JP6064564B2 - 炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよびその成形品 - Google Patents

炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよびその成形品 Download PDF

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Description

本発明は、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよびその成形品に関する。
炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastic）は、軽量で優れた機械特性を有するため、ゴルフシャフト、釣竿、ラケット等のスポーツ材料や、航空機用途で高い実績を上げており、近年では、風車ブレード、圧力容器、建築補強材料などの産業分野でも適用が進んでいる。また、電気自動車の開発が活発化し、軽量化の要求が高まっている自動車用途では、特に注目を集めている。
従来ＣＦＲＰは、高い力学特性への要求からエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂が主流であった。しかし、近年では加工サイクルが早く生産性に優れる熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＰも活発に研究されている。特に軽量かつ安価で、耐水性および耐薬品性にも優れるポリプロピレンをマトリックス樹脂に用いたＣＦＲＰ（以下熱可塑ＣＦＲＰ）は、産業用途への幅広い適用が期待されている。
熱可塑ＣＦＲＰは、一般に射出成形用のコンパウンドペレット形状や、スタンピング成形用のシート形状などを取る。特に、不連続繊維を使用した熱可塑ＣＦＲＰシートは、生産性および賦形性に優れ、産業用途を中心に注目される材料形態である。
特許文献１では、特定の繊維長分布を有する不連続の強化繊維からなるシートに熱可塑性樹脂を含浸させたシート状材料が開示されている。また、特許文献２では、ランダム配向したチョップドストランドに熱可塑性樹脂を含浸させたシート状材料が開示されている。これら文献で示された熱可塑ＣＦＲＰシートを用いた成形品は、優れた力学特性を示す。
特許文献３では、不連続の炭素繊維と熱可塑性樹脂の接着性を高め、力学特性と耐衝撃性を両立させたプレス成形向け材料が開示されている。
特開２０１０−２３５７７９号公報 国際公開第２００７／０２０９１０号 特開２００８−１６９３４４号公報 特開２０１０−１５０３５８号公報 特開２００２−３６１６号公報
Chiang W.Y. And Huang C.Y., Composites Polymer,4(1991),251. Drzal, L.T., Mater. Sci. Eng. A126(1990), 289
特許文献１や特許文献２に記載された熱可塑ＣＦＲＰシートを用いた成形品は、脆性的な破壊挙動を示し、耐衝撃性の向上が望まれている。
特許文献３に記載されたプレス成形向け材料も、耐衝撃性は充分といえない。
本発明の課題は、優れた耐衝撃性と力学特性のバランスに優れた不連続炭素繊維強化ポリプロピレンシートを提供することにある。具体的には、本発明の課題は、高い力学特性を有しながら、高い耐衝撃性を併せ持つ不連続炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよびその成形品を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは次の構成を有する。すなわち、
質量平均繊維長１．５ｍｍ〜２０ｍｍの炭素繊維と、ポリプロピレンおよび酸変性ポリプロピレンからなるマトリックス樹脂とを含む炭素繊維強化ポリプロピレンシートであって、炭素繊維が単繊維状に分散しており、かつ炭素繊維とマトリックス樹脂の界面せん断強度が５．５０〜１０．５ＭＰａである炭素繊維強化ポリプロピレンシート、である。
また、本発明の成形品は次の構成を有する。すなわち、
上記炭素繊維強化ポリプロピレンシートを成形して得られる成形品、である。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、マトリックス樹脂中に、酸変性ポリプロピレンを０．１〜５質量％を含むことが好ましい。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、炭素繊維強化ポリプロピレンシートに含まれる炭素繊維のうち、繊維長５ｍｍを超える炭素繊維が２０質量％以上７５質量％以下、繊維長２ｍｍ未満の炭素繊維が１．０質量％以上２５質量％以下であることが好ましい。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、炭素繊維強化ポリプロピレンシートに含まれる炭素繊維のうち、繊維長５ｍｍを超える炭素繊維が５０質量％以上７０質量％以下、繊維長２ｍｍ未満の炭素繊維が１．０質量％以上１０質量％以下であることが好ましい。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、前記炭素繊維の二次元配向角度度数分布において、本明細書中で定義される３０°刻みの相対度数の最大値が０．２５以下、相対度数の最小値が０．０９０以上であることが好ましい。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、炭素繊維の体積含有率が１０〜４０％であることが好ましい。
本発明の成形品は、成形品中の本明細書中で定義されるボイド率が３％以下であることが好ましい。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、炭素繊維の繊維長と、炭素繊維とポリプロピレン界面の接着性を特定の範囲とすることで、繊維の引き抜けに伴うエネルギー吸収が大きくなり、高い力学特性を示しながら、非常に優れた耐衝撃性を示すという従来知られていなかった特徴を有する。この炭素繊維強化ポリプロピレンシートを用いた成形品は、電気・電子機器の筐体または自動車の衝撃吸収部材に好適に用いられる。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、質量平均繊維長１．５ｍｍ〜２０ｍｍの炭素繊維とポリプロピレンおよび酸変性ポリプロピレンからなる炭素繊維強化ポリプロピレンシートであって、炭素繊維が単繊維状に分散しており、かつ炭素繊維とマトリックス樹脂の界面せん断強度が５．５０〜１０．５ＭＰａである。これらの条件を満たすことで、力学特性と耐衝撃性の両方に優れる成形品のための炭素繊維強化プロピレンシートを創出した。
不連続繊維で強化したＣＦＲＰでは、炭素繊維とマトリックス樹脂の接着を向上させることで、力学特性と耐衝撃性を向上させる技術が一般的であった（特許文献３、４、５、非特許文献１）。
