JP2002242028A

JP2002242028A - 炭素短繊維および樹脂組成物

Info

Publication number: JP2002242028A
Application number: JP2001036871A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Takebe; 佳樹武部; Atsuki Tsuchiya; 敦岐土谷; Masanobu Kobayashi; 正信小林
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、集束性に優れ、かつ、成形物に優れ
た電気的特性を発現させる炭素短繊維および樹脂組成物
を提供せんとするものである。【解決手段】本発明の炭素短繊維は、本文に定義される
嵩抵抗値が０.１〜５Ωであることを特徴とするもので
あり、また、本発明の樹脂組成物は、かかる炭素短繊維
と熱可塑性樹脂の少なくとも２つの構成要素からなるこ
とを特徴とするものである。本発明の炭素短繊維を使用
することにより優れた電気的特性を有する繊維強化樹脂
組成物を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集束性に優れ、か
つ、成形物に優れた電気的特性を発現させる炭素短繊維
および樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素繊維を各種マトリックス中に
混合、分散させてなる繊維強化材料は、炭素繊維の優れ
た特性、例えば高強度、高剛性、低比重、高電気伝導
性、低熱膨張率、高耐磨耗性などを有していることか
ら、幅広い用途が期待され、工業的に重要な材料として
注目されている。

【０００３】また、該炭素短繊維を用いた成形物は上記
のような優れた各種特性から電気・電子機器、ＯＡ機
器、家電機器、自動車用途の各種部品またはハウジング
等の一般産業分野に広く用いられている。

【０００４】一般に、炭素短繊維を各種マトリックスに
混合、分散させて繊維強化複合材料を得る場合、該炭素
短繊維の取り扱い性を容易にして、混合、分散の工程に
おける作業性を高めるために、あらかじめ炭素短繊維を
集束したチップ状集合体が用いられている。

【０００５】しかし、特にマトリックスとしてプラスチ
ックを用い、且つ主に経済的な面から機械的強化用とし
てガラス繊維を用いた場合には、プラスチックとガラス
繊維は共に電気的不導体であるので、得られた繊維強化
材料も又、電気的不導体となる。繊維強化複合材料はそ
の用いられる用途によっては電気的特性を要求される分
野が多々あり、優れた電気的特性を有する繊維強化材料
の出現が要望されている。

【０００６】そこで、特開昭６１−２３６２９号公報に
開示されているように、繊維強化複合材料の機械的強化
用として用いられる素材に炭素繊維を用い、他の性能の
向上と共に炭素繊維の有する電気的特性を利用する試み
が行われている。しかしながら、他の性能向上との関連
で単に炭素繊維を導電性物質として混入する程度では電
気的特性の大幅な改善は得られず、炭素繊維を大量に混
入する必要が出てくる。そこで炭素繊維を大量に練り込
んで用いると、溶融時にマトリックス樹脂と炭素繊維の
混合物の粘度を高くしたり、コストの上昇などの問題点
があり、その使用には制限があった。

【０００７】

【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、集束性に優れ、かつ、成形物に優れ
た電気的特性を発現させる炭素短繊維および樹脂組成物
を提供せんとするものである。

【０００８】

【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、本発明の炭素短繊維は、本文に定義され
る嵩抵抗値が０.１〜５Ωであることを特徴とするもの
であり、また、本発明の樹脂組成物は、かかる炭素短繊
維と熱可塑性樹脂の少なくとも２つの構成要素を含むこ
とを特徴とするものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、前記課題、つまり電気
的特性に優れた成形物を与える樹脂組成物について、鋭
意検討し、以下に定義する嵩抵抗値が０．１〜５Ω、好
ましくは３〜４Ωである特定な炭素短繊維を用いて樹脂
組成物つくり、これを成形することで、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。

【００１０】本発明でいう嵩抵抗値とは、円筒状容器に
一定重量の炭素短繊維を投入した状態で測定した抵抗値
のことである。

【００１１】本発明において、炭素短繊維を作製する際
に、電気的特性の良好な炭素繊維と電気的特性の良好な
サイジング剤を組み合わせることが電気的特性向上に有
効であろうことは容易に想像することができる。しか
し、実際には、炭素繊維とサイジング剤との混合物であ
る炭素短繊維、またはそれを用いた樹脂組成物、並びに
それを成形してなる成形物において、その電気的特性向
上に関する因子は全て解明されておらず、単に電気的特
性の良好な炭素繊維や電気的特性の良好なサイジング剤
とを混合するだけでは、所望の炭素短繊維および樹脂組
成物並びにそれを成形してなる成形物を得ることは困難
である。

