JP4587445B2 - 熱可塑性樹脂成形品および熱可塑性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、軽量性および衝撃強度が必要な樹脂成形品および樹脂組成物に関する。
近年、金属部品の樹脂化は様々な分野で行われてきており、特に競技用自転車の分野においては、グラム単位の軽量化が要求されるようになってきている。自転車用途においては、特に強度、弾性率等が要求されるため、繊維状の補強材を樹脂に配合した繊維強化樹脂が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
一般に、熱可塑性樹脂に繊維補強材を配合すると弾性率が向上するため、成形品の弾性率を高める目的のためだけであれば、熱可塑性樹脂に繊維補強材を配合すればよい。しかしながら、繊維補強材の配合量が少ない領域では、弾性率は向上するものの、衝撃強度はかえって樹脂自身のそれに比べて低下する。従って、必要な衝撃強度を発現させるためには、繊維補強材を多量に配合する必要がある。
特許文献１には、熱可塑性樹脂にガラス繊維を配合した樹脂組成物を成形して得られた自転車用ホイールが記載されているが、必要な強度を発現させるためにガラス繊維を多量に使用している。従って、このガラス繊維補強熱可塑性樹脂成形品は、金属に比較すれば軽量であるものの、ガラス繊維の比重が樹脂に比べてかなり大きいことから、軽量化という観点からはまだ不十分であった。このように、高弾性化、高衝撃化、および軽量化の全てを満足させることには、限界があった。
特開平８−３０９７８０号公報
本発明の目的は、軽量で衝撃強度および弾性率の高い熱可塑性樹脂成形品並びに熱可塑性樹脂組成物を提供することにある。
本発明はナイロン６及び下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満足する炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物からなる、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上、シャルピー衝撃試験によるノッチなし衝撃強度が９０ｋＪ／ｍ２以上、比重が１．４以下である熱可塑性樹脂成形品に関するものである。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺の深さが９０ｎｍ以下であり、
（ｉｉ）ストランド弾性率が２３０〜３７０ＧＰａであり、
（ｉｉｉ）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２である。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺の深さが９０ｎｍ以下であり、
（ｉｉ）ストランド弾性率が２３０〜３７０ＧＰａであり、
（ｉｉｉ）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２である。
本発明の熱可塑性樹脂成形品は低比重であるために軽量であり、さらに高い衝撃強度および弾性率を有する。従って、これらの特性が要求される車両用途に好適に用いることができ、特に競技用などの自転車用部品に好適な材料である。
本発明の熱可塑性樹脂成形品は、曲げ弾性率が５０００ＭＰa以上である。なお、本発明において、曲げ弾性率とは、ＩＳＯ１７８により測定したものである。
曲げ弾性率が、５０００ＭＰa以上の場合に、剛性が十分となり、車両用構造部品、例えば、自転車用部品、特に競技用自転車用部品として好ましい。
曲げ弾性率が、５０００ＭＰa以上の場合に、剛性が十分となり、車両用構造部品、例えば、自転車用部品、特に競技用自転車用部品として好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形品の曲げ弾性率の下限値は、１００００ＭＰa以上が好ましく、２００００ＭＰa以上が特に好ましい。
また、この曲げ弾性率の上限値は、特に制限されないが、５００００ＭＰa以下が好ましく、４００００ＭＰaであることが特に好ましい。
また、この曲げ弾性率の上限値は、特に制限されないが、５００００ＭＰa以下が好ましく、４００００ＭＰaであることが特に好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形品は、ノッチなしシャルピー衝撃試験による衝撃強度が、９０ｋＪ／ｍ２以上である。なお、本発明において、シャルピー衝撃強度とは、ＩＳＯ１７９により測定したものである。
シャルピー衝撃強度が９０ｋＪ／ｍ２以上の場合に、衝撃強度が十分となり、自転車用部品、特に競技用自転車用部品として好ましい。
シャルピー衝撃強度が９０ｋＪ／ｍ２以上の場合に、衝撃強度が十分となり、自転車用部品、特に競技用自転車用部品として好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形品のシャルピー衝撃強度の下限値は、９５ｋＪ／ｍ２以上が好ましく、１００ｋＪ／ｍ２以上が特に好ましい。
