JP2015110747A - 繊維強化複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】
強化繊維と接着性化合物、熱可塑性樹脂を用いた強化繊維複合材料において、引張強度などの力学特性に優れた繊維強化複合材料を提供する。
【解決手段】
熱可塑性樹脂（Ａ）と接着性化合物（Ｂ）と強化繊維（Ｃ）を含有し、かつ、接着性化合物（Ｂ）が特定の構造を１分子内に２個以上有する化合物であり、熱可塑性樹脂（Ａ）が主鎖の繰返し単位構造中に炭素以外の元素を含む熱可塑性樹脂であり、接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂが１．２以上である繊維強化複合材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、優れた力学特性を有する繊維強化複合材料に関する。

繊維強化複合材料（ＦＲＰ）は、軽量で優れた力学特性を有しており、電気・電子機器用途、土木・建築用途、機械・機構部品用途、ロボット用途、二輪車・自動車用途、宇宙・航空用途などに広く用いられている。これらのＦＲＰに用いられる強化繊維には、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、アラミド繊維やＰＢＯ繊維などの有機繊維、およびシリコンカーバイド繊維などの無機繊維や炭素繊維などが使用されているが、比強度、比剛性にとりわけ優れ、抜群の軽量性が得られる観点から炭素繊維が好適に用いられる。

ここで、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）などＦＲＰの代表的な形態として、プリプレグ、またはプリプレグを積層して得られるプリフォームをプレス成形（加圧力の下で脱泡し賦形する成形方法）した成形品が挙げられる。このプリプレグは、連続した強化繊維を一方向に配列させるか、織物加工させるかをした強化繊維基材に、樹脂を含浸して製造する方法が一般的であるが不連続な強化繊維も使用される。

連続した強化繊維を用いたプリプレグを成形した成形品は優れた力学特性が得られる反面、強化繊維が連続体のまま使用されるために、複雑な形状を成形するには不向きであり、かつプリプレグの積層角度による特性への影響が大きいため、積層工程の経済的負担から、使用用途が制限されている。

一方で、不連続な強化繊維を用いたシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）や、ガラスマット基材（ＧＭＴ）は、プレス成形に適した材料であるが、比強度、比剛性などの力学特性が低いこと、プリプレグのような薄肉の成形品への対応が困難であること、また成形時に樹脂が大きく流動するため等方的な力学特性が得られず、かつ特性のバラツキが大きいことなどの課題から、使用用途が制限されている。

また、強化繊維とマトリックス樹脂との接着性が繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性に影響することから、強化繊維とマトリックス樹脂の界面設計は、繊維強化複合材料を開発する上では極めて重要な課題である。

特許文献１には、カルボジイミド試薬が表面に付着した炭素繊維が提案されており、マトリックス樹脂となる熱可塑性樹脂に対する接着性に優れ、曲げ強度が向上する記載があるが、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度の点では課題が残り、さらなる強度向上が望まれる。

また、特許文献２にも、分子内に２個以上のカルボジイミド結合を有する有機化合物を含む炭素繊維用表面改質剤および当該改質剤で改質された炭素繊維に関する技術が開示されているが、同様に強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度の点で課題が残り、成形品のさらなる強度向上が望まれる。

さらに特許文献３にも、ポリアリーレンスルファイド樹脂に脂肪族ポリカルボジイミド系樹脂と無機充填剤として繊維の樹脂組成物が開示されているが、これも成形品の引張強度が不十分であり、さらなる強度向上が望まれる。

特開平５−１０６１６３号公報 特開平５−３１１０６９号公報 特開２００５−２３９９１７号公報

本発明は、かかる従来技術の問題点を改善し、引張強度といった力学特性に優れた繊維強化複合材料を提供することを課題とする。

発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、強化繊維界面に接着性化合物を局在化させることで強化繊維周辺の接着性化合物の存在比を制御し、強化繊維との接着性を高め、得られる繊維強化複合材料の引張強度が飛躍的に向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。

かかる問題点を解決するための本発明の繊維強化複合材料は、次の構成からなる。すなわち、熱可塑性樹脂（Ａ）、接着性化合物（Ｂ）および強化繊維（Ｃ）を含有し、かつ、前記接着性化合物（Ｂ）がカルボジイミド構造、ウレア構造およびウレタン構造からなる群より選択される少なくとも１種の構造を１分子内に２個以上有する化合物であり、熱可塑性樹脂（Ａ）が主鎖の繰返し単位構造中に炭素以外の元素を含む熱可塑性樹脂であり、式（１）で示される接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂが１．２以上である、繊維強化複合材料。
Ｒｂ＝Ｒ（≦５００ｎｍ）／Ｒ（＞５００ｎｍ）・・・式（１）
Ｒ（≦５００ｎｍ）：強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍ以内の接着性化合物（Ｂ）の存在量
Ｒ（＞５００ｎｍ）：強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍより外側の接着性化合物（Ｂ）の存在量

本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維とマトリックス樹脂の界面強度が高いため引張強度といった力学特性を飛躍的に向上させることが可能である。

本発明の繊維強化複合材料における強化繊維（Ｃ）の単糸の軸心方向に直交する断面の一例を示す模式図である。

本発明者らは、繊維強化複合材料における接着性化合物の局所的な存在量を追求した結果、繊維強化複合材料内の特定の領域における接着性化合物の存在量が、繊維強化複合材料の力学特性に影響することを明らかにし、本発明の繊維強化複合材料に到達したものである。

本発明の繊維強化複合材料は、強化繊維（Ｃ）、接着性化合物（Ｂ）および熱可塑性樹脂（Ａ）を成分として含んでいる。まず各成分について説明する。

本発明の繊維強化複合材料で用いられる強化繊維（Ｃ）は、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維、天然繊維、鉱物繊維などが使用でき、これらは１種または２種以上を併用してもよい。中でも、比強度、比剛性が高く軽量化効果の観点から、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が好ましく用いられる。また、得られる成形品の経済性を高める観点から、ガラス繊維が好ましく用いることができ、とりわけ力学特性と経済性のバランスから炭素繊維とガラス繊維を併用することが好ましい。さらに、得られる成形品の衝撃吸収性や賦形性を高める観点から、アラミド繊維が好ましく用いることができ、とりわけ力学特性と衝撃吸収性のバランスから炭素繊維とアラミド繊維を併用することが好ましい。また、得られる成形品の導電性を高める観点から、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。

炭素繊維としては、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により測定される繊維表面の酸素（Ｏ）と炭素（Ｃ）の原子数の比である表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）が、０．０５〜０．５０であるものが好ましく、より好ましくは０．０８〜０．４０であり、さらに好ましくは０．１０〜０．３０である。表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）が高いほど、炭素繊維表面の官能基量が多く、炭素繊維とサイジング剤との接着性を高めることができる一方で、表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）が高すぎると、炭素繊維表面の結晶構造の破壊が懸念されるため、表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）が好ましい範囲内で、力学特性にとりわけ優れた繊維強化複合材料を得ることが出来る。

