JP2002226713A - 炭素繊維強化樹脂組成物、成形材料およびその成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、優れた導電性、成形性（成形時の
流動性、成形の容易さなど）を兼ね備えた炭素繊維強化
樹脂組成物、成形材料およびその成形品を提供せんとす
るものである。 【解決手段】 本発明の炭素繊維強化樹脂組成物は、少
なくとも次の構成要素［Ａ］、［Ｂ］および［Ｃ］から
なることを特徴とする。 構成要素［Ａ］：炭素繊維強化樹脂組成物１００重量％
に対して、０．０１〜０．７重量％の範囲内であって、
平均単繊維直径が１〜４５ｎｍの範囲内である気相成長
炭素繊維および／またはナノチューブ 構成要素［Ｂ］：炭素繊維強化樹脂組成物１００重量％
に対して、６〜４０重量％の範囲内であって、平均単繊
維直径が１〜２０μｍの範囲内である炭素繊維 構成要素［Ｃ］：樹脂 また、本発明の成形材料、成形品は、かかる炭素繊維強
化樹脂組成物を加工、成形して得られることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた導電性、成
形性（成形時の流動性、成形の容易さなど）を兼ね備え
ることができる炭素繊維強化樹脂組成物、成形材料およ
びその成形品に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、樹脂に導電性材料（例えば炭
素繊維など）を配合することによって、所望の導電性を
有する樹脂組成物の提案が行われている。これに対して
近年、更に高い導電性を得るために、一般的な導電性材
料の配合の増量、特定の導電性材料の配合、複数の導電
性材料の併用などの各種試みが行われてきた。

【０００３】前述の導電性材料の配合の増量による高導
電化においては、組成物の高粘度化、衝撃強度などの力
学的特性の大幅な低下、更には得られた成形品の外観品
位の低下といった問題点が生じる場合がほとんどであっ
た。

【０００４】前述の特定の導電性材料の配合としては、
気相成長炭素繊維やナノチューブなどを樹脂に配合する
技術が例として挙げられ、例えば特開平６−４９３６２
号公報、特開平７−１０２１１２号公報、特開２０００
−２４８１８６号公報などで提案されている。しかし、
これら特定の導電性材料は非常に高価であり、それら単
独で高い導電性を得るためには、ある程度の配合量が必
要なため、結果的に樹脂組成物の価格が高くなるといっ
た問題点があった。

【０００５】一方、前述の複数の導電性材料の併用によ
る高導電化としては、導電性繊維とカーボンブラックと
を併用する技術が例として挙げられ、例えば特開昭５９
−２１７３９５号公報、特公平３−４４５８３号公報、
特開平６−２４００４９号公報、特公平８−１９２５６
号公報、特開平９−８７４１７号公報などで提案されて
いる。しかし、これらの提案の何れも、一般的な樹脂に
おいては、ある程度の導電性の向上はみられるものの、
成形性（例えば成形時の流動性）、力学的特性の低下な
どの問題が生じるため、高い導電性と成形性とを同時に
満足させるものではなかった。

【０００６】更に、導電性材料の併用による高導電化と
しては、炭素繊維と特定の細径炭素繊維（気相成長炭素
繊維など）とを併用する技術も例として挙げられ、例え
ば特開平１０−１２１３３４号公報、特開２０００−４
４８１５号公報などで提案されている。しかし、本発明
者らが、炭素繊維と特定の細径炭素繊維とを、ある比率
で配合した樹脂組成物について検討した処、炭素繊維単
独の場合に比べて導電性が向上しない、場合によっては
導電性が低下することが判明した。つまり、高い導電性
を得るためには、両者の配合比率には厳密な規定が必要
であるが、これらの提案には、特定の配合比率による相
乗効果についての定量的な記載がない、またはそれらの
記載にある配合比率では優れた相乗効果が得られないこ
とが明らかになった。

【０００７】つまり、以上の提案によると、電磁波シー
ルド性を高く発現するレベルの高導電性を発現し、かつ
成形時の流動性や成形の容易さなどの成形性を満足でき
る炭素繊維強化樹脂組成物、成形材料、成形品を得るこ
とができないでいた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
技術の背景に鑑み、優れた導電性、成形性（成形時の流
動性、成形の容易さなど）を兼ね備えることができる炭
素繊維強化樹脂組成物、成形材料およびその成形品を提
供せんとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用するものであ
る。すなわち、本発明の炭素繊維強化樹脂組成物は、少
なくとも次の構成要素［Ａ］、［Ｂ］および［Ｃ］から
なることを特徴とする。

【００１０】構成要素［Ａ］：炭素繊維強化樹脂組成物
１００重量％に対して、０．０１〜０．７重量％の範囲
内であって、平均単繊維直径が１〜４５ｎｍの範囲内で
ある気相成長炭素繊維および／またはナノチューブ 構成要素［Ｂ］：炭素繊維強化樹脂組成物１００重量％
に対して、６〜４０重量％の範囲内であって、平均単繊
維直径が１〜２０μｍの範囲内である炭素繊維 構成要素［Ｃ］：樹脂 また、本発明の成形材料、成形品は、かかる炭素繊維強
化樹脂組成物を加工、成形して得られることを特徴とす
るものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、前記課題、即ち、優れ
た導電性、成形性を兼ね備えることができる炭素繊維強
化樹脂組成物について鋭意検討し、特定の構成要素を用
いて炭素繊維強化樹脂組成物をつくってみたところ、か
かる課題を一挙に解決することを究明したものである。
すなわち、本発明の炭素繊維強化樹脂組成物は、少なく
とも次の構成要素［Ａ］、［Ｂ］および［Ｃ］からな
る。