しかしながら、一定の繊維長を有する不連続繊維においては、特定の範囲の界面接着性を付与することで、繊維の引き抜けに伴うエネルギー吸収が大きくなり、高い力学特性を示しながら、非常に優れた耐衝撃性能を示すことが本発明者らによって明らかとなった。一方で、繊維長を長くしすぎると、複雑形状への賦形性が低下するばかりでなく、繊維の屈曲や絡まりにより力学特性も低下する。本発明は、繊維長および界面せん断強度が特定された炭素繊維強化ポリプロピレンシートが、高い賦形性を維持しながら、力学特性と耐衝撃性を両立することを見出すことにより、想達したものである。
ここで本発明に記載の力学特性とは、弾性率や強度、破断ひずみなど静的な力学試験から得られる材料の物性値のことを指し、動的な力学試験から得られる耐衝撃性と区別される。
以下、更に詳しく本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよびその成形品について説明する。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、質量平均繊維長を１．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下とする必要がある。ここで、質量平均繊維長とは、炭素繊維の質量を１００％としたときの、質量平均での繊維長を表す。これにより、質量平均繊維長は炭素繊維強化ポリプロピレンシートに含まれる炭素繊維の繊維長の平均を表すことができる。質量平均繊維長（Ｌｗ）は、次式で表される。
Ｌｗ＝Σ（Ｌｉ×Ｗｉ）
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１，２，３，・・・４００）（単位：ｍｍ）
・Ｗｉ：繊維長Ｌｉの炭素繊維の質量分率（ｉ＝１，２，３，・・・４００）（単位：質量％）
炭素繊維の質量平均繊維長が１．５ｍｍ未満では、炭素繊維の補強効果が低く、十分な力学特性が得られず、また、炭素繊維とマトリックス樹脂界面の面積が小さいため、耐衝撃性が低下する。質量平均繊維長が２０ｍｍを超える場合、積層工程ないし成形工程で厚み膨張が大きくなり取扱い性が損なわれる。さらに、炭素繊維の分散性が低いために束状となり、成形品にボイドを含む。また繊維が屈曲する、絡まるなどの要因により、成形品の力学特性および耐衝撃性が低下する場合がある。
また、本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートに含まれる炭素繊維のうち、繊維長５ｍｍを超える炭素繊維が２０質量％以上７５質量％以下であり、繊維長２ｍｍ未満の炭素繊維が１．０質量％以上２５質量％以下であることが好ましい。繊維長５ｍｍを超える炭素繊維を２０質量％以上含むことで、力学特性と耐衝撃性のバランスに優れたシートが得られる。また、７５質量％以下であれば、厚み方向の膨張が抑えられ、生産性の向上とボイド低減が達成できる。繊維長が２ｍｍ未満の炭素繊維を１．０質量％以上含むと、賦形時の流動性が改善される。また、２５質量％以下であれば、力学特性と耐衝撃性のバランスに優れる。ここでの炭素繊維の質量割合は、炭素繊維を１００％としたときの、質量平均での繊維長の割合を表す。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートに含まれる炭素繊維のうち、好ましくは繊維長５ｍｍを超える炭素繊維が５０質量％以上７０質量％以下であり、繊維長２ｍｍ未満の炭素繊維が１．０質量％以上１０質量％以下である。繊維長分布がこの範囲となることで、力学特性と耐衝撃性により優れる。
炭素繊維の繊維長の測定方法としては特に制限は無いが、例えば、炭素繊維ポリプロピレンシートの表面を顕微鏡観察し炭素繊維の繊維長を計測する方法や、または炭素繊維ポリプロピレンシートのマトリックス樹脂のみを溶解する溶剤を用いて溶解させ、残った炭素繊維を濾別して顕微鏡観察により測定する方法（溶解法）がある。マトリックス樹脂を溶解する溶剤がない場合には、炭素繊維が酸化減量しない温度範囲においてマトリックス樹脂のみを焼き飛ばし、炭素繊維を分別して顕微鏡観察により測定する方法（焼き飛ばし法）などがある。測定は炭素繊維を無作為に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、繊維長とその割合を測定することができる。
また、本発明で用いられる炭素繊維をあらかじめカットして用いる場合、カット長は炭素繊維ポリプロピレンシートの質量平均繊維長を考慮し、適宜選択される。カット方法としては、カートリッジカッターを用いる方法やギロチンカッターを用いる方法などが挙げられるが、特に制限は無く、寸法制度、作業性、生産性などを考慮し、適宜選択される。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートにおける炭素繊維は、単繊維状に分散していることが重要である。単繊維状に分散している場合、近接する複数の炭素繊維単糸が、その長さ方向に互いに並行でないまたは接触していない状態を言う。近接する複数の炭素繊維単糸が、互いに並行でありかつ接触している場合、それらは束状である。束状の炭素繊維が多数存在する場合、炭素繊維とマトリックス樹脂界面の面積が減少することにより、力学特性および耐衝撃性が低下する。また、マトリックス樹脂の含浸効率が低下してボイドが発生し、力学特性が低下する。
炭素繊維の分散状態については、実質的に繊維分散率で評価する。繊維分散率とは、炭素繊維単繊維（ａ）と該炭素繊維単繊維（ａ）と接触する炭素繊維単繊維（ｂ）とで形成される二次元接触角度を、０°から９０°までの鋭角側で計測した際に、１°以上である該炭素繊維単繊維（ｂ）の数割合である。
本発明において単繊維状に分散しているとは、この繊維分散率が９０％以上であることを示す。単繊維状に分散していないと、すなわち、炭素繊維分散率が９０％未満の場合、束状の炭素繊維が多数存在し、炭素繊維とマトリックス樹脂界面の面積が減少することにより、力学特性および耐衝撃性が低下する。また、マトリックス樹脂の含浸効率が低下してボイドが発生し、力学特性が低下する。より好ましい炭素繊維の分散状態としては、繊維分散率が９６％以上である。
ここで、繊維分散率を求めるのに用いる炭素繊維の二次元接触角度は、次の方法で算出する。無作為に１００本の炭素繊維単繊維（ａ）を選び出し、該炭素繊維単繊維（ａ）と接触する炭素繊維単繊維（ｂ）すべてについて、二次元接触角度を計測する。接触角度は０°から９０°までの鋭角側で計測し、二次元接触角度を計測した炭素繊維単繊維（ｂ）の総数から接触角度が１°未満である炭素繊維単繊維（ｂ）の割合を算出する。
また、炭素繊維の二次元接触角度を測定する部分としては、特に制限はないが、成形品端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、および成形品の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。
