JP5780309B2

JP5780309B2 - 成形材料

Info

Publication number: JP5780309B2
Application number: JP2013535851A
Authority: JP
Inventors: 西村　正朗; 正朗西村
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2032-09-06
Also published as: EP2762527A4; WO2013046551A1; EP2762527A1; CN103827204B; JPWO2013046551A1; CA2849647A1; TW201323511A; CN103827204A; KR20140081821A; US20140371374A1; EP2762527B1

Description

本発明は、成形材料に関する。

近年、成形品や成形部品等について、材料の軽量化やコストダウン等の観点から、従来用いられていた金属材料を、樹脂材料へ代替する試みがなされている。これまでに、金属代替材料として成形品や成形部品に用いるため、種々の樹脂が検討されてきた。実際に、成形品や成形部品の材料として利用される樹脂材料としては、フェノール樹脂と炭素繊維とを含む、炭素・樹脂複合材が提案されている（例えば、特許文献１）。

また、自動車分野、電気分野、電子分野等の基幹産業分野では、金属代替材料として耐熱性、寸法安定性、および成形性等に優れたフェノール樹脂成形材料が使用されている。このフェノール樹脂成形材料の中でも、ガラス繊維強化フェノール樹脂は、コストダウンの観点から、積極的に金属代替材料として検討がされている（例えば、特許文献２）。

しかしながら、現行のガラス繊維強化フェノール樹脂成形材料を機構部品用途の材料として用いる場合、強度や弾性率が不足している。このため、機構部品用途の材料として使用するに十分な、引張強度、引張弾性率、および靭性等の性能を備えるフェノール樹脂成形材料が求められている。

特許第３９１５０４５号公報特開２００５−２８１３６４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、強度・靭性・弾性率という観点において、それぞれバランスよく優れているとともに、高い成形特性を有する成形材料を提供するものである。

本発明によれば、フェノール樹脂と、炭素繊維と、ポリビニルブチラールとを含む成形材料であって、
前記ポリビニルブチラールの含有量が、前記成形材料の全重量に対して、０．１重量％以上２０重量％以下であり、
前記炭素繊維の含有量が、前記成形材料の全重量に対して、２０重量％以上７０重量％以下である成形材料が提供される。

本発明によれば、強度・靭性・弾性率という観点において、それぞれバランスよく優れているとともに、高い成形特性を有する成形材料を提供するものである。

本実施形態に係る成形材料は、フェノール樹脂、炭素繊維、および特定のエラストマー（ポリビニルブチラールもしくは酢酸ビニルもしくはアクリロニトリルブタジエンゴム）を含む構成となっている。このような構成を採用することによって、強度・靭性・弾性率という観点において、それぞれバランスよく優れているとともに、高い成形特性を有する成形材料を得ることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下に説明することが理由として考えられる。まず、本実施形態に係る成形材料には、特定のエラストマ−を含有させている。このように、特定のエラストマ−を選択し、炭素繊維と共に含有させたことによって、弾性率を向上させるとともに、靭性と強度のバランスが高いレベルで優れたものになったと考えられる。また、特定のエラストマ−とフェノール樹脂とを、共に含有させたことによって、靭性を向上させることができたものと考えられる。このように、本実施形態に係る成形材料では、特定のエラストマ−、フェノール樹脂および炭素繊維をそれぞれ組み合わせて使用したことで、これらの相乗効果により、強度・靭性・弾性率をそれぞれバランスよく向上させることが出来ているものと考えられる。

本実施形態に係るフェノール樹脂としては、特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、アリールアルキレン型フェノール樹脂から成る群より選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。こうすることによって、強度・靭性・弾性率という観点において、より一層バランスよく優れた成形材料を得ることができる。

本実施形態に係るノボラック型フェノール樹脂の製造方法は、特に限定されないが、例えば、フェノール類とアルデヒド類とを酸性触媒のもとで反応させることにより得ることができる。

本実施形態に係るノボラック型フェノール樹脂を製造する際に用いるフェノール類としては、例えば、フェノール、クレゾール、キシレノール、エチルフェノール、ｐ−フェニルフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−アミルフェノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、ｐ−クミルフェノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、レゾルシノールなどが挙げられる。なお、これらフェノール類を単独または２種類以上併用して用いてもよい。