【００１２】本発明の嵩抵抗が一定の範囲の炭素短繊維
を使用することで優れた電気的特性を得ることができ、
更に、それら炭素短繊維を用いた樹脂組成物、並びにそ
れを成形してなる成形物に優れた電気的特性を与えるこ
とができる。

【００１３】この嵩抵抗には、炭素繊維同士の接触抵
抗、炭素繊維とサイジング剤の密着性、炭素繊維自身の
電気的特性、熱可塑性樹脂との混錬の際の容易さ等の因
子が含まれると推測される。

【００１４】かかる嵩抵抗測定について、以下、さらに
具体的に説明する。

【００１５】嵩抵抗値は、前記円筒状容器に、炭素短繊
維を約３０ｇ投入し、上部から径４７ｍｍの銅板を垂直
に下ろし、２つの銅板で挟み込まれた炭素短繊維に、５
ｋｇの荷重を加えた状態で、２つの銅板電極間の抵抗値
を測定する。なお、炭素短繊維の繊維長としては、１〜
２６ｍｍであるものを使用する。また、試験は、雰囲気
温度２３℃、相対湿度５０％の環境下で行い、デジタル
マルチメーター（アドバンテスト社製Ｒ６５８１）を用
いた。前記円筒状容器は、図１に示すような形状を有
し、その底部および上部は、それぞれ銅板電極により構
成されている。前記銅板電極は、底部が５５ｍｍ、上部
が４７ｍｍの径を有している。また、銅板電極間抵抗値
は嵩抵抗の測定結果をより正確なものにするため、０．
００１Ω以下であるものが好ましい。

【００１６】本発明における炭素短繊維のサイジング剤
としては、集束性、工程面においても、熱可塑性ポリマ
ーが好適に使用される。具体的には、ポリエステルある
いはポリアミドなどが好適である。熱可塑性樹脂マトリ
ックスとの溶融混練時に、炭素短繊維の分散性を向上
し、組成物の電気的特性を向上させるよう働く。また、
ポリエステル樹脂やポリアミド樹脂は、その皮膜特性か
ら、炭素短繊維の集束性を高めるサイジング剤としては
好適である。また、水溶性もしくは水分散性であると炭
素繊維との濡れ性が良好であり、炭素繊維束内への浸透
性が良く、好ましい。

【００１７】かかるポリエステル樹脂としては、例え
ば、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使用され、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などを代表的に使用
することができる。その中でも、サイジング剤としての
本発明のポリエステル樹脂は、ジカルボン酸とグリコー
ルとの重縮合物であるのが好ましく、ジカルボン酸成分
として、テレフタル酸、イソフタル酸などの芳香族ジカ
ルボン酸、それらの誘導体から選ばれる少なくとも１種
を含むジカルボン酸と、グリコール成分として、エチレ
ングリコール、プロピレングリコール、プロパンジオー
ル、それらの誘導体から選ばれる少なくとも１種を含む
グリコールとの重縮合物が好ましい。とりわけ、テレフ
タル酸、イソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸および
それらの誘導体から選ばれる少なくとも１種を含むジカ
ルボン酸と、エチレングリコール、その誘導体から選ば
れる少なくとも１種を含むグリコールとの重縮合物が好
ましい。特にジカルボン酸成分としては、３０ｍｏｌ％
以上（より好ましくは５０ｍｏｌ％以上、更に好ましく
は７０ｍｏｌ％以上）テレフタル酸および／またはイソ
フタル酸を含むのが好ましく、グリコール成分として
は、３０ｍｏｌ％以上（より好ましくは５０ｍｏｌ％以
上、更に好ましくは７０ｍｏｌ％以上）エチレングリコ
ールを含むのが好ましい。

【００１８】また、これらのポリエステル樹脂をサイジ
ング剤として用いる場合、これらは水溶性または部分水
溶性、水分散性であることが好ましく、分子鎖中または
末端基にポリアルキレンオキシド鎖、スルホン酸基また
はその塩、カルボキシル基またはその塩、アミノ基また
はその塩などを導入することにより達成することがで
き、その中ではポリアルキレンオキシド鎖の導入および
／またはスルホン酸基またはその塩の導入が好ましく、
その塩としてはアルカリ金属塩が好ましい。

