工性を損なうだけでなく、流動性が悪いと例えば、炭素繊維とのコンパウンド時に繊維に過度な応力が加わることで繊維の折損を招き、炭素繊維強化複合材料としたときの物性低下の恐れがある。一方、MFRが150g/minより高すぎると流動性が良すぎるため溶融加工時に樹脂ダレが発生して外観が悪化する恐れがあるだけでなく、例えば、炭素繊維とのコンパウンド時に繊維濃度が一定に保てずに強度がバラつく原因となる恐れがある。
本明細書においてMFRの測定条件は特に断らない限り、(B)成分の測定条件と同じである。
Although the range of MFR of the polyolefin resin used in the present invention is not particularly limited, a range of 5 to 150 g / 10 min is preferable. If the MFR is lower than 5 g / 10 min, not only the fluidity is bad and the moldability is deteriorated, but if the fluidity is poor, for example, excessive stress is applied to the fiber at the time of compounding with the carbon fiber, thereby causing fiber breakage. There is a risk of deterioration of physical properties when a carbon fiber reinforced composite material is used. On the other hand, if the MFR is higher than 150 g / min, the fluidity is too good, so that not only the resin sagging may occur during melt processing and the appearance may deteriorate, but for example, the fiber concentration may be constant when compounded with carbon fiber. Otherwise, the strength may vary.
In this specification, the measurement conditions for MFR are the same as the measurement conditions for component (B) unless otherwise specified.
次に、(B)成分のオレフィン系軟質樹脂成分について説明する。オレフィン系軟質樹脂成分は、耐衝撃性向上剤として機能する。 Next, the olefin-based soft resin component (B) will be described. The olefin-based soft resin component functions as an impact resistance improver.
オレフィン系軟質樹脂成分は、オレフィン類を主成分として含むモノマーを重合して得られる樹脂であり、それを構成するモノマー単位中にオレフィン類の単位を含む。ここで、軟質とはガラスや炭素といった無機系材料よりも延性が高く、軟らかく弾性を有する性質のことをいう。そして、(A)成分より軟質又は耐衝撃性であることが好ましい。
オレフィン系軟質樹脂成分を構成するオレフィンの具体的な例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−メチル−1−プロペン、1−ペンテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、2−エチル−1−ブテン、2,3−ジメチル−1−ブテン、2−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、3,3−ジメチル−1−ブテン、1−ヘプテン、メチル−1−ヘキセン、ジメチル−1−ペンテン、エチル−1−ペンテン、トリメチル−1−ブテン、1−オクテン等を挙げることができる。
The olefin-based soft resin component is a resin obtained by polymerizing a monomer containing olefins as a main component, and includes olefin units in the monomer units constituting the resin. Here, the term “soft” refers to a property that is more ductile and softer and more elastic than inorganic materials such as glass and carbon. And it is preferable that it is softer or impact-resistant than (A) component.
Specific examples of the olefin constituting the olefin-based soft resin component include ethylene, propylene, 1-butene, 2-methyl-1-propene, 1-pentene, 2-methyl-1-butene, and 3-methyl-1. -Butene, 1-hexene, 2-ethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-1-butene, 2-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 3 , 3-dimethyl-1-butene, 1-heptene, methyl-1-hexene, dimethyl-1-pentene, ethyl-1-pentene, trimethyl-1-butene, 1-octene and the like.
これらの化合物を1種類だけ重合させた単独重合体でもよいし、2種類以上を組み合わせて重合させた共重合体でもよいが、酸変性等の変性や異相共重合等の反応を行った変性タイプのものが適する。そして、少なくともプロピレンをモノマー単位に含む熱可塑性樹脂であることが好ましい。なお、異相共重合とはポリオレフィン系樹脂の製造過程で多段の反応槽を使って製造される特殊な共重合のことを指し、これにより製造された異相共重合体は通常の共重合体とは異なるものとして扱う。例えば、エチレン−プロピレンブロックコポリマー(ブロックPP)は異相共重合体(異相コポリマー)であり、通常のエチレン−プロピレン共重合体(コポリマー)とは異なる共重合体として扱う。ブロックPPは(B)成分となり、通常のコポリマーは(A)成分となる。 A homopolymer obtained by polymerizing only one kind of these compounds or a copolymer obtained by polymerizing two or more kinds may be used, but a modified type in which a modification such as acid modification or a reaction such as heterophasic copolymerization is performed. Is suitable. And it is preferable that it is a thermoplastic resin which contains at least propylene in a monomer unit. The heterophasic copolymer refers to a special copolymer produced using a multistage reaction vessel in the process of producing a polyolefin-based resin, and the heterophasic copolymer produced thereby is an ordinary copolymer. Treat as different. For example, an ethylene-propylene block copolymer (block PP) is a heterophasic copolymer (heterophasic copolymer) and is treated as a copolymer different from a normal ethylene-propylene copolymer (copolymer). The block PP becomes the component (B), and the usual copolymer becomes the component (A).
プロピレンをモノマー単位に含まない場合は、ポリオレフィン系樹脂組成物としたときにポリオレフィン系樹脂との相溶性が低下し、ポリオレフィン系樹脂組成物の成形物として、これに負荷をかけた際に、後述する連続相と分散相との界面が容易に破壊され強度等の物性が低下する恐れがあるとか、あるいは密着性付与剤との相溶性が良すぎるものとなって密着性付与剤の機能発現を妨げて、ポリオレフィン系樹脂組成物の成形物としたときの強度等の物性が不足する恐れがある。一方、プロピレンをモノマー単位に含む場合は、ポリオレフィン系樹脂とも密着性付与剤とも適度な相溶性又は非相溶性を保つことができる。 When propylene is not included in the monomer unit, the compatibility with the polyolefin resin is reduced when the polyolefin resin composition is used, and as a molded product of the polyolefin resin composition, when this is loaded, The interface between the continuous phase and the dispersed phase easily breaks down and the physical properties such as strength may be lowered, or the compatibility with the adhesion imparting agent becomes too good, and the function of the adhesion imparting agent is expressed. The physical properties such as strength when the polyolefin resin composition is molded may be insufficient. On the other hand, when propylene is contained in the monomer unit, both the polyolefin resin and the adhesion-imparting agent can maintain appropriate compatibility or incompatibility.
また、オレフィン系軟質樹脂成分は熱を加えることで容易に塑性変形を生じる熱可塑性樹脂であることが好ましい。例えば、熱可塑性の乏しいネットワークポリマー等だと、流動性が不足し成形加工性が悪くなり生産効率が低下する。 The olefin-based soft resin component is preferably a thermoplastic resin that easily undergoes plastic deformation when heated. For example, in the case of a network polymer having poor thermoplasticity, the fluidity is insufficient, the molding processability is deteriorated, and the production efficiency is lowered.
さらに、オレフィン系軟質樹脂成分は、ブロックPP及び/又は酸変性PPであることが好ましい。これらの樹脂成分は上記の他成分との相溶性の程度が適するだけでなく、剛性等の力学特性や耐衝撃性を比較的高いレベルで両立できる。 Furthermore, the olefin-based soft resin component is preferably block PP and / or acid-modified PP. These resin components are not only suitable for compatibility with the above-mentioned other components, but also can achieve a relatively high level of mechanical properties such as rigidity and impact resistance.
酸変性PPの場合は、不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性されたポリプロピレンであることがよく、ポリプロピレン中にカルボキシル基や無水カルボン酸基を有するものである。不飽和カルボン酸で変性させる場合は、その不飽和結合がポリプロピレンと反応することにより、ポリプロピレンにカルボキシル基や無水カルボン酸基が結合した酸変性PPとなる。 In the case of acid-modified PP, the polypropylene is preferably a polypropylene modified with an unsaturated carboxylic acid or a derivative thereof, and has a carboxyl group or a carboxylic anhydride group in the polypropylene. In the case of modifying with an unsaturated carboxylic acid, the unsaturated bond reacts with polypropylene, whereby an acid-modified PP in which a carboxyl group or a carboxylic anhydride group is bound to polypropylene is obtained.
ポリプロピレンを酸変性するために用いる不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、ナジック酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、シトラコン酸、ソルビン酸、メサコン酸、アンゲリカ酸等の不飽和カルボン酸が挙げられる。また、その不飽和カルボン酸の誘導体としては、酸無水物等があり、例えば、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水ナジック酸等が挙げられる。これらの中でも、不飽和ジカルボン酸及びその誘導体が好ましく、無水マレイン酸が特に好ましい。 Examples of the unsaturated carboxylic acid used for acid-modifying polypropylene include acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, nadic acid, fumaric acid, itaconic acid, crotonic acid, citraconic acid, sorbic acid, mesaconic acid, angelic acid, etc. Of unsaturated carboxylic acids. In addition, examples of the unsaturated carboxylic acid derivative include acid anhydrides, and examples thereof include maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, and nadic anhydride. Among these, unsaturated dicarboxylic acid and its derivative are preferable, and maleic anhydride is particularly preferable.
オレフィン系軟質樹脂成分は23℃での曲げ弾性率が100〜1600MPaである。曲げ弾性率が100MPaより低すぎると、ポリオレフィン系樹脂組成物としたとき、炭素繊維強化複合材料及びその成形物としたときの高温時の寸法安定性が低下する恐れがあり、一方1600MPaより高すぎるとこれらの耐衝撃性が不足する恐れがある。耐衝撃性が不足するメカニズムは定かではないが硬脆い性質を有するため衝撃負荷を加えた際にオレフィン系軟質樹脂成分が塑性変形することでエネルギーを吸収する機能が低下するためと考えられる。 The olefin-based soft resin component has a flexural modulus at 23 ° C. of 100 to 1600 MPa. If the flexural modulus is too lower than 100 MPa, the dimensional stability at a high temperature when the polyolefin-based resin composition is used may be lowered when it is used as a carbon fiber reinforced composite material and its molded product, whereas it is too higher than 1600 MPa. These shock resistances may be insufficient. The mechanism of insufficient impact resistance is not clear, but it is hard and brittle. Therefore, it is considered that the function of absorbing energy is reduced by plastic deformation of the olefin-based soft resin component when an impact load is applied.
オレフィン系軟質樹脂成分は230℃、21.18N(2.16kg)で測定した場合のMFRが5〜150g/10minである。好ましい範囲は5.5〜120g/10minである。5g/10minより低すぎると混練性が乏しいためポリオレフィン系樹脂組成物とした際に組成物内にムラができやすく、その結果成形品とした際の品質安定性が低下する恐れがある。一方でMFRが150g/minより高すぎると流動性が良いため成型加工性は良いものの、分子量が低いことに起因し成形物の強度等が低下する恐れがある。 The olefin-based soft resin component has an MFR of 5 to 150 g / 10 min when measured at 230 ° C. and 21.18 N (2.16 kg). A preferred range is 5.5 to 120 g / 10 min. If it is lower than 5 g / 10 min, the kneadability is poor, so that when the polyolefin resin composition is prepared, unevenness is likely to occur in the composition, and as a result, the quality stability when formed into a molded product may be lowered. On the other hand, if the MFR is higher than 150 g / min, the fluidity is good and the moldability is good, but the strength and the like of the molded product may decrease due to the low molecular weight.
