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再生炭素繊維強化プラスチック成形体およびその製造方法 コモンズ

国内特許コード P150012161
整理番号 DP1590
掲載日 2015年7月29日
出願番号 特願2013-218332
公開番号 特開2015-081262
出願日 平成25年10月21日(2013.10.21)
公開日 平成27年4月27日(2015.4.27)
発明者
  • 藤井 透
  • 大窪 和也
  • 中村 裕康
  • 針江 俊策
出願人
  • 学校法人同志社
発明の名称 再生炭素繊維強化プラスチック成形体およびその製造方法 コモンズ
発明の概要 【課題】再生炭素繊維を用いた強度的に優れた再生炭素繊維強化プラスチック成形体、加えて再生炭素繊維の飛散を防止できて安全性の高い再生炭素繊維強化プラスチック成形体およびその製造方法を提供する。
【解決手段】再生炭素繊維塊1を、バインダー水溶液2で濡らし、再生炭素繊維表面に水溶性バインダー樹脂を付着させた状態で再生炭素繊維塊を解繊したのち処理再生炭素繊維12を得る。つぎに、母材樹脂ペレット4,5をメインフィーダ71を介して混練押出機7に供給するとともに、処理再生炭素繊維12を母材樹脂より高い融点の樹脂繊維からなる不織布テープ3とともにサイドフィーダ72を介して混練押出機7に供給し、混練押出して得た造粒体Pを射出成形するようにした。
【選択図】 図2
従来技術、競合技術の概要


炭素繊維強化プラスチック(以下、「CFRP」と記す)は、炭素繊維(CF)が母材樹脂中に分散されていて、軽量である上、比強度や比剛性が高いため、身近なところでは、ゴルフシャフトやテニスラケット、釣竿などに幅広く利用されている。また、最近では大型航空機の翼や胴体など主要構造部材にも使用されている。
しかも、今後もCFRPの市場規模は拡大すると予測されている(非特許文献1)。



一方、この市場規模の拡大に伴い、廃棄されるCFRP(以下、「廃CFRP」と記す)の量も増大すると考えられる。
因みに、航空機の場合、安全性が非常に重要であるため、特に品質が第一に考えられ、CFRPの歩留まりは50%と言われる。すなわち、トリミングのため、廃棄される部位も少なくない。また、型に合せて切断された、あるいは期限切れの硬化状態のプリプレグも廃棄される。



上記廃CFRPは、炭素繊維が通常の状態では不燃であるため、その最終廃棄処理は極めて面倒である。したがって、従来は破砕され、埋め立て処分されていた。
しかし、炭素繊維はその製造時に多くのエネルギーを消費するだけに、上記のように処分するのは、非常に無駄が多く、再利用が望まれている。



そこで、廃CFRPのリサイクル手法として、廃CFRPを焼却処理や過熱水蒸気を用いて処理することによって母材樹脂を分解させて不燃である炭素繊維を再生炭素繊維を抽出する方法がいろいろ提案されている(特許文献1~特許文献4、非特許文献2~非特許文献4参照)。

産業上の利用分野


本発明は、再生炭素繊維強化プラスチック成形体およびその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
再生炭素繊維の表面の少なくとも一部に沿って天然糊または化学糊を構成する水溶性バインダー樹脂の層が存在する状態で再生炭素繊維が母材樹脂中に分散されている再生炭素繊維強化プラスチック成形体であって、前記母材樹脂中に、再生炭素繊維に加えて母材樹脂より融点が高い樹脂からなる樹脂繊維が分散されていることを特徴とする再生炭素繊維強化プラスチック成形体。

【請求項2】
水溶性バインダー樹脂がポリビニルアルコールまたは古古米由来のデンプンである請求項1に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体。

【請求項3】
母材樹脂がポリオレフィン樹脂または不飽和ポリエステル樹脂である請求項1または請求項2に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体。