【００１２】構成要素［Ａ］：炭素繊維強化樹脂組成物
１００重量％に対して、０．０１〜０．７重量％の範囲
内であって、平均単繊維直径が１〜４５ｎｍの範囲内で
ある気相成長炭素繊維および／またはナノチューブ 構成要素［Ｂ］：炭素繊維強化樹脂組成物１００重量％
に対して、６〜４０重量％の範囲内であって、平均単繊
維直径が１〜２０μｍの範囲内である炭素繊維 構成要素［Ｃ］：樹脂 かかる構成要素［Ａ］とは、気相で結晶を成長させる製
造方法（気相成長法）により得られる一般的には不連続
な炭素繊維や黒鉛繊維、および／または、気相成長法、
アーク放電法、レーザー蒸発法などにより得られる単層
ナノチューブや多層ナノチューブを指し、これらは、針
状、コイル状、チューブ状の形態など任意の形態をとる
ことができる。また、これらを２種類以上ブレンドした
ものでもよい。かかる構成要素［Ａ］の製造方法は特に
制限はないが、例えば特公表平２−５０３３３４号公
報、特開平１１−２５６４３０号公報などに開示されて
いる方法などが挙げられる。

【００１３】これら構成要素［Ａ］は、平均単繊維直径
が１〜４５ｎｍの範囲内である。より好ましくは５〜３
５ｎｍ、更に好ましくは７〜３０ｎｍ、とりわけ９〜２
５ｎｍの範囲内であるのが好ましい。１ｎｍ未満では、
繊維として製造することが困難になる場合がある。一
方、４５ｎｍを超えると、特に所望の導電性を得ること
ができない場合がある。

【００１４】また、平均アスペクト比は１〜１００００
の範囲内、好ましくは２０〜５０００の範囲内である
と、その導電性付与効果が高いため好ましい。

【００１５】これら構成要素［Ａ］は、炭素繊維強化樹
脂組成物１００重量％に対して、０．０１〜０．７重量
％の範囲内である。より好ましくは０．０５〜０．６重
量％、更に好ましくは０．１〜０．４５重量％、とりわ
け０．１５〜０．３５重量％の範囲内であるのが好まし
い。０．０１重量％未満では、所望の導電性を得られな
い場合がある。一方、０．７重量％を超えると、成形時
の流動性に極端に劣り、本発明の効果である成形性が悪
くなるだけでなく、成形時に後述の構成要素［Ｂ］を切
断・折損する作用が著しく強く発現し、構成要素［Ａ］
を含まずに構成要素［Ｂ］単独で配合したものより導電
性に劣る場合がある。

【００１６】かかる構成要素［Ｂ］とは、例えば、ＰＡ
Ｎ系、ピッチ系からつくられた炭素繊維や黒鉛繊維、そ
れらをニッケル、イッテルビウム、金、銀、銅などの金
属を、メッキ法（電解、無電解）、ＣＶＤ法、ＰＶＤ
法、イオンプレーティング法、蒸着法などにより少なく
とも１層以上被覆して構成された金属被覆炭素繊維や、
これらを２種類以上ブレンドして構成されたものを指
す。２種類以上併用する場合には、炭素繊維とガラス繊
維やアラミド繊維などの炭素繊維以外の繊維とを併用す
ることもできる。かかる炭素繊維としては、強度と弾性
率などの力学的特性と価格とのバランスに優れるＰＡＮ
系炭素繊維が好ましい。

【００１７】本発明で用いる炭素繊維としては、広角Ｘ
線回折法により測定された結晶サイズ（以下、Ｌｃと記
す）が、１〜６ｎｍの範囲内であることが好ましい。１
ｎｍ未満である場合、炭素繊維の炭化または黒鉛化が十
分ではなく、炭素繊維自体の導電性が低くなる。これに
起因して、得られた成形品の導電性が劣る場合がある。
一方、６ｎｍを越える場合、炭素繊維の炭化もしくは黒
鉛化は十分であり、炭素繊維自体の導電性には優れるも
のの、脆く繊維折損しやすくなる。これに起因して、成
形品中の繊維長さが短くなり、優れた導電性が期待でき
ないため好ましくない。より好ましくは１．３〜４．５
ｎｍ、さらに好ましくは１．６〜３．５ｎｍの範囲内で
ある。とりわけ好ましくは１．８〜２．８ｎｍの範囲内
であるものがよい。なお、広角Ｘ線回折法によるＬｃの
測定は、日本学術振興会第１１７委員会、炭素、３６、
ｐ２５（１９６３）に記載された方法にて行った。