具体的に炭素繊維ポリプロピレンシートから炭素繊維の二次元接触角度を測定する方法に制限はないが、例えば、炭素繊維ポリプロピレンシートの表面から炭素繊維を観察する方法が例示できる。この場合炭素繊維強化ポリプロピレンシート表面を研磨して繊維を露出させると、より炭素繊維を観察しやすくなるため好ましい。また、炭素繊維強化ポリプロピレンシートに透過光を利用して炭素繊維の配向を観察する方法が例示できる。この場合炭素繊維強化ポリプロピレンシートを薄くスライスすると、より炭素繊維を観察しやすくなるため好ましい。さらに、炭素繊維強化ポリプロピレンシートをＸ線ＣＴ透過観察して炭素繊維の配向画像を撮影する方法も例示できる。Ｘ線透過性の高い炭素繊維の場合には、炭素繊維にトレーサ用の繊維を混合しておく、あるいは炭素繊維にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、より炭素繊維を観察しやすくなるため好ましい。
炭素繊維を単繊維状に分散させる手法に特に制限は無く、例えば、乾式や湿式などの抄紙法や、乾式吹き付け法などで不織布状の炭素繊維基材を得る方法が挙げられる。また、この炭素繊維基材に、有機繊維、有機化合物や無機化合物が混合されていたり、炭素繊維同士が他の成分で目留めされていたり、炭素繊維がマトリックス樹脂成分と接着されていたりしてもよい。
炭素繊維の分散を高めるために、乾式法では、開繊バーを設ける方法やさらに開繊バーを振動させる方法、さらにカードの目をファインにする方法や、カードの回転速度を調整する方法などが例示できる。湿式法でも、炭素繊維を分散させる際の攪拌機の回転数を高くする方法、一度に投入する炭素繊維量を減少させる方法、分散液を移送させる際に渦流を抑制する方法などが例示できる。また平面的に配置するために、乾式法では、炭素繊維を集積する際に静電気を用いる方法、整流化したエアを用いる方法、コンベアの引取速度を調整する方法などが例示できる。湿式法でも、超音波などで分散した炭素繊維の再凝集を防止する方法、濾過速度を調整する方法などが例示できる。これらの方法は、特に限定されるものではなく、炭素繊維基材の状態を確認しながら、その他の製造条件を制御することでも達成できる。
本発明の炭素繊維ポリプロピレンシートは、力学特性の等方性の観点から、炭素繊維の二次元配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値が０．２５以下であり、配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最小値は０．０９０以上であることが好ましい。炭素繊維の二次元配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数とは、成形品表面の炭素繊維の二次元配向角度分布を表す指標である。
本発明において、炭素繊維の二次元配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値は、次の方法で算出する。無作為に４００本の炭素繊維を選び出し、角度の基準とする基準直線を任意に１本設定し、基準直線に対する選び出した炭素繊維の配向方向のなす角度（以下、二次元配向角度αｉと略す。）を全て測定する。二次元配向角度αｉは、基準直線に対して反時計回りの方向の角度を測定した、０°以上１８０°未満の角度のこととする。４００本の炭素繊維のある基準線からの二次元配向角度αｉを用いて、３０°刻みの炭素繊維の二次元配向角度相対度数分布を作成し、その最大値および最小値を、炭素繊維の二次元配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値とした。
無作為に選び出す炭素繊維本数を４００本以上とすれば、炭素繊維の二次元配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値は、ほぼ変化がなくなる。また、炭素繊維の二次元配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値を測定する部分に特に制限はないが、成形品端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、および成形品の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。炭素繊維の二次元配向角度度数分布における３０°刻みの相対度数の最大値および最小値が０．１７であると、炭素繊維強化ポリプロピレンシートの炭素繊維が完全にランダム配置していることを意味する。
具体的に炭素繊維ポリプロピレンシートから二次元配向角度を測定する方法は、例えば、炭素繊維ポリプロピレンシートの表面から炭素繊維の配向を観察する方法が例示できる。この場合炭素繊維強化ポリプロピレンシート表面を研磨して繊維を露出させることで、より炭素繊維を観察しやすくなるため好ましい。また、炭素繊維強化ポリプロピレンシートに透過光を利用して炭素繊維の配向を観察する方法が例示できる。この場合炭素繊維強化ポリプロピレンシートを薄くスライスすることで、より炭素繊維を観察しやすくなるため好ましい。さらに、炭素繊維強化ポリプロピレンシートをＸ線ＣＴ透過観察して炭素繊維の配向画像を撮影する方法も例示できる。Ｘ線透過性の高い炭素繊維の場合には、炭素繊維にトレーサ用の繊維を混合しておく、あるいは炭素繊維にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、より炭素繊維を観察しやすくなるため好ましい。
また、上記方法で測定が困難な場合には、炭素繊維の構造を崩さないようにマトリックス樹脂を除去した後に炭素繊維の配向を観察する方法が例示できる。例えば、炭素繊維強化ポリプロピレンシートを２枚のステンレス製メッシュに挟み、炭素繊維強化ポリプロピレンシートが動かないようにネジなどで固定してからマトリックス樹脂成分を焼き飛ばし、得られる炭素繊維基材を光学顕微鏡または電子顕微鏡で観察して測定することができる。
本発明で用いられる炭素繊維は、ポリアクリロニトリル(以下、ＰＡＮ)系繊維、ピッチおよびレーヨン等を原料とすることができるが、特にアクリロニトリルを主成分としたＰＡＮ系繊維から製造された炭素繊維、いわゆるＰＡＮ系炭素繊維が工業的な生産性に優れ、かつ力学特性にも優れている。ＰＡＮ系繊維は、耐炎化反応を促進するモノマー成分が通常共重合されており、かかるモノマー成分としては、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸およびそれらのメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステル、アルカリ金属塩、アンモニウム塩、あるいはアリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、およびそれらのアルカリ金属塩等を挙げることができる。紡糸方法は、湿式紡糸法や乾湿式紡糸法を適用することが好ましい。