(B)成分のオレフィン系軟質樹脂成分は、(A)成分のポリオレフィン系樹脂と混合したときのモルフォロジーが、ポリオレフィン系樹脂を海とし、オレフィン系軟質樹脂成分を島とした海島構造を形成し、かつ分散相の平均長さが0.1〜10μmである。
この海島構造とは、ポリオレフィン系樹脂からなる相が連続相をなし、オレフィン系軟樹脂質成分からなる相が連続相中に分散して分散相となっている構造を意味する。海島構造となることは、両者は完全には相溶しないことを意味する。
The (B) component olefinic soft resin component has a morphology when mixed with the (A) component polyolefinic resin to form a sea-island structure with the polyolefinic resin as the sea and the olefinic soft resin component as the island, And the average length of a dispersed phase is 0.1-10 micrometers.
This sea-island structure means a structure in which a phase composed of a polyolefin-based resin forms a continuous phase, and a phase composed of an olefin-based soft resinous component is dispersed in the continuous phase to form a dispersed phase. Being a sea-island structure means that they are not completely compatible.
ここでモルフォロジーとは樹脂の微細構造のことを指し、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)、走査型透過電子顕微鏡(STEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)等の電子顕微鏡や、原子間力顕微鏡(AFM)、走査型プローブ顕微鏡(SPM)等により、ポリオレフィン系樹脂とオレフィン系軟質樹脂成分を溶融混合した組成物の断面を観察することで確認することができる。具体的な方法は、ミクロトームを使って樹脂組成物の表面を平滑化する面出しを行った後、BrukerAXS製Dimension Icon型SPM装置を用いて、プローブには先端曲率半径が10nm、ばね定数42N/mのBruker製TESPA NCHVをセットしタッピングモードでスキャンして観察することができる。なお、海島構造の確認は、実施例に記載の方法による。 Here, the morphology refers to the fine structure of the resin, such as an optical microscope, a scanning electron microscope (SEM), a scanning transmission electron microscope (STEM), a transmission electron microscope (TEM), or an atomic force. This can be confirmed by observing a cross section of a composition obtained by melting and mixing a polyolefin resin and an olefin soft resin component with a microscope (AFM), a scanning probe microscope (SPM), or the like. Specifically, the surface of the resin composition is smoothed using a microtome, and then the probe is set to have a radius of curvature of 10 nm, a spring constant of 42 N / mm using a BrukerAXS Dimension Icon SPM device. It is possible to set and scan a TESPA NCHV manufactured by Bruker in tapping mode. The sea-island structure is confirmed by the method described in the examples.
分散相の2次元形状は特に限定されないが、代表的な例を挙げると円状、だ円状、雫状、棒状、紐状、針状、角状、不定形状、が挙げられる。この中では特に円状乃至楕円状といった尖った部分を有さない形状で分散しているものが好ましい。好ましい理由は、局所的に過度に応力が集中することなく比較的等方的に分散するためである。 The two-dimensional shape of the dispersed phase is not particularly limited, but representative examples include a circle, an ellipse, a bowl, a rod, a string, a needle, a square, and an indefinite shape. Among these, those which are dispersed in a shape having no sharp portion such as a circle or an ellipse are particularly preferable. The reason for this is that it is relatively isotropically distributed without excessive concentration of stress locally.
分散相の平均長さは上記方法により観察して得られた位相差イメージをそのまま、又は位相差のコントラストを強調したイメージから読み取ることができる。オレフィン系軟質樹脂成分からなる分散相の平均長さは、100個以上の分散相長さを測定し、その分散相長さを算術平均して算出される。なお本発明では、ある1個の分散相の最大長さと最小長さの合計を2で割った値をその分散相の分散相長さと定義する。なお、分散相の最大長さ、最小長さとは、例えば、図1中の符号121、122でそれぞれ表した距離のことである。
The average length of the dispersed phase can be read from the phase difference image obtained by observation by the above method as it is or from an image in which the contrast of the phase difference is enhanced. The average length of the dispersed phase comprising the olefin-based soft resin component is calculated by measuring the length of 100 or more dispersed phases and arithmetically averaging the dispersed phase lengths. In the present invention, a value obtained by dividing the sum of the maximum length and the minimum length of a single dispersed phase by 2 is defined as the dispersed phase length of the dispersed phase. The maximum length and the minimum length of the dispersed phase are, for example, distances represented by
また、オレフィン系軟質樹脂成分からなる分散相の平均長さは0.1〜10μmである。平均長さが0.1μmよりも小さいとポリオレフィン系樹脂組成物が破壊される過程で発生、進展するクラック端部の大きさと比較して小さすぎるため、破壊に対する抵抗が発揮されずに耐衝撃性等の物性が発現できなくなる恐れがある。一方10μmより大きいとポリオレフィン系樹脂組成物、ならびに炭素繊維強化複合材料及びその成形物としたときの剛性が低下する恐れがある。 Moreover, the average length of the dispersed phase which consists of an olefin type soft resin component is 0.1-10 micrometers. If the average length is less than 0.1 μm, it is too small compared to the size of the crack edge that is generated and propagated in the process of breaking the polyolefin resin composition, so that the resistance to breakage is not exhibited and the impact resistance There is a risk that physical properties such as the above cannot be expressed. On the other hand, when it is larger than 10 μm, there is a risk that the rigidity of the polyolefin resin composition, the carbon fiber reinforced composite material, and the molded product thereof is lowered.
オレフィン系軟質樹脂成分は、メカニズムは定かではないが、下記のような機構により本発明の効果を発現すると思われる。すなわち、本発明のポリオレフィン系樹脂組成物に負荷が加わった際にオレフィン系軟質樹脂成分自体が塑性変形に伴いエネルギーを吸収、又はオレフィン系軟質樹脂成分とポリオレフィン系樹脂との界面を起点に発生するクレイズを誘発する現象を経る過程でエネルギーを吸収することで耐衝撃性等の物性を発現するものと思われる。加えてポリオレフィン系樹脂との相溶性のバランスが適度な範囲に制御されたモルフォロジーを形成することでポリオレフィン系樹脂組成物とした際に、剛性等の力学特性を損なうことを極力抑制することができる。 Although the mechanism of the olefin-based soft resin component is not clear, it is considered that the effect of the present invention is expressed by the following mechanism. That is, when a load is applied to the polyolefin-based resin composition of the present invention, the olefin-based soft resin component itself absorbs energy accompanying plastic deformation, or is generated starting from the interface between the olefin-based soft resin component and the polyolefin-based resin. It is thought that physical properties such as impact resistance are expressed by absorbing energy in the process of inducing a craze. In addition, when forming a polyolefin-based resin composition by forming a morphology in which the balance of compatibility with the polyolefin-based resin is controlled in an appropriate range, it is possible to suppress the loss of mechanical properties such as rigidity as much as possible. .
このようなオレフィン系軟質樹脂成分としては、市販品から適宜選択することができる。かかる市販品としては、ノバテックBC6C、BC4BSW、BC3AD、BC3L、BC2E、BC03C、BC03B、BC03GS、BC05B、BC06C、BC08F、BC10HRF(日本ポリプロ株式会社製)や、プライムTPO R110MP、R110E、T310E、M142E(株式会社プライムポリマー製)や、プライムポリプロBJS−MU、J704LB、J704UG、J705UG、J715M、J707G、J707EG、J830HV、J708UG、J709QG(株式会社プライムポリマー製)や、PM472W、PM671A、PM761A、PM854X、PM870A、PM870Z、PM970A、PM970W、PM972Z、PMA60Z、PMB60W、PMB60W、VMD81M、PB170A、PB270A、VB170A、VB370A、W、PC480A、PC684S(サンアロマー株式会社製)等のブロックPPや、モディックP502、P553A、P565、P555、P664V(三菱ケミカル株式会社製)や、OREVAC G 18720、18722、18725、18729、18732、18732P、18750、18751、CA100(アルケマ株式会社製)や、トーヨータックPMA−H1000P、PMA−H1100P、PMA−F2、M−100、M−300、M−213(東洋紡株式会社製)や、リケエイドREO−070−1、MG−250P、MG−400P(理研ビタミン株式会社製)や、ユーメックス100TS、110TS、1001、1010(三洋化成工業株式会社製)等の酸変性PPがある。 Such an olefin-based soft resin component can be appropriately selected from commercially available products. Such commercial products include Novatec BC6C, BC4BSW, BC3AD, BC3L, BC2E, BC03C, BC03B, BC03GS, BC05B, BC06C, BC08F, BC10HRF (manufactured by Nippon Polypro Co., Ltd.), Prime TPO R110MP, R110E, T310E, Company Prime Polymer), Prime Polypro BJS-MU, J704LB, J704UG, J705UG, J715M, J707G, J707EG, J830HV, J708UG, J709QG (manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.), PM472W, PM671A, PM761A, PM70X8PM70X8X , PM970A, PM970W, PM972Z, PMA60Z, PMB60W, PMB60W, VMD81 Block PP such as PB170A, PB270A, VB170A, VB370A, W, PC480A, PC684S (manufactured by Sun Allomer Co., Ltd.), Modic P502, P553A, P565, P555, P664V (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), OREVAC G 18720, 18722 , 18725, 18729, 18732, 18732P, 18750, 18751, CA100 (manufactured by Arkema Co., Ltd.), Toyotack PMA-H1000P, PMA-H1100P, PMA-F2, M-100, M-300, M-213 (Toyobo Co., Ltd.) Company-made), Rike Aid REO-070-1, MG-250P, MG-400P (manufactured by Riken Vitamin Co., Ltd.), Umex 100TS, 110TS, 1001, 1010 (Sanyo Chemical Industries) There are acid-modified PP of formula company Ltd.).
次に、(C)成分の密着性付与剤について説明する。
密着性付与剤は、樹脂と繊維の密着性を改善する作用を有する。したがって、ポリオレフィン系樹脂と相溶性を有する単位と、繊維との接着性を高める単位、好ましくは水酸基のような極性基含有単位とを有するものであればよい。しかし、(B)成分のオレフィン系軟質樹脂成分であることはない。
Next, the adhesion imparting agent of the component (C) will be described.
The adhesion imparting agent has an action of improving the adhesion between the resin and the fiber. Accordingly, any unit having a unit compatible with the polyolefin-based resin and a unit that improves the adhesion to the fiber, preferably a polar group-containing unit such as a hydroxyl group may be used. However, it is not an olefin-based soft resin component of component (B).
好適には、密着性付与剤は、ポリオレフィン系樹脂との相溶性を有する骨格と、密着作用を有するエポキシ樹脂単位との両方を、1分子中に含む構造のものである。このため、通常は相溶性が低いといわれる非極性ポリオレフィン系樹脂中に対して、エポキシ樹脂成分を分散性良く配置することができるので樹脂組成物に均一性を与える。その結果、応力集中による局部的な破壊を軽減することができ、安定して高い機械強度を発現することに寄与する。
より好ましくは、酸変性ポリオレフィン系樹脂単位及びエポキシ樹脂単位を有し、酸変性ポリオレフィン系樹脂単位とエポキシ樹脂単位がエステル構造で結合されていて、しかもエポキシ樹脂単位中に2級水酸基が含有される樹脂である。
Preferably, the adhesion-imparting agent has a structure containing both a skeleton having compatibility with the polyolefin resin and an epoxy resin unit having an adhesion action in one molecule. For this reason, since an epoxy resin component can be arrange | positioned with sufficient dispersibility with respect to the nonpolar polyolefin-type resin normally said to be low compatibility, a uniformity is given to a resin composition. As a result, local breakage due to stress concentration can be reduced, contributing to stable and high mechanical strength.