また、本実施形態に係るノボラック型フェノール樹脂の製造に用いるアルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピルアルデヒド、ブチルアルデヒド等のアルキルアルデヒド、ベンズアルデヒド、サリチルアルデヒド等の芳香族アルデヒド等が挙げられる。ホルムアルデヒド源としては、ホルマリン（水溶液）、パラホルムアルデヒド、アルコール類とのヘミホルマール、トリオキサン等が挙げられる。なお、これらアルデヒド類を単独または２種類以上併用して用いてもよい。

本実施形態に係るノボラック型フェノール樹脂を合成する際、フェノール類とアルデヒド類との反応モル比率は、通常、フェノール類１モルに対して、アルデヒド類が０．３〜１．０モルであり、特に０．６〜０．９モルとすることが好ましい。

また、本実施形態に係るノボラック型フェノール樹脂の製造に用いる酸性触媒としては、例えば、蓚酸、酢酸等の有機カルボン酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、メタンスルホン酸等の有機スルホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１'−ジホスホン酸、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸等の有機ホスホン酸、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸等が挙げられる。なお、これらの酸性触媒を単独、または２種類以上併用して使用してもよい。

次に、本実施形態に係るレゾール型フェノール樹脂の製造方法は、特に限定されないが、例えば、フェノール類とアルデヒド類をアルカリ金属やアミン類、二価金属塩などの触媒の存在下で反応させることによって得ることができる。

本実施形態に係るレゾール型フェノール樹脂の製造に用いるフェノール類としては、例えば、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール等のクレゾール類、２，３−キシレノール、２，４−キシレノール、２，５−キシレノール、２，６−キシレノール、３，４−キシレノール、３，５−キシレノール等のキシレノール類、ｏ−エチルフェノール、ｍ−エチルフェノール、ｐ−エチルフェノール等のエチルフェノール類、イソプロピルフェノール、ブチルフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール等のブチルフェノール類、ｐ−ｔｅｒｔ−アミルフェノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−ノニルフェノール、ｐ−クミルフェノール等のアルキルフェノール類、フルオロフェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール、ヨードフェノール等のハロゲン化フェノール類、ｐ−フェニルフェノール、アミノフェノール、ニトロフェノール、ジニトロフェノール、トリニトロフェノール等の１価フェノール置換体、及び、１−ナフトール、２−ナフトール等の１価のフェノール類、レゾルシン、アルキルレゾルシン、ピロガロール、カテコール、アルキルカテコール、ハイドロキノン、アルキルハイドロキノン、フロログルシン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、ジヒドロキシナフタリン等の多価フェノール類等が挙げられる。なお、これらフェノール類を単独あるいは２種以上を混合して使用してもよい。また、これらフェノール類の中でも、経済的に有利なフェノール、クレゾール類、ビスフェノールＡを選択して用いることが好ましい。

また、本実施形態に係るレゾール型フェノール樹脂の製造に用いるアルデヒド類としては、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ポリオキシメチレン、クロラール、ヘキサメチレンテトラミン、フルフラール、グリオキザール、ｎ−ブチルアルデヒド、カプロアルデヒド、アリルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロトンアルデヒド、アクロレイン、テトラオキシメチレン、フェニルアセトアルデヒド、ｏ−トルアルデヒド、サリチルアルデヒド等が挙げられる。これらアルデヒド類を、単独または２種類以上組み合わせて使用してもよい。なお、これらのアルデヒド類の中でも、反応性が優れ、安価であるという観点から、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒドを選択して用いることが好ましい。

また、本実施形態に係るレゾール型フェノール樹脂の製造に用いる触媒としては、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の水酸化物、カルシウム、マグネシウム、バリウムなどアルカリ土類金属の酸化物及び水酸化物、炭酸ナトリウム、アンモニア水、トリエチルアミン、ヘキサメチレンテトラミンなどのアミン類、酢酸マグネシウムや酢酸亜鉛などの二価金属塩などが挙げられる。これら触媒は、単独または２種類以上併用してもよい。

