JP3013426B2 - 炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物に関する
ものであり、より詳しくは従来より繊維含有率を容易に
高くしうる炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物に関するも
のである。

（従来の技術） 近年、炭素短繊維を各種のマトリックスに混合、分散
させてなる繊維強化樹脂組成物は、高強度、高剛性、低
比重、高電気導電性、低熱膨張率、高耐摩耗性等の優れ
た特長を有する炭素繊維を使用していることから工業的
に重要な材料として注目されている。

一般に、炭素繊維をポリエステル、ポリアミド、ポリ
オレフィン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール
樹脂等の各種マトリックスに混合、分散させて繊維強化
樹脂組成物を得る場合、あらかじめ多数の炭素短繊維を
サイジング剤等により集合化させた炭素短繊維の集合体
を樹脂と混練りして繊維強化樹脂ペレットを得、該ペレ
ットを所望の金型に射出成形して製造している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の炭素短繊維集合体では、樹脂成
分と炭素短繊維とを混練りする際に繊維含有率を30重量
％以上とするのは困難であり、仮に30重量％以上とした
場合には混練り時に補強材である炭素繊維が切断されて
所望の繊維長を維持できず、その結果十分な強度・剛性
が得られない。また、特に高弾性率の炭素繊維を補強材
とした場合には炭素繊維自体が脆いために30重量％以下
の低繊維含有率であっても樹脂マトリックスとの混練り
の際にスクリューのせん断力によって糸が破壊され機械
的物性の発現率が著しく低下する傾向がある。そのため
従来の技術では、高弾性炭素繊維自体の高強度、高剛性
を十分利用できずに使用せざるおえなかった。

（課題を解決するための手段） そこで、本発明者等はかかる課題を解決すべく鋭意検
討を行なった結果、長手方向に配列集束された高弾性細
径炭素繊維強化熱可塑性樹脂を切断して得られる小複合
体を成形原料とすることにより、上記課題が解消される
ことを見いだし本発明に到達した。

すなわち、本発明の目的は、高弾性率の細径炭素繊維
を補強材とした繊維強化熱可塑性樹脂組成物を提供する
ことにある。

そしてその目的は、糸径12μｍ以下、糸弾性率30t/mm
²以上の長繊維状炭素繊維で補強された繊維強化熱可塑
性樹脂を切断して、強化繊維方向長さ３〜25mmの小複合
体とし、当該複合体を加熱・成形してなる繊維含有率が
10〜65重量％の炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物により
得ることが出来る。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で用いる糸径12μｍ以下、糸弾性率30t/mm²以
上の長繊維状炭素繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹
脂複合体は、炭素繊維の連続長繊維にマトリックス樹脂
である熱可塑性樹脂を含浸、成形、冷却して長手方向に
配列集束した物である。その形状は通常棒状であるが必
ずしも棒状であることはなく、例えばシート状でもよ
い。

用いる炭素繊維の糸径としては、12μｍ以下、好まし
くは７μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下の炭素繊維
を用いるのがよい。糸径が太すぎると成形体中の糸長が
長くても高剛性を発現しにくい。

用いる炭素繊維の弾性率としては、30t/mm²以上、好
ましくは40〜70t/mm²の範囲の炭素繊維を用いるのがよ
い。

ここで、単繊維弾性率はJIS−Ｒ−7601に規定されて
いる単繊維試験法に準じて測定し、測定回数100回の平
均値を以て定義される。

次に、かかる炭素繊維を用いた熱可塑性樹脂組成物に
ついて説明する。

用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネ
ート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ
オレフィン、アクリル樹脂、ポリオキシメチレン、ポリ
フェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポ
リフェニレンオキシド、ポリブチレンテレフタレート、
ポリエーテル・エーテルケトン、ポリフェニレンスルホ
ン、液晶ポリマー、フッ素樹脂などのポリマー類又はこ
れらのコポリマー類などの公知の熱可塑性樹脂あるいは
それらのポリマーアロイが挙げられ、好ましくは、ポリ
アミド、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリ
ブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキシド、液
晶ポリエステル、ポリフェニレンサルファイドを用いる
のが良い。