【００１８】これら構成要素［Ｂ］は、平均単繊維直径
が１〜２０μｍの範囲内である。より好ましくは４〜１
５μｍ、更に好ましくは５〜１１μｍ、とりわけ６〜８
μｍの範囲内であるのが好ましい。１μｍ未満では、所
望の力学的特性を得られない場合がある。一方、２０μ
ｍを超えると、特に所望の導電性を得ることができない
場合がある。

【００１９】これら構成要素［Ｂ］は、炭素繊維強化樹
脂組成物１００重量％に対して、６〜４０重量％の範囲
内である。より好ましくは８〜３７重量％、更に好まし
くは１２〜３５重量％、とりわけ１７〜３２重量％の範
囲内であるのが好ましい。６重量％未満では、所望の導
電性や力学的特性を得られない場合がある。一方、４０
重量％を超えると、成形時の流動性に劣ることにより、
成形性が悪くなるだけでなく、成形品の外観品位にも劣
る場合がある。

【００２０】かかる構成要素［Ｃ］とは、熱硬化性樹脂
および熱可塑性樹脂のどちらも使用することができる
が、熱可塑性樹脂である場合、得られた成形品の衝撃強
度に優れ、かつ成形効率の高いプレス成形や射出成形が
可能であるため好ましい。

【００２１】かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、不
飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、フェノ
ール（レゾール型）、ユリア・メラミン、ポリイミド等
や、これらの共重合体、変性体、および、２種類以上ブ
レンドした樹脂などを使用することができる。また、更
に耐衝撃性向上のために、上記熱硬化性樹脂にエラスト
マーもしくはゴム成分を添加した樹脂であってもよい。

【００２２】かかる熱可塑性樹脂としては、例えば、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）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥ
Ｎ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチ
レン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン
等のポリオレフィンや、スチレン系樹脂の他や、ポリオ
キシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカ
ーボネート（ＰＣ）、ポリメチレンメタクリレート（Ｐ
ＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレン
スルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰ
Ｅ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡ
Ｉ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン
（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（Ｐ
Ｋ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエ
ーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン
（ＰＥＫＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテ
ルニトリル（ＰＥＮ）、フェノール（ノボラック型な
ど）フェノキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなど
のフッ素系樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフィン
系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、
ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系等の熱
可塑エラストマー等や、これらの共重合体、変性体、お
よび２種類以上ブレンドした樹脂などであってもよい。
また、更に耐衝撃性向上のために、上記熱可塑性樹脂に
その他のエラストマーもしくはゴム成分を添加した樹脂
であってもよい。

【００２３】本発明における樹脂としては、スチレン系
樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル
樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニ
レンスルフィド樹脂、ポリオレフィン樹脂、液晶性樹脂
およびフェノール系樹脂の中から選ばれる少なくとも１
種の熱可塑性樹脂がより好ましい。より好ましくは、ス
チレン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂およ
びフェノール系樹脂の中から選ばれる少なくとも１種の
熱可塑性樹脂である。

【００２４】かかるスチレン系樹脂とは、スチレンおよ
び／またはその誘導体（総称して芳香族ビニル系単量体
と称する場合がある）から生成した単位を含有する。

【００２５】かかるスチレン系樹脂としては、スチレン
系（共）重合体、ゴム強化スチレン（共）重合体が挙げ
られる。スチレン系（共）重合体としては芳香族ビニル
系単量体の１種または２種以上を重合した重合体、芳香
族ビニル系単量体の１種または２種以上とそれと共重合
可能な単量体の１種または２種以上を共重合した共重合
体が挙げられる。また、ゴム強化スチレン（共）重合体
としては、スチレン単量体を含有する（共）重合体がゴ
ム質重合体にグラフトした構造をとるものと、スチレン
単量体を含有する（共）重合体がゴム質重合体に非グラ
フトした構造をとるものとが挙げられる。

【００２６】本発明において好ましいスチレン系樹脂と
しては、ＰＳ（ポリスチレン）等のスチレン系重合体、
ＨＩＰＳ（高衝撃ポリスチレン）等のゴム強化スチレン
系重合体、ＡＳ（アクリロニトリル／スチレン共重合
体）等のスチレン系共重合体、ＡＥＳ（アクリロニトリ
ル／エチレン・プロピレン・非共役ジエンゴム／スチレ
ン共重合体）、ＡＢＳ（アクリロニトリル／ブタジエン
／スチレン共重合体）、ＭＢＳ（メタクリル酸メチル／
ブタジエン／スチレン共重合体）、ＡＳＡ（アクリロニ
トリル／スチレン／アクリルゴム共重合体）などのゴム
強化（共）重合体等が挙げられ、なかでも特にＰＳ（ポ
リスチレン）等のスチレン系重合体、ＡＳ（アクリロニ
トリル／スチレン共重合体）等のスチレン系共重合体、
ＡＢＳ（アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重
合体）、ＡＳＡ（アクリロニトリル／スチレン／アクリ
ルゴム共重合体）が好ましい。