炭素繊維の表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）は、Ｘ線光電子分光法により、次の手順に従って求められる。まず、溶剤でサイジング剤などを除去した炭素繊維をカットして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ＭｇＫ_α１、２を用い、試料チャンバー中を１×１０^−８Ｔｏｒｒに保つ。測定時の帯電に伴うピークの補正としてＣ１Ｓの主ピークの運動エネルギー値（Ｋ．Ｅ．）を９６９ｅＶに合わせる。Ｃ１Ｓピーク面積は、Ｋ．Ｅ．として９５８〜９７２ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。Ｏ１Ｓピーク面積は、Ｋ．Ｅ．として７１４〜７２６ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。ここで表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）とは、上記Ｏ１Ｓピーク面積とＣ１Ｓ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。

表面酸素濃度比（Ｏ／Ｃ）を制御する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、電解酸化処理、薬液酸化処理および気相酸化処理などの手法を取ることができ、中でも電解酸化処理が好ましい。

また、強化繊維（Ｃ）の平均繊維径は、特に限定されないが、得られる繊維強化複合材料の力学特性と表面外観の観点から、１〜２０μｍの範囲内であることが好ましく、３〜１５μｍの範囲内であることがより好ましい。

強化繊維（Ｃ）は、取り扱い性の面から、複数本の単糸を束ねた強化繊維束として用いても良い。強化繊維束を構成する単糸数としては、取り扱い性の面から１００本以上、３５０，０００本以下が好ましく、１，０００本以上、２５０，０００本以下がより好ましく、１０，０００本以上、１００，０００本以下がさらに好ましい。強化繊維束を構成する単糸数をこのような範囲とすることで、本発明の繊維強化複合材料が経済性良く得られる。

強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長としては、０．１ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましい。繊維強化複合材料の成形性の観点から０．１ｍｍ〜２０ｍｍであることがさらに好ましい。

数平均繊維長の測定方法としては、例えば、溶解法、あるいは焼き飛ばし法により、繊維強化複合材料に含まれる樹脂成分を除去し、残った強化繊維を濾別した後、顕微鏡観察により測定する方法や、溶融法で繊維強化複合材料を薄く引き伸ばして強化繊維を透過観察して測定する方法がある。測定は強化繊維を無作為に４００本選び出し、その長さを１μｍ単位まで光学顕微鏡にて測定し、ΣＬｉ／４００（Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１，２，３，・・・，４００）により数平均繊維長を算出する。なお、繊維強化複合材料から焼き飛ばし法や溶解法で強化繊維を摘出する方法、および溶融法で成形品を薄く引き伸ばして強化繊維を透過観察する方法は、得られる結果に特別な差異を生じることはない。

繊維強化複合材料における強化繊維（Ｃ）の接着性をより高めるために、強化繊維（Ｃ）には、カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を１分子中に２個以上有する化合物（以下、化合物（Ｅ）と略記）が付着していることが好ましい。前記官能基は１分子中に２種類以上が混在しても良く、１種類の官能基を１分子中に２個以上有する化合物を２種類以上併用しても良い。化合物（Ｅ）は脂肪族化合物であることが好ましい。化合物（Ｅ）を脂肪族化合物とすることで、強化繊維（Ｃ）および接着性化合物（Ｂ）との親和性が高まるため力学特性に優れた繊維強化複合材料が得られるため好ましい。

化合物（Ｅ）の具体例としては、多官能エポキシ樹脂、アクリル酸系ポリマー、多価アルコール、ポリエチレンイミンなどが挙げられ、とりわけ強化繊維（Ｃ）の表面官能基や接着性化合物（Ｂ）の双方との反応性が高い多官能エポキシ樹脂が好ましい。

多官能エポキシ樹脂としては、３官能以上の脂肪族エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂などが挙げられる。中でも、脂肪カルボジイミド化合物との親和性の観点から３官能以上の脂肪族エポキシ樹脂が好ましい。なお、３官能以上の脂肪族エポキシ樹脂とは、１分子中にエポキシ基を３個以上有する脂肪族エポキシ樹脂を意味する。

３官能以上の脂肪族エポキシ樹脂の具体例としては、例えば、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、アラビトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルなどの脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテルなどが挙げられる。これら脂肪族エポキシ樹脂の中でも、反応性の高いエポキシ基を１分子中に多く含み、かつ水溶性が高く、強化繊維（Ｃ）への塗布が容易なことから、グリセロールトリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテルが本発明では好ましく用いられる。

本発明におけるアクリル酸系ポリマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸およびマレイン酸の重合体であって、１分子中にカルボキシル基を３個以上含有するポリマーの総称である。具体的には、ポリアクリル酸、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、アクリル酸とマレイン酸との共重合体、あるいはこれらの２種以上の混合物が挙げられる。さらに、アクリル酸系ポリマーは、前記官能基の数が１分子中に３個以上となる限り、カルボキシル基をアルカリで部分的に中和した（即ち、カルボン酸塩とした）ものであっても良い。前記アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化アンモニウムなどが挙げられる。アクリル酸系ポリマーとしては、カルボキシル基を１分子中により多く含むポリアクリル酸が好ましく用いられる。

本発明における多価アルコールの具体例としては、ポリビニルアルコール、グリセロール、ジグリセロール、ポリグリセロール、ソルビトール、アラビトール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。多価アルコールとしては、水酸基を１分子中により多く含むポリビニルアルコールが好ましく用いられる。

本発明におけるポリエチレンイミンとしては、エチレンイミンを開環重合して得られる、１級、２級、３級アミノ基による分岐構造を有するポリアミンである。ポリエチレンイミンとしては、アミノ基を１分子中により多く含むポリエチレンイミンが好ましく用いられる。

化合物（Ｅ）は、その質量平均分子量を１分子中の前記官能基の数（カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基の総数）で除した値が４０〜１５０であることが好ましい。かかる範囲とすることで、強化繊維（Ｃ）の表面官能基や接着性化合物（Ｂ）の官能基との反応点の密度をより均一とすることができ、得られる繊維強化複合材料の引張強度といった力学特性をより高めることができる。

本発明の繊維強化複合材料において、化合物（Ｅ）を用いる場合、その含有量は、繊維強化複合材料の強度を効率的に向上させるために、強化繊維（Ｃ）１００質量部に対して０．０１〜５質量部とすることが好ましく、０．１〜２質量部とすることがより好ましい。