【００１９】かかるポリアミド樹脂としては、例えば、
アミノ酸、ラクタムあるいはジアミンとジカルボン酸を
主たる原料とした重合体、それらの共重合体や混合物な
どが挙げられ、具体的には、ナイロン６／６６／６１
０、ナイロン６／６６／６１２、ナイロン６／６６／６
１０／１２コポリマー、アミド基中の水素をメトキシメ
チル基などで置換されたナイロン８などが代表的な例と
して挙げることができる。また、これらのポリアミド
樹脂をサイジング剤として用いる場合、これらは水溶性
または部分水溶性、水分散性であることが好ましく、ポ
リアミド樹脂にポリエチレングリコール、あるいはその
他のポリエーテル成分を合成させるか、分子鎖中または
末端基にポリアルキレンオキシド鎖、スルホン酸基また
はその塩、カルボキシル基またはその塩、アミノ基また
はその塩などを導入することにより達成することがで
き、その中ではポリアルキレンオキシド鎖の導入および
／またはスルホン酸基またはその塩の導入が好ましく、
その塩としてはアルカリ金属塩が好ましい。

【００２０】本発明の炭素繊維とは、例えば、ポリアク
リロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ（等方性、メソフェ
ーズなど）系、セルロース（ビスコースレーヨン、酢酸
セルロースなど）系、気相成長（炭化水素など）系など
からつくられた炭素繊維や黒鉛繊維を使用することがで
きる。

【００２１】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、電気的特性
を有するＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。

【００２２】本発明における炭素短繊維は、その性能を
最大限に発現できるように、連続炭素繊維（フィラメン
ト）の単繊維本数が、好ましくは１.５万〜１０万、よ
り好ましくは４万〜８万で束ねられているものが使用さ
れる。単繊維本数が１.５万以上であることは、炭素短
繊維の生産性向上につながり、また単繊維本数が１０万
以下であるということは、炭素短繊維のハンドリング性
の向上だけではなく、マトリックス樹脂との溶融混練時
に分散性良好となり、それらの炭素短繊維を用いて得ら
れた組成物に優れた電気的特性が期待できる。

【００２３】本発明による炭素短繊維の製造方法を以下
に説明する。単繊維本数が好ましくは１.５万〜１０
万、より好ましくは４万〜８万の連続炭素繊維束を含浸
する直前のローラで拡幅させながら、サイジング剤を含
む処理液を、いわゆる含浸法により付与し、その後、該
連続炭素繊維束を、さらにローラ上で拡幅せしめなが
ら、サイジング剤を炭素繊維束内部まで浸透させた後、
熱風乾燥機で乾燥する。この連続炭素繊維束を切断する
際、炭素短繊維が１ｍｍ以上であると、切断時に集束さ
せた炭素繊維が開繊しにくくなり、毛羽・毛玉の発生を
抑え、炭素短繊維として優れた集束性を発現する。ま
た、２６ｍｍ以内であると、マトリックス樹脂と混練す
る際、押出機供給口（ホッパー、供給配管など）で詰ま
りやブリッジを抑さえることができるため好ましい。連
続炭素繊維束の切断長さは、好ましくは１〜２６ｍｍ、
より好ましくは２〜１５ｍｍ、特に好ましくは３〜１２
ｍｍである。

【００２４】上述の連続炭素繊維の切断方法としては、
サイジング剤を水溶液または水エマルジョンまたは溶媒
液またはそれらの混合液により、炭素繊維に付着・付与
させた後、その水分（または有機溶媒）を乾燥させてか
ら切断してもよいし、かかる乾燥する前に切断して、そ
の後に乾燥させてもよく、いずれの方法でもよく、制約
されない。

【００２５】本発明で使用す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（Ｌｃ）が、好
ましくは１〜６ｎｍの範囲内であるのがよい。Ｌｃが１
ｎｍ以上であることは、炭素繊維の炭化もしくは黒鉛化
が十分であり、炭素繊維自体の電気的特性が良好にな
る。このことに起因して、所望の嵩抵抗値を得ることが
できる。また、このような炭素繊維を用いた樹脂組成物
は電気的特性が向上する傾向があるため好ましい。一
方、Ｌｃが６ｎｍ以内であるということは、炭素繊維の
過剰な炭化もしくは黒鉛化を抑えることになり、炭素繊
維自体の電気的特性が優れ、尚且つ炭素繊維の折損を防
ぐことができる。そのため、樹脂組成物中の繊維長さは
長くなり、優れた電気的特性が得られるため好ましい。
より好ましくは１．３〜４．５ｎｍ、特に好ましくは
１．６〜３．５ｎｍの範囲であることが樹脂組成物の高
い電気的特性を得るのに好ましい。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
に基づいて測定した。

