專利名稱：碳纖維束及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及作為熱塑性樹脂的增強材料使用的碳纖維束及其制造方法，特別是， 涉及適合作為聚烯烴系熱塑性樹脂的增強材料的碳纖維束及其制造方法。本申請基于2009年9月9日在日本申請的日本特愿2009-207631號來主張優(yōu)先權，將其內容引用至本文中。
背景技術：
碳纖維束是作為熱塑性樹脂等的增強材料來使用的，成為多根包含碳的單纖維集中的形態(tài)。在作為熱塑性樹脂的增強材料使用的情況下，通常碳纖維束以切斷成長度5 15mm的形態(tài)被供給。在制造由該碳纖維束和熱塑性樹脂混煉成的顆粒時，需要將碳纖維束定量地供給至擠出機內，因此，碳纖維束的形態(tài)穩(wěn)定性變得重要。如果碳纖維束的形態(tài)不適當，則有時可以引起排出斑。此外，由于不能獲得一定的擠出速度，因此有可能發(fā)生碳纖維束斷裂即所謂的斷股，顆粒的生產(chǎn)性大幅度降低。此外，近年來，被稱為長纖維顆粒的材料備受關注，在制造長纖維顆粒時，碳纖維束以連續(xù)纖維的形態(tài)投入顆粒制造工序中。在該情況下，在碳纖維束中易于產(chǎn)生絨毛、飛花，此外，碳纖維束易于散開，其操作困難。此外，也有將碳纖維束制成紡織物而作為含浸有熱塑性樹脂的片材料來使用的情況，碳纖維束的織造性、織造后的織布的操作性等也成為重要的特性。根據(jù)以上理由，為了使碳纖維束的操作性、配合有碳纖維束的材料的物性提高，通常使用通過上漿處理進行了收束的碳纖維束。上漿處理是指下述處理使對例如以環(huán)氧樹脂為主成分的基體樹脂有適合性的上漿劑以例如2 5質量％左右附著于碳纖維的表面。這里，作為用作基體樹脂的熱塑性樹脂，可以使用聚碳酸酯樹脂、尼龍樹脂和聚酯樹脂等。此外，最近，從再循環(huán)性和經(jīng)濟性的方面出發(fā)，使用聚烯烴系樹脂的情況增加。特別是聚丙烯樹脂為近年來備受關注的樹脂。然而，由于聚烯烴系樹脂基本上為非極性的，因此與碳纖維、玻璃纖維的界面粘接性非常差，其結果是作為增強材料的提高機械特性的效果未充分表現(xiàn)的情況多。因此，提出了以下方法在基體樹脂中添加酸改性聚烯烴系樹脂來提高粘接性的方法、采用由聚烯烴系樹脂和硅烷偶聯(lián)劑構成的上漿劑對碳纖維、玻璃纖維進行上漿處理的方法等。此外，已知如專利文獻1中公開的那樣，采用以酸改性聚丙烯為必須成分的上漿劑對碳纖維、玻璃纖維等進行上漿處理的方法。專利文獻1 日本特開平6-107442號公報專利文獻2 日本特開平2-84566號公報專利文獻3 日本特開2006-1M847號公報
發(fā)明內容
發(fā)明要解決的課題然而，在向基體樹脂添加酸改性聚烯烴系樹脂的方法中，需要大量添加酸改性聚烯烴系樹脂，不滿足再循環(huán)性和經(jīng)濟性。此外，在采用由聚烯烴系樹脂和硅烷偶聯(lián)劑構成的上漿劑對碳纖維進行上漿處理的情況下，由于碳纖維與玻璃纖維相比，表面存在的羥基不那么多，因此不易于獲得提高界面粘接性的效果。此外，如專利文獻1中記載的那樣，采用以酸改性聚丙烯為必須成分的上漿劑進行上漿處理的方法雖然實現(xiàn)了與聚烯烴系樹脂的比較良好的界面粘接性，但在對碳纖維進行上漿處理的情況下，其效果不一定充分。此外，在專利文獻2中記載了，采用除了包含酸改性聚烯烴系樹脂以外還包含氨基改性聚烯烴系樹脂的上漿劑對碳纖維進行上漿處理的方法。然而，本文獻中記載的氨基改性聚烯烴系樹脂有時酸改性部分與氨基改性部共存。在該情況下發(fā)生分子內的酸性基團與氨基間的相互作用，對表現(xiàn)作為上漿劑的作用的碳纖維與基體樹脂間的偶聯(lián)效果產(chǎn)生不良狀況，不能實現(xiàn)良好的界面粘接性。此外，專利文獻2中，使以有機溶劑溶解了的改性聚烯烴系樹脂附著于碳纖維，不能使改性聚烯烴系樹脂均勻地附著于碳纖維表面。其原因是， 因為有機溶劑比水的蒸氣壓高，易于揮發(fā)，此外，在高溫下有起火的危險性，所以需要在比較低的溫度進行干燥。此外，沒有對附著了的改性聚烯烴系樹脂進行充分的熱處理，不能實現(xiàn)良好的界面粘接性。此外，專利文獻3中記載了，使用包含酸改性聚烯烴系樹脂的上漿劑對碳纖維進行上漿處理，然后實施熱處理的方法。熱處理可以分解除去作為粘接性阻礙因子起作用的不飽和羧酸的單體、表面活性劑，并且使改性聚烯烴樹脂熔融而均勻地賦予至碳纖維表面。 此外，還記載了在酸改性聚烯烴樹脂不發(fā)生熱分解的條件下來實施。由于酸改性聚烯烴系樹脂為構成成分，因此需要進行熱處理以排除殘存的不飽和羧酸的單體的影響。此外，另一方面，由于在低溫下干燥，因此酸改性聚烯烴系樹脂未均勻地附著于碳纖維的表面，需要進行熱處理以解決該問題。然而，在將聚烯烴系樹脂作為基體樹脂的情況下，僅使上漿劑成分均勻地附著，還不能表現(xiàn)充分的界面粘接性。此外，通過利用該熱處理使表面活性劑也分解除去，從而還產(chǎn)生與基體樹脂的潤濕性顯著降低這樣的不良狀況。本發(fā)明是鑒于上述情形而作出的，其目的在于提供碳纖維束及其制造方法，所述碳纖維束可以表現(xiàn)與聚烯烴系樹脂、特別是聚丙烯樹脂的良好的界面粘接性，且對聚烯烴系樹脂的強化是有用的。用于解決課題的方法作為本發(fā)明的1個側面，涉及碳纖維束，其是在碳纖維束上附著有含有氨基的改性聚烯烴樹脂的碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂的附著量為0. 2 5. 0質量％。作為本發(fā)明的另一側面，涉及碳纖維束，其是使所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂附著于碳纖維束的表面之后，在200 300°C實施熱處理5秒 3分鐘而成的。作為本發(fā)明的另一側面，涉及碳纖維束，含有氨基的改性聚烯烴樹脂的附著量為 0. 5 4. 0質量％所述碳纖維束是使所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂附著于碳纖維束的表面之后，在200 260°C實施熱處理15秒 3分鐘而成的。作為本發(fā)明的另一側面，涉及碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂對碳纖維束的附著是通過使碳纖維束與包含含有氨基的改性聚烯烴樹脂的上漿劑水分散液接觸來進行的。作為本發(fā)明的另一側面，涉及碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂的、在 1350C W 1,2,3,4-四氫化萘中測定得到的特性粘度為0. 05 1. OdL/g。作為本發(fā)明的另一側面，涉及碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂為選自由乙烯-丙烯酸乙酯-馬來酸酐共聚物、馬來酸酐接枝聚乙烯系樹脂以及馬來酸酐接枝聚丙烯系樹脂所組成的組中的1種化合物與具有2個以上氨基的化合物的反應產(chǎn)物。作為本發(fā)明的另一側面，涉及碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂為具有氨基、并且在分子內含有下述通式(I)所示的重復單元70 99. 98摩爾％和下述通式(II) 所示的重復單元0. 02 30摩爾％的共聚物，[化1]
權利要求
1.一種碳纖維束，其是在碳纖維束上附著有含有氨基的改性聚烯烴樹脂的碳纖維束， 所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂的附著量為0. 2 5. 0質量％。
2.根據(jù)權利要求1所述的碳纖維束，其是使所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂附著于碳纖維束的表面之后，在200 300°C實施熱處理5秒 3分鐘而成的。
