涂布有上浆剂的碳纤维束、热塑性树脂组合物、成型体、涂布有上浆剂的碳纤维束的制造方法、及成型体的制造方法技术

提供即使在对热塑性树脂显示高水平的粘接性的情况下、在涂布有上浆剂的碳纤维的开纤工序中也显示出良好的开纤性的涂布有上浆剂的碳纤维束。涂布有上浆剂的碳纤维束至少包含含有氨基或酰胺基的化合物(A)作为上浆剂成分。

Manufacturing methods of carbon fiber bundles coated with sizing agent, thermoplastic resin compositions, moulds, carbon fiber bundles coated with sizing agent, and moulds

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涂布有上浆剂的碳纤维束、热塑性树脂组合物、成型体、涂布有上浆剂的碳纤维束的制造方法、及成型体的制造方法
本专利技术涉及对热塑性树脂显示高粘接性、涂布了上浆剂(其在涂布有上浆剂的碳纤维的开纤工序中显示出良好的开纤性)的涂布有上浆剂的碳纤维束、使用该涂布有上浆剂的碳纤维束的热塑性树脂组合物、成型体、涂布有上浆剂的碳纤维束的制造方法、及成型体(本专利技术中，称为“热塑性树脂成型体”、简称为“成型体”。)的制造方法。
技术介绍
碳纤维不仅轻质而且强度及弹性模量优异，因此，其与各种基体树脂组合而成的复合材料已被用于航空器构件、航天器构件、汽车构件、船舶构件、土木建筑材料及运动用品等许多领域。作为使用了碳纤维的复合材料的代表性形态，可举出对层叠预浸料坯而得到的预成型体进行加压成型(在加压力下进行脱泡、赋型的成型方法)而成的成型品。就该预浸料坯而言，通常采用下述方法制造：将树脂含浸于使连续碳纤维沿单向排列而得到的碳纤维基材中。还提出了使用对复杂形状的形状追随性优异、能够短时间成型的不连续碳纤维(短切纤维、网等)的复合材料，但在比强度、比刚性等力学特性、特性的稳定性方面，预浸料坯作为结构件的实用性能优异。近年来，对于碳纤维复合材料，要求为成型性、操作性、得到的成型品的力学特性优异的成型材料，工业上，也需要更高的经济性、生产率。作为对该要求的响应，正在进行在基体树脂中使用热塑性树脂的预浸料坯的开发。为了发挥碳纤维的优异特性，提高碳纤维与基体树脂的粘接性是重要的。为了提高碳纤维束与基体树脂的界面粘接性，通常实施下述方法：对碳纤维束实施气相氧化、液相氧化等氧化处理，向碳纤维表面导入含有氧的官能团。例如，专利文献1中提出了下述方法：通过对碳纤维束实施电解处理，从而使作为界面粘接性的指标的层间剪切强度提高。仅通过碳纤维的表面改性无法获得充分的界面粘接性时，尝试追加上浆处理。例如，专利文献2中提出了下述方法：通过向碳纤维束涂布聚乙烯亚胺作为上浆剂，从而提高与官能团少的热塑性树脂的粘接性。另外，专利文献3中，采用在将碳纤维束高次加工成网等后涂布聚乙烯亚胺作为上浆剂的方法。另外，专利文献4中，通过在碳纤维束中使用高分子量且高粘度的聚乙烯亚胺作为集束剂，从而进行不易在注射成型机内分散的短切碳纤维的制作。专利文献5及6中，提出了下述方法：通过使用胺化合物和表面活性剂作为润滑剂，从而抑制在纤维的制造工序中的毛粒。如上所述，在使用了连续·不连续的碳纤维的复合材料领域中，进行了提高粘接性的研究，另外，还进行了使用润滑剂来抑制毛粒、提高开纤性的研究。另一方面，在将上述技术用于在基体树脂中使用了热塑性树脂的预浸料坯的情况下，尚无下述这样的构思：通过同时实现涂布有上浆剂的碳纤维束的高开纤性和与基体树脂的高粘接性，从而使得高粘度的热塑性树脂的含浸性提高、抑制含浸不均、空隙的产生。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平04-361619号公报专利文献2：日本特开2013-166924号公报专利文献3：日本特开2006-089734号公报专利文献4：日本特开平03-065311号公报专利文献5：日本特表2002-528661号公报专利文献6：日本特开2006-161018号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供即使在对热塑性树脂显示高水平的粘接性的情况下、在涂布有上浆剂的碳纤维束的开纤工序中也显示良好的开纤性的涂布有上浆剂的碳纤维束。用于解决课题的手段根据本申请的专利技术人的研究可知：若在上浆剂中使用化合物(A)这样与基体树脂的相互作用强、粘接性高的化合物，则存在涂布有上浆剂的碳纤维束的开纤性容易降低、制作预浸料坯时容易发生含浸不均、产生空隙这样的课题。