【００２６】本発明で使用する炭素繊維としては、Ｘ線
光電子分光法により測定される炭素繊維表面の酸素
（Ｏ）と炭素（Ｃ）の原子数の比である表面酸素濃度
（Ｏ／Ｃ）好ましくは０．０２〜０．２の範囲である。

【００２７】（Ｏ／Ｃ）が０．０２より大きいと、マト
リックス樹脂との濡れ性が高く、成形物中の炭素繊維の
分散性が良好になることや、炭素繊維とマトリックス樹
脂との接着性が高く、組成物に所望の力学的特性を発現
させることができるため好ましく、また、（Ｏ／Ｃ）が
０．２より小さいということは、炭素繊維表面の絶縁性
が下がり、炭素繊維同士が接触した接触抵抗が低くな
り、組成物の電気的特性が良好になるため好ましい。よ
り好ましくは０．０３〜０．１５、特に好ましくは０．
０４〜０．１３、とりわけ０．０５〜０．１１の範囲の
ものがよい。

【００２８】ここで、表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）は、Ｘ線
光電子分光法により、次のような手順によって測定し
た。なお、本発明では島津製作所（株）製ＥＳＣＡ−７
５０を用いて測定を行い、前記感度補正値は２．８５で
あった。（１）まず、サイジング剤などを溶媒で除去した炭素繊
維を銅製の試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出
角度を９０°とし、Ｘ線源としてＭｇＫα１、２を用
い、試料チャンバー中を１．３×１０^-6Ｐａ（１×１０
^-8Ｔｏｒｒ）に保つ。（２）測定時の帯電に伴うピークの補正としてＣ_1Sの主
ピークの運動エネルギー値Ｂ．Ｅ．を２８４．６ｅＶに
合わせる。Ｃ_1Sピーク面積は、２８２〜２９６ｅＶの範
囲で直線のベースラインを引くことにより求める。Ｏ_1S
ピーク面積は、５２８〜５４０ｅＶの範囲で直線のベー
スラインを引くことにより求める。（３）ここで表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）とは、前記Ｏ_1Sピ
ーク面積とＣ_1Sピーク面積の比から、装置固有の感度補
正値を用いて原子数比として算出する。

【００２９】炭素繊維は、表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）が
０．０２〜０．２の範囲であれば、炭素繊維は、酸性水
溶液中もしくはアルカリ水溶液中での電解処理が施され
ていてもよいが、中でも、酸性水溶液中で電解処理され
ているのが、（Ｏ／Ｃ）を好ましい範囲により制御しや
すいので好ましい。

【００３０】本発明で使用する炭素短繊維は、繊維基材
１００％に対して、サイジング剤の付着量が０．５〜４
重量％であるものが好ましい。サイジング剤の付着量が
０.５重量％以上であると、サイジング剤が炭素短繊維
の内部に充分に浸透し、炭素短繊維の集束性が向上し、
マトリックス樹脂との混錬時に、押出機供給口、例えば
ホッパーや供給配管などで炭素短繊維が詰まったり、ブ
リッジすることを抑えることができる。これにより供給
不良などの要因を除去することができ、得られる組成物
の電気的特性が良好になる傾向にある。また、サイジン
グ剤の付着量が４重量％未満であると、サイジング剤に
よる炭素短繊維間の接触抵抗が非常に小さくなり、樹脂
組成物を成形した際に、優れた電気的特性を発現する。
より好ましいサイジング剤付着量は１〜３重量％であ
る。

【００３１】本発明の樹脂組成物は、例えば射出成形、
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、フィラメントワインディング成形などの
成形方法によって成形されるが、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。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、
所望量の樹脂と繊維のチョップド糸、もしくは連続炭素
繊維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。また、樹脂組成物中にガラ
ス繊維やアラミド繊維、気相成長炭素繊維やその他の強
化繊維、カーボンブラック、導電性フィラー等をブレン
ドしたものも本発明では使用することができる。