【００２７】かかるポリアミド樹脂としては、１５０℃
以上の融点を有する上に耐熱性や強度に優れたナイロン
樹脂であり、具体的な例としてはナイロン６、ナイロン
６６、ナイロン４６、ナイロン６１０、ナイロン６１
２、ナイロン９Ｔ、ナイロン６６／６、ナイロン６６／
６Ｔ、ナイロン６６／６Ｉ、ナイロン６／６Ｔ、ナイロ
ン６／６Ｔ、ナイロン１２／６Ｔ、ナイロン６Ｔ／６
Ｉ、ナイロン６６／６Ｔ／６Ｉ、ナイロン６６／６／６
Ｔ、ナイロン６６／６／６Ｉ、ナイロン６Ｔ／Ｍ５Ｔ、
ナイロンＸＤ６、ポリメタキシリレンアジパミド、およ
びこれらの共重合体ないし混合物などを好ましく使用す
ることができる。また、特性（特に耐衝撃性）改良の必
要性に応じて、例えば、無水マレイン酸変性オレフィン
系重合体、ＡＢＳ、ＡＳＡなどのオレフィン系共重合
体、ポリエステルポリエーテルエラストマー、ポリエス
テルポリエステルエラストマーなどのエラストマーから
選ばれる１種または２種以上の混合物を添加して、所望
の特性をさらに付与したものも使用することもできる。

【００２８】かかるポリエステル樹脂としては、実質的
に、ジカルボン酸とグリコールとの重縮合物、環状ラク
トンの開環重合物、ヒドロキシカルボン酸の重縮合物、
二塩基酸とグリコールとの重縮合物などが挙げられ、具
体的には、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリプロ
ピレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタ
レート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエ
チレンナフタレート樹脂、ポリブチレンナフタレート樹
脂、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート樹脂
およびポリエチレン−１，２−ビス（フェノキシ）エタ
ン−４、４'−ジカルボキシレート樹脂などのほか、ポ
リエチレン−１，２−ビス（フェノキシ）エタン−４、
４'−ジカルボキシレート樹脂などのほか、ポリエチレ
ンイソフタレート／テレフタレート樹脂、ポリブチレン
テレフタレート／イソフタレート樹脂、ポリブチレンテ
レフタレート／デカンジカルボキシレート樹脂およびポ
リシクロヘキサンジメチレンテレフタレート／イソフタ
レート樹脂などの共重合体や混合物を挙げることができ
る。

【００２９】ここで、高い難燃性または高い成形性を成
形品に付与する場合には、上述の樹脂等にフェノール系
樹脂を配合するのが好ましい。かかるフェノール系樹脂
とは、少なくともフェノール性水酸基を有する成分を単
独もしくは共重合されたものを指し、例えば各種フェノ
ール樹脂（フェノールノボラック、クレゾールノボラッ
ク、オクチルフェノール、フェニルフェノール、ナフト
ールノボラック、フェノールアラルキル、ナフトールア
ラルキル、フェノールレゾールなど）や変性フェノール
樹脂（アルキルベンゼン変性（特にキシレン変性）、カ
シュー変性、テルペン変性など）などが挙げられる。好
ましいフェノール系重合体としては、フェノールノボラ
ック樹脂、フェノールアラルキル樹脂などが挙げられ
る。

【００３０】本発明における炭素繊維樹脂組成物は、更
に高い導電性を効率よく且つ安価に得るために、さらに
構成要素［Ｄ］としてカーボン粉末を含有していてもよ
い。ここでカーボン粉末とは、例えばカーボンブラッ
ク、アモルファスカーボン粉末、天然黒鉛粉末、人造黒
鉛粉末、膨張黒鉛粉末、ピッチマイクロビーズなどが例
として挙げられるが、その中でも安価で効果の高いカー
ボンブラックが好ましい。かかるカーボンブラックとし
ては、例えば、ファーネスブラック、アセチレンブラッ
ク、サーマルブラック、チャンネルブラック等を使用す
ることができ、これらを２種類以上ブレンドしたカーボ
ンブラックでもよい。供給・価格、導電性付与効果など
総合的な面から、低価格で且つ導電性付与効果の高いで
あるファーネスブラックが好ましい。

【００３１】本発明における炭素繊維樹脂組成物は、高
い難燃性を得るために、さらに構成要素［Ｅ］として難
燃剤を含有していてもよい。ここで難燃剤とは、ハロゲ
ン化合物、アンチモン化合物の少なくとも１種、または
非ハロゲン系であるリン化合物、窒素化合物、シリコー
ン化合物、フッ素化合物、金属水酸化物の少なくとも１
種である。

【００３２】かかるリン化合物とは、リンを含有する有
機または無機化合物であれば特に制限はなく、例えばポ
リリン酸アンモニウム、ポリホスファゼン、ホスフェー
ト、ホスホネート、ホスフィネート、ホスフィンオキシ
ド、赤リンなどが挙げられ、これらを単独で用いても併
用してもよい。中でもポリリン酸アンモニウム、芳香族
ホスフェート、赤リンが好ましく、とりわけ、リン原子
の含有量が高いことにより少量の添加量で高い難燃性を
得られる赤リンが好ましい。

