JP2013203772A - 繊維強化プラスチック - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、非連続炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）を含む繊維強化プラスチックに関する。
【解決手段】 非連続炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）を含む繊維強化プラスチックであって、非連続炭素繊維（Ａ）の単繊維の繊維軸に垂直な断面の直径が９〜１３μｍ、繊維強化プラスチックに含まれる非連続炭素繊維（Ａ）が３５質量％以上である繊維強化プラスチックにより解決される。また、前記熱可塑性樹脂（Ｂ）がポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂の少なくともいずれか一種であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、繊維強化プラスチックに関する。

非連続の繊維で強化されたプラスチック材料は広く用いられ、特に射出成形の分野ではその軽量、高剛性特性から今日幅広く使われている。
軽量化を図るためには製品肉厚を薄く設計をするが、厚みが薄くなると当然剛性が下がるため、強化繊維を含有させ材料の弾性率を向上させることにより、部材の剛性を保つのが一般的である。材料の弾性率を向上させるために、繊維含有率は大きいほうが好ましい。しかし、強化繊維の含有率を大きくすると材料の流動性が損なわれる。
特許文献１にはポリカーボネート樹脂に脂肪酸を配合し、流動性を改良する方法が提案されている。この場合、流動性は向上するものの、脂肪酸によるポリカーボネート樹脂の分解が起こり機械的強度の低下を招く等の問題があった。これらの手法は、いずれも一長一短があり、必ずしも満足できる材料が提案されているわけではない。

特開昭６１−１６２５２０号公報

本発明は、樹脂物性を損なうことなく、弾性率の向上と流動性の向上を両立させるものである。

本発明者らは、鋭意検討した結果、本発明に至った。
すなわち、非連続炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）を含む繊維強化プラスチックであって、非連続炭素繊維（Ａ）の単繊維の直径が９〜１３μｍ、繊維強化プラスチックに含まれる非連続炭素繊維（Ａ）が３５質量％以上である繊維強化プラスチックである。また、前記熱可塑性樹脂（Ｂ）はポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂の少なくとも一種であることが好ましい。

本発明を用いれば弾性率が高く、かつ、流動性が高い繊維強化プラスチック材料を提供することができる。

本発明の繊維強化プラスチックに用いることができる非連続炭素繊維（Ａ）は、炭素繊維や黒鉛繊維であればよく、用途に応じてあらゆる種類の炭素繊維や黒鉛繊維を用いることが可能である。引張伸度１．５％以上の高強度炭素繊維を用いると繊維強化プラスチックの強度を高くできる。引張強度４５０ｋｇｆ／ｍｍ²、引張伸度１．７％以上の高強度高伸度炭素繊維はさらに好ましく、引張伸度１．９％以上の高強度高伸度炭素繊維が最も好ましい。また、炭素繊維や黒鉛繊維は他の強化繊維を混合して用いてもかまわない。
強度の面からＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。

本発明の繊維強化プラスチックに用いる非連続炭素繊維（Ａ）は、非連続炭素繊維（Ａ）の単繊維の直径が９〜１３μｍであることが必要である。直径がこの範囲であると、強化プラスチックに含まれる非連続炭素繊維（Ａ）の含有量を高くしても、流動性が低下することがないので好ましい。

本発明の繊維強化プラスチックには、非連続炭素繊維（Ａ）が３５質量％以上含まれることが必要である。３５質量％以上であれば、曲げ強さ、曲げ弾性率、曲げたわみなど強化プラスチックとした際の性能が優れ、かつ、流動性に優れる。

本発明の繊維強化プラスチックに用いることができる熱可塑性樹脂（Ｂ）は様々なものが使用できる。熱可塑性樹脂としては、主鎖に、炭素−炭素結合、アミド結合、イミド結合、エステル結合、エーテル結合、カーボネート結合、ウレタン結合、尿素結合、チオエーテル結合、スルホン結合、イミダゾール結合およびカルボニル結合等を有するものが挙げられる。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルアクリレート、ＡＳ樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ポリアクリレート、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリアラミド、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等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリベンズイミダゾール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶ポリマー等が挙げられる。また、ポリカーボネート／ＡＢＳ樹脂、変性ポリフェニレンエーテル等のポリマーアロイ化した樹脂が挙げられる。

炭素繊維と熱可塑性樹脂（Ｂ）との混合はどのような形式でも構わない。炭素繊維をカットした炭素繊維チョップと熱可塑性樹脂（Ｂ）を押出機で溶融混練する方法や、炭素繊維束を押出機に導入し熱可塑性樹脂（Ｂ）を溶融混練するとともに押出機内のスクリューで炭素繊維を切断し混練する方法等が挙げられる。