【００３２】前記ペレットを用いた射出成形による成形
物において、優れた電気的特性を達成するためには、成
形物中の繊維長さを長くすることが有効であるが、この
場合、特に成形条件および射出成形機、さらに金型の影
響を考慮しなければならない。成形条件に関していえ
ば、背圧が低いほど、射出速度が遅いほど、スクリュー
回転数が遅いほど、成形物中の繊維長さが長くできる傾
向があり、特に背圧は、計量性が不安定にならない程度
に、できるだけ低く設定するのが望ましい。望ましい背
圧は０．１〜１ＭＰａ程度である。射出成形機について
は、ノズル径が太いほど、ノズルのテーパー角度が小さ
いほど、スクリュー溝深さが深いほど、圧縮比が低いほ
ど、成形物中の繊維長さが長くできる傾向がある。金型
については、スプルー径、ゲート径を大きくするほど、
成形物中の繊維長さが長くできる傾向がある。

【００３３】マトリックス樹脂には、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または
射出成形が可能である熱可塑性樹脂が好ましい。

【００３４】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）、ポリアリレート（ＰＡ
Ｒ）、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、フッ素樹脂、更
にポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン
系、飽和ポリエステル系、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、更に機
械的特性向上のために、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。

【００３５】前記熱可塑性樹脂としては、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
脂の少なくとも１種類が配合されていることが好まし
い。特にポリカーボネート樹脂が配合されていることが
好ましい。

【００３６】かかる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）、Ａ
ＢＳ（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。

【００３７】かかるポリカーボネート樹脂としては、芳
香族二価フェノール系化合物とホスゲンまたは炭酸ジエ
ステルとを反応させることにより得られる粘度平均分子
量が１００００〜１００００００の範囲の芳香族ホモま
たはコポリカーボネート樹脂が挙げられる。

【００３８】かかるポリフェニレンエーテル系樹脂とし
ては、クロロホルム中、３０℃で測定した固有粘度が
０．０１〜０．８ｄｌ／ｇの重合体が好ましく用いられ
る。具体的には、ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フ
ェニレン）エーテル、２，６−ジメチルフェノール／
２，４，６−トリメチルフェノール共重合体、２，６−
ジメチルフェノール／２，３，６−トリエチルフェノー
ル共重合体などを例として挙げることができる。

【００３９】また、これら熱可塑性樹脂は２種以上を併
用してもよく、具体的には、ＡＢＳ樹脂またはＡＳＡ樹
脂またはＡＳ樹脂とＰＣ樹脂との組み合わせ、ＰＰＥ樹
脂とＰＳ樹脂またはＨＩＰＳ樹脂との組み合わせ、ＰＣ
樹脂とＰＳ樹脂またはＨＩＰＳ樹脂との組み合わせなど
の例を好ましく挙げることができる。

【００４０】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を制限するものではな
く、前、後記の主旨を逸脱しない範囲で変更実施するこ
とは、全て本発明の技術範囲に包含される。

【００４１】本発明に関する評価項目およびその方法を
下記する。また、各種測定結果は表１にまとめて示し
た。（１）炭素短繊維の嵩抵抗測定底部が径５５ｍｍの銅板で構成されている内径５５ｍｍ
の円筒状容器に炭素短繊維３０ｇを入れ、上部から径４
７ｍｍの銅板を垂直に下ろして炭素短繊維に５ｋｇの荷
重を加え、挟み込みながら２つの銅板間の抵抗値を測定
した。また、デジタルマルチメーター（アドバンテスト
社製Ｒ６５８１）を用い、銅板電極間抵抗値０．００１
Ω、雰囲気温度２３℃、相対湿度５０％の環境下で測定
した。（２）炭素繊維の結晶サイズ（Ｌｃ）測定広角Ｘ線回折法により結晶サイズ（Ｌｃ）の測定を、日
本学術振興会第１１７委員会、炭素、３６、ｐ２５（１
９６３）に記載された方法にて行った。

【００４２】測定により結晶サイズ（Ｌｃ）の値が決定
したものを実施例１〜７、比較例１〜３に使用した。（３）炭素繊維の表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）測定本発明記載の炭素繊維表面の酸素濃度（Ｏ／Ｃ）は次の
ような手順により、Ｘ線光電子分光法（島津製作所
（株）製ＥＳＣＡ−７５０）を用いて測定を行った。（a）まず、サイジング剤などを溶媒で除去した炭素繊
維を銅製の試料支持台上に拡げて並べた後、光電子脱出
角度を９０°とし、Ｘ線源としてＭｇＫα１、２を用
い、試料チャンバー中を１．３×１０^-6Ｐａ（１×１０
^-8Ｔｏｒｒ）に保つ。（b）測定時の帯電に伴うピークの補正としてＣ_1Sの主
ピークの運動エネルギー値Ｂ．Ｅ．を２８４．６ｅＶに
合わせる。Ｃ_1Sピーク面積は、２８２〜２９６ｅＶの範
囲で直線のベースラインを引くことにより求める。Ｏ_1S
ピーク面積は、５２８〜５４０ｅＶの範囲で直線のベー
スラインを引くことにより求める。（c）ここで表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）とは、前記Ｏ_1Sピ
ーク面積とＣ_1Sピーク面積の比から、装置固有の感度補
正値を用いて原子数比として算出する。