3.根據(jù)權利要求2所述的碳纖維束，含有氨基的改性聚烯烴樹脂的附著量為0.5 4. 0質量％，所述碳纖維束是使所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂附著于碳纖維束的表面之后，在200 260°C實施熱處理15秒 3分鐘而成的。
4.根據(jù)權利要求1 3的任一項所述的碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂對碳纖維束的附著是通過使碳纖維束與包含含有氨基的改性聚烯烴樹脂的上漿劑水分散液接觸來進行的。
5.根據(jù)權利要求1 4的任一項所述的碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂的、 在1350C W 1,2,3,4-四氫化萘中測定得到的特性粘度為0. 05 1. OdL/g。
6.根據(jù)權利要求1 5的任一項所述的碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂為選自由乙烯-丙烯酸乙酯-馬來酸酐共聚物、馬來酸酐接枝聚乙烯系樹脂以及馬來酸酐接枝聚丙烯系樹脂所組成的組中的1種化合物與具有2個以上氨基的化合物的反應產(chǎn)物。
7.根據(jù)權利要求1 6的任一項所述的碳纖維束，所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂為具有氨基、并且在分子內含有下述通式(I)所示的重復單元70 99. 98摩爾％和下述通式 (II)所示的重復單元0. 02 30摩爾％的共聚物，
8.一種碳纖維束的制造方法，其包括使0. 2 5. 0質量％的含有氨基的改性聚烯烴樹脂附著于碳纖維束的表面。
9.根據(jù)權利要求8所述的碳纖維束的制造方法，其還包括使所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂附著于碳纖維束的表面之后，在200 300°C熱處理5秒 3分鐘。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的碳纖維束的制造方法，其包括使0.5 4. 0質量％的含有氨基的改性聚烯烴樹脂附著，以及然后在200 260°C熱處理15秒 3分鐘。
11.根據(jù)權利要求8 10所述的碳纖維束的制造方法，其包括在使所述含有氨基的改性聚烯烴樹脂對碳纖維束的附著中，使碳纖維束與包含含有氨基的改性聚烯烴樹脂的上漿劑水分散液接觸。
12.根據(jù)權利要求11所述的碳纖維束的制造方法，其還包括使碳纖維束與所述上漿劑水分散液接觸而使上漿劑水分散液附著于碳纖維束的表面，進行干燥處理，以及然后進行熱處理。
13.根據(jù)權利要求12所述的碳纖維束的制造方法，在100 200°C實施所述干燥處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳纖維束，其是在碳纖維束上附著有含有氨基的改性聚烯烴樹脂的碳纖維束，上述含有氨基的改性聚烯烴樹脂的附著量為0.2～5.0質量％?？梢酝ㄟ^使0.2～5.0質量％的含有氨基的改性聚烯烴樹脂附著于碳纖維束的表面來制造該碳纖維束。本發(fā)明可以提供碳纖維束及其制造方法，所述碳纖維束可以表現(xiàn)與聚烯烴系樹脂、特別是聚丙烯樹脂的良好的界面粘接性，且對聚烯烴系樹脂的強化有用。
文檔編號B29B15/14GK102597360SQ201080039839
公開日2012年7月18日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權日2009年9月9日
發(fā)明者大西陸夫, 巖下亨, 杉浦直樹, 石居利之 申請人:三菱麗陽株式會社