化合物（Ｅ）を強化繊維（Ｃ）に付着する方法は、例えば強化繊維（Ｃ）のサイジング剤として付着する方法が例示できる。上記サイジング剤を強化繊維（Ｃ）に付与する手段としては、例えばローラーを介して強化繊維（Ｃ）をサイジング剤に浸漬させる方法、サイジング剤を霧状にして強化繊維（Ｃ）に吹き付ける方法などが挙げられる。この際、強化繊維（Ｃ）に対するサイジング剤の付着量がより均一となるように、サイジング剤を溶媒で希釈したり、付与する際の温度、糸条張力などをコントロールすることが好ましい。サイジング剤を希釈する溶媒は、水、メタノール、エタノール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトン、トルエンなどが挙げられるが、取扱いが容易で防災の観点から水が好ましい。かかる溶媒は、サイジング剤を強化繊維（Ｃ）に付与した後は加熱により蒸発させて除去される。また、水に不溶、もしくは難溶の化合物をサイジング剤として用いる場合には、乳化剤または界面活性剤を添加し、水分散して用いることが好ましい。乳化剤または界面活性剤としては、アニオン系乳化剤、カチオン系乳化剤、ノニオン系乳化剤などを用いることができる。これらの中でも相互作用の小さいノニオン系乳化剤を用いることがサイジング剤の効果を阻害しにくく好ましい。

本発明の繊維強化複合材料で用いられる接着性化合物（Ｂ）は、カルボジイミド構造、ウレア構造およびウレタン構造からなる群より選ばれる少なくとも１種の構造を１分子内に２個以上有する化合物であることが必要であり、中でも、強化繊維との界面接着の観点からポリカルボジイミドが好ましく用いられる。

ポリカルボジイミドとしては、脂肪族ポリカルボジイミド、芳香族ポリカルボジイミドが挙げられ、熱可塑性樹脂との反応性の観点から脂肪族ポリカルボジイミドが好ましく用いられる。

脂肪族ポリカルボジイミドとは、一般式 −Ｎ＝Ｃ＝Ｎ−Ｒ_３− （式中、Ｒ_３ はシクロヘキシレンなどの脂環式化合物の２価の有機基、またはメチレン、エチレン、プロピレン、メチルエチレンなどの脂肪族化合物の２価の有機基を示す）で表される繰り返し単位を主要構成単位とする、好ましくは当該繰り返し単位を７０モル％以上、より好ましくは９０モル％以上、さらに好ましくは９５モル％以上含有するホモポリマーまたはコポリマーである。

ウレア構造を有する接着性化合物（Ｂ）としては、ジイソシアネートを、複数のアミノ基を含む化合物（例えば、ヒドラジン、ジヒドラジドなど）を含むジアミンと反応させる事により得られたものを使用できる。別法として、複数のウレア構造を有する接着性化合物（Ｂ）であるポリウレアは、イソシアネートを水と反応させて不安定なカルバミン酸を形成する事により合成し得る。カルバミン酸は分解して二酸化炭素を発生し、直ちに過剰のイソシアネートと反応してウレア架橋を形成するアミノ基を形成する。または、カルボジイミド構造を有する化合物を水で処理して、カルボジイミドをウレアへと反応させることでも得られる。

ウレタン構造を有する接着性化合物（Ｂ）としては、ビスクロロホルメートをジアミンと反応させる事により得られたものを使用できる。別法として、複数のウレタン構造を有する接着性化合物（Ｂ）であるポリウレタンは、ジイソシアネートをマクログリコールなどのジオール、ポリオール、またはマクログリコールと単鎖グリコール延長剤の組合せと反応させる事により合成し得る。

接着性化合物（Ｂ）は、その質量平均分子量が、好ましくは５００〜１０，０００であり、より好ましくは１，０００〜５，０００である。接着性化合物（Ｂ）の質量平均分子量がこの範囲にあると、接着性化合物（Ｂ）が成形などの加熱溶融時に比較的流動しやすく、かつ流動しすぎて接着を損なうほどに拡散してしまわないため、強化繊維（Ｃ）の周辺に局在化しやすくなり、本発明の効果である、引張強度といった力学特性の向上が高レベルで達成できていると推定される。なお、接着性化合物（Ｂ）の質量平均分子量はＳＥＣ（サイズ排除クロマトグラフィー）などの分析方法によって求めることができる。

本発明の繊維強化複合材料で用いられる熱可塑性樹脂（Ａ）は、極性を高めて強化繊維（Ｃ）や接着性化合物（Ｂ）との親和性を大きくする観点から、主鎖の繰返し単位構造中に炭素以外の元素を含むことが必要であり、強化繊維（Ｃ）との界面接着性や繊維強化複合材料の成形性の観点から、より具体的にはポリカーボネート、ポリエステル、ポリアリーレンスルフィド、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンおよびポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂（Ａ）は、強化繊維（Ｃ）や接着性化合物（Ｂ）との接着性の観点からカルボキシル基、水酸基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を分子中に少なくとも１個有することが好ましい。

熱可塑性樹脂（Ａ）は、その質量平均分子量が、好ましくは１０，０００〜８０，０００であり、より好ましくは１０，０００〜６０，０００であり、さらに好ましくは１０，０００〜４０，０００である。質量平均分子量の小さい熱可塑性樹脂（Ａ）ほど溶融粘度が低く、得られる繊維強化複合材料が成形加工性に優れる為好ましい。

また、本発明の繊維強化複合材料は、質量平均分子量の小さい熱可塑性樹脂（Ａ）ほど、得られる繊維強化複合材料の引張強度といった力学特性が向上する傾向がある。この原因は、熱可塑性樹脂（Ａ）が有する官能基が接着性化合物（Ｂ）の官能基と化学反応しており、質量平均分子量の小さい熱可塑性樹脂（Ａ）ほど末端に存在する官能基が相対的に増加し、接着性化合物（Ｂ）との反応点が増加するためであると推測される。この効果は、強化繊維（Ｃ）への接着性が低いポリアリーレンスルフィドを熱可塑性樹脂（Ａ）として用いた場合にとりわけ顕著である。これらの理由から、本発明の繊維強化複合材料において、熱可塑性樹脂（Ａ）の質量平均分子量を１０，０００〜４０，０００の範囲とすることが、得られる繊維強化複合材料の力学特性を高レベルで達成でき、成型加工性と両立できる為とりわけ好ましい。

なお、熱可塑性樹脂（Ａ）の質量平均分子量はサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）によって測定することができる。ＳＥＣでは、熱可塑性樹脂（Ａ）の質量平均分子量は、ポリスチレン換算の質量平均分子量として算出される。

本発明の繊維強化複合材料には、本発明の効果を損なわない範囲で、エラストマーあるいはゴム成分などの耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤が含有されていても良い。添加剤の例としては、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、あるいは制泡剤が挙げられる。

本発明の繊維強化複合材料において、接着性化合物（Ｂ）は、熱可塑性樹脂（Ａ）１００質量部に対して０．１〜１０質量部含有されていることが好ましく、０．１〜５質量部含有されていることがさらに好ましい。接着性化合物（Ｂ）の含有量が、この範囲にあると、強化繊維（Ｃ）と熱可塑性樹脂（Ａ）との親和性を高めるのに十分な量であり、かつ熱可塑性樹脂（Ａ）への配合が適量でありコスト面への影響も軽微な量であり、繊維強化複合材料の力学特性を効率的に向上させることができるため好ましい。接着性化合物（Ｂ）の含有量が、０．１質量部未満では、接着性化合物（Ｂ）の量が十分でなく、得られる繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性の向上効果が小さい場合がある。また、接着性化合物（Ｂ）の含有量が、１０質量部を越えると、接着性化合物（Ｂ）が多すぎる為に、得られる繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性の向上効果が小さい場合がある。