以下、実施例により本発明を説明するが、これにより本発明が何らかの制限を受けるものではない。

＜曲げ特性＞
ＩＳＯ１７８に準拠して強化繊維プラスチックに対して、曲げ試験を行い、曲げ強度、曲げ弾性率を測定した。

＜引張特性＞
ＩＳＯ５２７に準拠して強化繊維プラスチックに対して、引張試験を行い、引張強度、引張破断伸度を測定した。

＜表面抵抗値、体積抵抗値＞
１００ｍｍｘ１００ｍｍｘ厚さ３ｍｍの強化繊維プラスチック片について、ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準拠し測定した。
検出部：ＩＮＳＵＬＡＴＩＯＮ ＴＥＳＴＥＲ（横河電機製、製品名：ＭＹ４０）、
測定部：強化繊維プラスチック中の強化繊維の含有量が２０質量％未満のときは（株）エーディーシー社製 １２７０４Ａレジスティビティ・チャンバ、
２０〜４０質量％のときはアドバンテスト社製 Ｒ１２７０４ ＲＥＳＩＳＴＩＶＩＴＹ ＣＨＡＭＢＥＲ
＜メルトボリュームレイト（ＭＶＲ）測定＞
ＩＳＯ １１３３に準拠してＭＶＲを測定した。

＜荷重たわみ温度：Ｈｅａｔ Ｄｉｓｔｏｒｓｉｏｎ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ(ＨＤＴ)測定＞
ＩＳＯ ７５に準拠してＨＤＴ（荷重たわみ温度）を測定した。

＜シャルピー衝撃強度測定＞
ＩＳＯ １７９に準拠しシャルピー衝撃強度を測定した。

＜比重測定＞
ＩＳＯ １１８３に準拠し比重を測定した。

＜原料＞
（炭素繊維）
ＰＡＮ系炭素繊維１：繊維径 ９．４×１０^−６m、比重 １．８×１０^６ｇ／ｍ³、目付け ３．０ｇ／ｍ、フィラメント数 ２４０００本、強度 ４２００ＭＰａ、弾性率 ２３６ＧＰａ
ＰＡＮ系炭素繊維２：繊維径 １１．０×１０^−６ｍ、比重 １．８×１０^６ｇ／ｍ³、目付け ２．６ｇ／ｍ、フィラメント数 １５０００本、強度 ３７００ＭＰａ、弾性率 ２３４ＧＰａ
ＰＡＮ系炭素繊維３：繊維径 １３．０×１０^−６ｍ、比重 １．８×１０^６ｇ／ｍ³、目付け ２．９ｇ／ｍ、フィラメント数 １２０００本、強度 ３３００ＭＰａ、弾性率 ２３６ＧＰａ
ＰＡＮ系炭素繊維４：繊維径 ６．８×１０^−６ｍ、比重 １．８×１０^６ｇ／ｍ³、目付け １．０ｇ／ｍ、フィラメント数 １５０００本、強度 ４９００ＭＰａ、弾性率 ２４０ＧＰａ

炭素繊維１〜４を、すべて６ｍｍ長にカットして、非連続炭素繊維として用いた。

単繊維の直径は以下の式に基づいて算出した。
単繊維の直径＝（目付け÷比重÷フィラメント数÷円周率）^1/2×２

ポリカーボネート樹脂 （出光興産株式会社製、商品名：タフロンＡ１７００）

「実施例１〜３、比較例１〜１３」
二軸押出機（池貝製作所製、製品名：ＰＣＭ−３０）を用いて、表１に示す成分比で樹脂を樹脂フィーダーから供給し、炭素繊維をサイドフィーダーから供給して、樹脂温度２８０℃の温度で溶融混練して樹脂組成物のペレットを得た。なお、ここで、押出機の中間に設けられたベント口より減圧し水分を除去した。

次いでこのペレットを１５０℃で２時間の熱風による乾燥をし、射出成形機（三菱重工業製７５Ｔ射出成形機（２６５／７５ＭＳII））を用いて、樹脂温度３００℃、金型温度８０℃の温度条件で試験片を成形した。成形品の評価結果を表１、２に示す。
実施例１〜３に示すように本発明では流動性が高い。すなわち、強化繊維の含有率を大きくしても、材料の流動性を高く使うことができる。一方、比較例１のように単繊維直径の小さい炭素繊維を高充填すると、ＭＶＲすなわち流動性が低下した。

Claims (3)

1. 非連続炭素繊維（Ａ）と熱可塑性樹脂（Ｂ）を含む繊維強化プラスチックであって、非連続炭素繊維（Ａ）の単繊維の直径が９〜１３μｍ、繊維強化プラスチックに含まれる非連続炭素繊維（Ａ）が３５質量％以上である繊維強化プラスチック。
2. 前記熱可塑性樹脂（Ｂ）がポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂の少なくとも一種である請求項１記載の繊維強化プラスチック。
3. 非連続炭素繊維（Ａ）がＰＡＮ系炭素繊維である請求項１または、２記載の繊維強化プラスチック。