ＰＡＮ系炭素繊維は、アクリロニトリルを主成分として重合して得られたＰＡＮ系繊維を２００〜４００℃の空気雰囲気中で加熱して酸化繊維に転換する耐炎化工程と、窒素、ヘリウムおよびアルゴン等の不活性雰囲気中でさらに高温で加熱して炭化する炭化工程を経ることで得られる（耐炎化工程と炭化工程をあわせて焼成工程と呼ぶことがある。）。本発明では、炭化する温度としては１，２００〜２，２００℃を採用することが好ましい。
また、本発明で用いられる炭素繊維は、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド系樹脂および界面活性剤からなる群から選択された少なくとも１種の集束剤が付着されたものであってもよい。このように、炭素繊維に集束剤を付着させることにより、炭素繊維束の取り扱い性が優れ、特に束カット時における毛羽立ちを抑えることができる。
集束剤を炭素繊維に付与するに際しては、集束剤をその溶媒に溶解した溶液またはその分散媒に分散した分散液、いわゆるサイジング液に浸漬して後乾燥して行うことができる。炭素繊維における単繊維間の集束剤付着量のムラを押さえるためには、束状の炭素繊維が拡幅された状態の炭素繊維トウを、サイジング液に浸漬することが好ましい。
炭素繊維に付着させる集束剤の付着量は、炭素繊維に対して０．１〜５質量％であることが好ましく、より好ましくは、０．５〜３質量％である。この範囲に収めることで、カット時のプロセス性と繊維束のドレープ性のバランスに優れる炭素繊維束が得られる。
さらに、本発明の効果を損なわない範囲であれば、アルミニウム、黄銅およびステンレスなどの金属繊維や、ガラス繊維、シリコンカーバイトやシリコンナイトライドなどからなる無機繊維や、アラミド、ＰＢＯ、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステル、アクリル、ナイロンおよびポリエチレンなどからなる有機繊維などと、上記の炭素繊維とを併用してもよい。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートにおける、炭素繊維とマトリックス樹脂の接着性は界面せん断強度（以下、ＩＦＳＳ）で表され、接着性が高い場合、ＩＦＳＳは高い値を示す。力学特性と耐衝撃性を両立させるために、ＩＦＳＳは５．５０ＭＰａ以上、１０．５ＭＰａ以下であることが重要である。ＩＦＳＳが５．５０ＭＰａ未満の場合、力学特性が不足する。また、ＩＦＳＳが１０．５ＭＰａを超える場合、脆性的な破壊挙動を示し、耐衝撃性が不足する。
以下、ＩＦＳＳの評価詳細について説明する。評価にあたっては非特許文献２を参考にした。炭素繊維束より、長さ２０ｃｍの単繊維１本を取り出す。続いて厚み１５０μｍのポリプロピレンフィルムを２０×２０ｃｍ角の大きさで２枚作製し、前記取り出した単繊維を１枚目のポリプロピレンフィルム上に直線状に配置する。もう１枚のポリプロピレンフィルムを、前記単繊維を挟むように重ねて配置し、２００℃で３分間、０．５ＭＰａの圧力で加圧プレスし、単繊維がポリプロピレンに埋め込まれたサンプルを作製する。得られたサンプルを切り出し、短繊維が中央に埋没した厚さ０．２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ７０ｍｍの試験片を得る。前記と同様にして試験片を１０ピース作製する。
この試験片を通常の引張試験治具を用いて、試験長２５ｍｍに設定し、歪速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行う。単繊維の破断がもはや起こらなくなった時の、単繊維の全ての断片の長さを透過型顕微鏡で測定し、それを平均することにより平均破断繊維長ｌを得る。ＩＦＳＳ（τ）は下式より求める。
τ＝（σｆ・ｄ）／（２・ｌｃ）
ｌｃ＝（４／３）・ｌ
・τ：ＩＦＳＳ（界面せん断強度）（単位：ＭＰａ）
・ｌ：上記の平均破断繊維長（単位：μｍ）
・σｆ：単繊維の引張強さ（単位：ＭＰａ）
・ｄ：炭素繊維単繊維の直径である（単位：μｍ）
σｆは、炭素繊維の引張強度分布がワイブル分布に従うとして次の方法により求める。即ち、ポリプロピレンに埋め込まずに単繊維のみの引張試験を用い、試料長がそれぞれ５ｍｍ、２５ｍｍ、５０ｍｍで得られた平均引張強度から最小２乗法により、試料長と平均引張強度との関係式を求め、試料長ｌｃ の時の平均引張強度を算出する。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートに用いられるマトリックス樹脂はポリプロピレンおよび酸変性ポリプロピレンからなる。ポリプロピレンとしては、いわゆる未変性のポリプロピレンであれば特に制限は無く、ホモタイプポリプロピレンに限らず、ポリプロピレンにポリエチレンや他のポリオレフィンがブロック共重合されたブロックタイプポリプロピレンも本発明に使用される。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは界面接着性の観点から、マトリックス樹脂中の酸変性ポリプロピレンの含有率は０．１質量％以上５質量％以下であることが好ましい。酸変性ポリプロピレン含有率が０．１質量％以上であると、力学特性に優れる。また、酸変性ポリプロピレンの含有率が５質量％以下であると、脆性的な破壊挙動を示すことはなく、耐衝撃性に優れる。
酸変性ポリプロピレンとしては特に制限は無く、例えばアクリル酸変性ポリプロピレンおよび無水マレイン酸変性ポリプロピレン等が挙げられる。
酸変性ポリプロピレンの市販品を例に挙げると、アクリル酸変性ポリプロピレンの市販品としては、ＰＯＬＹＢＯＮＤ １００１、ＰＯＬＹＢＯＮＤ １００２（ＣＲＯＭＰＴＯＮ社製）等が挙げられる。また、無水マレイン酸変性ポリプロピレンの市販品としては、無水マレイン酸変性ポリプロピレンＱＥ５１０（三井化学（株）製）等が挙げられる。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、繊維体積含有率（Ｖｆ）が１０〜４０％であることが好ましく、さらに好ましくは２０〜３０％である。この範囲内に調節することで、ボイドが少なく、力学特性と耐衝撃性のバランスに優れたシートが得られる。また、この範囲では繊維の強度利用率に優れ、価格見合いの軽量化効果にも優れる。