また、このシャルピー衝撃強度の上限値は、特に制限されないが、５００ｋＪ／ｍ２以下が好ましく、３００ｋＪ／ｍ２以下がより好ましく、１５０ｋＪ／ｍ２以下が特に好ましい。
また、このシャルピー衝撃強度の上限値は、特に制限されないが、５００ｋＪ／ｍ２以下が好ましく、３００ｋＪ／ｍ２以下がより好ましく、１５０ｋＪ／ｍ２以下が特に好ましい。
また、本発明の熱可塑性樹脂成形品の比重は、１．４以下である。比重が１．４以下の場合に、軽量化が十分となる傾向にあり、自転車用部品、特に競技用自転車用部品として好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形品の比重の上限値は、１．３８以下が好ましく、１．３５以下が特に好ましい。また、この比重の下限値は、特に制限されないが、１．２以上が好ましく、１．２５以上が特に好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形品の比重の上限値は、１．３８以下が好ましく、１．３５以下が特に好ましい。また、この比重の下限値は、特に制限されないが、１．２以上が好ましく、１．２５以上が特に好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形品の比衝撃強度は、７０ｋＪ／ｍ２以上である。ここで、比衝撃強度とは、シャルピー衝撃強度を比重で除した値である。熱可塑性樹脂成形品の比衝撃強度が７０ｋＪ／ｍ２以上の場合に、軽量で高い衝撃強度を発現する傾向にあり、自転車用部品、特に競技用自転車用部品として好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形品の比衝撃強度の下限値は、７５ｋＪ／ｍ２以上が好ましく、８０ｋＪ／ｍ２以上が特に好ましい。
また、この比衝撃強度の上限値は、特に制限されないが、４００ｋＪ／ｍ２以下が好ましく、２００ｋＪ／ｍ２以下が好ましく、１００ｋＪ／ｍ２以下が特に好ましい。
また、この比衝撃強度の上限値は、特に制限されないが、４００ｋＪ／ｍ２以下が好ましく、２００ｋＪ／ｍ２以下が好ましく、１００ｋＪ／ｍ２以下が特に好ましい。
このような物性を有する熱可塑性樹脂成形品は、ナイロン６を含有する熱可塑性樹脂（Ａ）と炭素繊維（Ｂ）を含有する熱可塑性樹脂組成物からなり、炭素繊維（Ｂ）が、下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満足する熱可塑性樹脂組成物を成形することによって製造することができる。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺の深さが９０ｎｍ以下であり、
（ｉｉ）ストランド弾性率が２３０〜３７０ＧＰａであり、
（ｉｉｉ）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２である。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺の深さが９０ｎｍ以下であり、
（ｉｉ）ストランド弾性率が２３０〜３７０ＧＰａであり、
（ｉｉｉ）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２である。
ナイロン６を含有する熱可塑性樹脂（Ａ）の含有量は、熱可塑性樹脂組成物全量中４０〜８０質量％である。この（Ａ）成分の含有量が４０質量％以上の場合に、熱可塑性樹脂組成物を押出す際に、安定してストランドを押出すことができる傾向にあるため、好ましい。また、（Ａ）成分の含有量が８０質量％以下の場合に、十分な衝撃強度が得られる傾向にあるため、好ましい。
（Ａ）成分の含有量の下限値は、４５質量％以上がより好ましく、５０質量％以上がさらに好ましく、５５質量％以上が特に好ましい。また、（Ａ）成分の含有量の上限値は、７５質量％以下がより好ましく、７０質量％以下が特に好ましい。
ナイロン６の含有量は、特に制限されないが、主成分であること、すなわち、（Ａ）成分全量中５０質量％以上であることが好ましい。ナイロン６の含有量が５０質量％以上の場合に、衝撃強度が十分となる傾向にある。ナイロン６の含有量の下限値は、６０質量％以上がより好ましく、７０質量％以上が特に好ましい。また、ナイロン６の含有量の上限値は、特に制限されず、（Ａ）成分全量がナイロン６であってもよい。
ナイロン６の製造法については、特に制限されず、通常用いられるカプロラクタムを原料とする重合（固相重合を含む）により製造することができる。
ナイロン６の製造法については、特に制限されず、通常用いられるカプロラクタムを原料とする重合（固相重合を含む）により製造することができる。
（Ａ）成分は、ナイロン６を必須成分として含有するものであるが、ナイロン６以外の熱可塑性樹脂を含有してもよい。