More preferably, it has an acid-modified polyolefin resin unit and an epoxy resin unit, the acid-modified polyolefin resin unit and the epoxy resin unit are bonded with an ester structure, and a secondary hydroxyl group is contained in the epoxy resin unit. Resin.
かかる樹脂は、酸変性ポリオレフィン系樹脂とエポキシ樹脂から得ることができる。
酸変性ポリオレフィン系樹脂の好ましい変性内容は上記の酸変性PPに対するものと同様であり、無水マレイン酸が特に好ましい。
Such a resin can be obtained from an acid-modified polyolefin resin and an epoxy resin.
The preferred modification content of the acid-modified polyolefin resin is the same as that for the above-mentioned acid-modified PP, and maleic anhydride is particularly preferred.
一方の原料であるエポキシ樹脂は、エポキシ基を有するものであれば特に制限はなく、エポキシ基を2個以上含有する多官能エポキシ樹脂が好ましく、2級水酸基を有する2官能エポキシ樹脂が特に好ましい。例えば、ポリグリシジルエーテル化合物、ポリグリシジルアミン化合物、ポリグリシジルエステル化合物、脂環式エポキシ化合物、その他変性エポキシ樹脂等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらのエポキシ樹脂は単独で使用してもよいし、同一系のエポキシ樹脂を2種類以上併用して使用しても良く、また、異なる系のエポキシ樹脂を組み合わせて使用してもよい。なお、上記エポキシ樹脂には、いわゆるフェノキシ樹脂と称する高分子量エポキシ樹脂も含まれる。また、フェノキシ樹脂の骨格は特に制限はなく、様々な構造が使用できるが、ビスフェノールA骨格の構造が好ましい。 The epoxy resin as one raw material is not particularly limited as long as it has an epoxy group, a polyfunctional epoxy resin containing two or more epoxy groups is preferable, and a bifunctional epoxy resin having a secondary hydroxyl group is particularly preferable. Examples include, but are not limited to, polyglycidyl ether compounds, polyglycidyl amine compounds, polyglycidyl ester compounds, alicyclic epoxy compounds, and other modified epoxy resins. These epoxy resins may be used alone, or two or more of the same type of epoxy resins may be used in combination, or different types of epoxy resins may be used in combination. The epoxy resin includes a high molecular weight epoxy resin called a phenoxy resin. Further, the skeleton of the phenoxy resin is not particularly limited, and various structures can be used, but the structure of the bisphenol A skeleton is preferable.
ポリグリシジルエーテル化合物としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、テトラメチルビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ヒドロキノン型エポキシ樹脂、ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂、ナフタレンジオール型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、ジフェニルスルフィド型エポキシ樹脂、ジフェニルエーテル型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、アルキルノボラック型エポキシ樹脂、芳香族変性フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールノボラック型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂、β−ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ナフタレンジオールアラルキル型エポキシ樹脂、α−ナフトールアラルキル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキルフェノール型エポキシ樹脂、トリヒドロキシフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラヒドロキシフェニルエタン型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、アルキレングリコール型エポキシ樹脂、脂肪族環状エポキシ樹脂等が挙げられる。
ポリグリシジルアミン化合物としては、例えば、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、メタキシレンジアミン型エポキシ樹脂、1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、アニリン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、アミノフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。
ポリグリシジルエステル化合物としては、例えば、ダイマー酸型エポキシ樹脂、ヘキサヒドロフタル酸型エポキシ樹脂、トリメリット酸型エポキシ樹脂等が挙げられる。
脂環式エポキシ化合物としては、セロキサイド2021(ダイセル化学工業株式会社製)等の脂肪族環状エポキシ樹脂等が挙げられる。
その他変性エポキシ樹脂としては、例えば、ウレタン変性エポキシ樹脂、オキサゾリドン環含有エポキシ樹脂、エポキシ変性ポリブタジエンゴム誘導体、CTBN変性エポキシ樹脂、エポキシ変性ポリエステル樹脂、エポキシ変性メラミン樹脂、ポリビニルアレーンポリオキシド(例えば、ジビニルベンゼンジオキシド、トリビニルナフタレントリオキシド等)、リン含有エポキシ樹脂等が挙げられる。
Examples of the polyglycidyl ether compound include bisphenol A type epoxy resin, bisphenol F type epoxy resin, tetramethylbisphenol F type epoxy resin, biphenol type epoxy resin, hydroquinone type epoxy resin, bisphenol fluorene type epoxy resin, and naphthalene diol type epoxy resin. Bisphenol S type epoxy resin, diphenyl sulfide type epoxy resin, diphenyl ether type epoxy resin, resorcinol type epoxy resin, phenol novolac type epoxy resin, cresol novolac type epoxy resin, alkyl novolac type epoxy resin, aromatic modified phenol novolak type epoxy resin, Bisphenol novolac epoxy resin, naphthol novolac epoxy resin, β-naphthol aralkyl Type epoxy resin, naphthalene diol aralkyl type epoxy resin, α-naphthol aralkyl type epoxy resin, biphenyl aralkyl phenol type epoxy resin, trihydroxyphenyl methane type epoxy resin, tetrahydroxyphenyl ethane type epoxy resin, dicyclopentadiene type epoxy resin, alkylene A glycol type epoxy resin, an aliphatic cyclic epoxy resin, etc. are mentioned.
Examples of the polyglycidylamine compound include diaminodiphenylmethane type epoxy resin, metaxylenediamine type epoxy resin, 1,3-bisaminomethylcyclohexane type epoxy resin, isocyanurate type epoxy resin, aniline type epoxy resin, hydantoin type epoxy resin, Examples include aminophenol type epoxy resins.
Examples of the polyglycidyl ester compound include dimer acid type epoxy resin, hexahydrophthalic acid type epoxy resin, trimellitic acid type epoxy resin, and the like.
Examples of the alicyclic epoxy compound include aliphatic cyclic epoxy resins such as Celoxide 2021 (manufactured by Daicel Chemical Industries, Ltd.).
Other modified epoxy resins include, for example, urethane-modified epoxy resins, oxazolidone ring-containing epoxy resins, epoxy-modified polybutadiene rubber derivatives, CTBN-modified epoxy resins, epoxy-modified polyester resins, epoxy-modified melamine resins, and polyvinyl arenepolyoxides (for example, divinylbenzene). Dioxide, trivinylnaphthalene trioxide, etc.), phosphorus-containing epoxy resins and the like.
酸変性ポリオレフィン系樹脂単位とエポキシ樹脂単位は、エステル構造で結合されており、エポキシ樹脂単位中に上記2級水酸基を含有する。エステル構造は、酸変性ポリオレフィン系樹脂のカルボキシル基又は酸無水物基と、エポキシ樹脂のエポキシ基又はヒドロキシ基から生じる結合単位であり、酸変性ポリオレフィン系樹脂単位とエポキシ樹脂単位は結合単位に係る部分を除いた単位であると理解される。なお、エポキシ樹脂は、エステル構造を形成する際、エポキシ基が開環するが、開環で生成した部位で、エステル構造に関与しない部位は、エポキシ樹脂単位に含まれる。 The acid-modified polyolefin resin unit and the epoxy resin unit are bonded with an ester structure and contain the secondary hydroxyl group in the epoxy resin unit. The ester structure is a bond unit derived from the carboxyl group or acid anhydride group of the acid-modified polyolefin resin and the epoxy group or hydroxy group of the epoxy resin, and the acid-modified polyolefin resin unit and the epoxy resin unit are parts related to the bond unit. It is understood to be a unit excluding. In addition, when an epoxy resin forms an ester structure, an epoxy group is ring-opened, but a site generated by ring-opening and not involved in the ester structure is included in the epoxy resin unit.
反応生成物のエステル結合の存在は、IR吸収スペクトル測定によって、その有無を確認することができる。反応生成物を溶解する溶媒は通常無いため、IR吸収スペクトルの測定は、フィルム状にした後、反射法によって行われる。そのため、吸収スペクトルのピークの定量性はないが、エステル結合のピークの有無は確認可能であるので、エステル構造の存在はこれにより判定される。
エステル結合は、IR吸収スペクトルを測定することで、C=O伸縮による吸収が1735〜1750cm−1に観測できることで確認できる。
エポキシ樹脂単位中に含まれる2級水酸基の有無は、IR吸収スペクトルを測定することで、O−H伸縮による吸収が3200〜3600cm−1にブロードなピークとして観測できることで確認できる。
The presence of the ester bond in the reaction product can be confirmed by IR absorption spectrum measurement. Since there is usually no solvent that dissolves the reaction product, the IR absorption spectrum is measured by a reflection method after film formation. Therefore, although there is no quantification of the peak of the absorption spectrum, the presence or absence of an ester bond peak can be confirmed, so the presence of the ester structure is determined by this.
The ester bond can be confirmed by measuring the IR absorption spectrum and observing the absorption by C═O stretching at 1735 to 1750 cm −1 .
The presence or absence of the secondary hydroxyl group contained in the epoxy resin unit can be confirmed by measuring the IR absorption spectrum and observing the absorption due to OH stretching as a broad peak at 3200 to 3600 cm −1 .
密着性付与剤は、上記構造単位を有し、これらがエステル構造で結合し、エポキシ樹脂構造単位中に2級水酸基の構造を有しているものであることが好ましいが、これはどのような製法で得られたものでも良い。例えば、酸変性ポリオレフィン系樹脂とエポキシ樹脂との付加反応で得ることができるが、この方法に限定されない。 It is preferable that the adhesion-imparting agent has the above-mentioned structural unit, these are bonded by an ester structure, and the epoxy resin structural unit has a secondary hydroxyl group structure. What was obtained by the manufacturing method may be used. For example, it can be obtained by an addition reaction between an acid-modified polyolefin resin and an epoxy resin, but is not limited to this method.
次に(D)成分の炭素繊維について説明する。
炭素繊維は、従来公知の種々の炭素繊維を使用することができ、市販のものを好適に用いることできる。例えば、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、気相成長系炭素繊維及びこれらの黒鉛化繊維が挙げられる。なお、PAN系炭素繊維は、ポリアクリロニトリル繊維を原料とする炭素繊維であり、ピッチ系炭素繊維は、石油タールや石油ピッチを原料とする炭素繊維であり、セルロース系炭素繊維は、ビスコースレーヨンや酢酸セルロース等を原料とする炭素繊維であり、気相成長系炭素繊維は、炭化水素等を原料とする炭素繊維である。本発明で使用する炭素繊維の種類は、特に制限はない。また、この炭素繊維は単独で使用するのみならず、複数の種類のものを混合して使用しても良い。
Next, the carbon fiber of component (D) will be described.
As the carbon fiber, various conventionally known carbon fibers can be used, and commercially available ones can be suitably used. Examples thereof include PAN-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, rayon-based carbon fibers, cellulose-based carbon fibers, vapor-grown carbon fibers, and graphitized fibers thereof. The PAN-based carbon fiber is a carbon fiber using polyacrylonitrile fiber as a raw material, the pitch-based carbon fiber is a carbon fiber using petroleum tar or petroleum pitch as a raw material, and the cellulose-based carbon fiber is a viscose rayon or The carbon fiber is made from cellulose acetate or the like, and the vapor-grown carbon fiber is made from hydrocarbon or the like. There is no restriction | limiting in particular in the kind of carbon fiber used by this invention. Moreover, this carbon fiber is not only used alone, but a plurality of types may be mixed and used.