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートは、その用途に応じて、更に、マイカ、タルク、カオリン、セリサイト、ベントナイト、ゾノトライト、セピオライト、スメクタイト、モンモリロナイト、ワラステナイト、シリカ、炭酸カルシウム、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラスマイクロバルーン、クレー、二硫化モリブデン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、ポリリン酸カルシウム、グラファイト、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸亜カルシウム、ホウ酸アルミニウムウィスカ、チタン酸カリウムウィスカおよび高分子化合物などの充填材、金属系、金属酸化物系、カーボンブラックおよびグラファイト粉末などの導電性付与材、臭素化樹脂などのハロゲン系難燃剤、三酸化アンチモンや五酸化アンチモンなどのアンチモン系難燃剤、ポリリン酸アンモニウム、芳香族ホスフェートおよび赤燐などのリン系難燃剤、有ホウ酸金属塩、カルボン酸金属塩および芳香族スルホンイミド金属塩などの有機酸金属塩系難燃剤、硼酸亜鉛、亜鉛、酸化亜鉛およびジルコニウム化合物などの無機系難燃剤、シアヌル酸、イソシアヌル酸、メラミン、メラミンシアヌレート、メラミンホスフェートおよび窒素化グアニジンなどの窒素系難燃剤、ＰＴＦＥなどのフッ素系難燃剤、ポリオルガノシロキサンなどのシリコーン系難燃剤、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物系難燃剤、またその他の難燃剤、酸化カドミウム、酸化亜鉛、酸化第一銅、酸化第二銅、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化スズおよび酸化チタンなどの難燃助剤、顔料、染料、滑剤、離型剤、相溶化剤、分散剤、マイカ、タルクおよびカオリンなどの結晶核剤、リン酸エステルなどの可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、流動性改質剤、発泡剤、抗菌剤、制振剤、防臭剤、摺動性改質剤、およびポリエーテルエステルアミドなどの帯電防止剤等を添加しても良い。
本発明の炭素繊維強化ポリプロピレンシートを成形して成形品を得る。
本発明における成形品のボイド率は、力学特性の観点から、好ましくは３％以下である。成形品のボイド率は、次の方法により測定する。成形品の一部を切り出し、ＪＩＳ Ｋ ７１１２ （１９９９）の５に記載のＡ法（水中置換法）に従い、成形品の密度（ρｃ）を測定する。この成形品の密度（ρｃ）およびマトリックス樹脂の密度（ρｒ）を用いて、次式により成形品のボイド率（Ｖｖ）を求める。
Ｖｖ＝（１−ρｃ／ρｒ）×１００（単位：体積％）
成形品のボイド率（Ｖｖ）を測定する部分としては、特に制限はないが、成形品端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、および成形品の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。
成形方法について特に制限は無いが、プレス成形が好ましい。また、プレス成形の種類は得られる成形品に応じ選択が可能である。ここで、プレス成形とは、加工機械および型、工具その他成形用の治具や副資材等を用いて、炭素繊維ポリプロピレンシートの積層体に曲げ、せん断、圧縮等の変形を与えて成形品を得る方法であるが、その成形形態として絞り、深絞り、フランジ、コールゲート、エッジカーリング、型打ちなどが例示される。また、プレス成形の方法としては、各種存在するプレス成形の方法のなかでも、大型の航空機などの成形品部材を作製する際によく使用されるオートクレーブ法や、工程が比較的簡便である金型プレス法が好ましく挙げられるが、設備や成形工程でのエネルギー使用量、使用する成形用の治具や副資材等の簡略化、成形圧力、温度の自由度の観点から、金属製の型を用いて成形をおこなう金型プレス法を用いることがより好ましい。
金型プレス法には、炭素繊維強化ポリプロピレンシートを型内に予め配置しておき、型締とともに加圧、加熱をおこない、次いで型締をおこなったまま、金型の冷却により該炭素繊維強化ポリプロピレンシートの冷却をおこない成形品を得るホットプレス法や、予め該炭素繊維強化ポリプロピレンシートを、マトリックス樹脂の溶融温度以上に、遠赤外線ヒーター、加熱板、高温オーブン、誘電加熱などに例示される加熱装置で加熱し、マトリックス樹脂を溶融、軟化させた状態で、前記成形型の下面となる型の上に配置し、次いで型を閉じて型締を行い、その後加圧冷却する方法であるスタンピング成形を採用することができる。プレス成形方法については、特に制限はないが、成形サイクルを早めて生産性を高める観点からは、スタンピング成形であることが好ましい。
プレス金型での加圧については特に制限されることはないが、炭素繊維強化ポリプロピレンシートを良好に賦形させる観点からは、加圧力は１ＭＰａ以上であることが好ましい。より好ましくは３ＭＰａ以上である。加圧力の上限については特に制限はないが、成形時の炭素繊維の折損を抑える観点からは１００ＭＰａ以下であることが好ましい範囲である。
予熱した炭素繊維ポリプロピレンシートの積層体を十分に冷却させる観点から、金型の表面温度をマトリックス樹脂の融点または軟化点以下とすることが好ましい。また脱型を早めて成形サイクルを短くする観点からは、金型温度をマトリックス樹脂の融点または軟化点よりも３０℃以上低くすることが好ましい。より好ましくは５０℃以上低くすることである。
本発明の成形品の用途としては、例えば、パソコン、ディスプレイ、ＯＡ機器、携帯電話、携帯情報端末、ファクシミリ、コンパクトディスク、ポータブルＭＤ、携帯用ラジオカセット、ＰＤＡ（電子手帳などの携帯情報端末）、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、玩具用品、その他家電製品などの筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、またはそのケースなどの電気、電子機器部品、支柱、パネル、補強材などの土木、建材用部品、各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム、プロペラシャフト、ホイール、ギアボックスなどの、サスペンション、アクセル、またはステアリング部品、フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、アッパーバックパネル、フロントボディー、アンダーボディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジなどの、外板、またはボディー部品、バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツなど外装部品、インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュールなどの内装部品、またはモーター部品、ＣＮＧタンク、ガソリンタンク、燃料ポンプ、エアーインテーク、インテークマニホールド、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、各種配管、各種バルブなどの燃料系、排気系、または吸気系部品などの自動車、二輪車用構造部品、その他、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、ＩＣレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、エンジン冷却水ジョイント、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、タービンベイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、バッテリートレイ、ＡＴブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、スペアタイヤカバー、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、スカッフプレート、フェイシャー、などの自動車、二輪車用部品、航空機用部品であるランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブなどが挙げられる。力学特性の観点より、電気、電子機器用の筐体、土木、建材用のパネル、自動車用の構造部品、航空機用の部品に好ましく用いられる。とりわけ、力学特性および耐衝撃性の観点より、自動車、二輪車用構造部品に好ましく用いられる。