なお、本実施形態に係るレゾール型フェノール樹脂を製造する際、フェノール類とアルデヒド類との反応モル比としては、好ましくはフェノール類１モルに対して、アルデヒド類０．８０〜２．５０モルであり、さらに好ましくは、アルデヒド類１．００〜２．３０モルである。フェノール類とアルデヒド類との反応モル比が上記下限値未満であるとレゾール型樹脂を得られない場合があり、上記上限値を超えると反応制御が困難になる場合がある。

次に、本実施形態に係るアリールアルキレン型フェノール樹脂とは、繰り返し単位中に一つ以上のアリールアルキレン基を有するエポキシ樹脂を示す。このようなアリールアルキレン型フェノール樹脂としては、例えば、キシリレン型エポキシ樹脂、ビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でもビフェニルジメチレン型エポキシ樹脂を用いることが好ましい。こうすることによって、得られる成形材料を、強度という観点において、優れたものとすることができる。

なお、本実施形態に係る成形材料中に含有されるフェノール樹脂の含有量は、当該成形材料の全重量に対して２０重量％以上７０重量％以下であることが好ましく、４０重量％以上５５重量％以下であるとさらに好ましい。こうすることにより、得られる成形材料を、強度という観点において、より一層優れたものとすることができる。なお、成形材料中のフェノール樹脂含有量が、上記上限値を超えた場合、得られる成形品にフクレが生じることがある。また、なお、成形材料中のフェノール樹脂含有量が、上記下限値未満となる場合、フェノール樹脂の硬化に時間を要するため、硬化が不十分となることがある。

次に、本実施形態に係る炭素繊維について説明する。まず、炭素繊維とは、有機繊維のプレカーサーを加熱炭素化処理して得られる質量比で９０％以上が炭素で構成される繊維のことを示す。この炭素繊維は、ガラス繊維等のその他の繊維材料と比較して、軽いという点、そして単位重量あたりの強度（以下、「比強度」とも云う。）に優れているという点に特徴を有している。このため、炭素繊維を成形材料に用いた場合、当該成形材料の強度や弾性率を向上させることができるものと考えられる。しかしながら、炭素繊維は、その他の材料と混練する際に折れやすく、炭素繊維自体の効果を発揮するためには成形材料に要求される性能に応じて、炭素繊維と共に混練するその他材料、炭素繊維の種類や形状（繊維長）等を適切に選択する必要がある。

本実施形態に係る炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維またはＰＡＮ系炭素繊維であることが好ましい。また、これらの炭素繊維は、１種を単独で使用しても、２種以上を組み合わせて使用してもよい。さらに、炭素繊維の形状は特に限定されないが、例えば、円形であることが好ましい。こうすることによって、得られる成形材料の強度や弾性率をより一層バランスよく向上させることができる。

また、本実施形態に係る成形材料中に含有される炭素繊維の含有量は、当該成形材料の全重量に対して２０重量％以上７０重量％以下であることが好ましく、４０重量％以上５５重量％以下であるとさらに好ましい。こうすることによって、成形性に優れており、かつ強度や弾性率が、より一層バランスよく向上した成形材料を得ることができる。なお、成形材料中の炭素繊維含有量が、上記上限値を超えた場合、得られる成形品の表面状態が悪くなることがある。また、成形材料中の炭素繊維含有量が、上記下限値未満となる場合、十分な強度や弾性率等の機械的特性を有さない成形品が得られることがある。

また、本実施形態に係る炭素繊維の繊維径は、５μｍ以上１３μｍ以下であることが好ましく、６μｍ以上１０μｍ以下であるとさらに好ましい。こうすることによって、強度・靭性・弾性率が、より一層バランスよく向上した成形材料を得ることができる。

また、本実施形態に係る炭素繊維の体積平均繊維長は、１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以上５００μｍ以下であるとさらに好ましい。こうすることによって、得られる成形材料の弾性率をより一層向上させることができる。ここで、「体積平均繊維長」は、成形材料を焼成もしくはアセトン溶解させて樹脂成分を除去した後、ガラスプレート等に繊維を分散させて、光学顕微鏡を用いて繊維を撮影し、画像解析装置を用いて繊維長を測定する。