（Ａ）成分に含有されるナイロン６以外の熱可塑性樹脂としては、特に制限されず、ポリドデカノアミド（ナイロン１２）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６，６）、ポリヘキサメチレンアゼラミド（ナイロン６，９）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６，１０）、ポリヘキサメチレンドデカノアミド（ナイロン６，１２）、ポリメタキシリレンアジパミド（ＭＸＤ６）、ポリヘキサメチレンテレフタラミド（ナイロン６，Ｔ）、ポリヘキサメチレンイソフタラミド（ナイロン６，Ｉ）、ポリフェニレンフタラミド、ナイロン１２系エラストマー等のポリアミド樹脂；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、ポリトリメチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。
（Ａ）成分に含有されるナイロン６以外の熱可塑性樹脂としては、特に制限されず、ポリドデカノアミド（ナイロン１２）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６，６）、ポリヘキサメチレンアゼラミド（ナイロン６，９）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６，１０）、ポリヘキサメチレンドデカノアミド（ナイロン６，１２）、ポリメタキシリレンアジパミド（ＭＸＤ６）、ポリヘキサメチレンテレフタラミド（ナイロン６，Ｔ）、ポリヘキサメチレンイソフタラミド（ナイロン６，Ｉ）、ポリフェニレンフタラミド、ナイロン１２系エラストマー等のポリアミド樹脂；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、ポリトリメチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。
炭素繊維（Ｂ）の含有量は、熱可塑性樹脂組成物全量中２０〜６０質量％である。この（Ｂ）成分の含有量が、２０質量％以上の場合に十分な衝撃強度が得られる傾向にあるため、好ましい。また、（Ｂ）成分の含有量が６０質量％以下の場合に、熱可塑性樹脂を押出す際に安定してストランドを押出すことができる傾向にあるため、好ましい。
（Ｂ）成分の含有量の下限値は、２５質量％以上がより好ましく、３０質量％以上が特に好ましい。また、（Ｂ）成分の含有量の上限値は、５５質量％以下がより好ましく、５０質量％以下がさらに好ましく、４５質量％以下が特に好ましい。
炭素繊維（Ｂ）は、下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満足するものである。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺の深さが９０ｎｍ以下であり、
（ｉｉ）ストランド弾性率が２３０〜３７０ＧＰａであり、
（ｉｉｉ）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２である。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺の深さが９０ｎｍ以下であり、
（ｉｉ）ストランド弾性率が２３０〜３７０ＧＰａであり、
（ｉｉｉ）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２である。
炭素繊維（Ｂ）が上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満足する場合に、得られる炭素繊維強化熱可塑性樹脂の衝撃強度が十分となる。
ここで、単繊維表面の皺は、電子顕微鏡で単繊維表面を観察し、繊維方向に溝があるか無いかを判定したものであり、単繊維の繊維断面の長径と短径との比は、電子顕微鏡度で単繊維の断面を観察して評価したものである。
ここで、単繊維表面の皺は、電子顕微鏡で単繊維表面を観察し、繊維方向に溝があるか無いかを判定したものであり、単繊維の繊維断面の長径と短径との比は、電子顕微鏡度で単繊維の断面を観察して評価したものである。
単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺が実質的に無い場合に、特にマトリックス樹脂としてナイロン６を組み合わせることにより、高い耐衝撃性が発現する。
ここで、単繊維の円周長さ２μｍの範囲における最高部と最低部の高低差（皺深さ）としては、特に制限されないが、９０ｎｍ以下が好ましく、７０ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以下が特に好ましい。
ここで、単繊維の円周長さ２μｍの範囲における最高部と最低部の高低差（皺深さ）としては、特に制限されないが、９０ｎｍ以下が好ましく、７０ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以下が特に好ましい。
単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）は、１．００〜１．０２である。
単繊維の繊維径としては、特に制限されないが、６．５μｍ以下が好ましく、６．３μｍ以下が特に好ましい。
熱可塑性樹脂組成物中の単繊維の平均繊維長としては、特に制限されないが、３ｍｍ以下が好ましく、１．５ｍｍ以下がより好ましく、１ｍｍ以下がさらに好ましく、０．５ｍｍ以下が特に好ましい。熱可塑性樹脂組成物中の単繊維の平均繊維長が３ｍｍ以下の場合に、熱可塑性樹脂組成物の成形時の流動性が良好となる傾向にあり、車両用部品等の複雑な形状の成形品を成形することができる傾向にある。