炭素繊維の形態は特に限定するものではなく、種々の形態等を好適に用いることができる。単繊維が収束されてなるトウの形態、繊維束が任意の長さに切断されたチョップドの形態、チョップドよりも更に細かく分断されたミルドの形態、繊維束を編み織物状としたクロスの形態、トウを開繊し一方向に引き揃え横糸補助糸で保持した形態、短繊維状の炭素繊維をマット又は不織布状に加工した形態等が挙げられる。樹脂組成物と複合化し炭素繊維強化樹脂組成物とする際の加工性の観点からは、その加工法により好適な形態の炭素繊維原料が種々用いられる。一方で、炭素繊維強化樹脂組成物を成形し、成形物とした際の強度発現の観点からは、繊維長が長い原料であることが好ましく、特にトウの形態が好ましい。 The form of the carbon fiber is not particularly limited, and various forms can be suitably used. A tow form in which single fibers are converged, a chopped form in which the fiber bundle is cut to an arbitrary length, a milled form that is further finely divided than the chopped form, a cross form in which the fiber bundle is knitted fabric, Examples include a form in which the tow is opened and aligned in one direction and held with a weft auxiliary yarn, and a form in which short fiber carbon fibers are processed into a mat or nonwoven fabric. From the viewpoint of processability when composited with a resin composition to obtain a carbon fiber reinforced resin composition, various carbon fiber raw materials in a suitable form are used depending on the processing method. On the other hand, from the viewpoint of strength development when a carbon fiber reinforced resin composition is molded into a molded product, a raw material having a long fiber length is preferable, and a tow form is particularly preferable.
炭素繊維の繊維直径は、特に限定するものではないが、通常市販されている直径のものであれば好適に用いることができる。通常市販されている炭素繊維の直径はPAN系炭素繊維であれはポリアクリロニトリル、ピッチ系炭素繊維であればメゾフェーズピッチといった原糸の直径に大きく依存する。繊維直径の好適な範囲は3〜30μm程度であり、好ましくは5〜20μmである。繊維径が小さすぎると、炭素繊維の製造の際に破損しやすく製造が困難となる恐れや炭素繊維が破損しやすいため、強化繊維束の生産性が低下する恐れがある。また、ペレットを連続製造するときに、炭素繊維を多数本束ねなければならなくなり、繊維束をつなぐ煩雑な手間が必要となり、生産性が低下する恐れがある。また、繊維径が大きすぎると、炭素繊維強化樹脂組成物を成形し成形物とした際の炭素繊維のアスペクト比(平均繊維長/平均繊維直径)が低下することとなり、補強効果が充分発揮されなくなる恐れがある。
ここで、繊維直径とは、繊維束を構成するモノフィラメント数で平均化した平均直径のことをいう。モノフィラメント直径とは、モノフィラメントを繊維軸方向と垂直方向にカットした際に得られる断面の長手方向と短手方向の平均値とする。
また、炭素繊維の円周方向の断面形状は特に限定するものではない。真円でもよく、楕円でもよく、これらが2つ合わさった様な格好のいわゆるキドニー断面形状であってもよい。また円周部に凹凸が有る波状形状でも構わない。凹凸はモノフィラメント直径に対して10%以内程度であればよい。このような円周方向の表面に凹凸形状が有る炭素繊維としては、例えば、TR50S(三菱ケミカル株式会社製)等が挙げられる。
The fiber diameter of the carbon fiber is not particularly limited, but any carbon fiber having a commercially available diameter can be suitably used. The diameter of carbon fibers that are usually marketed depends greatly on the diameter of the raw yarn, such as polyacrylonitrile for PAN-based carbon fibers and mesophase pitch for pitch-based carbon fibers. A suitable range of the fiber diameter is about 3 to 30 μm, preferably 5 to 20 μm. If the fiber diameter is too small, the carbon fiber may be easily damaged during manufacture, and the production may be difficult, or the carbon fiber may be easily damaged, and the productivity of the reinforcing fiber bundle may be reduced. In addition, when continuously producing pellets, a large number of carbon fibers must be bundled, which necessitates troublesome work of linking the fiber bundles, which may reduce productivity. On the other hand, if the fiber diameter is too large, the aspect ratio (average fiber length / average fiber diameter) of the carbon fiber when the carbon fiber reinforced resin composition is molded into a molded product is lowered, and the reinforcing effect is sufficiently exhibited. There is a risk of disappearing.
Here, the fiber diameter means an average diameter averaged by the number of monofilaments constituting the fiber bundle. The monofilament diameter is an average value of the longitudinal direction and the short direction of the cross section obtained when the monofilament is cut in the direction perpendicular to the fiber axis direction.
Moreover, the cross-sectional shape in the circumferential direction of the carbon fiber is not particularly limited. It may be a perfect circle or an ellipse, and may have a so-called kidney cross-sectional shape in which two of them are combined. Further, it may be a wavy shape having irregularities in the circumferential portion. The unevenness may be about 10% or less with respect to the monofilament diameter. Examples of the carbon fiber having an uneven shape on the surface in the circumferential direction include TR50S (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation).
炭素繊維の繊維長は、特に限定するものではないが、基本的には成形した際の成形物の強度発現の観点からなるべく長いことが好ましく、例えば、0.1mm以上の繊維長であることが好ましい。しかしながら一方で、炭素繊維強化樹脂組成物の寸法を大きく上回る長さのモノフィラメント又は炭素繊維束が炭素繊維強化樹脂組成物中に曲りくねった形で存在していた場合は、成形等の二次加工が難しくなる恐れがあり好ましくない。従って、炭素繊維強化樹脂組成物の寸法の内、最も長い距離の2倍以内の長さであることが繊維長上限値の一つの目安であるが、これは特に上限値を設定するものではない。
ここで、繊維長とは、炭素繊維強化樹脂組成物に含まれる繊維を任意に100本以上抽出して長さを測定し、その平均繊維長のこととする。炭素繊維強化樹脂組成物の寸法は、これがペレット状である場合は、ペレットの寸法をいう。
The fiber length of the carbon fiber is not particularly limited, but basically, it is preferably as long as possible from the viewpoint of expressing the strength of the molded product when it is molded, for example, a fiber length of 0.1 mm or more. preferable. However, on the other hand, when monofilaments or carbon fiber bundles having a length greatly exceeding the dimensions of the carbon fiber reinforced resin composition are present in a twisted form in the carbon fiber reinforced resin composition, secondary processing such as molding is performed. May be difficult, and is not preferable. Therefore, although the length of the carbon fiber reinforced resin composition is not more than twice the longest distance, it is one guideline for the upper limit of the fiber length, but this does not particularly set the upper limit. .
Here, the fiber length is an average fiber length obtained by arbitrarily extracting 100 or more fibers contained in the carbon fiber reinforced resin composition and measuring the length. The dimension of a carbon fiber reinforced resin composition means the dimension of a pellet, when this is a pellet form.
炭素繊維のアスペクト比は特に制限を設けるものではないが、5〜6000程度が好ましい。アスペクト比が小さすぎると強度が低下し、大きすぎると成形性が低下する恐れがある。 The aspect ratio of the carbon fiber is not particularly limited, but is preferably about 5 to 6000. If the aspect ratio is too small, the strength decreases, and if it is too large, the moldability may decrease.
炭素繊維の表面は、酸化エッチングや被覆等で表面処理を行ったものが好ましい。酸化エッチング処理としては、空気酸化処理、酸素処理、酸化性ガスによる処理、オゾンによる処理、コロナ処理、火炎処理、(大気圧)プラズマ処理、酸化性液体(硝酸、次亜塩素酸アルカリ金属塩の水溶液、重クロム酸カリウム−硫酸、過マンガン酸カリウム−硫酸)等が挙げられる。炭素繊維を被覆する物質としては、炭素(グラフェン等)、炭化珪素、二酸化珪素、珪素、プラズマモノマー、フェロセン、三塩化鉄等が挙げられる。
一方、被覆等の表面処理としては、いわゆるサイジング処理が挙げられる。接着性や収束性、濡れ性の向上を目的として、後述する種々のエポキシ化合物等を1種類又は2種類以上を組み合わせることで処理しても良い。また、必要に応じてウレタン系、オレフィン系、アクリル系、ナイロン系、ブタジエン系又はエポキシ系等の収束剤を使用してもよい。
The surface of the carbon fiber is preferably subjected to surface treatment by oxidation etching or coating. Oxidation etching treatment includes air oxidation treatment, oxygen treatment, treatment with oxidizing gas, treatment with ozone, corona treatment, flame treatment, (atmospheric pressure) plasma treatment, oxidizing liquid (nitric acid, alkali metal hypochlorite) Aqueous solution, potassium dichromate-sulfuric acid, potassium permanganate-sulfuric acid) and the like. Examples of the substance that covers the carbon fiber include carbon (graphene and the like), silicon carbide, silicon dioxide, silicon, plasma monomer, ferrocene, iron trichloride, and the like.
On the other hand, as a surface treatment such as coating, so-called sizing treatment can be mentioned. For the purpose of improving adhesiveness, convergence, and wettability, various epoxy compounds described later may be treated by combining one or more kinds. Further, if necessary, a sizing agent such as urethane, olefin, acrylic, nylon, butadiene, or epoxy may be used.
次に、必須成分である(A)〜(C)成分の合計に対する各成分の配合率、すなわちポリオレフィン系樹脂、オレフィン系軟質樹脂成分及び密着性付与剤の配合率について説明する。 Next, the blending ratio of each component with respect to the total of the essential components (A) to (C), that is, the blending ratio of the polyolefin-based resin, the olefin-based soft resin component, and the adhesion imparting agent will be described.
ポリオレフィン系樹脂の配合率は、0.1〜97.5質量%であることが好ましく、好ましくは5〜95質量%であり、さらに好ましくは10〜90質量%である。ポリオレフィン系樹脂は汎用の市販品が使用可能であるので、配合率が高いほどコスト的に有利であり、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上、有利には60質量%以上であることがさらに好ましい。しかし、オレフィン系軟質樹脂成分や密着性付与剤の配合率が少ないと、本発明の効果を好適に得ることができなくなる。 The blending ratio of the polyolefin resin is preferably 0.1 to 97.5% by mass, preferably 5 to 95% by mass, and more preferably 10 to 90% by mass. Since general-purpose commercial products can be used as the polyolefin-based resin, the higher the compounding ratio, the more advantageous in terms of cost, more preferably 40% by mass or more, 50% by mass or more, and preferably 60% by mass or more. More preferably. However, when there are few compounding ratios of an olefin type soft resin component and adhesiveness imparting agent, the effect of the present invention cannot be obtained suitably.
オレフィン系軟質樹脂成分の配合率は2〜75質量%であることが好ましく、より好ましくは5〜70質量%であり、さらに好ましくは10〜65質量%、最も好ましくは2〜49質量%である。2質量%未満だとポリオレフィン系樹脂組成物中での分散相の存在頻度が低すぎ、局所的に負荷をかけたときに負担がかかる場所に分散相が存在する確率が安定せず、結果として成形物としたときの力学特性の評価結果がバラつく原因となる恐れがあるため好ましくない。一方、75質量%より多いと成形物としたときの剛性低下を招く恐れがある。 The blending ratio of the olefin-based soft resin component is preferably 2 to 75% by mass, more preferably 5 to 70% by mass, further preferably 10 to 65% by mass, and most preferably 2 to 49% by mass. . If it is less than 2% by mass, the presence frequency of the dispersed phase in the polyolefin-based resin composition is too low, and the probability that the dispersed phase is present at a place where a load is applied when locally loaded is not stable. This is not preferable because there is a possibility that the evaluation result of the mechanical properties when formed into a molded product may cause variations. On the other hand, when it is more than 75% by mass, there is a risk of lowering rigidity when formed into a molded product.