【００４３】炭素繊維は、表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）が
０．０２〜０．２の範囲であれば、炭素繊維は酸性水溶
液中もしくはアルカリ水溶液中での電解処理が施されて
いてもよいが、より（Ｏ／Ｃ）を好ましい範囲に制御し
やすい酸性水溶液中で電解処理されているのが好まし
い。

【００４４】測定により表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）の値が
決定したものを実施例１〜７、比較例１〜３に使用し
た。（４）サイジング付着量測定炭素短繊維の付着させたサイジング剤の付着量は熱分解
法にて測定した。具体的には、水分率０．０５％以下に
乾燥しているサイジング剤が付着している炭素短繊維の
重量Ｗ１と、その炭素短繊維を窒素雰囲気下で４５０℃
×１５分間加熱、その後、窒素雰囲気下で２５℃×１５
分間冷却し湿度５０％雰囲気下で２５℃×１０分間調湿
した後の重量Ｗ２とを用いて、（Ｗ１-Ｗ２）×１００/
Ｗ１から算出した。（単位は重量％）（５）嵩密度測定炭素短繊維７０ｇを採取し、５００ｍｌメスシリンダー
に入れた後、メスシリンダーを高さ２．５４ｃｍから自
由落下させる。この自由落下を６０回繰り返した後に、
読取ったメスシリンダーの容量値にて投入重量を除し、
その値を嵩密度とした。（単位はｇ／ｍｌ）（６）樹脂組成物からなる成形物の電気的特性測定ＪＳＷ製Ｊ１５０ＥＩＩ−Ｐ型射出成形機（スクリュー
直径４６ｍｍ）にてバレル温度３２０℃、金型温度８０
℃で成形した、長さ８０ｍｍ×幅８０ｍｍ×厚さ３ｍｍ
の板状組成物上に、導電性ペースト（藤倉化成（株）製
ドータイト）を図２のように塗布し、ＡＢ間、ＡＣ間、
ＢＤ間、ＣＤ間の抵抗を測定し、その４種の測定値の平
均値をもって表面抵抗（単位はＬｏｇΩ）とすることで
電気的特性を評価した。（７）機械的特性測定炭素短繊維を採取し、ＡＳＴＭ２５６−９３ａに従
い、アイゾット衝撃値を求めた。

【００４５】実施例１フィラメント数４.８万の連続炭素繊維（乾湿式紡糸Ｐ
ＡＮ系、ストランド数４８０００本、平均単繊維直径
７．１（μｍ）、結晶サイズ１．７８、表面酸素濃度
０．０８、固有抵抗値９．４（Ω/ｍ））にサイジング
剤として、ポリエステル樹脂（ＥＳ２２００、大日本イ
ンキ化学工業（株）製、商品番号、固有抵抗値１×１０
¹⁶（Ω））を水と混合させることで２．０％の濃度に調
製し、連続的に含浸法により付与し、さらにローラ上で
拡幅せしめながら、サイジング剤を炭素繊維束内部まで
浸透させた後、２１０℃で乾燥させたストランドを得、
カートリッジカッターを用い、６ｍｍ長に切断すること
により炭素短繊維を得た。

【００４６】ここで、上記した炭素繊維の固有抵抗値と
は、ストランド数４８０００本が束になった状態の炭素
繊維を用いて、束状炭素繊維の両端に端子を取り付け、
端子間の抵抗値を測定したものを示す。また、上記した
サイジング剤の固有抵抗値は、サイジング剤のフィルム
（厚さ２μｍ）を作製し、フィルム状サイジング剤の表
面抵抗を測定した値を示す。

【００４７】得られた炭素短繊維は上記（１）項記載の
方法により、嵩抵抗測定を行い、嵩抵抗値を求めた。こ
の後（４）項記載の方法により、サイジング剤付着量を
測定し、（５）項記載の方法により、嵩密度測定を行い
嵩密度を求めた。

