短切碳纤维束及短切碳纤维束的制造方法技术

本发明专利技术提供碳纤维的分散性、成型物的物性不降低且流动性高的短切碳纤维束和生产率良好的短切碳纤维束的制造方法。一种短切碳纤维束，其是包含总纤度为25,000dtex以上且45,000dtex以下的碳纤维束和相对于短切碳纤维束的总质量为1质量％以上且5质量％以下的上浆剂的短切碳纤维束，沿上述碳纤维束的纤维方向的短切碳纤维束的长度(L)为1mm以上且50mm以下，垂直于上述短切碳纤维束的纤维方向的截面的长径(Dmax)与短径(Dmin)之比(Dmax/Dmin)为6.0以上且18.0以下，存在于上述短切碳纤维束表面的单纤维的取向参数为4.0以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】短切碳纤维束及短切碳纤维束的制造方法
本专利技术涉及适于制造将热塑性树脂作为基体的碳纤维增强树脂的短切碳纤维束及其制造方法。特别涉及将长丝数多且总纤度大的碳纤维束(所谓的大丝束)作为原料的短切碳纤维束及其制造方法。更详细而言，涉及作为短纤维增强树脂成型材料的增强材的流动性、集束性等操作性优异的短切碳纤维束及其制造方法。本申请基于2012年11月26日在日本提出的日本特愿2012-257772号主张优先权，并将其内容引用于此。
技术介绍
碳纤维增强树脂与非增强的树脂相比，强度、刚性、尺寸稳定性好得多，因此广泛用于办公设备、汽车领域等各种各样的领域。碳纤维的需求逐年增加，并且需求已从航空器、体育等高级用途向与建筑、土木、能源有关的一般工业用途转移，对于碳纤维的要求也严格，不仅性能，价格的降低也已成为一大课题。为此，近年来，为了降低价格，开始供给长丝数多且总纤度大的碳纤维束。以往，将热塑性树脂作为基体树脂的短碳纤维增强热塑性树脂(以下记为“CFRTP”)能够注射成型且生产率高，并且与以往的未增强热塑性树脂、短玻璃纤维增强热塑性树脂相比，机械特性、滑动特性、电气特性、尺寸稳定性等优异，因此作为高性能的工程材料而受到关注，其需求急剧增加。通常，为了得到该CFRTP，采用如下方法：将以3～10mm切断碳纤维束且用上浆剂集束而成的短切碳纤维束、或粉碎成1mm以下的碳纤维磨碎纤维与热塑性树脂的颗粒或粉末一同供给于挤出机并进行熔融混炼而颗粒化后，利用注射成型机或挤出成型机进行形成。以往，在短切碳纤维的制造中，一直将长丝数为1,000根至30,000根程度的碳纤维用于原料。然而，近年来，为了降低短切碳纤维的制造成本，正在进行在短切碳纤维的制造中，将长丝数比以往多的碳纤维束用于原料的对策。即，有必要使用长丝数多且总纤度大的碳纤维束来进行短切碳纤维的制造。在制造长丝数多且总纤度大的碳纤维束时，为了顺利去除烧成时的反应热，通常以扁平的形态进行处理。其结果，在将长丝数多且总纤度大的碳纤维束作为原料来制造短切碳纤维束的情况下，这样的碳纤维束与以往的碳纤维束相比扁平度提高，由于上浆剂容易浸透至碳纤维束的内部等理由而制造出扁平度高的短切碳纤维束。另一方面，产生如下问题：碳纤维束的形态越扁平，越会形成流动性、集束性低的短切碳纤维束。此外，如果使截面形状接近圆形，则碳纤维束的堆积密度变高，上浆剂不易浸透至碳纤维束的内部，因此发生集束性不均。进一步，因复合工序中受到的剪切力变大而容易解纤，容易形成纤维球，流动性变低，因此在从复合工序的料斗转移至挤出机时，容易引起阻塞等故障。以往，作为得到短切碳纤维束的方法，一般的方法是：首先将碳纤维束浸渍于上浆剂，接着将干燥工序中集束而成的碳纤维束连续地或通过不同工序利用切刀进行切断。另一方面，对于将玻璃纤维短切化的方法，一般的方法是：对熔融纺丝而成的玻璃纤维赋予上浆剂后，以湿润的状态进行切断，接着进行干燥。根据该玻璃纤维的短切化方法，容易以少的上浆剂附着量得到高集束性的短切纤维，作为对碳纤维采用该方法的例子，存在专利文献1和专利文献2。但是，上述专利文献中进行短切化的碳纤维束的纤维数为12,000根左右，并非对长丝数多且总纤度大的碳纤维束进行处理。另外，在前述短切玻璃纤维中，在赋予上浆剂的工序中纤维束的纤维数为4,000根左右，不是对粗纤维束进行处理。众所周知，CFRTP的各种特性与碳纤维束的长度有关。如果使用碳纤维束长度极短的磨碎纤维，则成型后的CFRTP中的碳纤维束长度变短，因此其各种特性比短切碳纤维束差。此外，为了长久保持CFRTP中的碳纤维束长度，有时使用与切割长度具有相同长度的长纤维颗粒，但对于难以控制成型物的纤维取向且量产便宜的CFRTP不合适。因此，通常使用短切碳纤维束。另一方面，在专利文献3中，提供能够实现用于应对大量生产的大型捆包且能够同时满足料斗至挤出机的稳定供给性和分散性的短切碳纤维束及其制造法，提出了一种构成短切碳纤维束的碳纤维长丝的根数为30,000～120,000根的短切碳纤维束，其是截面的长径(Dmax)与短径(Dmin)之比(Dmax/Dmin)为1.0～1.8、用1～10重量％的上浆剂集束而成的短切碳纤维束，短切碳纤维束的长度(L)与短切碳纤维束的短径(Dmin)之比(L/Dmin)为4以下。然而，对于专利文献3所记载的碳纤维短切线束，存在如下问题：在制造短切碳纤维束时，其为扁平度低的碳纤维束形状，赋予上浆剂而进行干燥时会引起干燥不良，因此有必要降低生产速度。此外，专利文献4提出了将长丝数多的低价格碳纤维束作为原料，并且流动性、集束性优异的短切碳纤维束。