これら繊維強化熱可塑性樹脂複合体の配合割合は、繊
維含有率として通常10〜65重量％、好ましくは40〜65重
量％とするのがよい。そしてかかる繊維強化熱可塑性樹
脂複合体は上記補強用炭素長繊維を張力下で引き揃えな
がら熱可塑性樹脂を含浸し成形する、いわゆるプルトル
ージョン法により製造される。

本発明では、かかる棒状繊維強化熱可塑性樹脂複合体
を切断して、強化繊維方向長さ３〜25mm、好ましくは６
〜10mmの小複合体とする。この範囲を逸脱すると射出成
形時のフィード性の点で望ましくない。また強化繊維垂
直方向は、実用可能な範囲なら時に限定されない。

そして通常はかかる小集合体をそのまま射出成形する
が、繊維強化されていない樹脂ペレットを混合すること
により成形体中の繊維含有率を通常10〜65重量％、好ま
しくは40〜65重量％に制御してもよい。

成形条件としては、使用するマトリックス樹脂により
異なるが、通常120℃〜500℃の範囲で行われる。

更に、上述成分以外の本発明の効果を損なわない程度
に、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、
炭化珪素繊維等の長繊維、あるいはカーボンブラック、
二硫化モリブデン、マイカ、タルク、炭酸カルシウム、
等のフィラー類から成る強化材、安定剤、滑剤、その他
添加剤などを加えることができる。

（実施例） 以下、実施例により具体的に本発明を説明するが、本
発明はその要旨を越えない限り実施例に限定されるもの
ではない。

実施例１、２、３ マトリックス樹脂としてABS樹脂（三菱モンサント社
製“タフレックスYT−645"）を用い、強化繊維として第
１表に示す市販炭素繊維を用いて、ストランド状の炭素
繊維強化樹脂複合材（直径3mm、繊維含有率50重量％）
を引き抜き成形法により調製した。この複合材を約10mm
長にカッターにより切断して複合体を作製し、これら複
合体を90℃４時間乾燥した後、射出成形にて成形体を調
製してその物性を測定した。得られた測定結果を第１表
に示す。

比較例１、２ 炭素短繊維集合体と前述のABS樹脂ペレットとをドラ
イブレンドした後、スクリュー押出機にしこみ、溶融混
合してストランド状に押出し、水冷後ペレット状に切断
した。このようにして得られた炭素短繊維強化成形材料
を90℃４時間乾燥した後、射出成形にて成形し試験片を
得た。

実施例１〜３、比較例１〜２の力学的特性を第１表に
示す。

実施例４、５、６、比較例３、４ マトリックスとしてナイロン66（三菱化成社製“ノバ
ミッド”）を使用し、他は実施例１、比較例１と同様に
評価した結果を第２表に示す。

これらの比較により明らかなように、本発明の物は大
きな物性の向上がみられた。

（発明の効果） 本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、長手方
向に配列集束された高弾性細径炭素繊維強化熱可塑性樹
脂を切断して得られる小複合体を成形原料とすることに
より、高強度、高弾性の利点を有している。しかも、該
処理は容易かつ低コストであるから、工業上極めて有用
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島本 勝次 神奈川県横浜市緑区鴨志田町1000番地 三菱化成株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 平４−222243（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−129578（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29B 11/16 B29B 15/08 - 15/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】糸径12μｍ以下、糸弾性率30t/mm²以上の
   長繊維状炭素繊維で補強された繊維強化熱可塑性樹脂を
   切断して、強化繊維方向長さ３〜25mmの小複合体とし、
   当該複合体を加熱・成形してなる繊維含有率が10〜65重
   量％の炭素繊維強化熱可塑性樹脂組成物。