JP2003181833A - 炭素繊維チョップドファイバー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集束性及び耐熱性に優れ、炭素繊維強化樹脂
とした場合において炭素繊維の分散性が優れる、汎用エ
ンジニアリングプラスチック強化用として使用可能な、
汎用性に優れた炭素繊維チョップドファイバーを提供す
る。 【解決手段】 サイズ剤を用いて集束した炭素繊維チョ
ップドファイバーであって、サイズ剤付着量が１〜５質
量％で、空気中３００℃で１時間加熱したときの質量減
少率が１．０％以下であり、かつ示差走査熱量計にて融
解熱を測定したときに、２０〜１０００ｍｃａｌ／ｇの
吸熱ピークを２００℃以下に示す炭素繊維チョップドフ
ァイバー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維チョップ
ドファイバーに関する。更に詳しくは、集束性に優れ、
熱可塑性樹脂をマトリックスとする炭素繊維強化樹脂の
製造に適した炭素繊維チョップドファイバーに関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維チョップドファイバーは、所定
の長さに切断した補強用繊維束であり、熱硬化性樹脂を
マトリックス樹脂とする複合材料として、ＳＭＣ（ｓｈ
ｅｅｔｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＢＭＣ
（ｂｕｌｋ ｍｏｌｄｉｎｇｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ハン
ドレイアップ等に利用されている。

【０００３】また、炭素繊維チョップドファイバーは、
熱可塑性樹脂、特にエンジニアリングプラスチックをマ
トリックス樹脂とする複合材料にも多く使用される。

【０００４】かかる炭素繊維チョップドファイバーは、
通常、長さ１〜１０ｍｍ、フィラメント数３，０００本
（３Ｋ）乃至５０，０００本（５０Ｋ）程度の束状のも
のである。この炭素繊維チョップドファイバーは、樹脂
ペレットあるいは樹脂パウダーとともに押出機で溶融混
練してペレット化し、更にこれを射出成形することよっ
て所望の複合材料とするのが一般的である。

【０００５】上記の工程に供される炭素繊維チョップド
ファイバーは、押出機に定量的にかつ安定的に供給でき
るように、種々のサイズ剤により集束されている。サイ
ズ剤により集束された炭素繊維チョップドファイバーが
求められる特性としては、高い集束性のほか、押出し工
程や射出工程における工程トラブルの発生を防止し、成
形物の物性を低下させない耐熱性や、複合材料を製造す
る際にマトリックス樹脂中で炭素繊維の束が単繊維に分
かれて拡がる分散性が高いことを挙げることができる。
このような性質を満足させるべく、様々なサイズ剤が提
案されている。

【０００６】例えば、特開昭６１−２５２３７１号公
報、特開昭６１−６６６１５号公報、特開昭５７−１７
１７６７号公報、特開平１−９２２３４号公報にはエポ
キシ樹脂をサイズ剤に用いることが提案されている。し
かしながら、エポキシ樹脂系サイズ剤は集束性の点で未
だ満足しえない。

【０００７】また、特開昭５８−１２６３７５号公報、
特開昭６３−１５２４６８号公報にはサイズ剤としてウ
レタン樹脂を用いることが提案され、特開昭６２−１１
０９８４号公報にはエポキシ樹脂とウレタン樹脂を含む
サイズ剤が提案されている。ウレタン樹脂は靭性に優れ
るため集束性については充分であるものの、熱分解を防
止するための耐熱性については不充分な場合が多い。

【０００８】特開平４−８２９６９号公報には、官能基
数が３個以上のモノマーを使用した架橋タイプのウレタ
ン樹脂を用いることが提案されている。また、特開平６
−１９２４３６号公報にはブロックイソシアネートのよ
うな硬化剤により架橋したウレタン樹脂を使用すること
が提案されている。これらの架橋したサイズ剤は、耐熱
性に優れてはいるものの、その一方で成形加工時もサイ
ズ剤が溶融せず、マトリックス樹脂中で炭素繊維が分散
しにくくなる。特に、炭素繊維の含有率が低い場合や、
マトリックス樹脂が結晶性樹脂である場合は、チョップ
ドファイバーへかかる剪断力が弱いため、あるいはマト
リックス樹脂粘度が低いため炭素繊維の分散が均一に行
われず、成形物の物性を低下させる。

【０００９】炭素繊維チョップドファイバーのマトリッ
クス樹脂への分散性を高める対策としては、特開昭５３
−１０６７５２号公報のように、マトリックス樹脂と同
種の樹脂をサイズ剤に使用し、相溶性を高めて均一分散
を図る方法がある。しかしながら、この方法はサイズ剤
と同種のマトリックス樹脂を用いる場合には有効である
が、他のマトリックス樹脂へ適用する場合には必ずしも
分散性がよいとはいえず、適用範囲が限られるものであ
った。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、集束性及び耐熱性に優れ、かつ炭素繊維強化樹脂と
した場合において炭素繊維の分散性が優れる、各種の汎
用エンジニアリングプラスチック強化用として有用な汎
用性に優れた炭素繊維チョップドファイバーを提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに到
った。