密着性付与剤の配合率は0.5〜70質量%であることが好ましく、より好ましくは1〜50質量%であり、さらに好ましくは1〜20質量%、あるいは2〜30質量%である。0.5質量%未満だと炭素繊維強化複合材料としたときの炭素繊維とポリオレフィン系樹脂組成物の強固な密着が担保できず強度等の力学特性を満足することができない恐れがある。一方、70質量%より多いと炭素繊維との相互作用が強すぎ、例えば、炭素繊維強化複合材料の成形物を成形する際の成形物中の良好な炭素繊維の分散性を阻害する可能性が考えられる。
また、コスト的には(A)成分を主成分とし、(B)成分を50質量%未満、好ましくは2質量%以上、30質量%未満とし、(C)成分を10質量%未満、好ましくは2質量%以上、10質量%未満とすることが有利である。
The blending ratio of the adhesion-imparting agent is preferably 0.5 to 70% by mass, more preferably 1 to 50% by mass, still more preferably 1 to 20% by mass, or 2 to 30% by mass. If the amount is less than 0.5% by mass, the carbon fiber and the polyolefin resin composition when the carbon fiber reinforced composite material is used cannot be firmly adhered, and the mechanical properties such as strength may not be satisfied. On the other hand, when the amount is more than 70% by mass, the interaction with the carbon fiber is too strong. Conceivable.
In terms of cost, the component (A) is the main component, the component (B) is less than 50% by mass, preferably 2% by mass or more and less than 30% by mass, and the component (C) is less than 10% by mass, preferably It is advantageous that the content be 2% by mass or more and less than 10% by mass.
なお、ポリオレフィン系樹脂とオレフィン系軟質樹脂成分からなるポリマーブレンドが相分離し、かつ海島構造を形成する条件は、ポリオレフィン系樹脂の種類や、オレフィン系軟質樹脂成分の種類及びその組み合わせによって異なるため、オレフィン系軟質樹脂成分が上記条件(3)を満たさない場合であっても、実際の配合時に条件(3)を満たせば、本発明の効果は得られる。 In addition, since the polymer blend consisting of the polyolefin resin and the olefin soft resin component is phase-separated and the conditions for forming the sea-island structure are different depending on the type of the polyolefin resin, the type of the olefin soft resin component and the combination thereof, Even if the olefin-based soft resin component does not satisfy the above condition (3), the effect of the present invention can be obtained if the condition (3) is satisfied during actual blending.
(D)成分、すなわち炭素繊維の配合率は、(A)〜(D)成分の合計に対し、10〜50質量%であることが好ましく、より好ましくは15〜45質量%であり、さらに好ましくは20〜40質量%である。10質量%未満だと炭素繊維による樹脂の強化効果が現れず、50質量%を超えると、靭性が失われる恐れがある。 Component (D), that is, the blending ratio of carbon fibers, is preferably 10 to 50% by mass, more preferably 15 to 45% by mass, and still more preferably based on the total of components (A) to (D). Is 20-40 mass%. If it is less than 10% by mass, the effect of reinforcing the resin by carbon fiber does not appear, and if it exceeds 50% by mass, the toughness may be lost.
本発明の炭素繊維強化樹脂組成物は、樹脂分(ポリオレフィン系樹脂組成物)と炭素繊維とに分けて考えることができる。
ポリオレフィン系樹脂組成物のMFRは特に限定するものではないが、50〜100g/10minが好ましい。50g/minより低すぎると、ポリオレフィン系樹脂組成物自体の成形加工性が悪化し、例えば、成形体としたときにショートショットや、ウェルド強度の低下に繋がる恐れがある。加えて炭素繊維強化複合材料とする際に、炭素繊維への樹脂の含浸性が低すぎるため製造方法や製造条件が著しく限定されてしまう。一方で100g/minより高すぎると例えば、成形体としたときにバリが生じ、外観品質の悪化に繋がる恐れがある。
The carbon fiber reinforced resin composition of the present invention can be divided into a resin component (polyolefin resin composition) and carbon fiber.
The MFR of the polyolefin resin composition is not particularly limited, but is preferably 50 to 100 g / 10 min. If it is lower than 50 g / min, the molding processability of the polyolefin-based resin composition itself deteriorates. For example, when it is formed into a molded product, there is a possibility that it may lead to a short shot or a decrease in weld strength. In addition, when the carbon fiber reinforced composite material is used, since the impregnation property of the resin into the carbon fiber is too low, the production method and production conditions are remarkably limited. On the other hand, if it is higher than 100 g / min, for example, burrs are produced when formed into a molded body, which may lead to deterioration in appearance quality.
ポリオレフィン系樹脂組成物には、必須成分の他に用途に応じて様々な熱可塑性樹脂や添加剤、例えば、分散剤、滑剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤(フェノール系酸化防止剤、リン酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤)、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、結晶化促進剤(増核剤)、発泡剤、架橋剤、抗菌剤等の改質用添加剤、顔料、染料等の着色剤、カーボンブラック、酸化チタン、ベンガラ、アゾ顔料、アントラキノン顔料、フタロシアニン、タルク、炭酸カルシウム、マイカ、クレー等の粒子状充填剤、ワラストナイト等の短繊維状充填剤、チタン酸カリウム等のウィスカー等を添加することができる。これらの添加剤は、ペレット製造時に添加してペレット中に含有させるか、ペレットから成形体を製造するときに添加してもよい。 In addition to the essential components, polyolefin resin compositions include various thermoplastic resins and additives such as dispersants, lubricants, plasticizers, flame retardants, antioxidants (phenolic antioxidants, phosphorus Antioxidants, sulfur-based antioxidants), antistatic agents, light stabilizers, ultraviolet absorbers, crystallization accelerators (nucleating agents), foaming agents, crosslinking agents, antibacterial and other modifying additives, pigments Colorants such as dyes, carbon black, titanium oxide, bengara, azo pigments, anthraquinone pigments, particulate fillers such as phthalocyanine, talc, calcium carbonate, mica, clay, short fiber fillers such as wollastonite, titanium Whiskers such as potassium acid can be added. These additives may be added during pellet production and contained in the pellet, or may be added when a molded body is produced from the pellet.
また、炭素繊維強化複合材料及びその成形体とする場合には、組成割合を調整するために、ポリオレフィン系樹脂組成物と同じポリプロピレン系樹脂等の熱可塑性樹脂からなる希釈剤を配合することができる。希釈剤との配合は、ドライブレンド方式を用いることができる。組成物中の繊維長を保持し、より高い剛性、耐衝撃性、耐久性の改良効果を得るために、ドライブレンド方式は、成形体を製造する際に適用する方が好ましい。 In addition, in the case of a carbon fiber reinforced composite material and a molded body thereof, a diluent made of a thermoplastic resin such as a polypropylene resin same as the polyolefin resin composition can be blended in order to adjust the composition ratio. . A dry blend method can be used for blending with the diluent. In order to maintain the fiber length in the composition and obtain an effect of improving higher rigidity, impact resistance, and durability, it is preferable to apply the dry blend method when producing a molded body.
次に、本発明の炭素繊維強化樹脂組成物の製造方法について説明する。
本発明の炭素繊維強化樹脂組成物の製造方法については、特に限定するものではないが、従来公知の方法を好適に用いることができる。単繊維が収束されてなるトウの形態、繊維束が任意の長さに切断されたチョップドの形態、チョップドよりも更に細かく分断されたミルドの形態等の炭素繊維に樹脂分を含浸させ複合化させることにより、押出・射出成形が可能ないわゆる炭素繊維強化ペレットとする製造方法や、繊維束を編み織物状としたクロスの形態、トウを開繊し一方向に引き揃え横糸補助糸で保持した形態、短繊維状の炭素繊維をマット又は不織布状に加工した形態等の炭素繊維に樹脂を含浸させ複合化させることにより、プレス成型が可能ないわゆるプリプレグシート・スタンパブルシートとする製造方法等が挙げられる。成形加工性と強度発現の両立の観点から炭素繊維強化ペレットが好ましく、特にトウを用い炭素繊維強化ペレットとしたいわゆる長繊維強化ペレットが特に好ましい。
Next, the manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin composition of this invention is demonstrated.
Although it does not specifically limit about the manufacturing method of the carbon fiber reinforced resin composition of this invention, A conventionally well-known method can be used suitably. Carbon fiber is impregnated and compounded with carbon fiber such as tow form in which single fibers are converged, chopped form in which the fiber bundle is cut to an arbitrary length, milled form in which the fiber bundle is further finely divided. Manufacturing method to make so-called carbon fiber reinforced pellets that can be extruded / injection molded, a form of cloth in which the fiber bundle is knitted woven, a form in which the tow is opened and aligned in one direction and held with a weft auxiliary yarn , A manufacturing method of a so-called prepreg sheet / stampable sheet that can be press-molded by impregnating a resin into a carbon fiber in a form obtained by processing short fiber carbon fiber into a mat or non-woven fabric, and the like. It is done. Carbon fiber reinforced pellets are preferable from the viewpoint of achieving both moldability and strength development, and so-called long fiber reinforced pellets made of carbon fiber reinforced pellets using tow are particularly preferable.
本発明の炭素繊維強化樹脂組成物を、短繊維強化樹脂ペレットとして得る場合は、押出し機等に上記(A)〜(D)成分の一部又は全部を溶融混練して製造することができ、長繊維強化樹脂ペレットである場合は、引き抜き法等公知の方法で製造することができる。上記(A)〜(D)成分の一部を別途溶融混練した後、混合(ブレンド)してもよい。
繊維強化樹脂ペレットの変形としては、パウダー状、フレーク状でも構わない。
When the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention is obtained as a short fiber reinforced resin pellet, it can be produced by melt-kneading a part or all of the above components (A) to (D) in an extruder or the like, When it is a long fiber reinforced resin pellet, it can be produced by a known method such as a drawing method. A part of the components (A) to (D) may be separately melt-kneaded and then mixed (blended).
The deformation of the fiber reinforced resin pellet may be in the form of powder or flakes.
長繊維強化樹脂ペレットは、組成物中の繊維のアスペクト比が大きくなり、強度が高い組成物を得やすいため、より顕著な効果が得られる。長繊維強化樹脂ペレットのペレット長は通常2〜200mmであり、10〜30mm程度のものが市販されており、これらを好適に用いることができる。ペレット長が長いほど、ペレットに含まれる繊維長が長いため強度発現の観点からは好ましい。長すぎると成形が困難となる場合があるが、成形性が担保される成形方法であればよく特に上限は設ける必要はない。ペレット長が短すぎると、剛性、耐熱性及び機械特性の改良効果が低く、反り変形も大きくなる恐れがある。ペレット長は特に限定しないが、好ましくは10mm以上、より好ましくは12mm以上、更に好ましくは15mm以上である。ペレット中の炭素繊維はペレットの長手方向に対し水平な方向に互いにほぼ平行な状態で配列していることがより繊維長が長いため好ましい。 The long fiber reinforced resin pellet has a larger aspect ratio of the fibers in the composition, and it is easy to obtain a composition having high strength. The pellet length of the long fiber reinforced resin pellet is usually 2 to 200 mm, and those having a length of about 10 to 30 mm are commercially available, and these can be suitably used. The longer the pellet length, the longer the fiber length contained in the pellet, which is preferable from the viewpoint of strength development. If it is too long, molding may be difficult, but any molding method that ensures moldability may be used, and no upper limit is required. If the pellet length is too short, the effect of improving rigidity, heat resistance and mechanical properties is low, and warping deformation may be increased. The pellet length is not particularly limited, but is preferably 10 mm or more, more preferably 12 mm or more, and further preferably 15 mm or more. The carbon fibers in the pellet are preferably arranged in a state parallel to each other in a direction horizontal to the longitudinal direction of the pellet because the fiber length is longer.