【請求項4】
ポリオレフィン樹脂が、ホモポリマー、ランダムコポリマーおよびブロックコポリマーの少なくともいずれかのポリプロピレン樹脂を主成分として含む請求項3に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体。

【請求項5】
ポリオレフィン樹脂が、マレイン酸変性ポリプロピレンを含む請求項4に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体。

【請求項6】
母材樹脂より融点の高い樹脂繊維がポリエチレンテレフタレート繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維からなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項1~請求項4のいずれかに記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体。

【請求項7】
請求項1に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法であって、
廃炭素繊維強化プラスチックを加熱処理することによって得られる再生炭素繊維塊を、水溶性バインダー樹脂の水溶液で濡らし、再生炭素繊維表面に水溶性バインダー樹脂を付着させた状態で再生炭素繊維塊を解繊したのち、乾燥させて水溶性バインダー樹脂が付着した処理再生炭素繊維を得る、あるいは、廃炭素繊維強化プラスチックを加熱処理することによって得られる再生炭素繊維塊を、解繊機で解繊する工程中に水溶性バインダー樹脂の水溶液で再生炭素繊維を濡らしたのち、解繊後乾燥させて水溶性バインダー樹脂が付着した処理再生炭素繊維を得る処理再生炭素繊維製造工程と、
母材樹脂より融点が高い樹脂繊維からなる帯状をした不織布または織布を混練押出機のフィーダーから混練押出機に供給するとともに、混練押出機の同一フィーダーから前記処理再生炭素繊維を混練押出機内に供給し、混練押出機内で母材樹脂ともに混練したのち、混練押出機から押し出す工程を備えることを特徴とする再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。

【請求項8】
請求項1に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法であって、
廃炭素繊維強化プラスチックを加熱処理することによって得られる再生炭素繊維塊を、水溶性バインダー樹脂の水溶液で濡らし、再生炭素繊維表面に水溶性バインダー樹脂を付着させた状態で再生炭素繊維塊を解繊したのち、乾燥させて水溶性バインダー樹脂が付着した処理再生炭素繊維を得る、あるいは、廃炭素繊維強化プラスチックを加熱処理することによって得られる再生炭素繊維塊を、解繊機で解繊する工程中に水溶性バインダー樹脂の水溶液で再生炭素繊維を濡らしたのち、解繊後乾燥させて水溶性バインダー樹脂が付着した処理再生炭素繊維を得る処理再生炭素繊維製造工程と、
この工程で得られた処理再生炭素繊維を母材樹脂より融点が高い樹脂繊維からなる不織布に包んだ状態で混練押出機のフィーダーから投入し、混練押出機内で母材樹脂ともに混練したのち、混練押出機から押し出す工程を備えることを特徴とする再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。

【請求項9】
混練押出機から押し出されて混練押出物を造粒し、この造粒物を射出成形機に投入して射出成形する請求項7または請求項8に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。

【請求項10】
母材樹脂ペレットを混練押出機のメインフィーダーから混練押出機内に投入し、処理再生炭素繊維と、不織布テープまたは織布テープをサイドフィーダーから混練押出機内に投入する請求項7~請求項9のいずれかに記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。

【請求項11】
水溶性バインダー樹脂がポリビニルアルコールまたは古古米由来のデンプンで請求項7~請求項10のいずれかに記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。

【請求項12】
母材樹脂がポリオレフィン樹脂または不飽和ポリエステル樹脂である請求項7~請求項11のいずれかに記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。

【請求項13】
ポリオレフィン樹脂が、ホモポリマー、ランダムコポリマーおよびブロックコポリマーの少なくともいずれかのポリプロピレン樹脂を主成分として含む請求項12に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。

【請求項14】
ポリオレフィン樹脂が、マレイン酸変性ポリプロピレンを含む請求項13に記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。

【請求項15】
母材樹脂より融点の高い樹脂繊維がポリエチレンテレフタレート繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維からなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項7~請求項14のいずれかに記載の再生炭素繊維強化プラスチック成形体の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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