本発明の繊維強化複合材料において、強化繊維（Ｃ）は、熱可塑性樹脂（Ａ）１００質量部に対して１０〜３００質量部含有されていることが好ましく、１０〜２００質量部含有されていることがさらに好ましく、２０〜１００質量部含有されていることがより好ましく、２０〜５０質量部含有されていることがさらに好ましい。強化繊維（Ｃ）の含有量が、１０質量部未満では、強化繊維（Ｃ）の量が十分でなく、得られる繊維強化複合材料の引張強度といった力学特性の向上効果が小さい場合がある。強化繊維（Ｃ）の含有量が、３００質量部を越えると、強化繊維（Ｃ）を熱可塑性樹脂（Ａ）と接着性化合物（Ｂ）を含むマトリックス樹脂に複合化させる難易度があがり、結果的に得られる繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性の向上効果が小さい場合がある。

本発明の繊維強化複合材料において、式（１）で示される接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂが１．２以上である必要があり、強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）の界面接着の観点から存在比Ｒｂが１．５以上であることが好ましい。
Ｒｂ＝Ｒ（≦５００ｎｍ）／Ｒ（＞５００ｎｍ）・・・式（１）
Ｒ（≦５００ｎｍ）：強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍ以内の接着性化合物（Ｂ）の存在量
Ｒ（＞５００ｎｍ）：強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍより外側の接着性化合物（Ｂ）の存在量

存在比Ｒｂは、１．２未満となると、強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）の界面接着が悪くなり、繊維強化複合材料の力学特性、特に界面接着に影響する引張強度が悪くなる。

また、強化繊維（Ｃ）の表面への接着性化合物（Ｂ）の凝集度合いを制御する観点から、存在比Ｒｂは、１０以下であることが好ましく、５以下であることがさらに好ましく、３．５以下であることがより好ましい。

存在比Ｒｂは、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法(ＥＤＸ)、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）などを使用することによって、接着性化合物（Ｂ）に含まれる特徴的な元素（窒素原子、酸素原子など）や分子、結合状態を強化繊維（Ｃ）近傍についてＲ（≦５００ｎｍ）およびＲ（＞５００ｎｍ）を測定して、比をとることで算出できる。また、存在比をマッピングすることでそれぞれの場所における存在量を知ることもできる。

図１は、本発明の繊維強化複合材料について、含まれる強化繊維（Ｃ）の単糸の軸心方向に直交する断面で観察した例を模式的に表したものである。強化繊維（Ｃ）（図１における強化繊維単糸１）の断面の外周で接着性化合物（Ｂ）の存在量が多い領域（図１における強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍ以内の領域２）は、接着性化合物（Ｂ）と熱可塑性樹脂（Ａ）を含むマトリックス樹脂の内、接着性化合物（Ｂ）の割合が多い領域から構成される。また、接着性化合物（Ｂ）の存在量が少ない領域（図１における強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍより外側の領域３）は、接着性化合物（Ｂ）と熱可塑性樹脂（Ａ）を含むマトリックス樹脂の内、熱可塑性樹脂（Ａ）の割合が多い領域から構成される。ここで、強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍとは、強化繊維（Ｃ）の接線から垂直に直線を引いた長さ（図１における強化繊維（Ｃ）からの長さ４）が５００ｎｍであることを示す。上記エネルギー分散型Ｘ線分光法(ＥＤＸ)、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）、飛行時間型二次イオン質量分析法（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）などの測定をより正確に実施するためには、例えば、繊維強化複合材料を、強化繊維（Ｃ）の単糸の軸心方向に直交する断面から傾斜角度をつけて作製した断面を測定することで、測定部位面積を大きく確保することができる。

本発明の繊維強化複合材料を得る為の１例として、押出機を用いて溶融混練を行う方法が例示できる。押出機としては、単軸押出機や二軸押出機が例示でき、中でも混練性に優れる二軸押出機を好ましく用いることができる。二軸押出機としては、スクリュー長さＬとスクリュー直径Ｄの比Ｌ／Ｄが２０〜１００であるものが例示できる。さらに、二軸押出機のスクリューは、フルフライトやニーディングディスクなどの長さや形状的特長が異なるスクリューセグメントが組み合わされて構成されるが、混練性と反応性の向上の点から、１個以上のニーディングディスクを含むことが好ましい。溶融混練条件として、溶融混練の際のシリンダー温度は、混練性と反応性の向上の点から２５０〜４００℃が好ましく、２８０〜３５０℃がより好ましく、２８０〜３１０℃がさらに好ましい。かかる構成の二軸押出機を用いることで、二軸押出機のシリンダー内で各成分の官能基同士の反応が進行し、得られる繊維強化複合材料の引張強度などの力学特性が向上する。

前記押出機を用いて本発明の繊維強化複合材料を得る為の第１の方法としては、強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）と熱可塑性樹脂（Ａ）とを溶融混練する方法が挙げられる。さらに、強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）と熱可塑性樹脂（Ａ）とを溶融混練する際に、熱可塑性樹脂（Ａ）と接着性化合物（Ｂ）を溶融混練し、次いで強化繊維（Ｃ）と複合化させる方法を選択することが好ましい。かかる構成とすることで、熱可塑性樹脂（Ａ）を溶融混練し、次いで接着性化合物（Ｂ）および強化繊維（Ｃ）を複合化させる方法に比べ熱可塑性樹脂（Ａ）中への接着性化合物（Ｂ）の拡散を制御しやすくなり、さらに、熱可塑性樹脂（Ａ）と強化繊維（Ｃ）とを溶融混練し、次いで接着性化合物（Ｂ）を複合化させる方法に比べ強化繊維（Ｃ）表面への接着性化合物（Ｂ）の凝集を制御しやすく、存在比Ｒｂを制御した繊維強化複合材料が生産性良く製造されるようになる。

強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）と熱可塑性樹脂（Ａ）とを溶融混練する際に、熱可塑性樹脂（Ａ）と接着性化合物（Ｂ）を溶融混練し、次いで強化繊維（Ｃ）と複合化させる方法としては、熱可塑性樹脂（Ａ）と接着性化合物（Ｂ）を押出機にメインフィードし、強化繊維（Ｃ）をサイドフィードする方法が例示できる。