長繊維強化樹脂ペレットは、数千本からなる強化繊維のロービングを含浸ダイスに導き、フィラメント間に溶融樹脂を均一に含浸させた後、必要な長さ(例えば、2〜200mm)に切断することにより容易に得ることができる。例えば、押出機先端に設けられた含浸ダイス中に、押出機から上記(A)〜(C)成分を含む溶融樹脂を供給する一方、連続状繊維束を通過させ、この繊維束に溶融樹脂を含浸させたのちノズルを通して引抜き、必要な長さにペレタイズする。(A)〜(C)成分をドライブレンドして押出機のホッパーに投入し、溶融混合又は変性も同時に行いながら供給する方法も取り得る。 For long fiber reinforced resin pellets, roving of thousands of reinforcing fibers is guided to an impregnation die, uniformly impregnated with molten resin between the filaments, and then cut to the required length (for example, 2 to 200 mm). Can be obtained more easily. For example, a molten resin containing the above components (A) to (C) is supplied from an extruder into an impregnation die provided at the tip of the extruder, while passing a continuous fiber bundle, and the molten resin is passed through this fiber bundle. After impregnation, pull through the nozzle and pelletize to the required length. It is also possible to adopt a method in which the components (A) to (C) are dry blended, put into a hopper of an extruder, and supplied while simultaneously performing melt mixing or modification.
溶融樹脂を炭素繊維に含浸させるための方法としては、特に制限はなく、強化繊維ロービングを樹脂粉体流動床に通した後、樹脂の融点以上に加熱する方法(特公昭52−3985号公報)、クロスヘッドダイを用いて強化繊維のロービングに溶融樹脂を含浸させる方法(特開昭62−60625号公報、特開昭63−132036号公報、特開昭63−264326号公報、特開平1−208118号公報)、樹脂繊維と強化繊維のロービングとを混繊した後、樹脂の融点以上に加熱して樹脂を含浸させる方法(特開昭61−118235号公報)、ダイ内部に複数のロッドを配置し、これにロービングをジグザグ状に巻き掛けて開繊させ、溶融樹脂を含浸させる方法(特開平10−264152号公報)、開繊ピンの間をピンに接触せずに通過させる方法(WO97/19805号公報)等、何れの方法も用いることができる。 The method for impregnating the carbon fiber with the molten resin is not particularly limited, and the method is a method in which the reinforcing fiber roving is passed through the resin powder fluidized bed and then heated to the melting point of the resin (Japanese Patent Publication No. 52-3985). A method of impregnating a reinforcing fiber roving with a molten resin using a crosshead die (Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-60625, 63-1332036, 63-264326, 1 No. 208118), a method in which resin fibers and rovings of reinforcing fibers are mixed and then heated above the melting point of the resin to impregnate the resin (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 61-118235), a plurality of rods inside the die A method in which a roving is wound around in a zigzag manner to open the fiber and impregnated with a molten resin (Japanese Patent Laid-Open No. 10-264152). The method of passing (WO97 / 19805 discloses), etc., any method can be used.
樹脂を溶融する過程において、2以上のフィード部を持つ押出機を使用し、トップフィードから、樹脂と有機過酸化物等の樹脂の分解剤等の添加剤を、サイドフィードから別の樹脂を投入してもよい。樹脂分解剤の添加によって、ポリオレフィン系樹脂を若干分解し分子量を小さくして、含浸性を高めることができる。
また、2台以上の押出機(押出し部)を使用し、そのうち1台以上の押出機には樹脂と樹脂の分解剤を投入してもよい。更に、押出機の少なくとも1箇所に樹脂と樹脂の分解剤を投入してもよい。
In the process of melting the resin, an extruder with two or more feed parts is used. From the top feed, additives such as resin and organic peroxide decomposition agents are added, and another resin is fed from the side feed. May be. By adding a resin decomposing agent, the polyolefin resin can be slightly decomposed to reduce the molecular weight and improve the impregnation property.
Two or more extruders (extrusion sections) may be used, and one or more of the extruders may be charged with a resin and a resin decomposer. Further, a resin and a resin decomposing agent may be put into at least one place of the extruder.
短繊維強化樹脂ペレットは、各成分を所定の割合にてロールミル、バンバリーミキサー、ニーダー等でよく混練分散して製造することができる。タンブラー式ブレンダー、ヘンシェルミキサー、リボンミキサー等でドライブレンドしてもよい。一軸押出機、二軸押出機等で混練してペレット状の成形材料とする。 The short fiber reinforced resin pellet can be produced by kneading and dispersing each component in a predetermined ratio with a roll mill, a Banbury mixer, a kneader or the like. You may dry blend with a tumbler type blender, a Henschel mixer, a ribbon mixer, etc. The mixture is kneaded with a single screw extruder, twin screw extruder or the like to form a pellet-shaped molding material.
本発明の炭素繊維強化樹脂組成物を成形することによって成形物を得ることができる。
本発明の成形物を成形する方法としては、射出成形法、押出成形法、中空成形法、圧縮成形法、射出圧縮成形法、ガス注入射出成形法、発泡射出成形法等の公知の成形法をなんら制限なく適用できる。特に射出成形法、圧縮成形法及び射出圧縮成形法が好ましい。成形温度は、通常、好ましくは150〜250℃、より好ましくは160℃〜220℃の範囲で行うことができる。そのため、樹脂成分は、こうした成形温度域において適切な溶融粘度を示す材料が選定される。
A molded product can be obtained by molding the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention.
As a method for molding the molded product of the present invention, known molding methods such as injection molding, extrusion molding, hollow molding, compression molding, injection compression molding, gas injection molding, foam injection molding, and the like are used. Applicable without any restrictions. In particular, an injection molding method, a compression molding method, and an injection compression molding method are preferable. The molding temperature is generally preferably 150 to 250 ° C, more preferably 160 to 220 ° C. Therefore, as the resin component, a material showing an appropriate melt viscosity in such a molding temperature range is selected.
本発明の炭素繊維強化樹脂組成物である繊維強化樹脂ペレットには、組成割合を調整するために、繊維強化樹脂ペレットと同じポリプロピレン系樹脂等の熱可塑性樹脂からなる希釈剤を配合することができる。希釈剤との配合は、ドライブレンド方式を用いることができる。組成物中の繊維長を保持し、より高い剛性、耐衝撃性、耐久性の改良効果を得るために、ドライブレンド後は、押出機を通さず、直接射出成形機等の成形機に供する方が好ましい。希釈剤の配合比率については、繊維強化樹脂組ペレットの強化繊維含有量と、最終成形品に求められる強化繊維含有量とによって決まるが、剛性、耐衝撃性、耐久性の改良効果の点から、通常は10〜40質量%の範囲が好ましい。 In order to adjust the composition ratio, the fiber reinforced resin pellet that is the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention can be mixed with a diluent made of the same thermoplastic resin as the fiber reinforced resin pellet. . A dry blend method can be used for blending with the diluent. In order to maintain the fiber length in the composition and to obtain higher rigidity, impact resistance, and durability improvement effects, after dry blending, do not pass through an extruder and use it directly in a molding machine such as an injection molding machine. Is preferred. The blending ratio of the diluent is determined by the reinforcing fiber content of the fiber reinforced resin group pellet and the reinforcing fiber content required for the final molded product, but from the viewpoint of the effect of improving rigidity, impact resistance, and durability, Usually, the range of 10-40 mass% is preferable.
成形後に存在する炭素繊維の平均繊維長は、短すぎると剛性、強度、耐衝撃性等の改良効果が得られにくくなるため好ましくなく、0.1mm以上が好ましい。強度発現の観点からは長ければ長いほど好ましい。しかしながら、成形物の寸法を大きく上回る長さの炭素繊維が成形物中に曲りくねった形や無数に交錯した形で存在する場合、炭素繊維同士の間に空隙ができ易く、成形物中に樹脂が未含浸となる空隙領域、いわゆるボイドが発生する確率が高まり、強度低下を招く恐れがある。従って、成形物の寸法の内、最も長い距離の2倍以内の長さであることが繊維長上限値の一つの目安であるが、これは特に上限値を設定するものではない。 If the average fiber length of the carbon fibers present after molding is too short, it is difficult to obtain improvement effects such as rigidity, strength, impact resistance, etc., and 0.1 mm or more is preferable. From the standpoint of strength development, the longer the length, the better. However, when carbon fibers with a length that greatly exceeds the size of the molded product are present in a meandering shape or innumerable crossing in the molded product, voids are easily formed between the carbon fibers, and a resin is formed in the molded product. There is a high probability that void regions that are not impregnated, that is, so-called voids, are generated, leading to a decrease in strength. Accordingly, a length within twice the longest distance among the dimensions of the molded product is one guideline for the upper limit of the fiber length, but this does not set an upper limit in particular.
次に本発明の炭素繊維強化樹脂組成物に用いられるポリオレフィン系樹脂組成物を製造する方法について説明する。 Next, a method for producing a polyolefin resin composition used in the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention will be described.
本発明の炭素繊維強化樹脂組成物に用いられるポリオレフィン系樹脂組成物を製造する方法は特に限定されるものではないが、2種類以上の重合体を化学結合させブレンドポリマーを作成するいわゆるポリマーアロイの製造方法を好適に用いることができる。特に、各成分を均一に混合反応させる方法が好ましい。例えば、単軸又は二軸の押出機、バンバリーミキサー、ニーダー又はミキシングロール等、公知の溶融混練機を用いることができる。 The method for producing the polyolefin resin composition used in the carbon fiber reinforced resin composition of the present invention is not particularly limited, but it is a so-called polymer alloy that forms a blend polymer by chemically bonding two or more kinds of polymers. A manufacturing method can be used suitably. Particularly preferred is a method in which each component is uniformly mixed and reacted. For example, a known melt kneader such as a single or twin screw extruder, a Banbury mixer, a kneader, or a mixing roll can be used.
混合温度は特に限定しないが、150〜250℃であり、好ましくは160〜240℃、より好ましくは165〜235℃である。ポリオレフィン系樹脂の融点より15〜20℃高い温度が特に好ましい。混合温度が150℃未満の場合、ポリオレフィン系樹脂が融解しないため均一に溶融混合できない恐れがある。また、混合温度が250℃を越える場合、分子鎖の切断による分子量低下が生じ、成形物としたときの強度低下を招く恐れがある。 Although mixing temperature is not specifically limited, it is 150-250 degreeC, Preferably it is 160-240 degreeC, More preferably, it is 165-235 degreeC. A temperature that is 15 to 20 ° C. higher than the melting point of the polyolefin resin is particularly preferable. When the mixing temperature is less than 150 ° C., the polyolefin resin does not melt, and there is a possibility that it cannot be uniformly melt-mixed. On the other hand, when the mixing temperature exceeds 250 ° C., the molecular weight is reduced due to the cleavage of the molecular chain, which may cause a reduction in strength when formed into a molded product.
