[发明专利]碳纤维束及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及作为热塑性树脂的增强材料使用的碳纤维束及其制造方法，特别是，涉及适合作为聚烯烃系热塑性树脂的增强材料的碳纤维束及其制造方法。

本申请基于2009年9月9日在日本申请的日本特愿2009-207631号来主张优先权，将其内容引用至本文中。

背景技术

碳纤维束是作为热塑性树脂等的增强材料来使用的，成为多根包含碳的单纤维集中的形态。

在作为热塑性树脂的增强材料使用的情况下，通常碳纤维束以切断成长度5～15mm的形态被供给。在制造由该碳纤维束和热塑性树脂混炼成的颗粒时，需要将碳纤维束定量地供给至挤出机内，因此，碳纤维束的形态稳定性变得重要。如果碳纤维束的形态不适当，则有时可以引起排出斑。此外，由于不能获得一定的挤出速度，因此有可能发生碳纤维束断裂即所谓的断股，颗粒的生产性大幅度降低。

此外，近年来，被称为长纤维颗粒的材料备受关注，在制造长纤维颗粒时，碳纤维束以连续纤维的形态投入颗粒制造工序中。在该情况下，在碳纤维束中易于产生绒毛、飞花，此外，碳纤维束易于散开，其操作困难。

此外，也有将碳纤维束制成纺织物而作为含浸有热塑性树脂的片材料来使用的情况，碳纤维束的织造性、织造后的织布的操作性等也成为重要的特性。

根据以上理由，为了使碳纤维束的操作性、配合有碳纤维束的材料的物性提高，通常使用通过上浆处理进行了收束的碳纤维束。上浆处理是指下述处理：使对例如以环氧树脂为主成分的基体树脂有适合性的上浆剂以例如2～5质量％左右附着于碳纤维的表面。

这里，作为用作基体树脂的热塑性树脂，可以使用聚碳酸酯树脂、尼龙树脂和聚酯树脂等。此外，最近，从再循环性和经济性的方面出发，使用聚烯烃系树脂的情况增加。特别是聚丙烯树脂为近年来备受关注的树脂。

然而，由于聚烯烃系树脂基本上为非极性的，因此与碳纤维、玻璃纤维的界面粘接性非常差，其结果是作为增强材料的提高机械特性的效果未充分表现的情况多。因此，提出了以下方法：在基体树脂中添加酸改性聚烯烃系树脂来提高粘接性的方法、采用由聚烯烃系树脂和硅烷偶联剂构成的上浆剂对碳纤维、玻璃纤维进行上浆处理的方法等。

此外，已知如专利文献1中公开的那样，采用以酸改性聚丙烯为必须成分的上浆剂对碳纤维、玻璃纤维等进行上浆处理的方法。

专利文献1：日本特开平6-107442号公报

专利文献2：日本特开平2-84566号公报

专利文献3：日本特开2006-124847号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在向基体树脂添加酸改性聚烯烃系树脂的方法中，需要大量添加酸改性聚烯烃系树脂，不满足再循环性和经济性。

此外，在采用由聚烯烃系树脂和硅烷偶联剂构成的上浆剂对碳纤维进行上浆处理的情况下，由于碳纤维与玻璃纤维相比，表面存在的羟基不那么多，因此不易于获得提高界面粘接性的效果。

此外，如专利文献1中记载的那样，采用以酸改性聚丙烯为必须成分的上浆剂进行上浆处理的方法虽然实现了与聚烯烃系树脂的比较良好的界面粘接性，但在对碳纤维进行上浆处理的情况下，其效果不一定充分。

此外，在专利文献2中记载了，采用除了包含酸改性聚烯烃系树脂以外还包含氨基改性聚烯烃系树脂的上浆剂对碳纤维进行上浆处理的方法。然而，本文献中记载的氨基改性聚烯烃系树脂有时酸改性部分与氨基改性部共存。在该情况下发生分子内的酸性基团与氨基间的相互作用，对表现作为上浆剂的作用的碳纤维与基体树脂间的偶联效果产生不良状况，不能实现良好的界面粘接性。此外，专利文献2中，使以有机溶剂溶解了的改性聚烯烃系树脂附着于碳纤维，不能使改性聚烯烃系树脂均匀地附着于碳纤维表面。其原因是，因为有机溶剂比水的蒸气压高，易于挥发，此外，在高温下有起火的危险性，所以需要在比较低的温度进行干燥。此外，没有对附着了的改性聚烯烃系树脂进行充分的热处理，不能实现良好的界面粘接性。