［炭素繊維（Ａ）］
Ａ−１：ＰＡＮ系炭素繊維
炭素繊維束Ａ−１は、下記のようにして製造した。
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維繊度１．１ｄｔｅｘ、フィラメント数２４，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたＰＡＮ系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換した。次いで、昇温速度を２００℃／ｍｉｎとし、窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域で１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成し、炭素繊維束を得た。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥しＰＡＮ系炭素繊維束を得た。炭素繊維束Ａ−１の物性を下記に示す。
総フィラメント数：２４，０００本
単繊維直径：７μｍ
単位長さ当たりの質量：０．８ｇ／ｍ
比重：１．８ｇ／ｃｍ３
引張強度：４．２ＧＰａ
引張弾性率：２３０ＧＰａ
Ｏ／Ｃ：０．１０
サイジング剤種類：ポリオキシエチレンオレイルエーテル
サイジング剤付着量：１．５質量％。
［マトリックス樹脂に用いる樹脂（Ｂ）］
Ｂ−１：未変性ポリプロピレン
プライムポリマー（株）製、“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０６ＭＧ
Ｂ−２：無水マレイン酸変性ポリプロピレン
三井化学（株）製、“アドマー”（登録商標）ＱＥ８００
Ｂ−３：無水マレイン酸変性ポリプロピレン
三井化学（株）製、“アドマー”（登録商標）ＱＥ５１０
［バインダー（Ｃ）］
Ｃ−１：シグマ アルドリッチ ジャパン（株）製Poly(ethylene glycol)bis (3-aminopropyl)terminated
数平均分子量１，５００
全アミン価７５ｍｇＫＯＨ／ｇ
（参考例１）
配合率を、全体１００質量％に対し、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（Ｂ−２）を０．１質量％、未変性ポリプロピレン（Ｂ−１）を９９．９質量％となるように配合し、次の条件で溶融混練してマトリックス樹脂を得た。溶融混練に関しては、（株）日本製鋼所製二軸押出機ＴＥＸ・３０α型を用い、バレル温度２２０℃、スクリュー直径３０ｍｍ、回転数１５０ｒｐｍとなるように設定し、混練した。
（参考例２）
参考例１で作製したマトリックス樹脂を所定量、ステンレス製の板上に配置し、その上からもう一枚のステンレス製板を重ね、板間には０．１０ｍｍのスペーサーを入れた。プレス温度は２２０℃とし、圧力を１ＭＰａとして５分間保持し、厚さ０．１０ｍｍ×２００ｍｍ×２００ｍｍのフィルム状に加工し樹脂シートを得た。
（参考例３）
配合率を、全体１００質量％に対し、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（Ｂ−２）を３質量％、未変性ポリプロピレン（Ｂ−１）を９７質量％とした以外は、参考例１と同様にして、混練してマトリックス樹脂を得た。
（参考例４）
参考例３で作製したマトリックス樹脂を用いた以外は参考例２と同様にして、樹脂シートを得た。
（参考例５）
配合率を、全体１００質量％に対し、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（Ｂ−２）を５質量％、未変性ポリプロピレン（Ｂ−１）を９５質量％とした以外は、参考例１と同様にして、混練してマトリックス樹脂を得た。
（参考例６）
参考例５で作製したマトリックス樹脂を用いた以外は参考例２と同様にして、樹脂シートを得た。
（参考例７）
未変性ポリプロピレン（Ｂ−１）をマトリックス樹脂として用いた以外は参考例２と同様にして、樹脂シートを得た。
（参考例８）
配合率を、全体１００質量％に対し、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（Ｂ−２）を１０質量％、未変性ポリプロピレン樹脂（Ｂ−１）を９０質量％とした以外は、参考例１と同様にして、混練してマトリックス樹脂を得た。
（参考例９）
参考例８で作製したマトリックス樹脂を用いた以外は参考例２と同様にして、樹脂シートを得た。
（参考例１０）
無水マレイン酸変性ポリプロピレン（Ｂ−３）をマトリックス樹脂として用いた以外は参考例２と同様にして、樹脂シートを得た。
（参考例１１）
配合率を、全体１００質量％に対し、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（Ｂ−２）を１質量％、未変性ポリプロピレン（Ｂ−１）を９９質量％とした以外は、参考例１と同様にして、混練してマトリックス樹脂を得た。
（参考例１２）
参考例１１で作製したマトリックス樹脂を用いた以外は参考例２と同様にして、樹脂シートを得た。
［評価・測定方法］
各実施例で得られる評価基準は次の通りである。
（１）炭素繊維強化ポリプロピレンシートに含まれる炭素繊維の質量平均繊維長（Ｌｗ）の測定
成形品の一部を切り出し、マトリックス樹脂を溶解させる溶媒によりマトリックス樹脂を十分溶解させた後、ろ過などの公知の操作により炭素繊維と分離した。マトリックス樹脂を溶解させる溶媒がない場合は、成形品の一部を切り出し、５００℃の温度で３０分間加熱し、マトリックス樹脂を焼飛ばして炭素繊維を分離した。分離した炭素繊維を、無作為に４００本抽出し、光学顕微鏡もしくは操作型電子顕微鏡にてその長さを１μｍ単位まで測定し、繊維長とし、次式により質量平均繊維長（Ｌｗ）を求めた。
Ｌｗ＝Σ（Ｌｉ×Ｗｉ）
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１，２，３，・・・４００）（単位：ｍｍ）
・Ｗｉ：繊維長Ｌｉの炭素繊維の質量分率（ｉ＝１，２，３，・・・４００）（単位：質量％）
さらに、２ｍｍ未満、２ｍｍ以上５ｍｍ未満、５ｍｍ以上の炭素繊維の度数をカウントし、質量分率をかけることにより、繊維長の質量分布を評価した。
（２）繊維分散率の算出