【００１２】上記課題を達成する本発明は、以下に記載
するものである。

【００１３】〔１〕 サイズ剤を用いて集束した炭素繊
維チョップドファイバーであって、サイズ剤付着量が１
〜５質量％で、空気中３００℃で１時間加熱したときの
質量減少率が１．０％以下であり、かつ示差走査熱量計
にて融解熱を測定したときに、２０〜１０００ｍｃａｌ
／ｇの吸熱ピークを２００℃以下に示す炭素繊維チョッ
プドファイバー。

【００１４】〔２〕 嵩密度が３００ｇ／Ｌ以上である
〔１〕に記載の炭素繊維チョップドファイバー。

【００１５】〔３〕 サイズ剤の主成分がウレタン樹脂
である〔１〕または〔２〕に記載の炭素繊維チョップド
ファイバー。

【００１６】〔４〕 相対する２側面内壁に厚さ１．５
ｍｍで電気抵抗が１×１０^-3Ω・ｃｍ以下の導電性板を
取り付けた内寸が２６ｍｍ角の絶縁性四角筒の容器に、
５ｇの炭素繊維チョップドファイバーを充填し、上部よ
り２０００Ｐａの圧力で加圧して２枚の導電性板間の電
気抵抗を測定したとき、導電性板間の電気抵抗が１×１
０²Ω以下である〔１〕乃至〔３〕のいずれかに記載の
炭素繊維チョップドファイバー。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の炭素繊維チョップドファ
イバーは、示差走査熱量計にて融解熱を測定したとき
に、２００℃以下の温度領域において２０〜１０００ｍ
ｃａｌ／ｇの吸熱ピークを示すものである。

【００１８】融解熱は、固体から液体への状態変化に必
要な潜熱であり、融解熱量は示差走査熱量計の吸熱ピー
クから求めることができる。本発明において、２００℃
以下の温度領域で炭素繊維チョップドファイバーの融解
熱量を測定したときの吸熱ピークは、炭素繊維チョップ
ドファイバーに付与したサイズ剤が固体から液体に変化
する際の融解熱量を示している。仮に測定した温度領域
で吸熱ピークを示さない場合は、サイズ剤の溶融がほと
んど起こっていないことを示す。

【００１９】融解熱量を示す吸熱ピークが２０ｍｃａｌ
／ｇ未満では、炭素繊維強化樹脂の成形時のサイズ剤の
溶融が不充分で、マトリックス樹脂中で炭素繊維の分散
性が低く、得られる炭素繊維強化樹脂の物性が低下す
る。また、溶融熱量の吸熱ピークが１０００ｍｃａｌ／
ｇを超えると、水分を除去するためホッパー等で加熱す
る際、炭素繊維チョップドファイバー同士が癒着した
り、ホッパー内を流下するフィード性が劣るものとな
る。

【００２０】また、本発明の炭素繊維チョップドファイ
バーは、空気中３００℃で１時間加熱したときの質量減
少率が１．０％以下のものである。質量減少率が１．０
％を超えると、炭素繊維強化樹脂の成形をする際に炭素
繊維チョップドファイバーの分解物が原因となってマト
リックス樹脂の分解がおこり、樹脂の分子量を低下させ
て得られる炭素繊維強化樹脂の物性を低下させるととも
に、成形不良の原因となる。

【００２１】本発明の炭素繊維チョップドファイバーに
用いる炭素繊維については特に制限はなく、各種の公知
の炭素繊維、例えばレーヨン、ポリアクリロニトリル、
ピッチ、リグニン、炭化水素ガスを用いて製造した炭素
繊維や黒鉛質炭素繊維及びこれらに金属をコーティング
した金属被覆炭素繊維等の中から任意に選んで用いるこ
とができる。

【００２２】本発明の炭素繊維チョップドファイバーの
前駆体である炭素繊維ストランドのフィラメント構成本
数については特に限定されないが、コスト面や成形加工
時の取扱い性の点で１２，０００〜５０，０００のフィ
ラメントからなる炭素繊維ストランドが好ましい。

【００２３】炭素繊維チョップドファイバーの製造方法
としては、炭素化工程より取り出される炭素繊維ストラ
ンドを巻き取ることなく、複数本を合糸しながら、後工
程で各処理を行い、その後切断工程に供し、所定長に切
断する連続的な製造方法が生産効率が高く好ましい。

【００２４】炭素繊維の製造工程において、炭素化処理
終了後、マトリックス樹脂との接着性を高めるために表
面処理を施すことが好ましい。

【００２５】かかる表面処理は、液相処理、気相処理な
どを挙げることができる。本発明においては、生産性、
処理の均一性、安定性等の観点から、液相電解表面処理
が好ましい。