また、本実施形態に係る炭素繊維の数平均繊維長は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下であるとさらに好ましい。こうすることによって、得られる成形材料の強度をより一層向上させることができる。ここで、「数平均繊維長」は、成形材料を焼成もしくはアセトン溶解させて樹脂成分を除去した後、ガラスプレート等に繊維を分散させて、光学顕微鏡を用いて繊維を撮影し、画像解析装置を用いて繊維長を測定する。

また、本実施形態に係る炭素繊維について、上記体積平均繊維長と上記数平均繊維長の割合、体積平均繊維長／数平均繊維長は、１以上５以下であることが好ましく、１．２以上３以下であるとさらに好ましい。こうすることによって、強度と弾性率がより一層バランスよく向上した成形材料を得ることができる。

なお、炭素繊維の繊維長は、以下に説明する成形材料の製造方法における仕込み、混合、加熱溶融混練および粉砕等の各工程を経るにつれて短くなる。そこで、本実施形態において炭素繊維の体積平均繊維長および数平均繊維長は、各工程を経て得られた成形材料中に含有される炭素繊維に関する値を規定したものである。

次に、本実施形態に係るエラストマ−について説明する。本実施形態に係る成形材料には、ポリビニルブチラール、酢酸ビニルおよびアクリロニトリルブタジエンゴムからなる群より選ばれる１種以上のエラストマ−を含有させている。なお、本実施形態に係るエラストマ−は、これら３種の内いずれかを単独で用いてもよいし、併用してもよい。すなわち、本実施形態に係る成形材料には、一般的に知られている種々のエラストマ−の中から、３種のエラストマ−を選択して用いている。この理由は、上記でも述べたように、炭素材料やフェノール樹脂と組み合わせて用いる際、各種成分の特性を最も発揮するエラストマーの組み合わせとして、ポリビニルブチラール、酢酸ビニルおよびアクリロニトリルブタジエンゴムの３種が適しているからである。

なお、本実施形態に係るエラストマ−としては、ポリビニルブチラールを用いることが好ましい。こうすることによって、強度・靭性・弾性率が、より一層バランスよく向上した成形材料を得ることができる。この理由としては、一般的にポリビニルブチラールは、成形材料に用いる場合、かかる材料の靭性や可撓性を向上させることができる。このため、成形材料に含有させる成分として、ポリビニルブチラールを炭素繊維やフェノール樹脂と組み合わせて用いることによって、靭性および強度をバランスよく向上させることができるとともに、炭素繊維との相乗効果によって、強度・靭性・弾性率のバランスを高度に制御できるものと考えられる。

また、本実施形態に係る成形材料中に含有されるエラストマ−の含有量は、当該成形材料の全重量に対して０．１重量％以上２０重量％以下であることが好ましく、２重量％以上８重量％以下であるとさらに好ましい。こうすることによって、成形性に優れており、かつ強度や弾性率が、より一層バランスよく向上した成形材料を得ることができる。

なお、本実施形態に係る成形材料は、必要に応じて、離型剤、滑剤、硬化助剤、顔料、無機充填剤、他のエラストマー類、ガラス繊維等の成分をさらに含んでもよい。

本実施形態に係る成形材料に含有させる無機充填剤としては、特に限定されないが、例えば、タルク、焼成クレー、未焼成クレー、マイカ等のケイ酸塩、酸化チタン、アルミナ、シリカ、溶融シリカ等の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト等の炭酸塩、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム等の水酸化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、亜硫酸カルシウム等の硫酸塩または亜硫酸塩、ホウ酸亜鉛、メタホウ酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸カルシウム、ホウ酸ナトリウム等のホウ酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素等の窒化物及びガラス繊維等が挙げられる。これら無機充填剤の中でもガラス繊維が好ましい。無機充填剤としてガラス繊維を用いることによって、成形品の機械的強度を維持することができる。