【００３３】本発明の炭素繊維強化樹脂組成物は、その
目的に応じて更に充填材（マイカ、タルク、カオリン、
セリサイト、ベントナイト、ゾノトライト、セピオライ
ト、スメクタイト、モンモリロナイト、ワラステナイ
ト、シリカ、炭酸カルシウム、ガラスビーズ、ガラスフ
レーク、ガラスマイクロバルーン、クレー、二硫化モリ
ブデン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、ポリ
リン酸カルシウム、グラファイト、硫酸バリウム、硫酸
マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸亜カルシウム、ホウ
酸アルミニウムウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、
高分子など）、導電性付与材（金属系、金属酸化物系な
ど）、難燃剤（ハロゲン系（臭素化樹脂など）、アンチ
モン系（三酸化アンチモン、五酸化アンチモンなど）、
リン系、有機酸金属塩系（有ホウ酸金属塩、カルボン酸
金属塩、芳香族スルホンイミド金属塩など）、無機系
（硼酸亜鉛、亜鉛、酸化亜鉛、ジルコニウム化合物な
ど）、窒素系（シアヌル酸、イソシアヌル酸、メラミ
ン、メラミンシアヌレート、メラミンホスフェート、窒
素化グアニジンなど）、フッ素系（ＰＴＦＥなど）、シ
リコーン系（ポリオルガノシロキサンなど）、金属水酸
化物系（水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムな
ど）など）、難燃助剤（酸化カドミウム、酸化亜鉛、酸
化第一銅、酸化第二銅、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化
コバルト、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化スズお
よび酸化チタンなど）、顔料、染料、滑剤、離型剤、相
溶化剤、分散剤、結晶核剤（マイカ、タルク、カオリン
など）、可塑剤（リン酸エステルなど）、熱安定剤、酸
化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、流動性改質剤、
発泡剤、抗菌剤、制振剤、防臭剤、摺動性改質剤、帯電
防止剤（ポリエーテルエステルアミドなど）等の任意の
添加剤を、単独でも、２種類以上ブレンドしたものでも
使用することができる。

【００３４】また、かかる充填材などは、膨潤化剤によ
り膨潤されていてもよいし、有機化剤により有機化され
ていてもよい。膨潤化剤、有機化剤としては、イオン交
換などにより充填材などを膨潤化または有機化し得るも
のなら特に制限はなく、具体的にはε−カプロラクタ
ム、１２−アミノドデカン酸、１２−アミノラウリン
酸、アルキルアンモニウム塩（ジメチルジアルキルアン
モニウムなど）などが挙げられる。特にポリアミド樹
脂、ポリプロピレン樹脂、ポリアセタール樹脂、スチレ
ン系樹脂、アクリル系樹脂などに膨潤化または有機化さ
れた充填材（好ましくはモンモリロナイト、マイカ、サ
ポナイト、ヘクトライト、セピオライト、クレー）が配
合されていると、充填材のナノオーダーでの分散が可能
となり、より少ない配合量で所望の特性が得られるため
好ましい。

【００３５】本発明の炭素繊維強化樹脂組成物または成
形材料は、例えば射出成形（射出圧縮成形、ガスアシス
ト射出成形、インサート成形など）、ブロー成形、回転
成形、押出成形、プレス成形、トランスファー成形（Ｒ
ＴＭ成形、ＲＩＭ成形、ＳＣＲＩＭＰ成形）、フィラメ
ントワインディング成形、オートクレーブ成形、ハンド
レイアップ成形などの成形方法によって成形されて成形
品を提供することができるが、最も望ましい成形法は、
生産性の高い射出成形により成形するのがよい。

【００３６】かかる成形に用いられる成形材料の形態と
しては、ペレット、スタンパブルシート、プリプレグ、
ＳＭＣ、ＢＭＣ等を使用することができるが、最も望ま
しい成形材料は、射出成形に用いられるペレットであ
る。前記ペレットは、一般的には、所望量の樹脂とフィ
ラーや繊維のチョップド糸または連続繊維とを押出機中
で混練し、押出、ペレタイズすることによって得られた
ものを指す。特に炭素繊維を用いた場合、前述のペレッ
トは、ペレットの長手方向の長さより、ペレット中の繊
維長さの方が短くなるが、本発明でいうペレットには、
長繊維ペレットも含まれる。

【００３７】かかる長繊維ペレットとは、特公昭６３−
３７６９４号公報に示されるような、繊維がペレットの
長手方向に、ほぼ平行に配列し、ペレット中の繊維長さ
が、ペレット長さと同一またはそれ以上であるものを指
す。この場合、樹脂は繊維束中に含浸されていても、繊
維束に被覆されていてもよい。特に樹脂が被覆された長
繊維ペレットの場合、繊維束には被覆されたものと同じ
か、あるいは被覆された樹脂よりも低粘度（または低分
子量）の樹脂が、予め含浸されていてもよい。

【００３８】本発明の成形材料からなる成形品が、優れ
た導電性、力学的特性を兼ね備えるためには、成形品中
の炭素繊維のアスペクト比を長くすることが有効である
が、そのためには、前述のペレットの中でも長繊維ペレ
ットを用いて成形するのが望ましい。

【００３９】本発明における成形品は、優れた導電性を
付与できるため、体積固有抵抗値が５０Ω・ｃｍ以下で
ある成形品として用いられるのが好ましい。成形品とし
ては、その体積固有抵抗値が５０Ω・ｃｍを越える場
合、電磁波シールド材等の用途には適応しにくく、用途
が限定される場合がある。本発明の成形材料より得られ
る成形品は、その体積固有抵抗値が、望ましくは３０Ω
・ｃｍ以下であるものがよい。好ましくは１０Ω・ｃｍ
以下、更に好ましくは１Ω・ｃｍ以下、とりわけ０．４
Ω・ｃｍ以下が好ましい。