【００２６】炭素繊維の表面処理を行う程度の指標とし
ては、例えばＸ線光電子分光法（ＥＳＣＡ）により測定
される炭素繊維の表面酸素濃度比Ｏ／Ｃ、表面窒素濃度
比Ｎ／Ｃによって管理するのがよい。通常、表面酸素濃
度Ｏ／Ｃが、０．１〜０．３となるように酸化処理する
のが好ましい。

【００２７】このような表面処理により、炭素繊維とマ
トリックス樹脂との接着性が改良される。表面処理が過
度になると、表面処理による酸性基がマトリックス樹脂
の分解を促進する。マトリックス樹脂の分解が促進する
と、炭素繊維強化樹脂としての本来の性能を発揮するこ
とができないうえ、炭素繊維同志の接触抵抗が高くなり
炭素繊維強化樹脂として充分な導電性が得られないおそ
れがある。一方、表面処理が不足すると、炭素繊維とマ
トリックス樹脂との接着性が不足し、炭素繊維強化樹脂
における機械的特性が充分に発揮されない傾向がある。

【００２８】表面処理を経た炭素繊維は、充分に洗浄し
電解質を除去した後、サイズ剤処理を施す。

【００２９】サイズ剤としては、例えば、エポキシ系樹
脂、変性ナイロン系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂、ポリイミド系樹脂、フェノール系樹脂等を挙
げることができる。サイズ剤は、マトリックス樹脂の種
類に応じ適宜選択することができるが、靭性に優れるこ
とからウレタン樹脂が好ましい。

【００３０】サイズ剤の付与は、スプレー法、液浸法、
転写法等、既知の方法を採択し得るが、汎用性、効率
性、付与の均一性に優れるので液浸法が好ましい。

【００３１】炭素繊維ストランドをサイズ剤液に浸積す
る際、サイズ剤液中に設けられた液没ローラ又は液浸ロ
ーラを介して、開繊と絞りを繰り返し、ストランドの芯
までサイズ液を含浸させることが好ましい。

【００３２】サイズ剤付与処理は、サイズ剤を溶解させ
る溶媒によりエマルジョン法と溶剤法とに分けることが
できる。溶剤法で使用する溶剤としては、アセトン；メ
チルエチルケトン等のケトン類；メタノール、エタノー
ル等のアルコール類；メチレンクロライド等の有機塩素
化合物等を挙げることができる。サイズ剤の付与は、溶
剤法、エマルジョン法のいずれの方法も用いることがで
きるが、人体への安全性及び自然環境の汚染を防止する
観点からエマルジョン法が好ましい。

【００３３】水系エマルジョンの場合、炭素繊維ストラ
ンドに付与するサイズ剤量を適正化する上で、サイズ剤
の濃度は１〜１００ｇ／Ｌ、２５℃での溶液粘度は０．
１〜１００Ｐが好ましい。サイジングする際の工程温度
は０〜５０℃が好ましく、サイズ剤の付着量をコントロ
ールするために、サイズ剤を付着させた後、スクイズ処
理しても構わない。

【００３４】サイズ剤の付与方法は、単独または二種類
以上のサイズ剤を一段階で付与してもよく、または二段
階以上に分けて付与してもよい。

【００３５】本発明における炭素繊維チョップドファイ
バーのサイズ剤付着量は１〜５質量％の範囲とする。サ
イズ剤の付着量が１質量％未満では炭素繊維チョップド
ファイバーの集束性が不充分で、成形加工時における取
扱い性が劣る。一方、５質量％を超えると、複合材料と
したときにマトリックス樹脂に対するサイジング剤の量
が多くなり、不純物効果によりマトリックス樹脂の結晶
性を低下させ、複合材料における機械特性低下の原因と
なる。

【００３６】炭素繊維ストランドにサイズ剤溶液を付着
させた後、通常乾燥ゾーンに送り、サイズ剤液を乾燥さ
せる。乾燥ゾーンの雰囲気温度は、溶剤を使用したサイ
ズ剤溶液の場合は、その溶剤の種類により決まる。汎用
的な水系エマルジョンの場合は８０〜２００℃に設定す
る。乾燥温度が高い場合、あるいは乾燥時間が長い場
合、乾燥状態は良好となるが、熱履歴を多く与えると、
サイズ剤の劣化が起こり、ストランドの柔軟性が欠け、
ストランドを切断してチョップ化する時にストランドが
割れやすくなるため嵩密度が低くなる等の弊害が起こる
ので、適正な乾燥条件で乾燥することが好ましい。