また、上記ガラス繊維を構成するガラスは、特に限定されないが、例えばＥガラス、Ｃガラス、Ａガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、ＮＥガラス、Ｔガラス、Ｈガラス等が挙げられる。これらガラスの中でもＥガラス、Ｔガラス、または、Ｓガラスが好ましい。こうすることによって、ガラス繊維の高弾性化を達成することができ、さらに熱膨張係数も小さくすることができる。

なお、本実施形態に係る他のエラストマーとしては、例えば、アクリル酸−アルキルスチレン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエン共重合体、エーテル−ウレタン共重合体、メチル−ウレタン共重合体、エステル−ウレタン共重合体、ビニル−シリコーン共重合体、フェニル−シリコーン共重合体、クロロプレン共重合体等が挙げられる。

ここで、本実施形態に係る成形材料の製造方法について説明する。本実施形態に係る成形材料の製造方法は、特に限定されないが、例えば、以下の方法を用いることによって製造することができる。まず、フェノール樹脂、炭素繊維およびエラストマ−をそれぞれ混合する。次に、上記混合物を、加圧ニーダー、二軸押出機、加熱ロール等で加熱溶融混練した混練物をパワーミル等で粉砕する。こうすることで、本実施形態に係る成形材料を得ることができる。また、得られた成形材料は、射出成形、移送成形および圧縮成形等に適用することで、所望の形状の成形品を得ることができる。

また、本実施形態に係る成形材料は、上記背景技術の項で述べたように、金属代替材料として用いられる。例えば、アルミ製ダイキャスト等に関する部品の代替材料として、本実施形態に係る成形材料は用いられる。

このように、本実施形態に係る成形材料は、金属代替材料として用いられることを前提としているため、用途に応じて、かかる成形材料を硬化して得られる硬化物の引張強度、および引張弾性率を高度に規定した成形材料を用いることが好ましい。こうすることによって、強度・靭性および弾性率それぞれのバランスを高度に制御できるとともに、金属代替材料としての成形特性をより一層向上させた、優れた成形材料を得ることができる。以下、この点について説明する。

本実施形態では、金型温度１７５℃、硬化時間１分間という硬化条件で、かつＪＩＳＫ６９１１に準じて得られたダンベル形状の当該成形材料の硬化物を、さらに１８０℃、６時間という条件で硬化させて試験片として用い、ＪＩＳＫ６９１１に準じて引張試験を行った結果を例に説明する。

本実施形態に係る成形材料は、１５０℃および２５℃という条件で上記引張試験を行った際に得られる引張強度Ｓ_１５０とＳ_２５の割合、Ｓ_１５０／Ｓ_２５が０．６以上１以下であることが好ましく、０．７以上１以下であるとさらに好ましい。こうすることで、従来の成形材料と比べて、引張強度を向上させることができるとともに、強度と、弾性率および靭性とのバランスを高度に制御することができる。ここで、破断強度とは、試験片が破断した際に試験片に加えた力を示す。

また、本実施形態に係る成形材料は、２５℃という条件で上記引張試験を行った際に得られる弾性率が、２０ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下であることが好ましく、３０ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下であるとさらに好ましい。こうすることによって、従来の成形材料と比べて、引張弾性率を向上させることができるとともに、弾性率と、強度および靭性とのバランスを高度に制御することができる。ここで、弾性率とは、引張試験実施時の応力−歪み曲線における引張開始直後の線形領域における直線の傾きから求めることができる。

なお、本実施形態に係る成形材料は、従来の金属材料やプラスチック材料と比較して、樹脂からなる材料である分、密度が低い。このため、単位密度当たりの強度や弾性率を示す比引張強度や比引張弾性率の値は、従来の成形材料と比較して、極めて高い値を示す。
すなわち、本実施形態に係る成形材料は、従来の成形材料と比較して、強度・靭性・弾性率という観点において、それぞれバランスよく優れているとともに、高い成形特性を有するだけでなく、単位密度当たりの強度や弾性率が優れたものとなる。

具体的に、本実施形態に係る成形材料の２５℃における比引張強度は、１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上３００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下であることが好ましく、１２０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上３００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下であるとさらに好ましい。