【００４０】本発明における成形品は、優れた導電性だ
けではなく、難燃剤を配合した場合には高い難燃性（特
にドリップ防止性）を付与できるため、ＵＬ−９４規格
において、１．６ｍｍ（１／１６インチ）厚での難燃性
がＶ−０またはそれより良好なものが得られる成形品と
して用いられるのが好ましい。

【００４１】ここで、Ｖ−０の難燃性とは、ＵＬ−９４
規格（Underwriters LaboratoriesInc.で考案された米
国燃焼試験法）において、燃焼時間やその状態、延焼の
有無、滴下（ドリップ）の有無やその滴下物の燃焼性な
どにより規定されているＶ−０の条件を満たした難燃性
を指す。また、Ｖ−０よりも良好な難燃性とは、前記Ｖ
−０クラスにおける規定値よりも更に少ない燃焼時間を
示す難燃性や、試験片の厚みがより薄い場合においてＶ
−０の規定条件を満たす難燃性を指す。

【００４２】本発明における成形品の用途としては、優
れた導電性、力学的特性（特に剛性）が求められる電子
・電気機器用、ＯＡ機器用、精密機器用、自動車用の部
材、例えばハウジング、ケーシング、カバー、トレーな
どが好ましい例として挙げられ、特に優れた導電性（電
磁波シールド性）と高い剛性（軽量化）との要求が高い
携帯用の電子・電気機器のハウジングなどがとりわけ好
ましい例として挙げられる。より具体的には、大型ディ
スプレイ、ノート型パソコン、携帯用電話機、ＰＨＳ、
ＰＤＡ（電子手帳などの携帯情報端末）、ビデオカメ
ラ、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯用ラジ
オカセット再生機、インバーターなどのハウジング、ケ
ーシングなどである。

【００４３】また、優れた導電性を有しているため、炭
素繊維の少量添加で帯電／放電防止性を付与することが
でき、それらの特性が必要とされる部材、例えばＩＣト
レー、シリコンウェーハー運搬用バスケットなどへの適
応にも有用である。

【００４４】

【実施例】以下、実施例によって本発明を更に詳細に説
明する。

【００４５】本発明の構成要素を用いた炭素繊維強化樹
脂組成物または成形材料からなる成形品に関する評価項
目およびその方法を下記する。 （１）体積固有抵抗値 まず、幅１２．７ｍｍ×長さ６５ｍｍ×厚さ２ｍｍの試
験片を、長さ方向の辺の内で幅方向の辺の極近傍に位置
するファンゲートにて射出成形した。次いで、成形した
試験片の幅×厚さ面に導電性ペースト（藤倉化成（株）
製ドータイト）を塗布し、十分に導電性ペーストを乾燥
させてから、絶乾状態（水分率０．０５％以下）で測定
に供した。測定に際しては、幅×厚さ面を電極に圧着
し、電極間の電気抵抗値をデジタルマルチメーター（ア
ドバンテスト社製Ｒ６５８１）にて測定した。前記電気
抵抗値から測定機器、治具等の接触抵抗を減じた値に、
導電性ペースト塗布面の面積を乗じ、次いで、その値を
試験片長さで除したものを固有抵抗値とした（単位はΩ
・ｃｍ）。なお、本測定では１０サンプル測定し、それ
らの平均値を用いた。 （２）剛性 ＡＳＴＭ Ｄ ７９０（スパン間距離Ｌ／厚さＤ＝１
６）に基づいた曲げ弾性率にて評価した（単位はＧＰ
ａ）。用いた試験片の板厚は６．４ｍｍ（１／４イン
チ）厚で、水分率０．０５％以下で試験に供した。な
お、本測定では５サンプル測定し、それらの平均値を用
いた。 （３）Ｉｚｏｄ衝撃強度 ＡＳＴＭ Ｄ ２５６に基づいたモールドノッチ有りＩ
ｚｏｄ衝撃強度にて評価した（単位はＪ／ｍ）。用いた
試験片の板厚は３．２ｍｍ（１／８インチ）厚で、水分
率０．０５％以下で試験に供した。なお、本測定では１
０サンプル測定し、それらの平均値を用いた。 （４）難燃性 ＵＬ−９４規格に基づいた難燃性試験にて評価した。用
いた試験片の板厚は０．８ｍｍ（１／３２インチ）厚
で、試験片の長辺方向全長に渡るフィルムゲートにて射
出成形して試験片を得た。

【００４６】最後に、上記評価項目の導電性、力学的特
性、成形性のバランスを、○○：特に優れる、○：優れ
る、△：優れない、×：著しく劣る、の４段階にて総合
的に評価した。 実施例１、比較例１、２ 水分率０．０５％以下に十分乾燥した所望量の構成要素
［Ａ］、［Ｃ］を２軸押出機のメインホッパーから投入
し、十分溶融・混練された状態で押し出しながら、水分
率０．０５％以下に十分乾燥した所望量の６ｍｍ長にチ
ョップ化された構成要素［Ｂ］をサイドホッパーから投
入し、樹脂を炭素繊維中に含浸させる。このようにして
得られた不連続の炭素繊維を含有するガットを冷却後、
カッターで５ｍｍに切断して、ペレットを得た。