さらに好ましくは、強化繊維（Ｃ）の投入を出来るだけ早めに実施する方法が例示できる。強化繊維（Ｃ）の投入を早くすることで、強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）が反応あるいは、相互作用により接近し、接着性化合物（Ｂ）が強化繊維（Ｃ）の周辺５００ｎｍ以下に局在化することで繊維強化複合材料において、強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）の界面強度を高め、引張強度などの力学特性を向上させることができるため好ましい。この為、押出機にサイドフィードする位置としては、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の２０〜７０％の範囲が例示でき、２０〜５０％の範囲がより好ましい。また、押出機のシリンダー温度を低くすることで、溶融時に接着性化合物（Ｂ）を流動しにくくして、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂中での拡散を制御し、強化繊維（Ｃ）の周辺に接着性化合物（Ｂ）を局在化させることも可能である。この方法では、強化繊維（Ｃ）がランダムに分散した溶融混練物が得られ、この溶融混練物をペレットとすることで射出成形などに好適に用いられる。射出成形によって成形する場合、複雑形状の成形品を生産性良く製造できる。また、射出成形の際にもシリンダー温度を低くすることで、溶融時に接着性化合物（Ｂ）を流動しにくくして、繊維強化複合材料のマトリックス樹脂中での拡散を制御し、強化繊維（Ｃ）の周辺に接着性化合物（Ｂ）を局在化させることも可能である。

前記押出機を用いて本発明の繊維強化複合材料を得る為の第２の方法としては、接着性化合物（Ｂ）と熱可塑性樹脂（Ａ）を予め溶融混練した樹脂組成物を、強化繊維（Ｃ）を用いた繊維基材と複合化させる方法が挙げられる。この場合、接着性化合物（Ｂ）と熱可塑性樹脂（Ａ）を予め混合した場合でも、該樹脂組成物を強化繊維（Ｃ）と複合化させる際に、接着性化合物（Ｂ）が熱可塑性樹脂（Ａ）と反応しないで単純に混練された状態である。そのため、強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）が反応あるいは、相互作用により接近し、接着性化合物（Ｂ）が強化繊維（Ｃ）の周辺５００ｎｍ以下に局在化することで、繊維強化複合材料において、強化繊維（Ｃ）と接着性化合物（Ｂ）の界面強度を高め、引張強度などの力学特性を向上させることができる。前記繊維基材の形状としては、例えば連続した強化繊維を一方向に配列させてシート状とした一方向配列基材、織物（クロス）、不織布、マット、編み物、組み紐、ヤーン、トウ、などが挙げられる。前記複合化の形態としては、含浸、被覆、積層などが挙げられるが、ボイドなどが少なく、引張強度や伸度といった力学特性に優れる繊維強化複合材料が得られる為に、前記樹脂組成物を前記繊維基材に含浸させたものが好ましい。このような繊維強化複合材料は、プレス成形、スタンピング成形、オートクレーブ成形、フィラメントワインディング成形、トランスファー成形によって成形でき、細かくした基材であれば射出成形によっても成形できる。中でも、成形品の生産性と力学特性のバランスから、プレス成形、スタンピング成形および射出成形が好ましく用いられる。

本発明の繊維強化複合材料は、電子機器筐体として好適であり、コンピューター、テレビ、カメラ、オーディオプレイヤーなどに好適に使用される。

本発明の繊維強化複合材料は、電気電子部品用途に好適であり、コネクター、ＬＥＤランプ、ソケット、光ピックアップ、端子板、プリント基板、スピーカー、小型モーター、磁気ヘッド、パワーモジュール、発電機、電動機、変圧器、変流器、電圧調整器、整流器、インバーターなどに好適に使用される。

本発明の繊維強化複合材料は、自動車用部品や車両関連部品などに好適であり、安全ベルト部品、インストルメントパネル、コンソールボックス、ピラー、ルーフレール、フェンダー、バンパー、ドアパネル、ルーフパネル、フードパネル、トランクリッド、ドアミラーステー、スポイラー、フードルーバー、ホイールカバー、ホイールキャップ、ガーニッシュ、インテークマニホールド、燃料ポンプ、エンジン冷却水ジョイント、ウィンドウォッシャーノズル、ワイパー、バッテリー周辺部品、ワイヤーハーネスコネクター、ランプハウジング、ランプリフレクター、ランプソケットなどに好適に使用される。

本発明の繊維強化複合材料は、建材として好適であり、土木建築物の壁、屋根、天井材関連部品、窓材関連部品、断熱材関連部品、床材関連部品、免震制振部材関連部品、ライフライン関連部品などに好適に使用される。

本発明の繊維強化複合材料は、スポーツ用品として好適であり、ゴルフクラブのシャフト、ゴルフボールなどのゴルフ関連用品、テニスラケットやバトミントンラケットなどのスポーツラケット関連用品、アメリカンフットボールや野球、ソフトボールなどのマスク、ヘルメット、胸当て、肘当て、膝当てなどのスポーツ用身体保護用品、釣り竿、リール、ルアーなどの釣り具関連用品、スキー、スノーボードなどのウィンタースポーツ関連用品などに好適に使用される。

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。

まず、本発明に使用した評価方法を下記する。

（１）繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長
繊維強化複合材料の一部を切り出し、熱可塑性樹脂（Ａ）の融点＋３０℃の温度、軟化温度＋１５０℃、ガラス転移温度＋１５０℃のいずれかの条件（熱可塑性樹脂（Ａ）がポリフェニレンスルフィドであれば３１０℃、ポリカーボネートであれば３００℃）で加熱プレスし、３０μｍ厚のフィルムを得た。得られたフィルムを光学顕微鏡にて１５０倍に拡大観察し、フィルム内で分散した強化繊維を観察した。その長さを１μｍ単位まで測定して、次式により数平均繊維長（Ｌｎ）を求めた。
数平均繊維長（Ｌｎ）＝（ΣＬｉ）／Ｎｔｏｔａｌ
Ｌｉ：測定した繊維長さ（ｉ＝１、２、３、・・・、ｎ）
Ｎｔｏｔａｌ：繊維長さを測定した総本数

（２）繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ
熱可塑性樹脂（Ａ）がポリフェニレンスルフィドの場合、次の手順に従って求めた。まず、エネルギー分散型Ｘ線分光法(ＥＤＸ)を用いて、Ｒ（≦５００ｎｍ）とＲ（＞５００ｎｍ）の各領域についてＣ（炭素原子）／Ｓ（硫黄原子）の比を評価した。Ｃ／Ｓは、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を用いて、ＦＩＢマイクロサンプリング法により、繊維強化複合材料から観察用試験片を作製した。次に下記装置、条件によって所定の範囲の炭素原子数および硫黄原子数を検出し、得られた炭素原子数を硫黄原子数で除することで、その範囲の硫黄濃度比Ｃ／Ｓとした。この方法によって、測定場所でポリアリーレンスルフィドのＣ／ＳよりもＣ（炭素原子）が多いか少ないかを判断することができ、ポリアリーレンスルフィド以外の化合物、すなわち接着性化合物（Ｂ）が多いか少ないかを知ることができることから、接着性化合物（Ｂ）の測定場所における存在量を間接的に知ることができることになり、各Ｃ／Ｓを式（１）に代入し繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂを求めた。
Ｒ（≦５００ｎｍ）＝Ｃ（≦５００）／Ｓ（≦５００）：強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍ以内の接着性化合物（Ｂ）の存在量
Ｒ（＞５００ｎｍ）＝Ｃ（＞５００）／Ｓ（＞５００）：強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍより外側の接着性化合物（Ｂ）の存在量
Ｒｂ＝Ｒ（≦５００ｎｍ）／Ｒ（＞５００ｎｍ）・・・式（１）
装置：原子分解能分析電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）； ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆ（ＪＥＯＬ製）
エネルギー分散型Ｘ線分析装置 ； ＪＥＤ−２３００（ＪＥＯＬ製）
測定条件：加速電圧； ２００ｋＶ
ｂｅａｍ ｓｐｏｔ ｓｉｚｅ； ０．２ｎｍφ