また、本実施形態に係る成形材料の２５℃における比引張弾性率は、１５ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上５０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下であることが好ましく、２０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以上５０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ^３）以下であるとさらに好ましい。

各実施例、各参考例及び各比較例で用いた原料成分を下記に示す。

（１）フェノール樹脂（ノボラック型フェノール樹脂）：住友ベークライト社製Ａ−１０８２Ｇ
（２）炭素繊維（ＰＡＮ系）：東邦テナックス社製ＨＴＣ２６１６ｍｍ
（３）炭素繊維（ピッチ系）：三菱樹脂社製ＤＩＡＬＥＡＤＫ２２３ＳＥ
（４）ガラス繊維：日東紡績社製Ｅガラス繊維
（５）ポリビニルブチラール：積水化学製エスレックＢＬ−１
（６）酢酸ビニル：日本合成化学製ゴーセニールＰＶ−５００
（７）アクリロニトリルブタジエンゴム：ＪＳＲ製ＳＢＰ−４３００
（８）硬化剤（ヘキサメチレンテトラミン）：住友精化社製ウロトロピン
（９）硬化助剤：酸化マグネシウム
（１０）離型剤：ステアリン酸カルシウム
（１１）着色剤：カーボンブラック

（実施例、参考例および比較例）
実施例１、４、参考例２、３および比較例１〜２について、下記表１に示す配合量に従って各成分を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。なお、以下の表１に示される成分の量は全て重量％である。

下記表１の配合比率で得られた成形材料に対し、下記に示す測定及び評価を行った。

実施例１、４、参考例２、３および比較例１〜２では、成形材料の硬化物を得るために、金型温度１７５℃、硬化時間１分間という硬化条件を用いている。また、下記測定に用いる成形材料の硬化物は、ＪＩＳＫ６９１１に準じた形状にインジェクション成形し、１８０℃、６時間という条件でさらに硬化することで試験片を得た。

また、実施例１、４、参考例２、３および比較例１〜２における、各成分の配合比率を、以下の表１にまとめた。

（評価項目）
引張強度：２５℃あるいは１５０℃という条件で、上記試験片をＪＩＳＫ６９１１に準じて引張試験を行った。ここで引張強度とは、試験片を破断させるために必要な引張荷重または力のことを示している。本実施例において引張強度は、以下の方法で算出した。まず、試験片が破断した際に、試験片に加えた応力をσ、試験片の最小断面積をＳとする。破断強度は、試験片が破断した際に試験片に加えた力である。単位は、ＭＰａとした。

弾性率：２５℃という条件で、上記試験片をＪＩＳＫ６９１１に準じて引張試験を行った。なお、弾性率の単位は、ＧＰａとした。

また、本実施例では、上記評価結果の値から、引張強度を密度で割った値である比引張強度と、引張弾性率を密度で割った値である比引張弾性率とを算出している。なお、密度は、ＪＩＳＲ７６０１に記載の方法に準じて求めた。

数平均繊維長および体積平均繊維長：得られた成形材料を焼成することにより樹脂成分を除去した後、ガラスプレートに繊維を分散させて、光学顕微鏡を用いて繊維を撮影した。こうすることで得られた画像を、画像解析装置を用いて繊維長を測定した。なお、数平均繊維長および体積平均繊維長の単位は、μｍとした。

