JP2002309007A - 繊維強化熱可塑性樹脂成形物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強化繊維の有する特性が十分に発現し、強度
とともに賦形性も備えた繊維強化熱可塑性樹脂成形物を
経済的に提供する。 【解決手段】 熱可塑性樹脂４０〜９５質量％と、平均
繊維長が０．３〜２５ｍｍの強化繊維５〜６０質量％と
を含み、前記強化繊維の繊維配向度が３０％以上９５％
未満である繊維強化熱可塑性樹脂成形物である。この繊
維強化熱可塑性樹脂成形物は、熱可塑性樹脂製平板と強
化繊維布帛とを積層し、これらを加熱圧縮成形すること
で製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化熱可塑性
樹脂成形物とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化樹脂は、その優れた機械的強度
や寸法安定性から、様々な分野で用いられている。特に
炭素繊維強化樹脂は機械特性が優れているうえ、導電性
や電磁波シールド性も良好であることから、例えば携帯
情報端末への使用など、情報技術関連分野において注目
されている。携帯情報端末などに繊維強化熱可塑性樹脂
を使用する場合、一般的に強化繊維と樹脂とを混練し、
射出成形法で所望の形状に成形する。しかしながら、こ
のような方法では、樹脂と強化繊維との混練時に強化繊
維が折損する場合や、強化繊維の樹脂中への分散性が十
分でない場合があり、得られた成形物は、炭素繊維が本
来有する機械的強度や電磁波シールド性を十分に発揮し
ないものとなってしまう。

【０００３】こうした問題を解決するため、特開平９−
３１４５５８号公報には、特定の溶融粘度の熱可塑性樹
脂で被覆された強化繊維束を使用することによって、成
形時における強化繊維の熱可塑性樹脂への分散性、含浸
性を高める方法が記載されている。また、このような強
化繊維束を使用して、射出成形で成形物を製造する方法
が開示されている。特開平８−９０５７１号公報には、
特定のメルトインデックスを示す熱可塑性樹脂と炭素短
繊維からなる成形物が記載され、さらにこのような成形
物は、炭素短繊維で強化された熱可塑性樹脂からなるシ
ートを予熱後キャビティを有する成形型に入れ、加圧し
て成形する方法で得られることが開示されている。一
方、樹脂として熱硬化性樹脂を使用する方法もある。例
えば、炭素繊維としてプリプレグシートなどの連続繊維
を使用し、これに熱硬化性樹脂を含浸し、積層、成形す
る方法では、比較的高強度の成形物が得られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
９−３１４５５８号公報に開示の方法では、射出成形時
のスクリューなどによって、炭素繊維が折損する場合が
あった。また特開平８−９０５７１号公報に開示の方法
では、炭素繊維の分散性が十分でない場合があるととも
に、配向度の制御が困難であった。よって、これらの方
法では炭素繊維が本来有する機械的強度や電磁波シール
ド性を十分に発揮できなかった。また、樹脂として熱硬
化性樹脂を使用する方法では複雑な形状の成形物を製造
することが非常に難しく、生産性が低いという問題もあ
った。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、強化繊維の有する特性が十分に発現し、機械的強度
とともに賦形性も備えた繊維強化熱可塑性樹脂成形物を
経済的に提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化熱可塑
性樹脂成形物は、熱可塑性樹脂４０〜９５質量％と、平
均繊維長が０．３〜２５ｍｍの強化繊維５〜６０質量％
とを含み、前記強化繊維の繊維配向度が３０％以上９５
％未満であることを特徴とする。上記繊維強化熱可塑性
樹脂成形物は、下記式（Ｉ）を満足することが好まし
い。 （σ−σ０）／Ｃ≧４・・・（Ｉ） （式（Ｉ）中、σは繊維強化熱可塑性樹脂成形物の引張
強度（ＭＰａ）を表し、σ０ は熱可塑性樹脂の引張強
度（ＭＰａ）を表し、Ｃは成形物中の強化繊維含有量
（質量％）を表す。） 上記強化繊維は、炭素繊維であることが好ましい。本発
明の繊維強化熱可塑性樹脂成形物の製造方法は、熱可塑
性樹脂製平板と、強化繊維布帛とを積層し、これらを加
熱圧縮成形することを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形物は、熱可塑性樹脂
中に強化繊維が分散した成形物である。熱可塑性樹脂と
しては、例えば、ポリアミド、ポリスルフォン、ポリエ
ーテルイミド、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリ塩
化ビニル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリブ
チレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、
ポリエチレン等が挙げられるが、近年注目されているリ
サイクル性や環境への配慮等を考慮すると、ポリエチレ
ンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等のポ
リエステル樹脂を使用することが好ましい。これらの熱
可塑性樹脂はホモポリマーだけでなく、共重合体をも含
む。また、熱可塑性樹脂には目的に応じて他の共重合体
や公知の添加剤等を混合して使用しても良い。