【００３７】ストランドの集束性を高めるために、プリ
カーサーからサイズ剤液乾燥までの間に、加撚してもよ
い。加撚は、ストランドの集束のみならず、単糸切れに
よるストランドの毛羽立ちを抑制するためにも有効であ
る。加撚の程度は、２個／ｍ〜３０個／ｍが好ましい。

【００３８】サイズ剤付与処理後、乾燥させたストラン
ドは、切断工程に供される。切断にはロービングカッタ
ー等のロータリー式カッターや、ギロチンカッター等通
常用いられているカッターを用いることができる。

【００３９】炭素繊維チョップドファイバーの繊維長
は、通常１〜１０ｍｍとすることが好ましく、特に３〜
８ｍｍとすることが好ましい。

【００４０】このようにして得られた炭素繊維チョップ
ドファイバーの緻密性を評価する尺度として、嵩密度を
用いることができる。炭素繊維チョップドファイバーの
嵩密度は、繊維長によって若干の変動はあるが、３００
ｇ／Ｌ以上が好ましく、３５０ｇ／Ｌ以上がより好まし
く、４００ｇ／Ｌ以上が更に好ましい。

【００４１】また、炭素繊維チョップドファイバーの緻
密性を評価する尺度として、嵩密度と同様に安息角を用
いることもできる。炭素繊維チョップドファイバーの安
息角はほぼ嵩密度と対応し、嵩密度が高いチョップドフ
ァイバーは安息角も小さくなる傾向を示す。炭素繊維チ
ョップドファイバーの安息角は６０°以下が好ましく、
５０°以下がより好ましく、４５°以下が更に好まし
い。

【００４２】嵩密度及び安息角が上記のような値を示す
炭素繊維チョップドファイバーは、自然流下性が高く、
その結果フィーダーでの持ち込みがよくなり、マトリッ
クスへの安定配合を行うことが出来る。

【００４３】本発明の炭素繊維チョップドファイバー
は、炭素繊維強化樹脂とした場合、樹脂中での分散性が
高く導電性に優れるので導電性樹脂として使用すること
ができる。炭素繊維強化樹脂は、樹脂中に分散した炭素
繊維同志が接触していることにより通電する（トンネル
効果含む）。従って、炭素繊維同士の接触抵抗が高いと
樹脂の導電性が劣ったものとなる。

【００４４】本発明者らは、炭素繊維チョップドファイ
バー集合体電気抵抗を炭素繊維強化樹脂における炭素繊
維の接触抵抗の指標とし、炭素繊維チョップドファイバ
ー集合体電気抵抗が１×１０²Ω以下であれば複合材料
における導電性が良好で、樹脂の導電性に差がないこと
を見出した。炭素繊維チョップドファイバー集合体電気
抵抗は、相対する２側面内壁に厚さ１．５ｍｍの電気抵
抗が１×１０^-3Ω・ｃｍ以下の導電性板を取り付けた、
内寸が２６ｍｍ角の絶縁性四角筒の容器に、５ｇの炭素
繊維チョップドファイバーを充填し、上部より２０００
Ｐａの圧力で加圧したときの２枚の導電性板間の電気抵
抗を測定することにより求める。

【００４５】炭素繊維チョップドファイバー集合体電気
抵抗は炭素繊維の表面処理程度と相関があり、上述した
Ｏ／Ｃが０．１〜０．３の範囲内では炭素繊維チョップ
ドファイバー集合体電気抵抗は１×１０²Ω以下であり
問題ない。

【００４６】本発明の炭素繊維チョップドファイバーを
強化繊維として使用する場合、単繊維の直径が５〜１０
μｍで、炭素繊維のストランドの引っ張り強さは２．９
ＧＰａ以上、引っ張り弾性率は２００ＧＰａ以上の性能
を示すものが複合材料に使用するものとして好ましい。

【００４７】複合材料のマトリックス樹脂として用いら
れる熱可塑性樹脂樹脂としては、ナイロン、ポリカーボ
ネート、ポリアセタール等の汎用エンジニアリングプラ
スチックを挙げることができる。また、ポリプロピレン
やＡＢＳ等の汎用プラスチックやポリフェニレンスルフ
ィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルホン、ポ
リエーテルエーテルケトン、液晶性の芳香族ポリエステ
ル等の耐熱性ポリマー類も使用することができる。本発
明の炭素繊維チョップドファイバーを強化繊維として使
用するマトリックス樹脂は特に限定されないが、汎用エ
ンジニアリングプラスチックにおいて使用するのが特に
好ましい。

【００４８】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に具体的に説
明する。なお、実施例に於ける各測定値は下記の方法に
て求めた値である。

【００４９】［嵩密度］２０００ｃｃのメスシリンダー
に３００ｇの炭素繊維チョップドファイバーを充填し、
軽く衝撃を与え平衡に達したときの体積を求めた。

【００５０】［安息角］Ｖ型ロートより１０ｃｍ下の水
平平板上に炭素繊維チョップドファイバーを自然落下さ
せ、山状に堆積した炭素繊維チョップドファイバーの傾
斜角度を測定した。