上記評価項目に関する評価結果を、以下の表１に各成分の配合比率（重量％）と共に示す。

表１からも分かるように、実施例１、４、参考例２、３の成形材料は、いずれも比較例の値と比較して、比強度および比弾性率に優れていた。実際に、実施例に記載の成形材料を用いて機構部品を製造した場合、強度・靭性・弾性率という観点において、それぞれバランスよく優れているとともに、高い成形特性を有した機構部品が得られた。
以下、参考形態の例を付記する。
＜１＞
フェノール樹脂と、炭素繊維と、ポリビニルブチラール、酢酸ビニルおよびアクリロニトリルブタジエンゴムからなる群より選ばれる１種以上のエラストマーとを含む、成形材料。
＜２＞
前記フェノール樹脂が、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、およびアリールアルキレン型フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも１つである、＜１＞に記載の成形材料。
＜３＞
前記炭素繊維が、ピッチ系またはＰＡＮ系の炭素繊維である＜１＞または＜２＞に記載の成形材料。
＜４＞
前記フェノール樹脂の含有量が、当該成形材料の全重量に対して２０重量％以上７０重量％以下である＜１＞乃至＜３＞のいずれか一項に記載の成形材料。
＜５＞
前記炭素繊維の含有量が、当該成形材料の全重量に対して、２０重量％以上７０重量％以下である＜１＞乃至＜４＞のいずれか一項に記載の成形材料。
＜６＞
前記ポリビニルブチラール、酢酸ビニルおよびアクリロニトリルブタジエンゴムからなる群より選ばれる１種以上のエラストマーの含有量が、当該成形材料の全重量に対して、０．１重量％以上２０重量％以下である＜１＞乃至＜５＞のいずれか一項に記載の成形材料。
＜７＞
前記炭素繊維の体積平均繊維長が、１００μｍ以上１０００μｍ以下である＜１＞乃至＜６＞のいずれか一項に記載の成形材料。
＜８＞
前記炭素繊維の数平均繊維長が、５０μｍ以上５００μｍ以下である＜１＞乃至＜７＞のいずれか一項に記載の成形材料。
＜９＞
前記炭素繊維の体積平均繊維長と数平均繊維長の割合、体積平均繊維長／数平均繊維長が、１以上５以下である＜１＞に記載の成形材料。
＜１０＞
金型温度１７５℃、硬化時間１分間という硬化条件で得られたダンベル形状の当該成形材料の硬化物を、さらに１８０℃、６時間という条件で硬化させて試験片として作製し、
ＪＩＳＫ６９１１に準じて引張試験を行った際に得られる、１５０℃での前記試験片の引張強度Ｓ _１５０と２５℃での前記試験片の引張強度Ｓ _２５の割合、Ｓ _１５０／Ｓ _２５が０．６以上１以下である＜１＞乃至＜９＞のいずれか一項に記載の成形材料。
＜１１＞
２５℃における前記試験片の引張弾性率が、２５ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下である＜１０＞に記載の成形材料。
＜１２＞
２５℃における前記試験片の引張強度が、１５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下である＜１０＞または＜１１＞に記載の成形材料。

この出願は、２０１１年９月２８日に出願された日本出願特願２０１１−２１３０８８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

フェノール樹脂と、炭素繊維と、ポリビニルブチラールとを含む成形材料であって、
前記ポリビニルブチラールの含有量が、前記成形材料の全重量に対して、０．１重量％以上２０重量％以下であり、
前記炭素繊維の含有量が、前記成形材料の全重量に対して、２０重量％以上７０重量％以下である成形材料。
前記フェノール樹脂が、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂、およびアリールアルキレン型フェノール樹脂からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１に記載の成形材料。
前記炭素繊維が、ピッチ系またはＰＡＮ系の炭素繊維である請求項１または２に記載の成形材料。
前記フェノール樹脂の含有量が、前記成形材料の全重量に対して２０重量％以上７０重量％以下である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の成形材料。
前記炭素繊維の体積平均繊維長が、１００μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の成形材料。
前記炭素繊維の数平均繊維長が、５０μｍ以上５００μｍ以下である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の成形材料。
前記炭素繊維の体積平均繊維長と数平均繊維長の割合、体積平均繊維長／数平均繊維長が、１以上５以下である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の成形材料。
金型温度１７５℃、硬化時間１分間という硬化条件で得られたダンベル形状の前記成形材料の硬化物を、さらに１８０℃、６時間という条件で硬化させて試験片として作製し、
ＪＩＳＫ６９１１に準じて引張試験を行った際に得られる、１５０℃での前記試験片の引張強度Ｓ_１５０と２５℃での前記試験片の引張強度Ｓ_２５の割合、Ｓ_１５０／Ｓ_２５が０．６以上１以下である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の成形材料。
２５℃における前記試験片の引張弾性率が、２５ＧＰａ以上７０ＧＰａ以下である請求項８に記載の成形材料。
２５℃における前記試験片の引張強度が、１５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下である請求項８または９に記載の成形材料。