【００４７】各構成要素、その他の成分の種類およびそ
の配合率は表１に示した通りである。得られたペレット
を１００℃にて５時間以上真空中で乾燥させた後、バレ
ル温度３２０℃、金型温度８０℃にて射出成形して
（１）〜（３）項記載の各試験に供した。評価結果を表
１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】実施例２〜４、比較例３〜８ 水分率０．０５％以下に十分乾燥した所望量の構成要素
［Ａ］、［Ｃ］、必要に応じて構成要素［Ｄ］、
［Ｅ］、その他の成分とを２軸押出機にて十分溶融・混
練しながら押し出し、構成要素［Ａ］、［Ｄ］、
［Ｅ］、その他の成分などが、構成要素［Ｃ］中に均一
したマスターペレットを用意する。

【００５０】前記マスターペレットを１軸押出機にて、
その先端に取り付けたクロスヘッドダイ中に十分溶融・
混練された状態で押し出しながら、水分率０．０５％以
下に十分乾燥した連続繊維状の構成要素［Ｂ］束も連続
して前記クロスヘッドダイ中に供給し、構成要素
［Ａ］、［Ｃ］をはじめとする各構成要素を、構成要素
［Ｂ］束中に十分含浸させる。ここでクロスヘッドダイ
とは、そのダイ中で連続した繊維束を開繊させながら溶
融樹脂等をその中に含浸させる装置のことをいう。この
ようにして得られた連続繊維状の構成要素［Ｂ］束を含
有するストランドを冷却後、カッターで７ｍｍに切断し
て、長繊維ペレットを得た。

【００５１】各構成要素、その他の成分の種類およびそ
の配合率は表２に示した通りである。得られたペレット
を８０℃にて５時間以上真空中で乾燥させた後、シリン
ダ温度は２６０℃、金型温度は７０℃にて射出成形して
（１）〜（４）項記載の各試験の射出成形に供した。評
価結果を表２に示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】なお、表１、２における各成分の表記は下
記に基づいた。 構成要素［Ａ］ ＮＴ ：気相成長多層ナノチューブ［平均単繊維直径＝
約１５ｎｍ］ 構成要素［Ｂ］ ＣＦ１：ＰＡＮ系炭素繊維［平均単繊維直径＝７μｍ、
Ｌｃ＝１．７ｎｍ］ ＣＦ２：ＰＡＮ系炭素繊維［平均単繊維直径＝７μｍ、
Ｌｃ＝１．９ｎｍ］ 構成要素［Ｃ］ ＰＡ ：ポリアミド樹脂［ナイロン６６／６／６Ｉ共重
合体、融点２３０℃］ ＰＣ ：ポリカーボネート樹脂［日本ＧＥプラスチック
ス製レキサン１２１］ 構成要素［Ｄ］ ＣＢ ：カーボンブラック［三菱化学（株）製ファーネ
スブラック］ 構成要素［Ｅ］ ＲＰ ：赤リン［燐化学工業（株）製ノーバエクセル１
４０］ その他の成分 ＶＧ１：気相成長炭素繊維［平均単繊維直径＝約１５０
ｎｍ］ ＶＧ２：気相成長炭素繊維［平均単繊維直径＝約５０ｎ
ｍ］ 表１、２の結果から以下のことが明らかである。 １．構成要素［Ａ］の効果 本発明の構成要素［Ａ］を用いていない比較例１（比較
例２または８）に比べて、本発明の構成要素［Ａ］を極
少量だけ用いた実施例１（実施例２または３）は、体積
固有抵抗を低くすることができ、大幅に導電性に優れた
成形品を得ることができる。

【００５４】また、本発明の範囲外である平均単繊維直
径が約１５０ｎｍまたは約５０ｎｍの気相成長炭素繊維
を用いた比較例４または比較例５のいずれと比べても、
本発明の範囲内である平均単繊維直径が約１５ｎｍの気
相成長多層ナノチューブを用いた実施例２は、著しく導
電性に優れた成形品が得られる。

【００５５】更に、先の実施例２は、構成要素［Ｄ］を
単独で大量に用いた比較例６に比べても導電性および力
学特性に優れ、その優位性は明らかである。 ２．構成要素［Ａ］の添加量の効果 構成要素［Ａ］を本発明の範囲外である３重量％と多量
に用いた比較例２に比べて、構成要素［Ａ］を本発明の
範囲内である０．５重量％と極少量だけ用いた実施例１
は、導電性に優れた成形品を得ることができる。