炭素繊維強化ポリプロピレンシートの一部を切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、炭素繊維強化ポリプロピレンシートの表面を、表面から１００μｍの深さまで研磨し観察用試験片を作製する。
炭素繊維強化ポリプロピレンシートの観察用試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に１００本の炭素繊維単繊維（ａ）を選び出し、該炭素繊維単繊維（ａ）と接触する炭素繊維単繊維（ｂ）すべてについて、二次元接触角度を計測する。二次元接触角度を、０°から９０°までの鋭角側で計測し、二次元接触角度を計測した炭素繊維単繊維の総数から、二次元接触角度が１°未満である炭素繊維単繊維の割合を算出した。
Ｐ＝ｎ／Ｎ×１００（単位：％）
・Ｐ：繊維分散率
・ｎ：接触角度が１°未満である炭素繊維単繊維数
・Ｎ：接触角度を計測した炭素繊維単繊維の総数
繊維分散率（Ｐ）をもとに以下の基準で判定した。Ａ、Ｂが合格であり、Ｃが不合格である。
Ａ：繊維分散率が９６％以上
Ｂ：繊維分散率が９０％以上９６％未満
Ｃ：繊維分散率が９０％未満
（３）ＩＦＳＳの評価
評価詳細については非特許文献２を参考にした。炭素繊維束より長さ２０ｃｍの単繊維１本を取り出した。参考例で作製した樹脂フィルムを２枚用意し、前記取り出した単繊維を１枚目の樹脂フィルム上に直線状に配置した。もう１枚の樹脂フィルムを、前記単繊維を挟むように重ねて配置し、２００℃で３分間、０．５ＭＰａの圧力で加圧プレスし、単繊維が樹脂に埋め込まれたサンプルを作製した。得られたサンプルを切り出し、単繊維が中央に埋没した厚さ０．２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ７０ｍｍの試験片を得た。上記と同様にして試験片を１０ピース作製した。
この試験片を通常の引張試験治具を用いて、試験長２５ｍｍに設定し、歪速度０．５ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行った。単繊維の破断がもはや起こらなくなった時の、単繊維の全ての断片の長さを透過型顕微鏡で測定し、それを平均することにより平均破断繊維長ｌを得た。
ＩＦＳＳ（τ）を下式より求めた。
τ＝（σｆ・ｄ）／（２・ｌｃ）
ｌｃ＝（４／３）・ｌ
・τ：ＩＦＳＳ（界面せん断強度）（単位：ＭＰａ）
・ｌ：上記の平均破断繊維長（単位：μｍ）
・σｆ：単繊維の引張強さ（単位：ＭＰａ）
・ｄ：炭素繊維単繊維の直径である（単位：μｍ）
σｆは、炭素繊維の引張強度分布がワイブル分布に従うとして次の方法により求めた。即ち、（メタ）アクリル系重合体を付着させる前の単繊維を用い、試料長がそれぞれ５ｍｍ、２５ｍｍ、５０ｍｍにおける単繊維の引張り強度をＪＩＳ Ｒ ７６０６に基づいて求めた。具体的には、炭素繊維束をほぼ４等分し、４つの束から順番に単繊維を１００本サンプリングした。このとき、束全体からできるだけまんべんなくサンプリングした。サンプリングした単繊維は、穴あき台紙に接着剤を用いて固定した。単繊維を固定した台紙を引張り試験機に取り付け、歪速度１ｍｍ／ｍｉｎ、試料数１００で引張り試験を行った。得られた平均引張り強度から最小２乗法により、試料長と平均引張り強度との関係式を求め、試料長ｌｃの時の平均引張り強度を算出した。
（４）配向角度分布の評価方法
炭素繊維強化ポリプロピレンシートの一部を切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、炭素繊維強化ポリプロピレンシートの表面を、表面から１００μｍの深さまで研磨し観察用試験片を作製する。
炭素繊維強化ポリプロピレンシートの観察用試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に４００本の炭素繊維を選び出す。次に、角度の基準とする基準直線を任意に１本設定し、基準直線に対する選び出した炭素繊維の配向方向のなす角度（以下、配向角度αｉと略す。）を全て測定する。配向角度αｉは、基準直線に対して反時計回りの方向の角度を測定した、０°以上１８０°未満の角度のこととする。この配向角度αｉの３０°刻みの相対度数は、次式により求める。
・αｉ：測定した配向角度（ｉ＝１、２、・・、４００）
・Ｎ０〜３０：０≦配向角度αｉ＜３０の炭素繊維の本数（ｉ＝１、２、・・、４００）
・Ｎ３０〜６０：３０≦配向角度αｉ＜６０の炭素繊維の本数（ｉ＝１、２、・・、４００）
・Ｎ６０〜９０：６０≦配向角度αｉ＜９０の炭素繊維の本数（ｉ＝１、２、・・、４００）
・Ｎ９０〜１２０：９０≦配向角度αｉ＜１２０の炭素繊維の本数（ｉ＝１、２、・・、４００）
・Ｎ１２０〜１５０：１２０≦配向角度αｉ＜１５０の炭素繊維の本数（ｉ＝１、２、・・、４００）
・Ｎ１５０〜１８０：１５０≦配向角度αｉ＜１８０の炭素繊維の本数（ｉ＝１、２、・・、４００）
・相対度数の最大値＝ＭＡＸ（Ｎ０〜３０、Ｎ３０〜６０、Ｎ６０〜９０、Ｎ９０〜１２０、Ｎ１２０〜１５０、Ｎ１５０〜１８０）／４００
・相対度数の最小値＝ＭＩＮ（Ｎ０〜３０、Ｎ３０〜６０、Ｎ６０〜９０、Ｎ９０〜１２０、Ｎ１２０〜１５０、Ｎ１５０〜１８０）／４００
また、炭素繊維強化ポリプロピレンシートの配向角度分布の測定用試験片としては、炭素繊維強化ポリプロピレンシートあるいは成形品の端部を避け、できるだけ中央近辺で、ボス、リブ、および成形品の厚み変化がない部分を用いた。
繊維のランダム配向性の指標として、炭素繊維強化ポリプロピレンシートあるいは成形品の配向角度分布の相対度数の最大値を測定し、以下の基準で評価した。Ａが最も優れ、Ｂ，Ｃの順でこれに続く。
Ａ：相対度数の最大値が０．１７以上０．２２未満である。
Ｂ：相対度数の最大値が０．２２以上０．２５未満である。
Ｃ：相対度数の最大値が０．２５以上である。
また、繊維のランダム配向性の指標として、炭素繊維強化ポリプロピレンシートの配向角度分布の相対度数の最小値を測定し、以下の基準で評価した。Ａが最も優れ、Ｂ，Ｃの順でこれに続く。
Ａ：相対度数の最小値が０．１２以上０．１７以下である。
Ｂ：相対度数の最小値が０．０９０以上０．１２未満である。
Ｃ：相対度数の最小値が０．０９０未満である。
（５）炭素繊維の質量含有率の測定方法
成形品から１ｃｍ×１ｃｍの試験片を切り出し、石英ガラス容器に投入する。この容器を６０℃の温度で２４時間真空乾燥し、デシケータ内で室温まで冷却後、試験片と石英ガラス容器の合計質量Ｗ１（ｇ）、および石英ガラス容器の質量Ｗ０（ｇ）を秤量する。容器に試験片を入れた状態で、空気中、５００℃の温度で３０分加熱し、マトリックス樹脂を焼き飛ばした後、窒素雰囲気中で室温まで冷却し、炭素繊維と石英ガラス容器の合計質量Ｗ２（ｇ）を秤量する。
以上の処理を経て、成形品の炭素繊維の質量含有率（Ｗｆ）を、次式により求める。
Ｗｆ＝１００×（Ｗ２−Ｗ０）／（Ｗ１−Ｗ０）（単位：質量％）
測定数はｎ＝５とし、平均値を炭素繊維の質量含有率（Ｗｆ）とした。
（６）成形品の密度測定方法