熱可塑性樹脂（Ａ）がポリカーボネートの場合は、Ｓ（硫黄原子）の代わりにＯ（酸素原子）を対象として上記と同様の評価をおこなって、Ｒｂを測定した。

（３）繊維強化複合材料の引張試験
ＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠し、Ｔｙｐｅ−Ｉ試験片を用い、試験機として、“インストロン（登録商標）”万能試験機（インストロン社製）を用いた。

次に、本発明の実施例および比較例に用いた材料について説明する。

実施例１〜１１または比較例１〜７のいずれかで用いた強化繊維（Ｃ）は、以下の通りである。
（強化繊維−１）ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を用いて、紡糸、焼成処理、および表面酸化処理を行うことによって、総単糸数１２，０００本の連続した炭素繊維ストランドを得た。この炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
引張強度：４，９００ＭＰａ
引張弾性率：２４０ＧＰａ
引張伸度：２％
比重：１．８
単糸直径：７μｍ
表面酸素濃度比[Ｏ／Ｃ]：０．１２
（強化繊維−２）ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を用いて、紡糸、焼成処理、および表面酸化処理を行うことによって、総単糸数１２，０００本の連続した炭素繊維ストランドを得た。この炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
引張強度：４，９００ＭＰａ
引張弾性率：２３０ＧＰａ
引張伸度：２％
比重：１．８
単糸直径：７μｍ
表面酸素濃度比[Ｏ／Ｃ]：０．０６
（強化繊維−３）Ｅ−Ｇｌａｓｓ製、総単糸数１，６００本の連続したガラス繊維ストランド
この強化繊維の特性は次に示す通りであった。
引張強度：３，４００ＭＰａ
引張弾性率：７２ＧＰａ
引張伸度：３％
比重：２．６
単糸直径：１３μｍ

実施例１〜１１および比較例１〜７のいずれかで用いた接着性化合物（Ｂ）は、以下の通りである。
（接着性化合物−１）脂肪族ポリカルボジイミド“カルボジライト（登録商標）”ＨＭＶ−８ＣＡ（日清紡ケミカル社製）」（カルボジイミド基当量２７８、質量平均分子量３，０００）
（接着性化合物−２）芳香族ポリカルボジイミド“スタバクゾール（登録商標）”Ｐ（ラインケミー社製）」（質量平均分子量４，０００）
（接着性化合物−３）芳香族ポリカルボジイミド“スタバクゾール（登録商標）”Ｐ４００（ラインケミー社製）」（質量平均分子量２０，０００）
（接着性化合物−４）Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミド（和光純薬工業社製）（カルボジイミド基当量２０６、質量平均分子量２０６）

実施例１〜１１および比較例１〜７で用いた熱可塑性樹脂（Ａ）は、以下の通りである。
（熱可塑性樹脂−１）融点２８５℃、質量平均分子量３０，０００、酸末端品、クロロホルム抽出量０．５質量％のポリフェニレンスルフィド
（熱可塑性樹脂−２）融点２８５℃、質量平均分子量４５，０００、酸末端品、クロロホルム抽出量０．５質量％のポリフェニレンスルフィド
（熱可塑性樹脂−３）ポリカーボネート“ユーピロン（登録商標）”Ｈ−４０００（三菱エンジニアリングプラスチックス社製）（ガラス転移温度１４５℃、質量平均分子量３４，５００）

実施例１〜１１または比較例１〜７のいずれかにおいてサイジング剤として用いた化合物（Ｅ）は、以下の通りである。
（Ｅ−１）グリセロールトリグリシジルエーテル（和光純薬工業社製）
質量平均分子量：２６０
１分子当たりのエポキシ基数：３
質量平均分子量を１分子当たりのカルボキシル基、アミノ基、水酸基、エポキシ基、水酸基の総数で除した値：８７
（Ｅ−２）ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＳＩＧＭＡ−ＡＬＤＲＩＣＨ社製）
質量平均分子量：３４０
１分子当たりのエポキシ基数：２
質量平均分子量を１分子当たりのカルボキシル基、アミノ基、水酸基、エポキシ基、水酸基の総数で除した値：１７０
（Ｅ−３）（３−グリシジルオキシプロピル）トリエトキシシラン（ＳＩＧＭＡ−ＡＬＤＲＩＣＨ社製）
質量平均分子量：２７８
１分子当たりのエポキシ基数：１
質量平均分子量を１分子当たりのカルボキシル基、アミノ基、水酸基、エポキシ基、水酸基の総数で除した値：２７８
（Ｅ−４）攪拌機、温度計、冷却コンデンサーを備えた３００ｍｌセパラブルフラスコ中に、２，４−トルエンジイソシアネート（２，４−ＴＤＩ）８０モル部と２，６−トルエンジイソシアネート（２，６−ＴＤＩ）２０モル部の混合物（商品名：ＴＤＩ ８０、三井東圧化学（株）製）２２．４ｇ（０．１２８モル）、フェニルイソシアネート（ＰｈＩ）２．２０ｇ（０．０７５６モル、ＴＤＩ１００モル部に対し１４モル部）、乾燥トルエン１１０ｍｌを窒素雰囲気中に装入し、撹拌しながら均一に溶解した。次に、重合溶媒と同じ溶媒１ｍｌに希釈した３−メチル−１−フェニル−２−ホスホレン−１−オキシド触媒０．０９１３ｇ（０．０００４７５モル、０．３７％／ＴＤＩ）を添加し、撹拌しながら内温を１１０℃まで昇温した。昇温とともに二酸化炭素の発生が多くなり、内温が８０℃をこえたあたりから特に激しく二酸化炭素の発生が観察された。内温が１１０℃に達してから３．５時間重合させた。重合終了後、室温まで冷却し、透明なカルボジイミド共重合体（１５質量％、ポリスチレン換算質量平均分子量３，０００）を得た。この溶液をさらにトルエンで１０質量％まで希釈し、Ｅ−４を含んだサイジング母液を得た。（特許文献２（特開平５−３１１０６９号公報）の実施例１に記載のサイジング剤と同一のサイジング剤）
（Ｅ−５）Ｎ，Ｎ’−ジシクロヘキシルカルボジイミド（和光純薬工業社製）（カルボジイミド基当量２０６、質量平均分子量２０６）

（実施例１）
表１に示す強化繊維（Ｃ）、接着性化合物（Ｂ）、熱可塑性樹脂（Ａ）を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。