【００５１】［サイズ剤付着量］（硫酸分解法） ２００ｍＬのコニカルビーカー中に炭素繊維チョップド
ファイバーを２ｇ（Ｗ１）精秤し、濃硫酸１００ｍＬを
加え、時計皿で蓋をし、約２００℃で１時間加熱してサ
イズ剤を熱分解した。冷却後、過酸化水素水溶液を溶液
が透明になるまで少量づつ加えた。しかる後、予め乾
燥、精秤してあるガラスフィルター（Ｗ２）を用いて炭
素繊維を濾別し、約１０００ｍＬの水で洗浄した後、炭
素繊維の入ったガラスフィルターを１１０±３℃で２時
間乾燥し、デシケーター中で室温まで冷却した後の質量
（Ｗ３）を測定した。次式によって、サイズ剤付着量を
求めた。

【００５２】サイズ剤付着量（質量％）＝（Ｗ１−Ｗ３
＋Ｗ２）×１００／Ｗ１ ［質量減少率］約５ｇの炭素繊維チョップドファイバー
を予め乾燥、質量（Ｗ１）を精秤したるつぼ内に入れ、
約１１０℃で２時間乾燥後、デシケーター中で室温まで
冷却し、炭素繊維が入ったるつぼの質量（Ｗ２）を測定
した。このるつぼを３００±５℃の熱風循環式乾燥機内
で１時間加熱した後、デシケーター中で室温まで冷却
し、質量（Ｗ３）を測定した。質量減少率を次式により
求めた。

【００５３】質量減少率（％）＝（Ｗ２−Ｗ３）×１０
０／（Ｗ２−Ｗ１） ［融解熱量］示差走査熱量計（マック・サイエンス社
製、ＤＳＣ３１００）を用い、融解熱量を測定した。測
定条件は、サンプル量約２０ｍｇ、窒素流量１００ｍＬ
／分、昇温速度１０℃／分とした。

【００５４】［集合体電気抵抗］相対する２側面内壁に
厚さ１．５ｍｍで電気抵抗が１×１０^-3Ω・ｃｍ以下の
導電性板を取り付けた内寸が２６ｍｍ角の絶縁性四角筒
の容器に、５ｇの炭素繊維チョップドファイバーを充填
した。充填した炭素繊維チョップドファイバーを上部よ
り２０００Ｐａの圧力で加圧し、２枚の導電性板間の電
気抵抗を測定した。

【００５５】［表面抵抗値測定］１００ｍｍ×１００ｍ
ｍ×厚さ３ｍｍの試験片の平面に２５ｍｍ毎に縦横各３
本の線を引き、縦線と横線の交点において、ピン間隔５
ｍｍの４探針法にて測定し、該交点９点の平均値を表面
抵抗値とし、そのＣＶ値より、炭素繊維の分散度合いを
判断した。測定装置は、三菱油化社製、ロレスタＡＰ
ＭＣＰ−Ｔ４００を用い、測定雰囲気は２３℃、相対湿
度４０〜５０％とした。

【００５６】実施例１ フィラメント数２４０００本（２４Ｋ）のポリアクリロ
ニトリル（ＰＡＮ）系プリカーサーを耐炎化工程及び炭
素化工程を経て炭素化炉より排出した炭素繊維を電解表
面処理し、水洗した。その後、５０℃付近に融点を示す
エステル系ウレタンを主成分とする水系エマルジョンサ
イズ剤液（バイエル社製 ディスパコールＵ５４）に通
し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、繊維長
６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力及びエマル
ジョン樹脂濃度を調整し、サイズ剤付着量を４．０質量
％にした。

【００５７】得られた炭素繊維チョップドファイバーの
嵩密度は５５０ｇ／Ｌ、安息角は３６°であり、品質良
好なチョップが得られた。また、この炭素繊維チョップ
ドファイバーを空気中３００℃で１時間加熱した際の質
量減少率は０．８％であり、示差走査熱量計にて融解熱
量を測定したところ、サイズ剤樹脂の融点付近に融解熱
量３２０ｍｃａｌ／ｇに相当する吸熱ピークを示した。
炭素繊維チョップドファイバー集合体電気抵抗は３８Ω
であった。

【００５８】上記炭素繊維チョップドファイバーと分子
量２４，０００のポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成社製 パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が３０
質量％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベン
ト式押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、
水冷後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレット
を得た。この際のポリカーボネートの分子量を測定した
ところ２０，７００であった。このペレットを十分乾燥
後、射出成形にて試験片を成形し物性を測定したとこ
ろ、引張強度１７２ＭＰａ、曲げ強度２３１ＭＰａと良
好な物性を示した。