混合時間は特に限定しないが、通常の溶融混錬の場合は1〜30分間程度であればよい。混合温度にもよるが短すぎる場合は各成分が溶解又は溶融してからの時間が短すぎるため系内が均一な状態に達していない可能性があることから、ポリオレフィン系樹脂組成物が不均一となる恐れがある。一方、混合温度にもよるが長すぎる場合は各成分が分解等の劣化を生じる恐れがある。分子量が低下することにより、成形物とした際の機械強度が低下する恐れや、副生成物が生成することで分子鎖構造に架橋点が増えることにより、成形物とした際に耐疲労特性の悪化を招いたりする恐れがある。 The mixing time is not particularly limited, but in the case of normal melt kneading, it may be about 1 to 30 minutes. Although it depends on the mixing temperature, if it is too short, the time from the dissolution or melting of each component is too short, so the system may not reach a uniform state. There is a risk of becoming. On the other hand, depending on the mixing temperature, if it is too long, each component may cause degradation such as decomposition. Due to the decrease in molecular weight, the mechanical strength of the molded product may be reduced, and the formation of by-products increases the number of crosslinking points in the molecular chain structure. There is a risk of worsening.
実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。特に、断りがない限り、部は質量部を表し、%は質量%を表す。また、各種物性は、それぞれ以下の方法により測定した。 EXAMPLES The present invention will be specifically described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these. Unless otherwise specified, parts represent parts by mass, and% represents mass%. Various physical properties were measured by the following methods.
(1)MFR:
JIS K 7210−1999に準拠し、温度230℃、荷重2.16kgの条件で測定した。
(2)引張降伏強さ、引張破壊強さ、引張弾性率、引張破壊歪:
万能材料試験機(インストロン社製、5582型)を使用した。室温にて、掴み部を含めた全長215mm、幅10mm、厚み4mmの寸法のダンベル試験片を、チャック間114mm、速度50mm/min.で引張試験を行い、得られた応力−歪線図から引張降伏強さ、引張破壊強さ、引張弾性率、引張破壊歪を求めた。
(3)曲げ強さ、曲げ弾性率:
全自動曲げ試験機(株式会社東洋精機製作所製、ベンドグラフ試験機)を使用した。室温にて、長さ80mm、幅10mm、厚み4mmの寸法の棒状試験片を速度2mm/min.で3点曲げ試験を行い、得られた応力−歪線図から曲げ強さ、曲げ弾性率を求めた。
(4)衝撃強さ:
シャルピー衝撃試験機(株式会社安田精機製作所製、No.258PC−S)を使用した。室温にて、試験片長手方向をMD方向とし、板厚を貫通する深さ2mmのVノッチを有した、長さ80mm、幅10mm、厚み4mmの衝撃試験片でシャルピー衝撃試験を行った。試験片の破壊前後でのハンマー位置エネルギーの差から吸収エネルギーを求め、シャルピー衝撃値とした。
(5)吸収エネルギー:
面衝撃試験機(JTトーシ製、IITM−18)を使用した。室温にて板厚およそ2.5mm、縦横寸法が70mmの試験片で行った。直径40mmの有孔支持台に板状試験片を載置し、孔部中心の直上1mの高さから先端のRが20mmのストライカを落下させた。ストライカが板状試験片を貫通するときの荷重-時間曲線からJIS K 7211−2に記載された計算式で荷重-変位曲線に換算した後、荷重を変位の全区間で積分した値を、試験片の破壊に要する吸収エネルギーとして評価した。
(6)荷重たわみ温度:
荷重たわみ温度試験機(株式会社安田精機製作所製、No.148−HDPC−3)を使用した。長さ80mm、幅10mm、厚み4mmの多目的試験片に対し、スパン64mmで曲げ応力を与えた状態で油槽の温度を120℃/min.の速度で昇温し、規定のたわみ量(0.34mm)に達した時の温度を荷重たわみ温度とした。
(1) MFR:
Based on JIS K 7210-1999, the measurement was performed under conditions of a temperature of 230 ° C. and a load of 2.16 kg.
(2) Tensile yield strength, tensile fracture strength, tensile modulus, tensile fracture strain:
A universal material testing machine (Instron, Model 5582) was used. At room temperature, a dumbbell test piece having a length of 215 mm including the grip part, a width of 10 mm, and a thickness of 4 mm was measured with a chuck distance of 114 mm and a speed of 50 mm / min. A tensile test was conducted, and the tensile yield strength, tensile fracture strength, tensile elastic modulus, and tensile fracture strain were determined from the obtained stress-strain diagram.
(3) Flexural strength, flexural modulus:
A fully automatic bending tester (manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd., bend graph tester) was used. At room temperature, a rod-shaped test piece having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 4 mm was measured at a speed of 2 mm / min. A three-point bending test was performed, and bending strength and bending elastic modulus were obtained from the obtained stress-strain diagram.
(4) Impact strength:
A Charpy impact tester (manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho, No. 258PC-S) was used. At room temperature, the Charpy impact test was performed with an impact test piece having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 4 mm, having a V notch having a depth of 2 mm penetrating the plate thickness with the longitudinal direction of the test piece being the MD direction. Absorbed energy was determined from the difference in hammer potential energy before and after the test piece was broken, and the Charpy impact value was obtained.
(5) Absorbed energy:
A surface impact tester (manufactured by JT Toshi, IITM-18) was used. A test piece having a plate thickness of about 2.5 mm and a length and width of 70 mm at room temperature was used. A plate-like test piece was placed on a perforated support with a diameter of 40 mm, and a striker with a tip of R of 20 mm was dropped from a height of 1 m immediately above the center of the hole. After converting the load-displacement curve to the load-displacement curve using the formula described in JIS K 7211-2 from the load-time curve when the striker penetrates the plate-shaped test piece, the value obtained by integrating the load over the entire displacement section is tested. The absorbed energy required for breaking the piece was evaluated.
(6) Deflection temperature under load:
A load deflection temperature tester (No.148-HDPC-3, manufactured by Yasuda Seiki Seisakusho Co., Ltd.) was used. The temperature of the oil tank is set to 120 ° C./min. With a bending stress applied to a multipurpose test piece having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 4 mm with a span of 64 mm. The temperature when the temperature was increased at a speed of and the specified deflection amount (0.34 mm) was reached was defined as the deflection temperature under load.
使用した材料の略号と物性値を以下に示す。 The abbreviations and physical property values of the materials used are shown below.
(ポリオレフィン系樹脂)
A−1:ポリプロピレンホモポリマー(日本ポリプロ株式会社製、SA08、MFR85g/10min)
(オレフィン系軟質樹脂成分)
B−1:ブロックPP(日本ポリプロ株式会社製、BC10HRF、曲げ弾性率1100MPa、MFR111g/10min)
B−2:無水マレイン酸変性PP(三菱ケミカル株式会社製、モディックP565、曲げ弾性率600MPa、MFR5.7g/10min)
B−3:無水マレイン酸変性PP(三菱ケミカル株式会社製、モディックP555、曲げ弾性率1200MPa、MFR6.2g/10min)
B−4:水添スチレン系熱可塑性エラストマー(旭化成株式会社製、タフテックH1062、曲げ弾性率26MPa、MFR4.5g/10min)
(Polyolefin resin)
A-1: Polypropylene homopolymer (Nippon Polypro Co., Ltd., SA08, MFR 85 g / 10 min)
(Olefin soft resin component)
B-1: Block PP (Nippon Polypro Co., Ltd., BC10HRF, flexural modulus 1100 MPa, MFR 111 g / 10 min)
B-2: Maleic anhydride-modified PP (Mitsubishi Chemical Corporation, Modic P565, flexural modulus 600 MPa, MFR 5.7 g / 10 min)
B-3: Maleic anhydride-modified PP (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Modic P555, flexural modulus 1200 MPa, MFR 6.2 g / 10 min)
B-4: Hydrogenated styrene-based thermoplastic elastomer (Asahi Kasei Corporation, Tuftec H1062, flexural modulus 26 MPa, MFR 4.5 g / 10 min)
(その他)
PMA−H1000P:無水マレイン酸変性PP(東洋紡株式会社製、PMA−H1000P曲げ弾性率1400MPa、MFR200g/10min以上)
YP−70:BPA/BPF共重合型フェノキシ樹脂(新日鉄住金化学株式会社製、フェノトートYP−70)
2E4MZ−A:イミダゾール系触媒(四国化成工業株式会社製、キュアゾール2E4MZ−A)
(Other)
PMA-H1000P: maleic anhydride modified PP (manufactured by Toyobo Co., Ltd., PMA-H1000P flexural modulus 1400 MPa, MFR 200 g / 10 min or more)
YP-70: BPA / BPF copolymer type phenoxy resin (manufactured by Nippon Steel & Sumikin Chemical Co., Ltd., phenotote YP-70)
2E4MZ-A: Imidazole-based catalyst (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., Curesol 2E4MZ-A)
(モルフォロジー)
オレフィン系軟質樹脂成分(B−1〜B−4)20部とポリオレフィン系樹脂A―1 80部とをそれぞれドライブレンドした混合物を、2軸混錬押出成形機(日本製鋼所製、TEM26SS)に投入した後、200℃での溶融混合を行った。バレル先端のダイス口から吐出されたストランドを水槽で冷却した後、ペレタイザーで凡そ3mm長にカットし、さらに放冷してオレフィン系軟質樹脂成分とポリオレフィン系樹脂の混合物のペレットを得た。得られたペレットを、射出成形機(株式会社日本製鋼所製、J180AD)を用い、シリンダー温度230℃、金型温度40℃で射出成型して成形物を得た。得られた成形物の表面を、ミクロトームを使って平滑化する面出しを行って、モルフォロジー観察用及び分散相長さ測定用の試験片を得た。得られた試験片をBrukerAXS製Dimension Icon型SPM装置を用いて、23℃にて観察を行った。なお、プローブには先端曲率半径が10nm、ばね定数42N/mのBruker製TESPA NCHVをセットしタッピングモードでスキャンして観察した。観察の結果得られた位相イメージから100個の分散相長さを測定し、各分散相長さを算術平均して平均長さを算出した。その結果を表1に示した。
ここで、モルフォロジーを模式的に表した図1で説明する。100が海島構造であり、110が連続相を、120が分散相を表している。また、分散相の最大長さ及び最小長さとは、121及び122でそれぞれ表した距離のことである。
(Morphology)
A mixture obtained by dry blending 20 parts of olefin-based soft resin component (B-1 to B-4) and 80 parts of polyolefin-based resin A-1 was added to a twin-screw kneading extruder (manufactured by Nippon Steel Works, TEM26SS). After charging, melt mixing was performed at 200 ° C. The strand discharged from the die port at the tip of the barrel was cooled in a water tank, then cut into a length of about 3 mm with a pelletizer, and further allowed to cool to obtain a pellet of a mixture of an olefin soft resin component and a polyolefin resin. The obtained pellets were injection molded at a cylinder temperature of 230 ° C. and a mold temperature of 40 ° C. using an injection molding machine (manufactured by Nippon Steel Works, J180AD) to obtain a molded product. The surface of the obtained molded product was smoothed using a microtome to obtain test pieces for morphological observation and for measuring the dispersed phase length. The obtained test piece was observed at 23 ° C. using a Dimension Icon type SPM device manufactured by Bruker AXS. The probe was set with a Bruker TESPA NCHV having a tip radius of curvature of 10 nm and a spring constant of 42 N / m, and scanned in a tapping mode for observation. The length of 100 dispersed phases was measured from the phase image obtained as a result of observation, and the average length was calculated by arithmetically averaging the lengths of the dispersed phases. The results are shown in Table 1.