针对该课题，发现通过严格控制化合物(A)的分子量和粘度以及上浆剂的附着量，从而能够高度地控制碳纤维间的相互作用，能够同时实现高的开纤性和高的粘接性。另外，已知当作为通常的开纤性提高手段而在上浆剂中配合平滑成分时，虽然开纤性提高，但伴随着作为高粘接成分的化合物(A)的比率降低而粘接性降低，在简单组合的情况下，难以同时实现粘接性和开纤性。针对该课题，发现通过控制相对于化合物(A)而言的比率来配合具有特定化学结构的平滑剂，从而化合物(A)与化合物(B)在碳纤维上形成梯度结构，同时实现涂布有上浆剂的碳纤维束的高开纤性和高粘接性。在使用混合有含有氨基或酰胺基的化合物(A)和具有特定化学结构的平滑成分即化合物(B)而得到的上浆剂的情况下，确认观察到下述现象：极性更高的化合物(A)容易大量偏在于碳纤维侧，而极性低的化合物(B)容易偏在于与碳纤维相反一侧的上浆剂层的最外层。作为该上浆剂层的梯度结构的结果，化合物(A)在碳纤维附近与碳纤维发生强的相互作用，粘接性提高。此外，作为平滑成分的化合物(B)降低碳纤维束内的单丝表层的摩擦系数，由此在开纤加工时使接触的单丝间的滑动良好，因此能够使开纤性提高。结果，能够提高碳纤维与基体树脂的界面粘接性，能够提高所得碳纤维增强复合材料的物性。为了解决上述课题、实现目标，本专利技术的涂布有上浆剂的碳纤维束是在碳纤维上涂布有包含含有氨基或酰胺基的化合物(A)的上浆剂的涂布有上浆剂的碳纤维束，其特征在于，满足下述(i)或(ii)。(i)为相对于上浆剂总量100质量份而言包含50质量份以上的含有氨基或酰胺基的化合物(A)、且长度为10cm以上的涂布有上浆剂的碳纤维束，化合物(A)的重均分子量Mw为2500以下，化合物(A)的25℃时的粘度为200～10000mPa·s，并且，下述式(a)表示的上浆剂附着量X为0.03质量％以上且小于0.1质量％。X＝(W0-W1)/W0×100(％)······(a)W0＝碳纤维及上浆剂的总质量W1＝仅碳纤维的质量(ii)为在碳纤维上涂布有下述上浆剂的涂布有上浆剂的碳纤维束，该上浆剂中，含有氨基或酰胺基的化合物(A)、以及下述式(I)及/或(II)表示的化合物(B)的总量相对于上浆剂总量100质量份而言为50质量份以上，并且，(A)的质量WA与(B)的质量WB满足式(III)，化合物(A)与化合物(B)的SP值之差为0.5～4.0(J/cm3)0.5。R1-COO-(CH2CH2O)n-CO-R2……式(I)R3-COO-(CH2CH2O)n-H……式(II)(式中，R1、R2、R3表示碳原子数1以上的烃基。)0.1≤WB/(WA+WB)<0.6……式(III)另外，本专利技术的热塑性树脂组合物的特征在于，其是含有上述涂布有上浆剂的碳纤维束、及热塑性树脂(C)而成的。另外，本专利技术的成型体的特征在于，其为使用上述热塑性树脂组合物的预浸料坯或UD(单向)带。另外，本专利技术的涂布有上浆剂的碳纤维束的制造方法的特征在于，具有利用水系溶剂将上述上浆剂涂布于上述碳纤维的工序。另外，本专利技术的成型体的制造方法的特征在于，具有下述工序：在使用上述涂布有上浆剂的碳纤维束、及热塑性树脂(C)而得到热塑性树脂组合物后，将上述热塑性树脂组合物加热至300℃以上。专利技术的效果根据本专利技术，能够得到对热塑性树脂具有高水平的粘接性、同时在涂布有上浆剂的碳纤维束的开纤工序中显示良好的开纤性的涂布有上浆剂的碳纤维束。结果，能够使热塑性树脂成型体中的纤维含有率均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.涂布有上浆剂的碳纤维束，其在碳纤维上涂布有包含含有氨基或酰胺基的化合物(A)的上浆剂，所述涂布有上浆剂的碳纤维束的特征在于，满足下述(i)或(ii)：(i)为相对于上浆剂总量100质量份而言包含50质量份以上的含有氨基或酰胺基的化合物(A)、且长度为10cm以上的涂布有上浆剂的碳纤维束，化合物(A)的重均分子量Mw为2500以下，化合物(A)的25℃时的粘度为200～10000mPa·s，并且，下述式(a)表示的上浆剂附着量X为0.03质量％以上且小于0.1质量％，X＝(W0‑W1)/W0×100(％)······(a)W0＝碳纤维及上浆剂的总质量W1＝仅碳纤维的质量；(ii)为在碳纤维上涂布有下述上浆剂的涂布有上浆剂的碳纤维束，该上浆剂中，含有氨基或酰胺基的化合物(A)、以及下述式(I)及/或(II)表示的化合物(B)的总量相对于上浆剂总量100质量份而言为50质量份以上，并且，(A)的质量WA与(B)的质量WB满足式(III)，化合物(A)与化合物(B)的SP值之差为0.5～4.0(J/cm