【００５９】また上記炭素繊維チョップドファイバーと
ポリアセタール樹脂ペレット（ポリプラスチックス社製
ジュラコン Ｍ９０）を炭素繊維が２０質量％になる
ようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式押出機に
て、溶融混練してストランド状に押出し、水冷後切断し
て炭素繊維含有ポリアセタールペレットを得た。このペ
レットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を成形し物性
を測定したところ、引張強度１４１ＭＰａ、曲げ強度１
７２ＭＰａと良好な物性を示した。成形物の表面抵抗は
２５Ω／□、そのＣＶ値は２９％で、分散状態は良好で
あった。

【００６０】実施例２ ２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出した炭素繊維を電解表面処
理し、水洗した。その後、５０℃付近に融点を示すエス
テル系ウレタンを主成分とする水系エマルジョンサイズ
剤液（バイエル社製 ディスパコールＵ５４）に通し、
次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、繊維長６ｍ
ｍに切断した。その際、ストランド張力及びエマルジョ
ン樹脂濃度を調整し、サイズ剤付着量を２．０質量％に
した。

【００６１】得られた炭素繊維チョップドファイバーの
嵩密度は４３０ｇ／Ｌ、安息角は４４°であり、品質良
好なチョップが得られた。また、この炭素繊維チョップ
ドファイバーを空気中３００℃で１時間加熱した際の質
量減少率は０．６％であり、示差走査熱量計にて融解熱
量を測定したところ、サイズ剤樹脂の融点付近に融解熱
量１５０ｍｃａｌ／ｇに相当する吸熱ピークを示した。
炭素繊維チョップドファイバー集合体電気抵抗は２１Ω
であった。

【００６２】上記炭素繊維チョップドファイバーと分子
量２４，０００のポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成社製 パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が３０
質量％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベン
ト式押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、
水冷後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレット
を得た。この際のポリカーボネートの分子量を測定した
ところ２１，２００であった。このペレットを十分乾燥
後、射出成形にて試験片を成形し物性を測定したとこ
ろ、引張強度１６４ＭＰａ、曲げ強度２２４ＭＰａと良
好な物性を示した。

【００６３】また上記炭素繊維チョップドファイバーと
ポリアセタール樹脂ペレット（ポリプラスチックス社製
ジュラコン Ｍ９０）を炭素繊維が２０質量％になる
ようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式押出機に
て、溶融混練してストランド状に押出し、水冷後切断し
て炭素繊維含有ポリアセタールペレットを得た。このペ
レットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を成形し物性
を測定したところ、引張強度１２３ＭＰａ、曲げ強度１
６９ＭＰａと良好な物性を示した。成形物の表面抵抗は
８Ω／□、そのＣＶ値は３０％で、分散状態は良好であ
った。

【００６４】実施例３ ２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出した炭素繊維を電解表面処
理し、水洗した。その後、６０℃付近に融点を示すエス
テル系ウレタンを主成分とする水系エマルジョンサイズ
剤液（三洋化成社製 ケミチレンＧＡ−４）に通し、次
いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、繊維長６ｍｍ
に切断した。その際、ストランド張力及びエマルジョン
樹脂濃度を調整し、サイズ剤付着量を３．０質量％にし
た。

【００６５】得られた炭素繊維チョップドファイバーの
嵩密度は４４０ｇ／Ｌ、安息角は４２°であり、品質良
好なチョップが得られた。また、この炭素繊維チョップ
ドファイバーを空気中３００℃で１時間加熱した際の質
量減少率は０．７％であり、示差走査熱量計にて融解熱
量を測定したところ、サイズ剤樹脂の融点付近に融解熱
量２０ｍｃａｌ／ｇに相当する吸熱ピークを示した。炭
素繊維チョップドファイバー集合体電気抵抗は２２Ωで
あった。

【００６６】上記炭素繊維チョップドファイバーと分子
量２４，０００のポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成社製 パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が３０
質量％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベン
ト式押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、
水冷後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレット
を得た。この際のポリカーボネートの分子量を測定した
ところ２０，８００であった。このペレットを十分乾燥
後、射出成形にて試験片を成形し物性を測定したとこ
ろ、引張強度１６８ＭＰａ、曲げ強度２４１ＭＰａと良
好な物性を示した。

【００６７】また上記炭素繊維チョップドファイバーと
ポリアセタール樹脂ペレット（ポリプラスチックス社製
ジュラコン Ｍ９０）を炭素繊維が２０質量％になる
ようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式押出機に
て、溶融混練してストランド状に押出し、水冷後切断し
て炭素繊維含有ポリアセタールペレットを得た。このペ
レットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を成形し物性
を測定したところ、引張強度１３３ＭＰａ、曲げ強度１
７４ＭＰａと良好な物性を示した。成形物の表面抵抗は
１４Ω／□、そのＣＶ値は２６％で、分散状態は良好で
あった。