【００４８】所望量の炭素短繊維と熱可塑性樹脂として
ポリカーボネート樹脂（ＧＥプラスチックス社製レキサ
ン１２１）を二軸押出機（スクリュー直径４０ｍｍ、ダ
イス直径５ｍｍ×３、バレル温度３００℃、回転数１０
０ｒｐｍ）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チョップド炭素繊維をサイドホ
ッパーから投入し、ポリカーボネート樹脂を炭素繊維束
中に含浸させる。このようにして得られた不連続の炭素
繊維束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。

【００４９】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、ＪＳＷ製Ｊ１５０ＥＩＩ−Ｐ型
射出成形機（スクリュー直径４６ｍｍ）にてバレル温度
３２０℃、金型温度８０℃で成形し、（６）、（７）項
記載の各試験に供した。

【００５０】嵩抵抗値１．７Ωの炭素短繊維を得た。樹
脂組成物（炭素短繊維強化熱可塑性樹脂組成物）の電気
的特性においても良好な値を示した。

【００５１】実施例２炭素繊維は実施例１と同様のものを用い、サイジング剤
として、ポリアミド樹脂（Ｐ７０、東レ（株）製、商品
番号、固有抵抗値５×１０⁸（Ω））を用いた以外は実
施例１と同様に炭素短繊維、樹脂組成物を得、その後
（１）〜（７）項記載の測定を行った。

【００５２】嵩抵抗値３．９Ωの炭素短繊維を得た。樹
脂組成物の電気的特性においても良好な値を示した。

【００５３】実施例３炭素繊維として乾湿式紡糸ＰＡＮ系、ストランド数４８
０００本、平均単繊維直径７．１（μｍ）、結晶サイズ
１．７８、表面酸素濃度０．０５、固有抵抗値７．５
（Ω/ｍ）のものを用い、サイジング剤として、ポリア
ミド樹脂（Ｐ７０、東レ（株）製、商品番号、固有抵抗
値５×１０⁸（Ω））を用いた以外は実施例１と同様に
炭素短繊維、樹脂組成物を得、その後（１）〜（７）項
記載の測定を行った。

【００５４】嵩抵抗値３．３Ωの炭素短繊維を得た。樹
脂組成物の電気的特性においても良好な値を示した。

【００５５】実施例４炭素繊維は実施例１と同様のものを用い、サイジング剤
として、ポリアミド樹脂（Ｐ７０、東レ（株）製、商品
番号、固有抵抗値５×１０⁸（Ω））を用い、その付着
量を０．４重量％に調整した以外は実施例１と同様に炭
素短繊維、樹脂組成物を得、その後（１）〜（７）項記
載の測定を行った。

【００５６】嵩抵抗値３．９Ωの炭素短繊維を得た。樹
脂組成物の電気的特性においても良好な値を示した。

【００５７】実施例５炭素繊維は実施例１と同様のものを用い、サイジング剤
として、ポリアミド樹脂（Ｐ７０、東レ（株）製、商
品番号、固有抵抗値５×１０⁸（Ω））を用い、その付
着量を４．０重量％に調整した以外は実施例１と同様に
炭素短繊維、樹脂組成物を得、その後（１）〜（７）項
記載の測定を行った。

【００５８】嵩抵抗値３．９Ωの炭素短繊維を得た。樹
脂組成物の電気的特性においても良好な値を示した。

【００５９】実施例６炭素繊維として乾湿式紡糸ＰＡＮ系、ストランド数４８
０００本、平均単繊維直径５．５（μｍ）、結晶サイズ
３．００、表面酸素濃度０．０８、固有抵抗値１０．７
（Ω/ｍ）のものを用い、サイジング剤として、ポリア
ミド樹脂（Ｐ７０、東レ（株）製、商品番号、固有抵
抗値５×１０⁸（Ω））を用いた以外は実施例１と同様
に炭素短繊維、樹脂組成物を得、その後（１）〜（７）
項記載の測定を行った。

【００６０】嵩抵抗値３．５Ωの炭素短繊維を得た。樹
脂組成物の電気的特性においても良好な値を示した。

【００６１】実施例７炭素繊維は実施例１と同様のものを用い、サイジング剤
として、ポリエーテル樹脂（ビスフェノールＡエチレン
オキシド付加物、液状物質のため固有抵抗値は測定不可
能）を用いた以外は実施例１と同様に炭素短繊維、樹脂
組成物を得、その後（１）〜（７）項記載の測定を行っ
た。