単繊維の繊維径としては、特に制限されないが、６．５μｍ以下が好ましく、６．３μｍ以下が特に好ましい。
熱可塑性樹脂組成物中の単繊維の平均繊維長としては、特に制限されないが、３ｍｍ以下が好ましく、１．５ｍｍ以下がより好ましく、１ｍｍ以下がさらに好ましく、０．５ｍｍ以下が特に好ましい。熱可塑性樹脂組成物中の単繊維の平均繊維長が３ｍｍ以下の場合に、熱可塑性樹脂組成物の成形時の流動性が良好となる傾向にあり、車両用部品等の複雑な形状の成形品を成形することができる傾向にある。
炭素繊維（Ｂ）のストランド弾性率は、２３０〜３７０ＧＰａである。ストランド弾性率が２３０ＧＰａ以上の場合に、熱可塑性樹脂成形品の弾性率が高くなる傾向にあり、３７０ＧＰａ以下の場合に、熱可塑性樹脂成形品の衝撃強度が高くなる傾向にある。
ここで、ストランド弾性率およびストランド強度とは、炭素繊維単繊維３０００〜９００００本よりなる連続繊維束にエポキシ樹脂を含浸硬化させて作製されたストランドの弾性率および強度をいい、ストランド試験片をＪＩＳ Ｒ７６０１に準拠して引張り試験に供して得られた値である。
ここで、ストランド弾性率およびストランド強度とは、炭素繊維単繊維３０００〜９００００本よりなる連続繊維束にエポキシ樹脂を含浸硬化させて作製されたストランドの弾性率および強度をいい、ストランド試験片をＪＩＳ Ｒ７６０１に準拠して引張り試験に供して得られた値である。
ストランド弾性率の下限値は、２５０ＧＰａ以上が好ましく、２７０ＧＰａ以上が特に好ましい。また、ストランド弾性率の上限値は、３５０ＧＰａ以下が好ましく、３３０ＧＰａ以下が特に好ましい。
ストランド強度の下限値は、特に制限されないが、４１００ＭＰａ以上が好ましく、４２００ＭＰａ以上がより好ましく、４３００ＭＰａ以上が特に好ましい。また、ストランド強度の上限値は、特に制限されないが、５０００ＭＰａ以下が好ましく、４９００ＭＰａ以下がより好ましく、４７００ＭＰａ以下が特に好ましい。
ストランド強度の下限値は、特に制限されないが、４１００ＭＰａ以上が好ましく、４２００ＭＰａ以上がより好ましく、４３００ＭＰａ以上が特に好ましい。また、ストランド強度の上限値は、特に制限されないが、５０００ＭＰａ以下が好ましく、４９００ＭＰａ以下がより好ましく、４７００ＭＰａ以下が特に好ましい。
炭素繊維（Ｂ）は、ＰＡＮ系またはピッチ系の炭素繊維であり、例えば長繊維タイプや短繊維タイプのチョプドストランド、ミルドファイバーなどから選択して用いることができる。
また、炭素繊維（Ｂ）と熱可塑性樹脂との接着性を向上するために、炭素繊維（Ｂ）に表面酸化処理を行ってもよく、その場合、通電処理による表面酸化、オゾンなどの酸化性ガス雰囲気中での酸化処理をしても良い。さらに一般的に使用されるエポキシ系、ポリアミド系、ウレタン系、ポリエステル系等のサイジング剤を用いた表面付着処理を用いることも出来る。
また、炭素繊維（Ｂ）と熱可塑性樹脂との接着性を向上するために、炭素繊維（Ｂ）に表面酸化処理を行ってもよく、その場合、通電処理による表面酸化、オゾンなどの酸化性ガス雰囲気中での酸化処理をしても良い。さらに一般的に使用されるエポキシ系、ポリアミド系、ウレタン系、ポリエステル系等のサイジング剤を用いた表面付着処理を用いることも出来る。
炭素繊維（Ｂ）の形態は、特に制限されないが、数千から数十万本の炭素繊維の束、あるいは粉砕したミルド状の形態で用いられる。炭素繊維束については、連続繊維を直接使用するロービング法、あるいは所定長さにカットしたチョップドストランドを使用する方法を適用し、用いることが可能である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、前述の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を基本構成成分とするものであるが、必要に応じて、各種フィラー、エラストマー(ゴム)、カーボンブラック、金属酸化物及びセラミックス等の粒状物、難燃剤、流動改質剤、帯電防止剤、離型剤、酸化防止剤等の添加剤を加えることができる。これらの添加剤の含有量は、特に制限されないが、本発明の熱可塑性樹脂組成物全量中３０質量％以下の範囲であることが好ましい。
熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、特に制限されず、従来の熱可塑性樹脂組成物の製造方法として一般に用いられる設備と方法により製造することができる。その内でも、溶融混練法が好ましい。溶融混練に用いる装置としては、特に制限されず、例えば、押出し機、バンバリーミキサー、ローラー、ニーダー等を挙げることができる。
押出機については、単軸押出機、二軸押出機があるが、短時間で混練を行うために二軸押出機であることが好ましい。
また炭素繊維の投入方法としては、特に制限されないが、混練による繊維長の低下を抑制することができることから、スクリューの中間から添加するサイドフィード法が好ましい。