【００６８】実施例４ ２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出した炭素繊維を電解表面処
理し、水洗した。その後、５０℃付近に融点を示すエス
テル系ウレタンを主成分とする水系エマルジョンサイズ
剤液（三洋化成社製 ユープレンＵＸ−３０６）に通
し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、繊維長
６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力及びエマル
ジョン樹脂濃度を調整し、サイズ剤付着量を２．０質量
％にした。

【００６９】得られた炭素繊維チョップドファイバーの
嵩密度は４３０ｇ／Ｌ、安息角は４３°であり、品質良
好なチョップが得られた。また、この炭素繊維チョップ
ドファイバーを空気中３００℃で１時間加熱した際の質
量減少率は０．７％であり、示差走査熱量計にて融解熱
量を測定したところ、サイズ剤樹脂の融点付近に融解熱
量１５０ｍｃａｌ／ｇに相当する吸熱ピークを示した。
炭素繊維チョップドファイバー集合体電気抵抗は８８Ω
であった。

【００７０】上記炭素繊維チョップドファイバーと分子
量２４，０００のポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成社製 パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が３０
質量％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベン
ト式押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、
水冷後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレット
を得た。この際のポリカーボネートの分子量を測定した
ところ２０，８００であった。このペレットを十分乾燥
後、射出成形にて試験片を成形し物性を測定したとこ
ろ、引張強度１８１ＭＰａ、曲げ強度２３８ＭＰａと良
好な物性を示した。

【００７１】また上記炭素繊維チョップドファイバーと
ポリアセタール樹脂ペレット（ポリプラスチックス社製
ジュラコン Ｍ９０）を炭素繊維が２０質量％になる
ようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式押出機に
て、溶融混練してストランド状に押出し、水冷後切断し
て炭素繊維含有ポリアセタールペレットを得た。このペ
レットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を成形し物性
を測定したところ、引張強度１４７ＭＰａ、曲げ強度１
８０ＭＰａと良好な物性を示した。成形物の表面抵抗は
３９Ω／□、そのＣＶ値は３３％で、分散状態は良好で
あった。

【００７２】比較例１ ２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出した炭素繊維を電解表面処
理し、水洗した。その後、６０℃付近に融点を示すエー
テル系ウレタンを主成分とする水系エマルジョンサイズ
剤液（大日本インキ化学社製 ボンディック１９４０Ｎ
Ｓ）に通し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた
後、繊維長６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力
及びエマルジョン樹脂濃度を調整し、サイズ剤付着量を
３．０質量％にした。

【００７３】得られた炭素繊維チョップドファイバーの
嵩密度は４８０ｇ／Ｌ、安息角は３８°であり、品質良
好なチョップが得られた。また、この炭素繊維チョップ
ドファイバーを空気中３００℃で１時間加熱した際の質
量減少率は１．８％であり、示差走査熱量計にて融解熱
量を測定したところ、サイズ剤樹脂の融点付近に融解熱
量９０ｍｃａｌ／ｇに相当する吸熱ピークを示した。炭
素繊維チョップドファイバー集合体電気抵抗は３７Ωで
あった。

【００７４】上記炭素繊維チョップドファイバーと分子
量２４，０００のポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成社製 パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が３０
質量％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベン
ト式押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、
水冷後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレット
を得た。この際のポリカーボネートの分子量を測定した
ところ１８，２００であった。このペレットを十分乾燥
後、射出成形にて試験片の成形を試みたがノズルからの
ハナタレが多く、正常な成形物が得られなかった。

【００７５】比較例２ ２４ＫのＰＡＮ系プリカーサーを耐炎化工程及び炭素化
工程を経て炭素化炉より排出した炭素繊維を電解表面処
理し、水洗した。その後、熱硬化タイプのエステル系ウ
レタンを主成分とする水系エマルジョンサイズ剤液（第
一工業製薬社製スーパーフレックス７００及びエラスト
ロンＢＮ−４４を９：１の割合で混合したもの）に通
し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、繊維長
６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力及びエマル
ジョン樹脂濃度を調整し、サイズ剤付着量を４．０質量
％にした。炭素繊維チョップドファイバー集合体電気抵
抗は３９Ωであった。

【００７６】得られた炭素繊維チョップドファイバーの
嵩密度は５６０ｇ／Ｌ、安息角は３６°であり、品質良
好なチョップが得られた。また、このチョップドファイ
バーを空気中３００℃で１時間加熱した際の質量減少率
は０．２％であり、示差走査熱量計にて融解熱量を測定
したところ、２００℃以下に吸熱ピークは見られなかっ
た。