提出了短切碳纤维及其制造方法，所述短切碳纤维的特征在于，所述短切碳纤维是赋予了上浆剂的短切碳纤维集合体，作为该集合体的构成单元的短纤维束片在纤维长度方向的每单位长度的平均重量处于1.7～4mg/mm的范围，并且该纤维长度方向的每单位长度的重量分布的变动率为30～60％。然而，在专利文献4中，对于短切的形状，记载为大致矩形且1边长度为1.5～6mm。如果1边的长度为比3mm程度短的距离，则即使每单位长度的重量为1.7mg，截面的扁平度也降低，依然存在制造时引起干燥不良而有必要降低生产速度这样的问题。如上所述，在短切碳纤维束中，不降低碳纤维的分散性、成型物的物性而提高短切碳纤维束的流动性且生产率良好地制造大量的短切碳纤维束是困难的。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平5-261729号公报专利文献2：日本特开平5-261730号公报专利文献3：日本特开2011-208285号公报专利文献4：日本特开平11-81146号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术的目的是提供一种短切碳纤维束及该短切碳纤维束的制造方法，所述短切碳纤维束将长丝数多且总纤度大的碳纤维束作为原料，即使上浆剂的附着量低，也显示良好的操作性和高生产率。用于解决课题的手段本专利技术的上述目的通过下述本专利技术的各方案实现。(1)一种短切碳纤维束，其包含总纤度为25,000dtex以上且45,000dtex以下的碳纤维束和相对于短切碳纤维束的总质量为1质量％以上且5质量％以下的上浆剂，沿上述碳纤维束的纤维方向的短切碳纤维束的长度(L)为1mm以上且50mm以下，垂直于上述短切碳纤维束的纤维方向的截面的长径(Dmax)与短径(Dmin)之比(Dmax/Dmin)为6.0以上且18.0以下，存在于上述短切碳纤维束表面的单纤维的取向参数为4.0以下。(2)根据(1)所述的短切碳纤维束，短切碳纤维束的长度(L)与垂直于短切碳纤维束的纤维方向的截面的短径(Dmin)之比(L/Dmin)为5以上且30以下。(3)根据(1)或(2)所述的短切碳纤维束，其堆积密度为200g/L以上且650g/L以下。(4)根据(1)～(4)中任一项所述的短切碳纤维束，上述上浆剂是将选自氨基甲酸酯系树脂、尼龙系树脂、改性烯烃系树脂、改性环氧系树脂和水溶性尼龙系树脂中的任意一种以上热塑性树脂作为主成分的上浆剂。(5)一种短切碳纤维束的制造方法，对总纤度为25,000dtex以上且45,000dtex以下的碳纤维束附着0.3重量％以上且1.5重量％以下的量的30℃时的粘度为3000Pa·s以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短切碳纤维束，其是包含总纤度为25,000dtex以上且45,000dtex以下的碳纤维束和相对于短切碳纤维束的总质量为1质量％以上且5质量％以下的上浆剂的短切碳纤维束，沿所述碳纤维束的纤维方向的短切碳纤维束的长度L为1mm以上且50mm以下，垂直于所述短切碳纤维束的纤维方向的截面的长径Dmax与短径Dmin之比Dmax/Dmin为6.0以上且18.0以下，存在于所述短切碳纤维束表面的单纤维的取向参数为4.0以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.26 JP 2012-2577721.一种短切碳纤维束，其是包含总纤度为25,000dtex以上且45,000dtex以下的碳纤维束和相对于短切碳纤维束的总质量为1质量％以上且5质量％以下的上浆剂的短切碳纤维束，所述短切碳纤维束用于短碳纤维增强热塑性树脂，沿所述碳纤维束的纤维方向的短切碳纤维束的长度L为1mm以上且50mm以下，垂直于所述短切碳纤维束的纤维方向的截面的长径Dmax与短径Dmin之比Dmax/Dmin为6.0以上且18.0以下，存在于所述短切碳纤维束表面的单纤维的取向参数为4.0以下。2.根据权利要求1所述的短切碳纤维束，沿所述短切碳纤维束的纤维方向的长度L与垂直于所述短切碳纤维束的纤维方向的截面的短径Dmin之比L/Dmin为5以上且30以下。3.根据权利要求1或2所述的短切碳纤维束，所述短切碳纤维束的堆积密度为200g/L以上且650g/L以下。4.根据权利要求1或2所述的短切碳纤维束，所述上浆剂是包含热塑性树脂的上浆剂，所述热塑性树脂是选自氨基甲酸酯系树脂、尼龙系树脂、改性烯烃系树脂、改性环氧系树脂和水溶性尼龙系树脂中的任意一种以上。5.根据权利要求3所述的短切碳纤维束，所述上浆剂是包含热塑性树脂的上浆剂，所述热塑性树脂是选自氨基甲酸酯系树脂、尼龙系树脂、改性烯烃系树脂、改性环氧系树脂和水溶性尼龙系树脂中的任意一种以上。6.一种短切碳纤维束的制造方法，所述短切碳纤维束用于短碳纤维增强热塑性树脂，对总纤度为25,000dtex以上且45,000dtex以下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：大谷忠，桐山孝之，西本幸雄，
申请(专利权)人：三菱丽阳株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP