短切碳纖維束及短切碳纖維束的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及適于制造將熱塑性樹脂作為基體的碳纖維增強(qiáng)樹脂的短切碳纖維束 及其制造方法。特別涉及將長絲數(shù)多且總纖度大的碳纖維束（所謂的大絲束）作為原料的 短切碳纖維束及其制造方法。更詳細(xì)而言，涉及作為短纖維增強(qiáng)樹脂成型材料的增強(qiáng)材的 流動性、集束性等操作性優(yōu)異的短切碳纖維束及其制造方法。
[0002] 本申請基于2012年11月26日在日本提出的日本特愿2012-257772號主張優(yōu)先 權(quán)，并將其內(nèi)容引用于此。
【背景技術(shù)】
[0003]碳纖維增強(qiáng)樹脂與非增強(qiáng)的樹脂相比，強(qiáng)度、剛性、尺寸穩(wěn)定性好得多，因此廣泛 用于辦公設(shè)備、汽車領(lǐng)域等各種各樣的領(lǐng)域。碳纖維的需求逐年增加，并且需求已從航空 器、體育等高級用途向與建筑、土木、能源有關(guān)的一般工業(yè)用途轉(zhuǎn)移，對于碳纖維的要求也 嚴(yán)格，不僅性能，價(jià)格的降低也已成為一大課題。為此，近年來，為了降低價(jià)格，開始供給長 絲數(shù)多且總纖度大的碳纖維束。
[0004] 以往，將熱塑性樹脂作為基體樹脂的短碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂（以下記為 "CFRTP"）能夠注射成型且生產(chǎn)率高，并且與以往的未增強(qiáng)熱塑性樹脂、短玻璃纖維增強(qiáng)熱 塑性樹脂相比，機(jī)械特性、滑動特性、電氣特性、尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異，因此作為高性能的工程 材料而受到關(guān)注，其需求急劇增加。
[0005] 通常，為了得到該CFRTP，采用如下方法：將以3~10mm切斷碳纖維束且用上漿 劑集束而成的短切碳纖維束、或粉碎成1mm以下的碳纖維磨碎纖維與熱塑性樹脂的顆粒或 粉末一同供給于擠出機(jī)并進(jìn)行熔融混煉而顆?；?，利用注射成型機(jī)或擠出成型機(jī)進(jìn)行形 成。
[0006] 以往，在短切碳纖維的制造中，一直將長絲數(shù)為1，000根至30, 000根程度的碳纖 維用于原料。然而，近年來，為了降低短切碳纖維的制造成本，正在進(jìn)行在短切碳纖維的制 造中，將長絲數(shù)比以往多的碳纖維束用于原料的對策。即，有必要使用長絲數(shù)多且總纖度大 的碳纖維束來進(jìn)行短切碳纖維的制造。
[0007]在制造長絲數(shù)多且總纖度大的碳纖維束時(shí)，為了順利去除燒成時(shí)的反應(yīng)熱，通常 以扁平的形態(tài)進(jìn)行處理。
[0008] 其結(jié)果，在將長絲數(shù)多且總纖度大的碳纖維束作為原料來制造短切碳纖維束的情 況下，這樣的碳纖維束與以往的碳纖維束相比扁平度提高，由于上漿劑容易浸透至碳纖維 束的內(nèi)部等理由而制造出扁平度高的短切碳纖維束。
[0009] 另一方面，產(chǎn)生如下問題：碳纖維束的形態(tài)越扁平，越會形成流動性、集束性低的 短切碳纖維束。此外，如果使截面形狀接近圓形，則碳纖維束的堆積密度變高，上漿劑不易 浸透至碳纖維束的內(nèi)部，因此發(fā)生集束性不均。進(jìn)一步，因復(fù)合工序中受到的剪切力變大而 容易解纖，容易形成纖維球，流動性變低，因此在從復(fù)合工序的料斗轉(zhuǎn)移至擠出機(jī)時(shí)，容易 引起阻塞等故障。
[0010] 以往，作為得到短切碳纖維束的方法，一般的方法是：首先將碳纖維束浸漬于上漿 劑，接著將干燥工序中集束而成的碳纖維束連續(xù)地或通過不同工序利用切刀進(jìn)行切斷。另 一方面，對于將玻璃纖維短切化的方法，一般的方法是：對熔融紡絲而成的玻璃纖維賦予上 漿劑后，以濕潤的狀態(tài)進(jìn)行切斷，接著進(jìn)行干燥。根據(jù)該玻璃纖維的短切化方法，容易以少 的上漿劑附著量得到高集束性的短切纖維，作為對碳纖維采用該方法的例子，存在專利文 獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2。但是，上述專利文獻(xiàn)中進(jìn)行短切化的碳纖維束的纖維數(shù)為12, 000根左 右，并非對長絲數(shù)多且總纖度大的碳纖維束進(jìn)行處理。另外，在前述短切玻璃纖維中，在賦 予上漿劑的工序中纖維束的纖維數(shù)為4, 000根左右，不是對粗纖維束進(jìn)行處理。
[0011] 眾所周知，CFRTP的各種特性與碳纖維束的長度有關(guān)。如果使用碳纖維束長度極 短的磨碎纖維，則成型后的CFRTP中的碳纖維束長度變短，因此其各種特性比短切碳纖維 束差。此外，為了長久保持CFRTP中的碳纖維束長度，有時(shí)使用與切割長度具有相同長度的 長纖維顆粒，但對于難以控制成型物的纖維取向且量產(chǎn)便宜的CFRTP不合適。因此，通常使 用短切碳纖維束。
[0012] 另一方面，在專利文獻(xiàn)3中，提供能夠?qū)崿F(xiàn)用于應(yīng)對大量生產(chǎn)的大型捆包且能夠 同時(shí)滿足料斗至擠出機(jī)的穩(wěn)定供給性和分散性的短切碳纖維束及其制造法，提出了一種構(gòu) 成短切碳纖維束的碳纖維長絲的根數(shù)為30, 000~120, 000根的短切碳纖維束，其是截面的 長徑（Dmax)與短徑（Dmin)之比（Dmax/Dmin)為1. 0~1. 8、用1~10重量％的上衆(zhòng)劑集 束而成的短切碳纖維束，短切碳纖維束的長度（L)與短切碳纖維束的短徑（Dmin)之比（L/ Dmin)為4以下。
[0013] 然而，對于專利文獻(xiàn)3所記載的碳纖維短切線束，存在如下問題：在制造短切碳纖 維束時(shí)，其為扁平度低的碳纖維束形狀，賦予上漿劑而進(jìn)行干燥時(shí)會引起干燥不良，因此有 必要降低生產(chǎn)速度。
[0014] 此外，專利文獻(xiàn)4提出了將長絲數(shù)多的低價(jià)格碳纖維束作為原料，并且流動性、集 束性優(yōu)異的短切碳纖維束。提出了短切碳纖維及其制造方法，所述短切碳纖維的特征在于， 所述短切碳纖維是賦予了上漿劑的短切碳纖維集合體，作為該集合體的構(gòu)成單元的短纖維 束片在纖維長度方向的每單位長度的平均重量處于1. 7~4mg/mm的范圍，并且該纖維長度 方向的每單位長度的重量分布的變動率為30~60%。
[0015] 然而，在專利文獻(xiàn)4中，對于短切的形狀，記載為大致矩形且1邊長度為1. 5~ 6mm。如果1邊的長度為比3mm程度短的距離，則即使每單位長度的重量為1. 7mg，截面的扁 平度也降低，依然存在制造時(shí)引起干燥不良而有必要降低生產(chǎn)速度這樣的問題。
[0016] 如上所述，在短切碳纖維束中，不降低碳纖維的分散性、成型物的物性而提高短切 碳纖維束的流動性且生產(chǎn)率良好地制造大量的短切碳纖維束是困難的。
[0017] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0018] 專利文獻(xiàn)
[0019] 專利文獻(xiàn)1:日本特開平5-261729號公報(bào)
[0020] 專利文獻(xiàn)2:日本特開平5-261730號公報(bào)
[0021] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2011-208285號公報(bào)
[0022] 專利文獻(xiàn)4 :日本特開平11-81146號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 發(fā)明所要解決的課題
[0024] 本發(fā)明的目的是提供一種短切碳纖維束及該短切碳纖維束的制造方法，所述短切 碳纖維束將長絲數(shù)多且總纖度大的碳纖維束作為原料，即使上漿劑的附著量低，也顯示良 好的操作性和高生產(chǎn)率。
[0025] 用于解決課題的手段
[0026] 本發(fā)明的上述目的通過下述本發(fā)明的各方案實(shí)現(xiàn)。
[0027] (1) 一種短切碳纖維束，其包含總纖度為25, OOOdtex以上且45, OOOdtex以下的碳 纖維束和相對于短切碳纖維束的總質(zhì)量為1質(zhì)量％以上且5質(zhì)量％以下的上漿劑，
[0028] 沿上述碳纖維束的纖維方向的短切碳纖維束的長度（L)為1mm以上且50mm以下，
[0029] 垂直于上述短切碳纖維束的纖維方向的截面的長徑（Dmax)與短徑（Dmin)之比 (Dmax/Dmin)為6. 0以上且18. 0以下，存在于上述短切碳纖維束表面的單纖維的取向參數(shù) 為4.0以下。
[0030] (2)根據(jù)（1)所述的短切碳纖維束，短切碳纖維束的長度（L)與垂直于短切碳纖維 束的纖維方向的截面的短徑（Dmin)之比（L/Dmin)為5以上且30以下。
[0031] (3)根據(jù)⑴或⑵所述的短切碳纖維束，其堆積密度為200g/L以上且650g/L以 下。
[0032] (4)根據(jù)（1)~（4)中任一項(xiàng)所述的短切碳纖維束，上述上漿劑是將選自氨基甲酸 酯系樹脂、尼龍系樹脂、改性烯烴系樹脂、改性環(huán)氧系樹脂和水溶性尼龍系樹脂中的任意一 種以上熱塑性樹脂作為主成分的上漿劑。
[0033] (5)-種短切碳纖維束的制造方法，對總纖度為25,OOOdtex以上且45,OOOdtex 以下的碳纖維束附著〇.3重量％以上且1.5重量％以下的量的30°C時(shí)的粘度為3000Pa ? S 以下的一次上漿劑后，使其成為每單位長度質(zhì)量的碳纖維束的寬度在l/440mm/tex以上且 l/100mm/tex以下的范圍，并賦予包含二次上衆(zhòng)劑的上衆(zhòng)液，切斷上述碳纖維束，接著干燥 上述上漿液。
[0034] (6)根據(jù)（5)所述的短切碳纖維束的制造方法，上述一次上漿劑包含選自環(huán)氧系 樹脂、聚氨酯系樹脂、尼龍系樹脂、聚烯烴系樹脂、聚酯系樹脂和聚乙二醇中的任意一種以 上。
[0035] (7)根據(jù)（5)所述的短切碳纖維束的制造方法，