強化繊維（Ｃ）の繊維束を連続的に引き取り、サイジング剤（Ｅ−１）を２質量％含む水系のサイジング母液に浸漬し、次いで２３０℃で加熱乾燥することで、サイジング剤（Ｅ−１）で表面処理をした強化繊維（Ｃ）を得た。乾燥後のサイジング剤（Ｅ−１）の付着量は、強化繊維（Ｃ）１００質量部に対して１質量部であった。さらにサイジング剤（Ｅ−１）で表面処理をした強化繊維（Ｃ）を６ｍｍの長さに切断することでチョップドストランドとした。

二軸押出機（ＪＳＷ社 ＴＥＸ−３０α、Ｌ／Ｄ＝３１．５）を使用し、接着性化合物（Ｂ）および熱可塑性樹脂（Ａ）をメインフィード、前記チョップドストランドをサイドフィードして各成分の溶融混練を行った。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の４０％の位置にて行った。溶融混練はシリンダー温度２９０℃、スクリュー回転数１５０ｒｐｍ、吐出量１０ｋｇ／時で行い、吐出物を引き取りながら水冷バスで冷却することでガットとし、前記ガットを５ｍｍの長さに切断することでペレットとした。

射出成形機（ＪＳＷ社 Ｊ１５０ＥＩＩ−Ｐ）を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度３２０℃、金型温度１５０℃で行った。

得られた試験片は、１５０℃で２時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表５に示す。

（実施例２）
表１に示す強化繊維（Ｃ）、接着性化合物（Ｂ）、熱可塑性樹脂（Ａ）を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。

強化繊維（Ｃ）を６ｍｍの長さに切断することでチョップドストランドとした。

二軸押出機（ＪＳＷ社 ＴＥＸ−３０α、Ｌ／Ｄ＝３１．５）を使用し、接着性化合物（Ｂ）および熱可塑性樹脂（Ａ）をメインフィード、前記チョップドストランドをサイドフィードして各成分の溶融混練を行った。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の４０％の位置にて行った。溶融混練はシリンダー温度２９０℃、スクリュー回転数１５０ｒｐｍ、吐出量１０ｋｇ／時で行い、吐出物を引き取りながら水冷バスで冷却することでガットとし、前記ガットを５ｍｍの長さに切断することでペレットとした。

射出成形機（ＪＳＷ社 Ｊ１５０ＥＩＩ−Ｐ）を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度３２０℃、金型温度１５０℃で行った。

得られた試験片は、１５０℃で２時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表１に示す。

（実施例３〜１１）
強化繊維（Ｃ）、接着性化合物（Ｂ）、熱可塑性樹脂（Ａ）を表１に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表１にまとめて示す。

（比較例１）
表２に示す強化繊維（Ｃ）、熱可塑性樹脂（Ａ）を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。

強化繊維（Ｃ）の繊維束を連続的に引き取り、サイジング剤（Ｅ−５）を２質量％含む水系のサイジング母液に浸漬し、次いで２３０℃で加熱乾燥することで、サイジング剤（Ｅ−５）で表面処理をした強化繊維（Ｃ）を得た。乾燥後のサイジング剤（Ｅ−５）の付着量は、強化繊維（Ｃ）１００質量部に対して１質量部であった。さらにサイジング剤（Ｅ−５）で表面処理をした強化繊維（Ｃ）を６ｍｍの長さに切断することでチョップドストランドとした。

二軸押出機（ＪＳＷ社 ＴＥＸ−３０α、Ｌ／Ｄ＝３１．５）を使用し、熱可塑性樹脂（Ａ）をメインフィード、前記チョップドストランドをサイドフィードして各成分の溶融混練を行った。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の４０％の位置にて行った。溶融混練はシリンダー温度２９０℃、スクリュー回転数１５０ｒｐｍ、吐出量１０ｋｇ／時で行い、吐出物を引き取りながら水冷バスで冷却することでガットとし、前記ガットを５ｍｍの長さに切断することでペレットとした。

射出成形機（ＪＳＷ社 Ｊ１５０ＥＩＩ−Ｐ）を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度３２０℃、金型温度１５０℃で行った。

得られた試験片は、１５０℃で２時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表２に示す。

（比較例２）
強化繊維（Ｃ）、接着性化合物（Ｂ）、熱可塑性樹脂（Ａ）を表２に示すように変更したこと以外は、実施例１と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表２に示す。

（比較例３）
表２に示す強化繊維（Ｃ）、熱可塑性樹脂（Ａ）を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。

強化繊維（Ｃ）の繊維束を連続的に引き取り、サイジング剤（Ｅ−４）を１０質量％含むトルエンのサイジング母液に浸漬し、次いで２６０℃で加熱乾燥することで、サイジング剤（Ｅ−４）で表面処理をした強化繊維（Ｃ）を得た。乾燥後のサイジング剤（Ｅ−４）の付着量は、強化繊維（Ｃ）１００質量部に対して３．１質量部であった。さらにサイジング剤（Ｅ−４）で表面処理をした強化繊維（Ｃ）を６ｍｍの長さに切断することでチョップドストランドとした。

二軸押出機（ＪＳＷ社 ＴＥＸ−３０α、Ｌ／Ｄ＝３１．５）を使用し、熱可塑性樹脂（Ａ）をメインフィード、前記チョップドストランドをサイドフィードして各成分の溶融混練を行った。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の４０％の位置にて行った。溶融混練はシリンダー温度２９０℃、スクリュー回転数１５０ｒｐｍ、吐出量１０ｋｇ／時で行い、吐出物を引き取りながら水冷バスで冷却することでガットとし、前記ガットを５ｍｍの長さに切断することでペレットとした。

射出成形機（ＪＳＷ社 Ｊ１５０ＥＩＩ−Ｐ）を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度３２０℃、金型温度１５０℃で行った。

得られた試験片は、１５０℃で２時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表２に示す。

（比較例４）
表２に示す強化繊維（Ｃ）、接着性化合物（Ｂ）、熱可塑性樹脂（Ａ）を用いて、以下の手順により繊維強化複合材料を得た。

強化繊維（Ｃ）の繊維束を連続的に引き取り、サイジング剤（Ｅ−１）を２質量％含む水系のサイジング母液に浸漬し、次いで２３０℃で加熱乾燥することで、サイジング剤（Ｅ−１）で表面処理をした強化繊維（Ｃ）を得た。乾燥後のサイジング剤（Ｅ−１）の付着量は、強化繊維（Ｃ）１００質量部に対して１質量部であった。さらにサイジング剤（Ｅ−１）で表面処理をした強化繊維（Ｃ）を６ｍｍの長さに切断することでチョップドストランドとした。

表２に示す接着性化合物（Ｂ）、熱可塑性樹脂（Ａ）をヘンシェルミキサ−で５分間混合し、これをシリンダー温度３２０℃の二軸押出機に投入し、前記チョップドストランドは押出機のサイドフィード部により別添加、二軸押出機で吐出口での樹脂温度が３５０℃になるようにスクリュー回転数と吐出量を調節して、溶融混練し、ペレットを得た。サイドフィードは、押出機にメインフィードする位置から押出機の吐出口までの距離の４０％の位置にて行った。