また炭素繊維の投入方法としては、特に制限されないが、混練による繊維長の低下を抑制することができることから、スクリューの中間から添加するサイドフィード法が好ましい。
熱可塑性樹脂組成物の成形方法は、特に制限されない。例えば、射出成形、押出成形による棒状、中空状、シート状への成形、真空成形、ブロー成形などが挙げられる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
（１）炭素繊維の評価方法
炭素繊維の評価については、次に述べる方法にしたがって測定した。
（１−１）表面の皺
本発明の炭素繊維表面の皺は、試料をＳＥＭ試料台に接着し、さらに金（Ａｕ）を約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、ＰＨＩＬＩＰＳ社製ＸＬ２０走査型電子顕微鏡により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で電子顕微鏡で表面を観察し、繊維方向に溝があるか無いかを判定した。
炭素繊維の評価については、次に述べる方法にしたがって測定した。
（１−１）表面の皺
本発明の炭素繊維表面の皺は、試料をＳＥＭ試料台に接着し、さらに金（Ａｕ）を約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、ＰＨＩＬＩＰＳ社製ＸＬ２０走査型電子顕微鏡により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で電子顕微鏡で表面を観察し、繊維方向に溝があるか無いかを判定した。
（１−２）断面形状の評価
炭素繊維の単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）は、以下のようにして決定した。内径１ｍｍの塩化ビニル樹脂製のチューブ内に測定用の炭素繊維束を通した後、これをナイフで輪切りにして試料を準備する。ついで、該試料を繊維断面が上を向くようにしてＳＥＭ試料台に接着し、さらに金（Ａｕ）を約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、ＰＨＩＬＩＰＳ社製ＸＬ２０走査型電子顕微鏡により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で繊維断面を観察し、単繊維の繊維断面の長径および短径を測定し、長径÷短径で長径／短径の比率を求めた。
炭素繊維の単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）は、以下のようにして決定した。内径１ｍｍの塩化ビニル樹脂製のチューブ内に測定用の炭素繊維束を通した後、これをナイフで輪切りにして試料を準備する。ついで、該試料を繊維断面が上を向くようにしてＳＥＭ試料台に接着し、さらに金（Ａｕ）を約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、ＰＨＩＬＩＰＳ社製ＸＬ２０走査型電子顕微鏡により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で繊維断面を観察し、単繊維の繊維断面の長径および短径を測定し、長径÷短径で長径／短径の比率を求めた。
（１−３）ストランド物性評価
炭素繊維束のストランド強度および弾性率は、ＪＩＳ Ｒ７６０１に準拠して測定した。
炭素繊維束のストランド強度および弾性率は、ＪＩＳ Ｒ７６０１に準拠して測定した。
（２）熱可塑性樹脂成形品の評価方法
熱可塑性樹脂成形品の評価については、次に述べる方法にしたがって測定した。
（２−１）比重
ＩＳＯ１１８３に準拠して水中置換法により、成形品の比重を測定した。
（２−２）シャルピー衝撃強度
ＩＳＯ１７９に準拠して、ノッチなしのシャルピー衝撃強度を求めた。
（２−３）曲げ弾性率
ＩＳＯ１７８に準拠して曲げ試験を行い、曲げ弾性率を求めた。
熱可塑性樹脂成形品の評価については、次に述べる方法にしたがって測定した。
（２−１）比重
ＩＳＯ１１８３に準拠して水中置換法により、成形品の比重を測定した。
（２−２）シャルピー衝撃強度
ＩＳＯ１７９に準拠して、ノッチなしのシャルピー衝撃強度を求めた。
（２−３）曲げ弾性率
ＩＳＯ１７８に準拠して曲げ試験を行い、曲げ弾性率を求めた。
実施例１
２軸押出機（池貝製作所製ＰＣＭ−３０）を用いて、ナイロン６（東洋紡績（株）製ハイサイクル成形用ナイロン６、商品名「Ｔ−８０２」）７０質量部を樹脂フィーダーから供給し、炭素繊維ＭＲ０６ＮＥ（三菱レイヨン（株）製チョップド炭素繊維：原糸として三菱レイヨン（株）製ＭＲ４０−１２Ｍ（繊維径６μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率２９５ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）３０質量部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ペレットとした。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。