【０００８】強化繊維としては特に制限はなく、ガラス
繊維、炭素繊維、アラミド繊維等を例示できるが、例え
ば携帯情報端末などの電子・電気機器の部品用あるいは
筐体用の繊維強化熱可塑性樹脂成形物には、機械的強度
が良好で、電磁波シールド性にも優れる炭素繊維が好ま
しい。

【０００９】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形物中に
おける熱可塑性樹脂の含有量は４０〜９５質量％であ
り、強化繊維の含有量は５〜６０質量％である。強化繊
維の含有量が５質量％未満では、繊維強化熱可塑性樹脂
成形物の機械的強度を十分に向上させることができな
い。一方、６０質量％を超えると、繊維強化熱可塑性樹
脂の賦形性が低下して、複雑な形状の成形物が得られな
くなる。好ましい強化繊維の含有量は１０〜５０質量％
で、好ましい熱可塑性樹脂の含有量は５０〜９０質量％
である。

【００１０】また、使用される強化繊維の平均繊維長は
０．３〜２５ｍｍである。強化繊維の平均繊維長が０．
３ｍｍ未満では、繊維強化熱可塑性樹脂成形物の機械的
強度を十分に向上させることができない。一方、２５ｍ
ｍを超えると複雑な形状の成形物を製造できなくなる。
強化繊維の好ましい平均繊維長は０．５〜２０ｍｍであ
る。

【００１１】さらに、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成
形物において、強化繊維の繊維配向度は３０％以上９５
％未満である。ここで、繊維配向度とは、強化繊維が特
定の方向に配向している度合いを示すものである。すな
わち、繊維強化熱可塑性樹脂成形物の単位面積におい
て、基準となる方向を設定し、その±１５°以内に配向
している強化繊維の全強化繊維重量に対する質量割合
（％）を求める。ついで、基準となる方向をあらゆる方
向に設定して、くりかえし同様に質量割合（％）を求め
る。これらの求められた質量割合（％）のうちの最大値
が、その繊維強化熱可塑性樹脂成形物の繊維配向度であ
る。このような繊維配向度が３０％未満では、繊維維強
化熱可塑性樹脂成形物の機械的強度を十分に向上させる
ことができない。一方、９５質量％以上では、ある特定
の方向の±１５°以内に配向している強化繊維の割合が
高すぎて、これらの強化繊維と直交する方向の強度が低
下する。好ましい繊維配向度は４０〜９０％で、より好
ましい繊維配向度は５０〜８０％である。

【００１２】また、繊維強化熱可塑性樹脂成形物は下記
式（Ｉ）を満足することが好ましい。 （σ−σ０）／Ｃ≧４・・・（Ｉ） 式（Ｉ）中、σは繊維強化熱可塑性樹脂成形物の引張強
度（ＭＰａ）を表し、σ０ は熱可塑性樹脂の引張強度
（ＭＰａ）を表し、Ｃは成形物中の強化繊維含有量（質
量％）を表す。上記式（Ｉ）を満足する繊維強化熱可塑
性樹脂成形物は、強化繊維による機械的強度の向上効果
がより優れ、強化繊維の特性を十分に発揮するものとな
る。さらには下記式（ＩＩ）を満足することが好まし
い。 （σ−σ０）／Ｃ≧５・・・（ＩＩ）

【００１３】このような繊維強化熱可塑性樹脂成形物の
製造方法には制限はないが、熱可塑性樹脂製平板と、平
均繊維長が０．３〜２５ｍｍの繊維からなり、あらかじ
め繊維配向度が３０％以上９５％未満に制御された不織
布などの強化繊維布帛とを積層し、これらを加熱圧縮成
形する製造方法が好ましい。繊維配向度がこのように制
御された不織布の製造方法には特に制限はなく、例え
ば、特開昭６０−１９９９９６号公報に開示の、遠心力
を利用して短繊維分散液を飛散させて、繊維配向度の制
御された不織布を製造する方法などを例示できる。ま
た、熱可塑性樹脂平板と強化繊維布帛とを積層する場
合、熱可塑性樹脂製平板が表面となるように熱可塑性樹
脂製平板と強化繊維布帛とを交互に積層し、所望の厚み
とすると、熱可塑性樹脂に強化繊維が均一に分散した成
形物が得られる。また、この際、熱可塑性樹脂製平板と
強化繊維布帛とを合計５層以上積層し、かつ、全体の厚
みが１００μｍ〜５０ｍｍとなるようにすると、成形加
工性が優れる。加熱圧縮方法には特に制限はなく、例え
ば、プレス面が熱可塑性樹脂の融点よりも５〜３０℃高
い温度条件に設定されたプレス機を使用して、５０ｋＰ
ａ〜４．９ＭＰａの圧力で加圧圧縮する。このような温
度条件および圧力条件とすることによって、強化繊維布
帛中に熱可塑性樹脂が十分に含浸し、全体として均質な
成形物が得られる。