【００５６】また、構成要素［Ａ］を本発明の範囲外で
ある２重量％と多量に用いた比較例７に比べて、構成要
素［Ａ］を本発明の範囲内である０．５重量％と極少量
だけ用いた実施例２は、導電性は同等であるが、力学的
特性に優れ、更に高価な構成要素［Ａ］の量を最小限に
抑えることができるため、材料コストの面からも比較例
７に対して優位性を有する。 ３．構成要素［Ａ］および［Ｄ］の併用の効果 構成要素［Ａ］および［Ｄ］を併用した実施例４は、構
成要素［Ａ］のみ、または構成要素［Ｄ］のみを単独で
用いた場合よりも、より高い導電性付与効果を発現して
おり、より高い導電性を得るためには、これらを併用す
ることは本発明のより好ましい形態といえる。 ４．長繊維ペレットの効果 通常のペレットを用いた実施例１に比べて、長繊維ペレ
ットを用いた実施例２は、体積固有抵抗をより低くする
ことができ、導電性に優れた成形品を得ることができ
る。これは、実施例１よりも実施例２の方が、成形品中
の炭素繊維の長さを長くできることによる。つまり、実
施例２の成形品中の重量的平均繊維長さは０．５１ｍｍ
であったのに対して、実施例１の場合には、得られた成
形品中の重量平均繊維長は０．３２ｍｍであったことに
よる。

【００５７】これらの比較から、導電性に及ぼす炭素繊
維の長さの重要性は明らかであり、本発明の炭素繊維強
化樹脂組成物としては、繊維長さをできるだけ長くした
ペレット、とりわけ長繊維ペレットの形態の成形材料を
とることがより好ましい。

【００５８】

【発明の効果】本発明の各構成要素によれば、優れた導
電性と成形性とを兼ね備える炭素繊維強化樹脂組成物を
提供することができ、かかる樹脂組成物、成形材料によ
れば、低比重で、且つ優れた導電性、力学的特性、外観
品位、難燃性を兼ね備える成形品が得られるので、特に
電気・電子機器用、ＯＡ機器用、精密機器用、自動車用
のハウジング、ケーシング、トレーなどの幅広い産業分
野に好適な成形品を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｋ 7/06 Ｃ０８Ｋ 7/06 Ｆターム(参考） 4F071 AA14 AA15 AA20 AA24 AA26 AA33 AA45 AA50 AA54 AA60 AA62 AA64 AB03 AB05 AD01 AD02 AE07 BA01 BB03 BB05 BC07 4J002 BB031 BB121 BC021 BD031 BD121 BE051 BG061 CB001 CC031 CC161 CC181 CF061 CF071 CF081 CF161 CF211 CG001 CH071 CH091 CJ001 CL001 CM041 CN011 CN031 DA016 DA017 DA038 DA059 FA047 FA066 FD018 FD130 GM00 GQ00

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも次の構成要素［Ａ］、［Ｂ］
   および［Ｃ］からなる炭素繊維強化樹脂組成物。 構成要素［Ａ］：炭素繊維強化樹脂組成物１００重量％
   に対して、０．０１〜０．７重量％の範囲内であって、
   平均単繊維直径が１〜４５ｎｍの範囲内である気相成長
   炭素繊維および／またはナノチューブ 構成要素［Ｂ］：炭素繊維強化樹脂組成物１００重量％
   に対して、６〜４０重量％の範囲内であって、平均単繊
   維直径が１〜２０μｍの範囲内である炭素繊維 構成要素［Ｃ］：樹脂
2. 【請求項２】 構成要素［Ｃ］が、少なくともスチレン
   系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテ
   ル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェ
   ニレンスルフィド樹脂、ポリオレフィン樹脂、液晶性樹
   脂およびフェノール系樹脂の中から選ばれる少なくとも
   １種である請求項１に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
3. 【請求項３】 炭素繊維強化樹脂組成物が、さらに構成
   要素［Ｄ］として、カーボン粉末を含有する請求項１ま
   たは２に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
4. 【請求項４】 カーボン粉末が、カーボンブラックであ
   る請求項３に記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
5. 【請求項５】 炭素繊維強化樹脂組成物が、さらに構成
   要素［Ｅ］として、難燃剤を含有する請求項１〜３のい
   ずれかに記載の炭素繊維強化樹脂組成物。
6. 【請求項６】 難燃剤が、赤リンである請求項５に記載
   の炭素繊維強化樹脂組成物。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊
   維強化樹脂組成物が、ペレットの形態を有する成形材
   料。
8. 【請求項８】 該ペレットが、長繊維ペレットである請
   求項７に記載の成形材料。
9. 【請求項９】 請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊
   維強化樹脂組成物または請求項７もしくは８に記載の成
   形材料のいずれかで構成されている成形品。
10. 【請求項１０】 炭素繊維強化樹脂組成物または成形材
    料が、射出成形されたものである請求項９に記載の成形
    品。
11. 【請求項１１】 成形品が、５０Ω・ｃｍ以下の体積固
    有抵抗値を有する請求項９または１０に記載の成形品。
12. 【請求項１２】 ＵＬ−９４規格における難燃性が、
    １．６ｍｍ（１／１６インチ）厚以下でＶ−０以上であ
    る請求項９〜１１のいずれかに記載の成形品。
13. 【請求項１３】 成形品が、電気・電子機器、ＯＡ機
    器、家電機器または自動車におけるハウジング、ケーシ
    ング、カバー、トレーもしくはそれらの部品のうちのい
    ずれかに用いられている請求項９〜１２のいずれかに記
    載の成形品。