２軸押出機（池貝製作所製ＰＣＭ−３０）を用いて、ナイロン６（東洋紡績（株）製ハイサイクル成形用ナイロン６、商品名「Ｔ−８０２」）７０質量部を樹脂フィーダーから供給し、炭素繊維ＭＲ０６ＮＥ（三菱レイヨン（株）製チョップド炭素繊維：原糸として三菱レイヨン（株）製ＭＲ４０−１２Ｍ（繊維径６μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率２９５ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）３０質量部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ペレットとした。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。
なお、ここで用いた炭素繊維ＭＲ０６ＮＥの単繊維を電子顕微鏡により観察した結果、長径／短径比は１．００であり、繊維方向に皺は見られなかった。
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（日本製鋼所（ＪＳＷ）製７５Ｔ射出成形機Ｊ７５ＳＳＩＩ）を用いて、樹脂温度２６０℃、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に示す。
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（日本製鋼所（ＪＳＷ）製７５Ｔ射出成形機Ｊ７５ＳＳＩＩ）を用いて、樹脂温度２６０℃、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に示す。
実施例２
ナイロン６と炭素繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
ナイロン６と炭素繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
比較例１
炭素繊維として、ＭＲ０６ＮＥの代わりに炭素繊維ＴＲ０６ＮＥ（三菱レイヨン（株）製チョップド炭素繊維：原糸として三菱レイヨン（株）製ＴＲ５０Ｓ−１２Ｌ（繊維径７μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率２４０ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）を用いること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
なお、ここで用いた炭素繊維ＴＲ０６ＮＥの単繊維を電子顕微鏡により観察した結果、長径／短径比は１．０８であり、繊維方向に皺が見られた。また、その皺の深さ（単繊維の円周長さ２μｍの範囲における最高部と最低部の高低差）は、１００ｎｍであった。
炭素繊維として、ＭＲ０６ＮＥの代わりに炭素繊維ＴＲ０６ＮＥ（三菱レイヨン（株）製チョップド炭素繊維：原糸として三菱レイヨン（株）製ＴＲ５０Ｓ−１２Ｌ（繊維径７μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率２４０ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）を用いること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
なお、ここで用いた炭素繊維ＴＲ０６ＮＥの単繊維を電子顕微鏡により観察した結果、長径／短径比は１．０８であり、繊維方向に皺が見られた。また、その皺の深さ（単繊維の円周長さ２μｍの範囲における最高部と最低部の高低差）は、１００ｎｍであった。
比較例２
炭素繊維として、ＭＲ０６ＮＥの代わりに炭素繊維ＣＦ−１（原糸として三菱レイヨン（株）製ＨＲ４０−１２Ｍ（繊維径７μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率３９０ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）を用いること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
なお、ここで用いた炭素繊維ＣＦ−１の単繊維を電子顕微鏡により観察した結果、長径／短径比は１．００であり、繊維方向に皺は見られなかった。
炭素繊維として、ＭＲ０６ＮＥの代わりに炭素繊維ＣＦ−１（原糸として三菱レイヨン（株）製ＨＲ４０−１２Ｍ（繊維径７μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率３９０ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）を用いること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
なお、ここで用いた炭素繊維ＣＦ−１の単繊維を電子顕微鏡により観察した結果、長径／短径比は１．００であり、繊維方向に皺は見られなかった。
比較例３