【００１４】このような方法によれば、熱可塑性樹脂と
強化繊維とを混練する必要がないので、強化繊維が樹脂
中でほとんど折損せず、得られる成形物において強化繊
維の機械的特性が十分に発現する。また、繊維強化熱可
塑製樹脂成形物中での強化繊維の繊維配向度を容易に制
御でき、かつ強化繊維の分散も均一となるため、繊維強
化熱可塑製樹脂成形物の機械的特性を十分に向上させる
ことができる。さらに、製造方法が簡便であるとともに
経済的である。そして、このようにして得られた繊維強
化熱可塑性樹脂成形物は、樹脂中で強化繊維が折損する
ことなく良好に分散し、配向度も制御されているため、
強化繊維の有する特性が十分に発現したものとなる。し
たがって、このような繊維強化熱可塑性樹脂成形物は、
様々な用途に使用できるが、特に強化繊維として炭素繊
維を使用すると、導電性や電磁波シールド性の特性に優
れるため、携帯情報端末、コンピュータ、ＯＡ機器など
電気・電子製品の部品や筐体として用いるのが好まし
い。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。実施例中の各測定は以下のようにして行った。 （１）引張強度：ＡＳＴＭ−Ｄ６３８に準拠した。 （２）強化繊維の平均繊維長：実施例で得られた繊維強
化熱可塑性樹脂成形物中の平均繊維長を、次のようにし
て測定した。まず、繊維強化熱可塑性樹脂成形物の樹脂
部分をフェノール／テトラクロロエタン等量混合溶媒中
に加熱して溶解した。ついでこれを濾別し、得られた炭
素繊維について光学顕微鏡にて観察して、平均繊維長を
測定した。

【００１６】（実施例１）ポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ、引張強度５９ＭＰａ）からなり厚さが１６０
μｍである平板と、平均繊維長が１０ｍｍ、配向度が７
０％、目付けが２０ｇ／ｍ² である炭素繊維不織布と
を、炭素繊維不織布の含有量が表１に示す値となるよう
に交互に積層した。この場合、表面は熱可塑性樹脂平板
となるようにして、合計３９層積層した。また、全体の
厚みは３．２ｍｍとした。ついでこの積層体をプレス面
が２８０℃に設定されたプレス機を使用して、５００ｋ
Ｐａで加熱圧縮成形し、ＡＳＴＭ−Ｄ６３８試験片形状
の繊維強化熱可塑性樹脂成形物を得た。この繊維強化熱
可塑性樹脂成形物の引張強度および成形物中の平均繊維
長を測定した。また、（σ−σ０）／Ｃの値を算出し
た。これらの結果を表１に示す。

【００１７】（実施例２）ポリブチレンテレフタレート
（ＰＢＴ、引張強度５６ＭＰａ）からなり厚さが１６０
μｍである平板と、平均繊維長が６ｍｍ、配向度が７０
％、目付けが４０ｇ／ｍ² である炭素繊維不織布とを、
炭素繊維不織布の含有量が表１に示す値となるように交
互に積層した。この場合、表面は熱可塑性樹脂平板とな
るようにして、合計３７層積層した。また、全体の厚み
は３．２ｍｍとした。ついでこの積層体をプレス面が２
５０℃に設定されたプレス機を使用して、５００ｋＰａ
で加熱圧縮成形し、ＡＳＴＭ−Ｄ６３８試験片形状の繊
維強化熱可塑性樹脂成形物を得た。この繊維強化熱可塑
性樹脂成形物の引張強度および成形物中の平均繊維長を
測定した。また、（σ−σ０）／Ｃの値を算出した。こ
れらの結果を表１に示す。

【００１８】（実施例３）ポリカーボネート（ＰＣ、引
張強度６６ＭＰａ）からなり厚さが１４０μｍである平
板と、平均繊維長が１０ｍｍ、配向度が７０％、目付け
が４０ｇ／ｍ² である炭素繊維不織布とを、炭素繊維不
織布の含有量が表１に示す値となるように交互に積層し
た。この場合、表面は熱可塑性樹脂平板となるようにし
て、合計４５層積層した。また、全体の厚みは３．２ｍ
ｍとした。ついでこの積層体をプレス面が２６０℃に設
定されたプレス機を使用して、５００ｋＰａで加熱圧縮
成形し、ＡＳＴＭ−Ｄ６３８試験片形状の繊維強化熱可
塑性樹脂成形物を得た。この繊維強化熱可塑性樹脂成形
物の引張強度および成形物中の平均繊維長を測定した。
また、（σ−σ０）／Ｃの値を算出した。これらの結果
を表１に示す。