【００７７】上記炭素繊維チョップドファイバーと分子
量の２４，０００のポリカーボネート樹脂ペレット（帝
人化成社製 パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が３
０質量％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベ
ント式押出機にて、溶融混練してストランド状に押出
し、水冷後切断して炭素繊維含有ポリカーボネートペレ
ットを得た。この際のポリカーボネートの分子量を測定
したところ２２，４００であった。このペレットを十分
乾燥後、射出成形にて試験片を成形し物性を測定したと
ころ、引張強度１５４ＭＰａ、曲げ強度２２３ＭＰａと
良好な物性を示した。

【００７８】また上記炭素繊維チョップドファイバーと
ポリアセタール樹脂ペレット（ポリプラスチックス社製
ジュラコン Ｍ９０）を炭素繊維が２０質量％になる
ようにドライブレンドした後、４ｍｍベント式押出機に
て、溶融混練してストランド状に押出し、水冷後切断し
て炭素繊維含有ポリアセタールペレットを得た。このペ
レットを十分乾燥後、射出成形にて試験片を成形し物性
を測定したところ、引張強度８９ＭＰａ、曲げ強度１２
７ＭＰａと低値な物性を示した。成形物の表面抵抗は２
７Ω／□、そのＣＶ値は８０％と分散不良であった。

【００７９】比較例３ フィラメント数２４０００本（２４Ｋ）のポリアクリロ
ニトリル（ＰＡＮ）系プリカーサーを耐炎化工程及び炭
素化工程を経て炭素化炉より排出した炭素繊維を電解表
面処理し、水洗した。その後、５０℃付近に融点を示す
エステル系ウレタンを主成分とする水系エマルジョンサ
イズ剤液（バイエル社製 ディスパコールＵ５４）に通
し、次いで１２０℃の乾燥機にて乾燥させた後、繊維長
６ｍｍに切断した。その際、ストランド張力及びエマル
ジョン樹脂濃度を調整し、サイズ剤付着量を０．５質量
％にした。

【００８０】得られた炭素繊維チョップドファイバーの
嵩密度は２７０ｇ／Ｌ、安息角は５８°であった。ま
た、この炭素繊維チョップドファイバーを空気中３００
℃で１時間加熱した際の質量減少率は０．１％であり、
示差走査熱量計にて融解熱量を測定したところ、サイズ
剤樹脂の融点付近に融解熱量５０ｍｃａｌ／ｇに相当す
る吸熱ピークを示した。炭素繊維チョップドファイバー
集合体電気抵抗は２２Ωであった。

【００８１】上記炭素繊維チョップドファイバーと分子
量２４，０００のポリカーボネート樹脂ペレット（帝人
化成社製 パンライトＬ−１２５０）を炭素繊維が３０
質量％になるようにドライブレンドした後、４ｍｍベン
ト式押出機にて、溶融混練してストランド状に押出し、
炭素繊維含有ポリカーボネートペレットを得ようとした
ところ、炭素繊維チョップドファイバーの集束性が悪い
ためペレットとの混練ができず、成形不可能であった。

【００８２】

【発明の効果】本発明の炭素繊維チョップドファイバー
は、各種汎用エンジニアリングプラスチックの成形温度
領域において、耐熱性に優れ、かつ成形時の溶融分散性
に優れるため、各種のマトリックス樹脂における炭素繊
維強化複合材料の物性は良好な値を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 敏正 静岡県駿東郡長泉町上土狩234 東邦テナ ックス株式会社内 Ｆターム(参考） 4F072 AA04 AA08 AB10 AB22 AC05 AC08 AC10 AC12 AD04 AD41 AD42 AD44 AD45 AD46

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サイズ剤を用いて集束した炭素繊維チョ
   ップドファイバーであって、サイズ剤付着量が１〜５質
   量％で、空気中３００℃で１時間加熱したときの質量減
   少率が１．０％以下であり、かつ示差走査熱量計にて融
   解熱を測定したときに、２０〜１０００ｍｃａｌ／ｇの
   吸熱ピークを２００℃以下に示す炭素繊維チョップドフ
   ァイバー。
2. 【請求項２】 嵩密度が３００ｇ／Ｌ以上である請求項
   １に記載の炭素繊維チョップドファイバー。
3. 【請求項３】 サイズ剤の主成分がウレタン樹脂である
   請求項１または２に記載の炭素繊維チョップドファイバ
   ー。
4. 【請求項４】 相対する２側面内壁に厚さ１．５ｍｍで
   電気抵抗が１×１０ ^-3Ω・ｃｍ以下の導電性板を取り付
   けた内寸が２６ｍｍ角の絶縁性四角筒の容器に、５ｇの
   炭素繊維チョップドファイバーを充填し、上部より２０
   ００Ｐａの圧力で加圧して２枚の導電性板間の電気抵抗
   を測定したとき、導電性板間の電気抵抗が１×１０²Ω
   以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の炭素繊維
   チョップドファイバー。