炭素繊維の代わりに、ガラス繊維（日本電気硝子（株）製ガラス繊維チョップ、商品名「ＥＣＳ０３Ｔ−１８７／ＰＳ」、繊維径１３μｍ、繊維長３ｍｍ）を用いること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
炭素繊維の代わりに、ガラス繊維（日本電気硝子（株）製ガラス繊維チョップ、商品名「ＥＣＳ０３Ｔ−１８７／ＰＳ」、繊維径１３μｍ、繊維長３ｍｍ）を用いること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
比較例４
ナイロン６とガラス繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、比較例３と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
ナイロン６とガラス繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、比較例３と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
比較例５
ナイロン６の代わりにナイロン６６（東レ（株）製、商品名「ＣＭ３００１Ｎ」）を用い、樹脂温度を３００℃とすること以外は、実施例１と同様の方法でペレットを得た。また、得られたペレットを用いて、樹脂温度を２９０℃とする以外は、実施例１と同様の方法で成形品を得た。評価結果を表１に示す。
ナイロン６の代わりにナイロン６６（東レ（株）製、商品名「ＣＭ３００１Ｎ」）を用い、樹脂温度を３００℃とすること以外は、実施例１と同様の方法でペレットを得た。また、得られたペレットを用いて、樹脂温度を２９０℃とする以外は、実施例１と同様の方法で成形品を得た。評価結果を表１に示す。
比較例６
ナイロン６の代わりにポリカーボネート（出光石油化学（株）製、商品名「タフロンＡ１７００」）を用い、樹脂温度を３００℃とすること以外は、実施例１と同様の方法でペレットを得た。また、得られたペレットを用いて、樹脂温度を３００℃とする以外は、実施例１と同様の方法で成形品を得た。評価結果を表１に示す。
ナイロン６の代わりにポリカーボネート（出光石油化学（株）製、商品名「タフロンＡ１７００」）を用い、樹脂温度を３００℃とすること以外は、実施例１と同様の方法でペレットを得た。また、得られたペレットを用いて、樹脂温度を３００℃とする以外は、実施例１と同様の方法で成形品を得た。評価結果を表１に示す。
比較例７
ナイロン６と炭素繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
ナイロン６と炭素繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
比較例８
ナイロン６と炭素繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、実施例１と同様の方法で溶融混練したが、押出しが不能であったため、熱可塑性樹脂組成物のペレットを得ることができなかった。
ナイロン６と炭素繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、実施例１と同様の方法で溶融混練したが、押出しが不能であったため、熱可塑性樹脂組成物のペレットを得ることができなかった。
比較例９
ナイロン６のペレットを用いて、実施例１と同様の方法で成形品を得た。評価結果を表１に示す。
ナイロン６のペレットを用いて、実施例１と同様の方法で成形品を得た。評価結果を表１に示す。
本発明の成形品は、軽量性と高衝撃強度が要求される自転車、自動車、鉄道車両等の車両、船舶、飛行機等の輸送機用部品、パソコン、液晶プロジェクター、テレビ、オーディオ機器、携帯電話などの電気機器用部品、車椅子や松葉杖などの介護用品、ラジコンのシャーシなどのホビー用品、電動工具、登山用品などに使用することが可能であり、中でも自転車用部品、特に競技用自転車用部品として好適に使用することができる。
Claims (4)
- ナイロン６及び下記（ｉ）〜（ｉｉｉ）を満足する炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂組成物からなる、曲げ弾性率が５０００ＭＰａ以上、シャルピー衝撃試験によるノッチなし衝撃強度が９０ｋＪ／ｍ２以上、比重が１．４以下である熱可塑性樹脂成形品。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺の深さが９０ｎｍ以下であり、
（ｉｉ）ストランド弾性率が２３０〜３７０ＧＰａであり、
（ｉｉｉ）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２である。 - 熱可塑性樹脂に含まれる炭素繊維の含有量が熱可塑性樹脂組成物中２５〜６０質量％である請求項１記載の熱可塑性樹脂成形品
- 比衝撃強度が７０ｋＪ／ｍ２以上である請求項１または２記載の熱可塑性樹脂成形品。
- 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱可塑性樹脂成形品を用いた自転車用部品。
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