射出成形機（ＪＳＷ社 Ｊ１５０ＥＩＩ−Ｐ）を使用し、前記ペレットの射出成形を行うことで各種評価用の試験片を作製した。射出成形は、シリンダー温度３２０℃、金型温度１５０℃で行った。

得られた試験片は、１５０℃で２時間アニール処理した後に、空冷して各試験に供し、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。結果を表２に示す。

（比較例５）
強化繊維（Ｃ）、接着性化合物（Ｂ）、熱可塑性樹脂（Ａ）を表２に示すように変更したこと以外は、比較例４と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表２にまとめて示す。

（比較例６）
二軸押出機での溶融混練を、接着性化合物（Ｂ）および熱可塑性樹脂（Ａ）をメインフィードし、強化繊維（Ｃ）からなるチョップドストランドをサイドフィードすることに代えて、熱可塑性樹脂（Ａ）をメインフィードし、強化繊維（Ｃ）からなるチョップドストランドおよび接着性化合物（Ｂ）をサイドフィードすることに変更したこと以外は、実施例２と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表２にまとめて示す。

（比較例７）
二軸押出機での溶融混練を、接着性化合物（Ｂ）および熱可塑性樹脂（Ａ）をメインフィードし、強化繊維（Ｃ）からなるチョップドストランドをサイドフィードすることに代えて、熱可塑性樹脂（Ａ）および強化繊維（Ｃ）からなるチョップドストランドをメインフィードし、接着性化合物（Ｂ）をサイドフィードすることに変更したこと以外は、実施例２と同様にして各種評価用の試験片を作製した。作製した試験片を用いて、繊維強化複合材料中に含まれる強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長、繊維強化複合材料の接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂ、および繊維強化複合材料の引張試験による引張強度を測定した。得られた結果を表２にまとめて示す。

実施例１〜１０と比較例１〜４との対比、また実施例１１と比較例５の対比により、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂを１．２以上とし、繊維強化複合材料において接着性化合物を強化繊維周辺に局在化させることで強化繊維とマトリックス樹脂の界面接着が高くなり、得られる繊維強化複合材料の引張強度が優れることが分かる。

実施例２、３および５の比較から、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂを１．２以上とした上で、さらに強化繊維（Ｃ）のサイジング剤（化合物（Ｅ））としてカルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を１分子中に２個以上有する化合物が付着していることで強化繊維とマトリックス樹脂の界面接着をさらに高めることが可能であり、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。とりわけ、化合物（Ｅ）にＥ−１を用い、その質量平均分子量を１分子中の前記官能基の数（カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基の総数）で除した値が４０〜１５０の範囲内であることで、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。

実施例３、７および８と比較例２の比較から、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂを１．２以上とした上で、さらに接着性化合物（Ｂ）に脂肪族ポリカルボジイミドを用いることで、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。

実施例３、４および１１の比較から、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂを１．２以上とした上で、さらに強化繊維（Ｃ）に炭素繊維を用いることで、強化繊維とマトリックス樹脂の界面接着の向上による効果がとりわけ高く発現し、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。

実施例３と４の比較から、本発明の繊維強化複合材料は、接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂを１．２以上とした上で、さらに強化繊維（Ｃ）に炭素繊維を用いその表面酸素濃度比を０．１０〜０．３０の範囲内とすることで、得られる繊維強化複合材料の引張強度に優れることが分かる。

実施例２と比較例６および７の比較から、熱可塑性樹脂（Ａ）と接着性化合物（Ｂ）を溶融混練し、次いで強化繊維（Ｃ）と複合化させる溶融混練方法を選択することにより、接着性化合物（Ｂ）の熱可塑性樹脂（Ａ）中への拡散や強化繊維（Ｃ）表面への凝集を制御しやすく、この為、存在比Ｒｂを１．２以上に制御しやすく、引張強度に優れる繊維強化複合材料が生産性良く得られることが分かる。

本発明の繊維強化複合材料は、従来品に比べ、引張強度といった力学特性を飛躍的に向上させることが可能である。このため、本発明の繊維強化複合材料は、電子機器筐体、電気電子部品用途、自動車用部品や車両関連部品、建材、スポーツ用品などに好適に使用することができる。

１ 強化繊維単糸
２ 強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍ以内の領域
３ 強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍより外側の領域
４ 強化繊維（Ｃ）からの長さ

Claims (13)

1. 熱可塑性樹脂（Ａ）、接着性化合物（Ｂ）および強化繊維（Ｃ）を含有し、かつ、前記接着性化合物（Ｂ）がカルボジイミド構造、ウレア構造およびウレタン構造からなる群より選ばれる少なくとも１種の構造を１分子内に２個以上有する化合物であり、熱可塑性樹脂（Ａ）が主鎖の繰返し単位構造中に炭素以外の元素を含む熱可塑性樹脂であり、式（１）で示される接着性化合物（Ｂ）の存在比Ｒｂが１．２以上である、繊維強化複合材料。
   Ｒｂ＝Ｒ（≦５００ｎｍ）／Ｒ（＞５００ｎｍ）・・・式（１）
   Ｒ（≦５００ｎｍ）：強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍ以内の接着性化合物（Ｂ）の存在量
   Ｒ（＞５００ｎｍ）：強化繊維（Ｃ）周辺５００ｎｍより外側の接着性化合物（Ｂ）の存在量
2. 前記存在比Ｒｂが１．５以上である、請求項１に記載の繊維強化複合材料。
3. 前記接着性化合物（Ｂ）は、その質量平均分子量が５００〜１０，０００である、請求項１または２に記載の繊維強化複合材料。
4. 前記接着性化合物（Ｂ）が、ポリカルボジイミドである、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
5. 前記接着性化合物（Ｂ）が脂肪族ポリカルボジイミドである、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
6. 前記熱可塑性樹脂（Ａ）がポリカーボネート、ポリエステル、ポリアリーレンスルフィド、ポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンおよびポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる少なくとも１種の熱可塑性樹脂である、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
7. 前記熱可塑性樹脂（Ａ）がポリアリーレンスルフィドである、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
8. 前記熱可塑性樹脂（Ａ）がカルボキシル基、水酸基およびアミノ基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を分子中に少なくとも１個有する熱可塑性樹脂である、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
9. 前記熱可塑性樹脂（Ａ）は、その質量平均分子量が１０，０００〜８０，０００である、請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化樹脂組成物。
10. 前記強化繊維（Ｃ）が、カルボキシル基、水酸基、アミノ基およびエポキシ基からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を１分子内に２個以上有する化合物が付着した強化繊維である、請求項１〜９のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
11. 前記強化繊維（Ｃ）の数平均繊維長が０．１〜５０ｍｍである、請求項１〜１０のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
12. 前記強化繊維（Ｃ）が炭素繊維である、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化複合材料。
13. 前記炭素繊維は、Ｘ線光電子分光法(ＸＰＳ)で測定される表面酸素濃度比Ｏ／Ｃが０．０５〜０．５０である、請求項１２に記載の繊維強化複合材料。