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.24 JP 2017-032899;2017.04.03 JP 2017-073451.涂布有上浆剂的碳纤维束，其在碳纤维上涂布有包含含有氨基或酰胺基的化合物(A)的上浆剂，所述涂布有上浆剂的碳纤维束的特征在于，满足下述(i)或(ii)：(i)为相对于上浆剂总量100质量份而言包含50质量份以上的含有氨基或酰胺基的化合物(A)、且长度为10cm以上的涂布有上浆剂的碳纤维束，化合物(A)的重均分子量Mw为2500以下，化合物(A)的25℃时的粘度为200～10000mPa·s，并且，下述式(a)表示的上浆剂附着量X为0.03质量％以上且小于0.1质量％，X＝(W0-W1)/W0×100(％)······(a)W0＝碳纤维及上浆剂的总质量W1＝仅碳纤维的质量；(ii)为在碳纤维上涂布有下述上浆剂的涂布有上浆剂的碳纤维束，该上浆剂中，含有氨基或酰胺基的化合物(A)、以及下述式(I)及/或(II)表示的化合物(B)的总量相对于上浆剂总量100质量份而言为50质量份以上，并且，(A)的质量WA与(B)的质量WB满足式(III)，化合物(A)与化合物(B)的SP值之差为0.5～4.0(J/cm3)0.5，R1-COO-(CH2CH2O)n-CO-R2······式(I)R3-COO-(CH2CH2O)n-H······式(II)式中，R1、R2、R3表示碳原子数1以上的烃基，0.1≤WB/(WA+WB)<0.6······式(III)。2.如权利要求1所述的涂布有上浆剂的碳纤维束，其中，化合物(A)为脂肪族胺。3.如权利要求1或2所述的涂布有上浆剂的碳纤维束，其中，化合物(A)是1分子内所含的官能团量为2以上的化合物。4.如权利要求1～3中任一项所述的涂布有上浆剂的碳纤维束，其中，化合物(A)为聚亚烷基亚胺。5.如权利要求1～4中任一项所述的涂布有上浆剂的碳纤维束，其为满足所述(i)的情况，并且上浆剂附着量X为0.05质量％以上且小于0.08质量％。6.如权利要求1～5中任一项所述的涂布有上浆剂的碳纤维束，其为满足所述(i)的情况，并且平均可撕裂距离为700mm以上。7.如权利要求1～4中任一项所述的涂布有上浆剂的碳纤维束，其为满足所述(ii)的情况，...

【专利技术属性】
技术研发人员：四方孝幸，吉弘一贵，野口知久，市川智子，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP