特許 7101611 炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物、これを用いた発泡成形品およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-07

(45)【発行日】2022-07-15

(54)【発明の名称】炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物、これを用いた発泡成形品およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 9/04 20060101AFI20220708BHJP

   B29C 44/00 20060101ALI20220708BHJP

   C08J 5/04 20060101ALI20220708BHJP

   C08L 67/00 20060101ALI20220708BHJP

   B29K 67/00 20060101ALN20220708BHJP

   B29K 105/12 20060101ALN20220708BHJP

【ＦＩ】

C08J9/04 103

B29C44/00 E

C08J5/04 CFD

C08L67/00

B29K67:00

B29K105:12

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018243232

(22)【出願日】2018-12-26

(65)【公開番号】P2020105271

(43)【公開日】2020-07-09

【審査請求日】2021-08-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000001096

【氏名又は名称】倉敷紡績株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000040

【氏名又は名称】特許業務法人池内アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】一瀬 勝哉

(72)【発明者】

【氏名】横田 克彦

【審査官】芦原 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１９９７３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３６１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００１－５０２１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６７２９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０８Ｊ ９／００－９／４２

Ｂ２９Ｂ １１／１６；１５／０８－１５／１４

Ｃ０８Ｊ ５／０４－５／１０，５／２４

Ｃ０８Ｋ

Ｃ０８Ｌ

Ｂ２９Ｃ ４４／００－４４／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリエステル樹脂、炭素繊維および発泡剤を含む炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物であって、
前記組成物は、吸湿剤をさらに含むことを特徴とする炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物。

【請求項2】

前記吸湿剤は、酸化カルシウムおよびカルボジイミド化合物から選ばれる少なくとも一つである請求項１に記載の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物。

【請求項3】

前記吸湿剤の添加割合は、ポリエステル樹脂と炭素繊維の合計１００質量部に対して０．１～１０質量部である請求項１又は２に記載の炭素繊維強含有樹脂押出発泡成形用組成物。

【請求項4】

前記炭素繊維は、長繊維炭素繊維をカットした、長さが２～２０ｍｍのチョップである請求項１～３のいずれかに記載の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物。

【請求項5】

前記ポリエステル樹脂は、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、これらのポリマーを主成分とする共重合体、およびこれらの混合物から選ばれる少なくとも一つの樹脂である請求項１～４のいずれかに記載の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物。

【請求項6】

請求項１～５のいずれかに記載の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物を使用した発泡成形品であって、
ポリエステル樹脂、炭素繊維および吸湿剤を含み、発泡倍率が１．１～５倍であることを特徴とする炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品。

【請求項7】

請求項６に記載の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品の製造方法であって、
ポリエステル樹脂、炭素繊維、発泡剤および吸湿剤を混合する混合工程と、
得られた混合物を溶融混練し、金型から押し出して発泡させる発泡工程と、
前記金型から押し出された中間品を冷却する冷却工程と、
前記冷却した中間品を所定の長さにカットするカット工程を含むことを特徴とする炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物、これを用いた発泡成形品およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ポリエステル樹脂と炭素繊維と発泡剤を含む炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物を使用した発泡成形品は、従来から建築材料、化粧板、ベンチ、柵、土木材料、船舶材料、電子・電機材料等様々な用途に使われている。特許文献１には、ポリエステルの末端官能基をエポキシ樹脂系結合剤と有機酸金属系触媒を使用して、反応押出法で改質しながら炭素繊維と混練りし、ペレット化し、発泡成形体を製造することが提案されている。特許文献２には、ポリエステル樹脂と炭素繊維と発泡剤を混合して射出発泡成形することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１９９７３０号公報

【文献】特開２０１８－０７０８５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、前記従来の技術を用い、押出発泡成形を試みた場合、押出発泡成形物がその状態を維持できず、引き取り途中で切れてしまい、押出成形が極めて困難であるという問題があった。

【0005】

本発明は、上記問題を解決し、押出発泡成形特に発泡倍率が１．１～５倍程度の低発泡押出成形が可能な炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物、これを用いた発泡成形品およびその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物は、ポリエステル樹脂、炭素繊維および発泡剤を含む炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物であって、前記組成物は、吸湿剤をさらに含むことを特徴とする。

【0007】

本発明の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品は、前記の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形用組成物を使用した発泡成形品であって、ポリエステル樹脂、炭素繊維および吸湿剤を含み、発泡倍率が１．１～５倍であることを特徴とする。

【0008】

本発明の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品の製造方法は、前記の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品の製造方法であって、
ポリエステル樹脂、炭素繊維、発泡剤および吸湿剤を混合する混合工程と、
得られた混合物を溶融混練し、金型から押し出して発泡させる発泡工程と、
前記金型から押し出された中間品を冷却する冷却工程と、
前記冷却した中間品を所定の長さにカットするカット工程を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の組成物は、ポリエステル樹脂、炭素繊維、発泡剤および吸湿剤を含むことにより、炭素繊維に水分が吸着していてもポリエステル樹脂の溶融混練時の分解を抑制し、連続押し出しが可能な炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品およびその製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は本発明の一実施形態の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形装置の模式的側面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

ポリエステル樹脂と炭素繊維と発泡剤等を含む混合物を溶融混練し、押出発泡成形品を試作したところ、押出発泡成形品がその状態を維持できず、引き取り途中で切れてしまう問題が生じる。本発明者らは、炭素繊維は水分を吸着しやすく、ポリエステル自体も水分を含んでおり（公定水分率０．４質量％）、水分があるとポリエステル樹脂は溶融混練時に分解が進み、分子量低下し劣化してしまうことが原因と推定し、炭素繊維とポリエステルペレットを１４０℃、５時間の熱風乾燥処理し、溶融混練し、押出発泡成形したところ、引取り可能であることを見出した。しかし、熱風乾燥処理は時間、設備、熱エネルギー、労力等がかかり、生産性が極めて低下する。そこで、吸湿剤の添加により、生産性を維持しながら前記各種の問題を解決することを着想した。

【0012】

（１）吸湿剤について
本発明において、吸湿剤は、酸化カルシウムおよびカルボジイミド化合物から選ばれる少なくとも一つであるのが好ましい。とくに酸化カルシウムはコストが安く、取り扱い性もよく、安全であることから好ましい。酸化カルシウムは篩分け法による平均粒子径が０．１～５０μｍの粉体粒子が混合性もよいことから好ましい。より好ましい平均粒子径は０．５～２０μｍである。カルボジイミド化合物は、一例としてジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、１－エチル－３－（３－ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩、Ｎ－［３－（ジメチルアミノ）プロピル］－Ｎ’－エチルカルボジイミド等がある。
吸湿剤の添加割合は、ポリエステル樹脂と炭素繊維の合計１００質量部に対して０．１～１０質量部が好ましく、より好ましくは１～１０質量部であり、さらに好ましくは２～９質量部である。
吸湿剤を含むことにより、炭素繊維に水分が吸着していてもポリエステル樹脂の溶融混練時の分解を抑制し、連続押し出しが可能な炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品およびその製造方法を提供できる。

【0013】

（２）ポリエステル樹脂について
本発明においては、マトリックス成分としてポリエステル樹脂を使用する。ポリエステル樹脂は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、これらのポリマーを主成分とする共重合体、およびこれらの混合物から選ばれる少なくとも一つの樹脂が好ましい。この中でもポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は強度、弾性率などの物理特性が高いことから好ましい。

【0014】

（３）炭素繊維について
本発明においては、強化繊維として炭素繊維を使用する。炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を焼成したＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等、いかなる炭素繊維でも使用できる。好ましくは、ＰＡＮ系の長繊維炭素繊維をカットした、長さが２～２０ｍｍのチョップである。この炭素繊維は強度も高く、取り扱い性も良好である。炭素繊維の添加割合は、ポリエステル樹脂と炭素繊維の合計１００質量部に対して、５～５０質量部が好ましく、より好ましくは１０～４０質量部であり、さらに好ましくは１５～３５質量部である。

【0015】

（４）発泡剤について
発泡剤としては、化学発泡剤、揮発性発泡剤、ガス発泡剤などを使用できる。化学発泡剤としては、５－フェニルテトラゾール（分解温度２３０～２８０℃、ガス発生量１８０ｍｇ／ｇ）、アゾジカルボンアミド（分解温度２００～２２０℃、ガス発生量２４０ｍｇ／ｇ）等を使用できる。発泡剤の添加割合は、ポリエステル樹脂と炭素繊維の合計１００質量部に対して０．０１～１０質量部が好ましく、より好ましくは０．０５～５質量部であり、さらに好ましくは０．１～１質量部である。

【0016】

（５）押出発泡成形品の発泡倍率について
押出発泡成形品の発泡倍率は１．１～５倍が好ましい。この程度の発泡体は低発泡押出成形品と言われている。より好ましい発泡倍率は１．１～４．０倍であり、さらに好ましい発泡倍率は１．１～３．０倍である。

【0017】

（６）その他の添加物
その他の添加物として、増粘剤、展着剤、紫外線安定剤（耐光剤）、着色剤等を加えてもよい。増粘剤としては重量平均分子量が１，０００～３００，０００、分子内に２～１００個のエポキシ基を含有する高分子型多官能エポキシ化合物等がある。展着剤としてはパラフィンオイル、流動パラフィン、トリメチルシラン等がある。紫外線安定剤（耐光剤）としては様々な市販品がある。着色剤は様々な色調の顔料がある。その他の添加物の添加割合は合計量で、ポリエステル樹脂と炭素繊維の合計１００質量部に対して、０．０１～２質量部が好ましく、より好ましくは０．０５～１．５質量部であり、さらに好ましくは０．１～１質量部である。

【0018】

本発明の製造方法は次のとおりである。
（ａ）ポリエステル樹脂、炭素繊維、発泡剤および吸湿剤を混合する混合工程
（ｂ）得られた混合物を溶融混練し、金型から押し出して発泡させる発泡工程
（ｃ）前記金型から押し出された中間品を冷却する冷却工程
（ｄ）前記冷却した中間品を所定の長さにカットするカット工程
なお、混合工程（ａ）は、上記成分を同時別々にホッパーに投入することに限定されるものではなく、あらかじめ、ポリエステル樹脂および炭素繊維を予め溶融混練し、冷却してペレットを作製し、当該ペレットと発泡剤および吸湿剤をホッパーに投入し混合する方法やポリエステル樹脂、炭素繊維および吸湿剤を予め溶融混練し、冷却してペレットを作製し、当該ペレットと発泡剤をホッパーに投入し混合する方法も含まれる。配合割合の調整が容易で吸湿剤の劣化を防止する点を鑑みた場合、あらかじめ、ポリエステル樹脂および炭素繊維を予め溶融混練し、冷却してペレットを作製し、当該ペレットと発泡剤および吸湿剤をホッパーに投入し混合する方法が好ましい。

【0019】

次に図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施形態の炭素繊維含有樹脂押出発泡成形装置の模式的側面説明図である。この押出発泡成形装置１は、原料混合物を供給するホッパー２と、原料混合物を溶融し混練する押出機３と、押出機３内で圧縮状態にされた溶融混練物を所定の形状に成形する金型４と、所定の形状に成形された溶融混練物を圧縮状態から解放して発泡させつつ表面スキン層と発泡コアを形成させる冷却サイザー５と、二次発泡を防ぎさらに冷却する冷却機６と、所定の速度で引き取る引き取り機７と、所定の寸法にカットする切断機８で基本的に構成される。ガス発泡剤により発泡させる場合は、押出機３のいずれかの部分に圧縮ガスボンベからガス供給ラインを接続する。