【００６２】嵩抵抗値が４．３Ωの炭素短繊維を得た。
樹脂組成物の電気的特性においてはポリエステル樹脂水
溶液やポリアミド樹脂水溶液を用いたものには劣るもの
の良好な電気的特性が得られた。

【００６３】比較例１炭素繊維は実施例１と同様のものを用い、サイジング剤
として、エポキシ樹脂（Ｅｐ８２８、油化シェル製、商
品番号、とＥｐ１００１、油化シェル製、商品番号、を
等量混合した混合エポキシ樹脂；固有抵抗値３×１０¹¹
（Ω））を予め付着させた後に、ウレタン樹脂（１、６
−ヘキサメチレンカーボネートジオールとヘキサメチレ
ンジイソシアネートとを重合した自己乳化型ポリウレタ
ン樹脂、固有抵抗値２×１０⁹（Ω））を付着させた以
外は実施例１と同様に炭素短繊維、樹脂組成物を得、そ
の後（１）〜（７）項記載の測定を行った。

【００６４】嵩抵抗値３０．０Ωの炭素短繊維を得た。
それを用いた樹脂組成物の電気的特性は劣悪な値であっ
た。

【００６５】

【表１】

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、電気的特性が極めて優
れた炭素短繊維強化熱可塑性樹脂組成物を提供すること
ができるので、電気・電子機器、ＯＡ機器、家電機器、
自動車用途の各種部品またはハウジング等の一般産業分
野用に極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭素短繊維の嵩抵抗値を測定する装置
の概略図である。

【図２】本発明の樹脂組成物からなる成形物の表面抵抗
値を測定するための試験片の平面図である。

【符号の説明】１：導電性ペースト塗布範囲Ａ２：導電性ペースト塗布範囲Ｂ３：導電性ペースト塗布範囲Ｃ４：導電性ペースト塗布範囲Ｄ

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｄ０６Ｍ 15/507 Ｄ０６Ｍ 15/59 15/59 15/507 ＺＦターム(参考） 4F072 AA02 AA08 AB10 AB18 AC05 AC08 AD41 AG05 AK15 AL02 AL11 4J002 AA011 BB031 BB121 BB171 BC021 BC031 BC041 BC061 BD041 BD121 BG061 BN071 BN121 BN151 BN161 CB001 CC031 CF051 CF061 CF071 CF081 CF161 CG001 CH071 CH081 CH091 CJ001 CL001 CM041 CN011 CN031 DA016 FA046 FB266 GN00 GQ02 4L033 AA09 AB01 AC12 AC15 CA45 CA48 CA55 4L037 AT05 CS03 FA01 FA02 UA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本文で定義する嵩抵抗値が０.１〜５Ωで
あることを特徴とする炭素短繊維。
【請求項２】前記炭素短繊維が、熱可塑性ポリマーから
なるサイジング剤が付着したものであることを特徴とす
る請求項１に記載の炭素短繊維。
【請求項３】前記サイジング剤が、テレフタル酸、イソ
フタル酸およびそれらの誘導体から選ばれる少なくとも
１種のジカルボン酸成分、エチレングリコールおよびそ
の誘導体から選ばれる少なくとも１種のジオール成分と
を重合して得られたポリエステル樹脂に、ポリエチレン
グリコールまたはその他のポリエーテル成分を共重合さ
せるか、あるいは、イオン性親水基を導入させてなるポ
リエステル樹脂である請求項２に記載の炭素短繊維。
【請求項４】前記炭素短繊維のサイジング剤が、ヘキサ
メチレンジアミンおよびその誘導体から選ばれる少なく
とも１種のジアミン成分と、アジピン酸およびその誘導
体から選ばれる少なくとも１種のジカルボン酸成分とを
重合して得られるポリアミドに、ポリエチレングリコー
ルまたはその他のポリエーテル成分を共重合させる、あ
るいは、イオン性親水基を導入させてなるポリアミド樹
脂である請求項２に炭素短繊維。
【請求項５】前記炭素短繊維の表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）
が、０．０２〜０．２の範囲であることを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の炭素短繊維。
【請求項６】前記炭素短繊維の結晶サイズ（Ｌｃ）が、
１〜６ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜５
のいずれかに記載の炭素短繊維。
【請求項７】前記サイジング剤の付着量が、０．４〜４
重量％であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか
に記載の炭素短繊維。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の炭素短繊
維と熱可塑性樹脂の少なくとも２つの構成要素を含むこ
とを特徴とする樹脂組成物。
【請求項９】請求項８に記載の樹脂組成物を射出成形し
てなることを特徴とする成形物。