【００１９】（比較例１）実施例１で使用したものと同
じポリエチレンテレフタレートに、長さ１０．０ｍｍの
炭素繊維を表１に示す含有量となるように配合し、押出
機により混練した後、これを実施例１と同様にしてプレ
ス成形し成形物を得た。この繊維強化熱可塑性樹脂成形
物の引張強度および成形物中の平均繊維長を測定した。
また、（σ−σ０）／Ｃの値を算出した。これらの結果
を表１に示す。

【００２０】（比較例２）実施例２で使用したものと同
じポリブチレンテレフタレートに、長さ６．０ｍｍの炭
素繊維を表１に示す含有量となるように配合し、押出機
により混練した後、これを実施例１と同様にしてプレス
成形し成形物を得た。この繊維強化熱可塑性樹脂成形物
の引張強度および成形物中の平均繊維長を測定した。ま
た、の値を算出した。これらの結果を表１に示す。

【００２１】（比較例３）実施例２で使用したものと同
じポリカーボネートに、長さ６．０ｍｍの炭素繊維を表
１に示す含有量となるように配合し、押出機により混練
した後、これを実施例１と同様にしてプレス成形し成形
物を得た。この繊維強化熱可塑性樹脂成形物の引張強度
および成形物中の平均繊維長を測定した。また、（σ−
σ０）／Ｃの値を算出した。これらの結果を表１に示
す。

【００２２】

【表１】

【００２３】実施例１と比較例１とを比較すると、実施
例１の成形物は炭素繊維の含有量が比較例１の成形物の
含有量よりも少ないが、比較例１の成形物と同程度の引
張強度であった。よって、実施例１の成形物では強化繊
維による強度向上効果が大きく発現していることがわか
る。またこのことは、実施例１の成形物は （σ−σ
０）／Ｃ≧４を満足していることからも明らかである。
また、実施例２と比較例２、実施例３と比較例３とを比
較すると、実施例２、３の成形物は炭素繊維の含有量が
比較例２、３の含有量よりもそれぞれ少ないが、引張強
度が優れていた。よって、実施例２、３の成形物では強
化繊維による強度向上効果が大きく発現していることが
わかる。またこのことは、実施例２、３の成形物は
（σ−σ０）／Ｃ≧４を満足していることからも明らか
である。また、実施例の製造方法によれば、成形の前後
で炭素繊維の平均繊維長に変化がなかった。このことか
ら、成形中に炭素繊維の折損がなかったことがわかる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の繊維強化熱
可塑性樹脂成形物によれば、特定の平均繊維長さの強化
繊維を特定の繊維配向度で含んでいるので、強化繊維に
よる強度向上効果が良好で、機械的強度および賦形性に
優れる。また、本発明の成形物の製造方法によれば、容
易かつ経済的に、強化繊維を折損することなく樹脂に分
散でき、また強化繊維の配向度も制御できるので、強化
繊維の有する特性が十分に発現し、賦形性も備えた繊維
強化熱可塑性樹脂成形物を製造できる。

───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｂ２９Ｋ 67:00 Ｂ２９Ｋ 67:00 101:12 101:12 105:08 105:08 105:12 105:12 Ｆターム(参考） 4F072 AA01 AA08 AB06 AB09 AB10 AD04 AD06 AD37 AD41 AD42 AD44 AD45 AD46 4F204 AA24 AA25 AB25 AD02 AD16 AG03 FB22 FF01 FF05 4J002 BD04W BD07W CF00W CG00W CL00W CL06X CM04W CN03W DA016 DL006 FA03X FA046 GQ00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂４０〜９５質量％と、平均
   繊維長が０．３〜２５ｍｍの強化繊維５〜６０質量％と
   を含み、前記強化繊維の繊維配向度が３０％以上９５％
   未満であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形
   物。
2. 【請求項２】 下記式（Ｉ）を満足することを特徴とす
   る請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形物。 （σ−σ０）／Ｃ≧４・・・（Ｉ） （式（Ｉ）中、σは繊維強化熱可塑性樹脂成形物の引張
   強度（ＭＰａ）を表し、σ０ は熱可塑性樹脂の引張強
   度（ＭＰａ）を表し、Ｃは前記成形物中の強化繊維含有
   量（質量％）を表す。）
3. 【請求項３】 前記強化繊維が、炭素繊維であることを
   特徴とする請求項１または２に記載の繊維強化熱可塑性
   樹脂成形物。
4. 【請求項４】 熱可塑性樹脂製平板と強化繊維布帛とを
   積層し、これらを加熱圧縮成形することを特徴とする請
   求項１ないし３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹
   脂成形物の製造方法。