【実施例】

【0020】

以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

【0021】

（実施例１）
＜ポリエステル樹脂＞
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、固有粘度０．６６（繊維用）のペレットを使用した。
＜炭素繊維＞
炭素繊維はゾルテック製の繊維長６ｍｍのチョップを使用した。
＜ポリエステル樹脂および炭素繊維を予め溶融混練し、冷却してペレットを作製する工程＞
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）と炭素繊維を混合して溶融混練し、押出機を使用して、温度２７０℃、金型温度３５℃、冷却時間１５－２０秒の条件でストランドに成形し、カットして直径約５ｍｍ、長さ約５ｍｍのペレットにした。ＰＥＴと炭素繊維チョップとの配合割合は、ＰＥＴ７０質量部（７０ｋｇ）、炭素繊維チョップ３０質量部（３０ｋｇ）とした。
＜前記ペレット、発泡剤、吸湿剤および添加剤を混合する混合工程＞
前記ペレット１００質量部（１００ｋｇ）に対して発泡剤として５－フェニルテトラゾールを０．１５質量部（０．１５ｋｇ）、吸湿剤として酸化カルシウムを５質量部（５ｋｇ）、展着剤として流動パラフィン０．１質量部（０．１ｋｇ）をそれぞれ計量し、混合した。
＜前記混合物を溶融混練し、金型から押し出して発泡させる発泡工程＞
前記混合物を図１に示す押出発泡成形装置を使用して溶融混練し、金型から押し出した。押出機の温度は２７０℃とした。
＜前記金型から押し出された中間品を冷却する冷却工程＞
前記金型から押し出された中間品を図１に示すように冷却サイザーと冷却機で室温（２５℃）まで冷却し、引き取り機で引き取った。
＜前記冷却した中間品を所定の長さにカットするカット工程＞
引き取った連続する押出発泡成形品を一例として２ｍごとにカットした。得られた押出発泡成形品の断面形状はタテ２０ｍｍ、ヨコ５０ｍｍの矩形（但し角はない）であった。
条件と結果は表１にまとめて示す。
さらに、実施例１の押出発泡成形品の圧縮弾性率、強さ、荷重たわみ温度及び線膨張係数を下記に示す測定法により測定したところ、幅方向における圧縮弾性率が１．４ＧＰａ、幅方向における強さが４９．８ＭＰａ、厚さ方向における圧縮弾性率が１．３ＧＰａ、厚さ方向における強さが４９．５ＭＰａ、荷重たわみ温度が１９４℃、線膨張係数が１．９（１／℃（×１０^-5））であった。
圧縮弾性率、強さ：ＪＩＳ Ｋ７２２０
荷重たわみ温度：ＪＩＳ Ｋ７１９１
線膨張係数：２５℃と５５℃での寸法変化量にて測定。

【0022】

（実施例２）
ＰＥＴと炭素繊維チョップとの配合割合をＰＥＴ８０質量部（８０ｋｇ）、炭素繊維チョップ２０質量部（２０ｋｇ）とした以外は実施例１と同様とした。条件と結果は表１にまとめて示す。

【0023】

（比較例１）
吸湿剤としての酸化カルシウムを加えない以外は実施例１と同様とした。条件と結果は表１にまとめて示す。
さらに、比較例１の押出発泡成形品の圧縮弾性率、強さ、荷重たわみ温度及び線膨張係数を実施例１と同じ測定法により測定したところ、幅方向における圧縮弾性率が１．１ＧＰａ、幅方向における強さが４１．９ＭＰａ、厚さ方向における圧縮弾性率が０．８ＧＰａ、厚さ方向における強さが６９．８ＭＰａ、荷重たわみ温度が１５６℃、線膨張係数が２．１９（１／℃（×１０^-5））であった。

【0024】

（参考例１）
吸湿剤としての酸化カルシウムを加えず、代わりにポリエステル樹脂と炭素繊維とを予め溶融混練し冷却したペレットを、１４０℃、５時間熱風乾燥した以外は実施例１と同様とした。条件と結果は表１にまとめて示す。

【0025】

【表1】

【0026】

表１中の測定法は次のとおりである。
比重：ＪＩＳ Ｋ７２２２
曲げ弾性率、強さ：ＪＩＳ Ｋ７２２１－２
ビス引き抜き強度：直径４ｍｍ、長さ５０ｍｍのビスを貫通後、引き抜く際の強度を測定する。
シャルピー衝撃強度：ＪＩＳ Ｋ７０７７（ＮＢは非破壊を示す）
ビカット軟化点(℃)：ＪＩＳ Ｋ７２０６

【0027】

以上の実施例に示すとおり、本発明は、ポリエステル樹脂、炭素繊維、発泡剤および吸湿剤を含むことにより、ポリエステル樹脂の溶融混練時の加水分解を抑制し、連続押し出しが可能であり、得られた炭素繊維含有樹脂押出発泡成形品の物性も良好であった。

【産業上の利用可能性】

【0028】

本発明の押出発泡成形品は、建築材料、化粧板、ベンチ、柵、土木材料、船舶材料、電子・電機材料等に有用である。

【符号の説明】

【0029】

１ 押出発泡成形装置
２ ホッパー
３ 押出機
４ 金型
５ 冷却サイザー
６ 冷却機
７ 引き取り機
８ 切断機

【図1】