Here, it demonstrates with FIG. 1 which represented the morphology typically. 100 is a sea-island structure, 110 is a continuous phase, and 120 is a dispersed phase. The maximum length and the minimum length of the dispersed phase are distances represented by 121 and 122, respectively.
合成例1
PMA−H1000Pを70部、YP−70を30部、2E4MZ−Aを1部ドライブレンドして混合物を得た後、その混合物を予めバレル内を170〜200℃に予備加熱しておいた2軸混錬押出成形機(上記)に投入して溶融混合を行った。溶融混合終了後、バレル先端のダイス口から吐出されたストランドを水槽で冷却したあと、ペレタイザーで凡そ3mm長にカットし、さらに放冷して、密着性付与剤C−1を得た。得られた密着性付与剤のエステル結合に由来するピーク及び密着性付与剤の原料であるエポキシ樹脂の2級水酸基に由来するピークが有ることをFT−IRで確認した。
Synthesis example 1
Two parts were prepared by dry blending 70 parts of PMA-H1000P, 30 parts of YP-70 and 1 part of 2E4MZ-A to obtain a mixture, and then preheating the inside of the barrel to 170 to 200 ° C. The mixture was put into a kneading extruder (above) and melt mixed. After completion of the melt mixing, the strand discharged from the die port at the tip of the barrel was cooled in a water tank, cut into a length of about 3 mm with a pelletizer, and further allowed to cool to obtain an adhesion-imparting agent C-1. It was confirmed by FT-IR that there was a peak derived from the ester bond of the obtained adhesion-imparting agent and a peak derived from the secondary hydroxyl group of the epoxy resin as the raw material of the adhesion-imparting agent.
参考例1
ポリオレフィン系樹脂としてA−1 72部、オレフィン系軟質樹脂成分としてB−1 23部、密着性付与剤としてC−1 5部をドライブレンドして混合物を得た後、その混合物を用いて、合成例1と同様な装置に、同様な操作を行い、組成物P1を得た。
Reference example 1
72 parts of A-1 as a polyolefin resin, 23 parts of B-1 as an olefin soft resin component, and 5 parts of C-1 as an adhesion-imparting agent were dry blended to obtain a mixture, and then the mixture was used to synthesize The same operation as in Example 1 was performed to obtain a composition P1.
参考例2〜10
表2に示した配合比に変更した以外は実施例1と同様な操作を行い、組成物P2〜P10を得た。
Reference Examples 2 to 10
Except having changed into the compounding ratio shown in Table 2, operation similar to Example 1 was performed and composition P2-P10 was obtained.
比較参考例1〜6
表3に示した配合比に変更した以外は参考例1と同様な操作を行い、組成物HP1〜HP6を得た。
Comparative Reference Examples 1-6
Except having changed into the compounding ratio shown in Table 3, operation similar to the reference example 1 was performed, and composition HP1-HP6 was obtained.
実施例1
予めバレル内を170〜230℃に予備加熱しておいた2軸混錬押出成形機(上記)に、メーンホッパーからポリオレフィン系樹脂組成物として組成物P1を70部供給し、次いでその下流のサイドホッパーから炭素繊維(三菱ケミカル株式会社製、チョップドファイバー、φ7μm、3mm長)を30部となるよう供給し、溶融混合を行った。バレル先端のダイス口から吐出されたストランドを水槽で冷却したあと、ペレタイザーで凡そ3mm長にカットし、さらに放冷して、炭素繊維含有ポリオレフィン系樹脂組成物のペレットを得た。得られたペレットを、射出成形機(上記)を用い、シリンダー温度230℃、金型温度40℃、背圧15MPaで射出成型することで成形物を得た。得られた成形物の機械物性を表4に示した。
Example 1
70 parts of the composition P1 as a polyolefin-based resin composition is supplied from a main hopper to a twin-screw kneading extruder (described above) that has been preheated to 170 to 230 ° C. in the barrel in advance, and then the downstream side Carbon fiber (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, chopped fiber, φ7 μm, 3 mm length) was supplied from the hopper so as to be 30 parts, and melt mixing was performed. After the strand discharged from the die port at the tip of the barrel was cooled in a water tank, it was cut into a length of about 3 mm with a pelletizer and further allowed to cool to obtain pellets of a carbon fiber-containing polyolefin resin composition. The obtained pellets were injection-molded using an injection molding machine (above) at a cylinder temperature of 230 ° C., a mold temperature of 40 ° C., and a back pressure of 15 MPa to obtain a molded product. Table 4 shows the mechanical properties of the obtained molded product.
実施例2〜10
表4に示した組成物に変更した以外は実施例1と同様な操作を行い、成形物を得た。得られた成形物の機械物性を表4に示した。
Examples 2-10
Except having changed into the composition shown in Table 4, operation similar to Example 1 was performed and the molding was obtained. Table 4 shows the mechanical properties of the obtained molded product.
比較例1〜6
表5に示した組成物に変更した以外は実施例1と同様な操作を行い、成形物を得た。得られた成形物の機械物性を表5に示した。
Comparative Examples 1-6
Except having changed into the composition shown in Table 5, operation similar to Example 1 was performed and the molding was obtained. Table 5 shows the mechanical properties of the obtained molded product.
参考例11〜13及び比較参考例7
表6に示した配合比に変更した以外は参考例1と同様な操作を行い、組成物P11〜P13及びHP7を得た。
Reference Examples 11-13 and Comparative Reference Example 7
Except having changed into the compounding ratio shown in Table 6, operation similar to the reference example 1 was performed, and the compositions P11-P13 and HP7 were obtained.
実施例11
予めバレル内を170〜230℃に予備加熱しておいた2軸混錬押出成形機(上記)に、メーンホッパーからポリオレフィン系樹脂組成物として組成物P11を60部供給し、次いでその下流のサイドホッパーから炭素繊維(三菱ケミカル製、チョップドファイバー、φ7μm、6mm長)を40部となるよう供給し、溶融混合を行った。バレル先端のダイス口から吐出されたストランドを水槽で冷却したあと、ペレタイザーで凡そ3mm長にカットし、さらに放冷して、炭素繊維強化樹脂組成物のペレットCP11を得た。
Example 11
60 parts of the composition P11 as a polyolefin-based resin composition is supplied from a main hopper to a twin-screw kneading extruder (above) that has been preheated to 170 to 230 ° C. in the barrel in advance, and then the downstream side Carbon fiber (manufactured by Mitsubishi Chemical, chopped fiber, φ7 μm, 6 mm length) was supplied from the hopper so as to be 40 parts, and melt mixing was performed. After the strand discharged from the die port at the tip of the barrel was cooled in a water tank, it was cut into a length of about 3 mm with a pelletizer and further allowed to cool to obtain a pellet CP11 of a carbon fiber reinforced resin composition.
比較例7〜8
ポリオレフィン系樹脂組成物として比較参考例1及び7で得られたHP1及びHP7を用いた以外は実施例11と同様な操作を行い、炭素繊維強化樹脂組成物のペレットHCP1及びHCP7を得た。
Comparative Examples 7-8
Except for using the HP1 and HP7 obtained in Comparative Reference Examples 1 and 7 as the polyolefin resin composition, the same operation as in Example 11 was performed to obtain pellets HCP1 and HCP7 of the carbon fiber reinforced resin composition.
実施例12
実施例11で得られたペレットCP11 75部と、参考例12で得られた組成物P12 25部とをドライブレンドして炭素繊維の含有率が30質量部となるような混合物を得た後、射出成形機(株式会社日本製鋼所製、J220AD)を用い、シリンダー温度230℃、金型温度40℃、背圧3MPaで射出成型することで成形物を得た。成形後の(A)〜(C)の組成比と機械物性を表7に示した。
Example 12
After dry blending 75 parts of the pellet CP11 obtained in Example 11 and 25 parts of the composition P12 obtained in Reference Example 12 to obtain a mixture having a carbon fiber content of 30 parts by mass, Using an injection molding machine (manufactured by Nippon Steel Works, J220AD), a molded product was obtained by injection molding at a cylinder temperature of 230 ° C., a mold temperature of 40 ° C., and a back pressure of 3 MPa. Table 7 shows the composition ratios and mechanical properties of (A) to (C) after molding.
実施例13
組成物を参考例13で得られた組成物P13に替えた以外は、実施例12と同様の操作を行い、成形物を得た。成形後の(A)〜(C)の組成比と機械物性を表7に示した。
Example 13
Except having replaced the composition with the composition P13 obtained in Reference Example 13, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a molded product. Table 7 shows the composition ratios and mechanical properties of (A) to (C) after molding.
比較例9〜10
ペレットを比較例7及び8で得られたHCP1及びHCP7に、組成物を比較参考例1で得られた組成物HP1に替えた以外は、実施例12と同様の操作を行い、成形物を得た。成形後の(A)〜(C)の組成比と機械物性を表7に示した。
Comparative Examples 9-10
Except that the pellets were replaced with HCP1 and HCP7 obtained in Comparative Examples 7 and 8, and the composition was replaced with the composition HP1 obtained in Comparative Reference Example 1, the same operation as in Example 12 was performed to obtain a molded product. It was. Table 7 shows the composition ratios and mechanical properties of (A) to (C) after molding.
本発明のポリオレフィン系樹脂組成物を使用した炭素繊維強化ポリオレフィン系樹脂組成物の成形物は、比較例のポリオレフィン系樹脂組成物を使用した場合よりも曲げ特性や耐衝撃性等の機械物性が高いレベルで両立できていることがわかる。 The molded product of the carbon fiber reinforced polyolefin resin composition using the polyolefin resin composition of the present invention has higher mechanical properties such as bending properties and impact resistance than when the polyolefin resin composition of the comparative example is used. You can see that both levels are compatible.
100 海島構造
110 連続相
120 分散相
100 Sea-
Claims (8)
(1)230℃、21.18Nにおけるメルトマスフローレイトが5〜150g/10minであること、及び
(2)上記ポリオレフィン系樹脂と混合したときのモルフォロジーが、ポリオレフィン系樹脂を連続相とし、オレフィン系軟質樹脂成分を分散相とした海島構造を形成し、かつ分散相の平均長さが0.1〜10μmであること、
を満足し、上記炭素繊維の配合率が、炭素繊維、ポリオレフィン系樹脂、オレフィン系軟質樹脂成分及び密着性付与剤の合計に対し、10〜50質量%であることを特徴とする炭素繊維強化樹脂組成物。 A carbon fiber reinforced resin composition comprising carbon fiber, polyolefin resin, olefin soft resin component and adhesion-imparting agent as essential components, wherein the olefin soft resin component has the following condition (1) 230 ° C., 21. A sea-island in which the melt mass flow rate in 18N is 5 to 150 g / 10 min, and (2) the morphology when mixed with the polyolefin-based resin is a polyolefin-based resin as a continuous phase and an olefin-based soft resin component as a dispersed phase. Forming a structure and having an average length of the dispersed phase of 0.1 to 10 μm,
The carbon fiber reinforced resin is characterized in that the blending ratio of the carbon fiber is 10 to 50% by mass with respect to the total of the carbon fiber, polyolefin resin, olefin soft resin component, and adhesion-imparting agent. Composition.
The molded product of the carbon fiber reinforced resin composition according to any one of claims 1 to 7.
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