成形品の密度（ρｃ）は、ＪＩＳ Ｋ ７１１２（１９９９）の５に記載のＡ法（水中置換法）に従い測定した。成形品から１ｃｍ×１ｃｍの試験片を切り出し、６０℃の温度で２４時間真空乾燥し、デシケータ内で室温まで冷却したものを試験片とした。浸積液には、エタノールを用いた。測定数はｎ＝５とし、平均値を成形品の密度（ρｃ）とした。
（７）成形品の炭素繊維の体積含有率およびボイド率の評価方法
（４）で測定した成形品の炭素繊維の質量含有率（Ｗｆ）と、（５）で測定した成形品の密度（ρｃ）を用いて、成形品の炭素繊維の体積含有率（Ｖｆ）、マトリックス樹脂の体積含有率（Ｖｒ）、およびボイド率（Ｖｖ）を次式により求める。
Ｖｆ＝Ｗｆ×ρｃ／ρｆ（単位：体積％）
Ｖｒ＝（１００−Ｗｆ）×ρｃ／ρｒ（単位：体積％）
Ｖｖ＝１００−（Ｖｆ＋Ｖｒ）（単位：体積％）
・ρｃ：成形品の密度（単位：ｇ／ｍ３）
・ρｆ：炭素繊維の密度（単位：ｇ／ｍ３）
・ρｒ：マトリックス樹脂の密度（単位：ｇ／ｍ３）
・Ｗｆ：成形品の炭素繊維の質量含有率（単位：質量％）
成形品のボイド率（Ｖｖ）をもとに以下の基準で判定した。Ａが最も優れ、Ｂ，Ｃの順でこれに続く。
Ａ：ボイド率が３％未満
Ｂ：ボイド率が３％以上１０％未満
Ｃ：ボイド率が１０％以上
（８）成形品の曲げ強度の評価
ＡＳＴＭ Ｄ−７９０の規格に従い、成形品の曲げ強度の評価を行った。
実施例または比較例により得られた成形品から、それぞれ、長さ８０±１ｍｍ、幅２５±０．２ｍｍの曲げ試験片を、任意の方向を０°方向とした場合に、０°、＋４５°、−４５°、９０°方向の４方向について切り出して試験片を作製した。それぞれの方向について測定数はｎ＝５とし、全ての測定値（ｎ＝２０）の平均値を曲げ強度とした。
試験機として“インストロン”（登録商標）万能試験機４２０１型（インストロン社製）を用い、３点曲げ試験冶具（圧子直径１０ｍｍ、支点直径１０ｍｍ）を用いて支持スパンを５１．２ｍｍに設定し、クロスヘッド速度１．３７ｍｍ／ｍｉｎで曲げ強度を測定した。試験片の水分率０．１質量％以下、雰囲気温度２３℃、および湿度５０質量％の条件下において、試験を行った。
評価は成形品の曲げ強度をもとに、以下の基準で判定した。
ＣＦ体積含有率に応じて、それぞれ判定基準を設けた。
Ｖｆ＝１０％の成形品の曲げ強度をもとに以下の基準で判定し、Ｄ以下を不合格とした。
Ａ：曲げ強度２５０ＭＰａ以上
Ｂ：曲げ強度２００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ未満
Ｃ：曲げ強度１５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ未満
Ｄ：曲げ強度１００ＭＰａ以上１５０ＭＰａ未満
Ｅ：曲げ強度１００ＭＰａ未満
Ｖｆ＝２０％の成形品の曲げ強度をもとに以下の基準で判定し、Ｄ以下を不合格とした。
Ａ：曲げ強度３００ＭＰａ以上
Ｂ：曲げ強度２５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ未満
Ｃ：曲げ強度２００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ未満
Ｄ：曲げ強度１５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ未満
Ｅ：曲げ強度１５０ＭＰａ未満
Ｖｆ＝３０％の成形品の曲げ強度をもとに以下の基準で判定し、Ｄ以下を不合格とした。
Ａ：曲げ強度３５０ＭＰａ以上
Ｂ：曲げ強度３００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ未満
Ｃ：曲げ強度２５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ未満
Ｄ：曲げ強度２００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ未満
Ｅ：曲げ強度２００ＭＰａ未満
Ｖｆ＝４０％の成形品の曲げ強度をもとに以下の基準で判定し、Ｄ以下を不合格とした。
Ａ：曲げ強度３５０ＭＰａ以上
Ｂ：曲げ強度３００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ未満
Ｃ：曲げ強度２５０ＭＰａ以上３００ＭＰａ未満
Ｄ：曲げ強度２００ＭＰａ以上２５０ＭＰａ未満
Ｅ：曲げ強度２００ＭＰａ未満
（９）曲げ強度の変動係数判定
曲げ強度（σｂ）およびその標準偏差（ｓｂ）を用いて、曲げ強度の変動係数（ＣＶｂ）は次式により求める。
ＣＶｂ＝ｓｂ／σｂ×１００（単位：％）
曲げ強度の変動係数（ＣＶｂ）をもとに以下の基準で判定した。Ａが最も優れ、Ｂ，Ｃの順でこれに続く。
Ａ：曲げ強度の変動係数が４％未満
Ｂ：曲げ強度の変動係数が４％以上１０％未満
Ｃ：曲げ強度の変動係数が１０％以上
（１０）成形品のＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）の評価
ＡＳＴＭ Ｄ２５６規格に従い、成形品のＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）の評価を行った。
実施例または比較例により得られた成形品から、それぞれ、長さ６２±１ｍｍ、幅１２．７±０．１５ｍｍ、ノッチ角度２２．５°±０．５°、０．２５±０．０５ＲのＩｚｏｄ衝撃強度試験片を、任意の方向を０°方向とした場合に、０°、＋４５°、−４５°、９０°方向の４方向について切り出して試験片を作製した。それぞれの方向について測定数はｎ＝５とし、全ての測定値（ｎ＝２０）の平均値をＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）とした。試験片の水分率０．１質量％以下、雰囲気温度２３℃、および湿度５０質量％の条件下において、試験を行った。
ＣＦ体積含有率に応じて、それぞれ判定基準を設けた。
Ｖｆ＝１０％の成形品のＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）をもとに以下の基準で判定し、Ｄ以下を不合格とした。
Ａ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）４００Ｊ／ｍ以上
Ｂ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）３００Ｊ／ｍ以上４００Ｊ／ｍ未満
Ｃ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）２００Ｊ／ｍ以上３００Ｊ／ｍ未満
Ｄ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）１００Ｊ／ｍ以上２００Ｊ／ｍ未満
Ｅ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）１００Ｊ／ｍ未満
Ｖｆ＝２０％の成形品のＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）をもとに以下の基準で判定し、Ｄ以下を不合格とした。
Ａ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）４００Ｊ／ｍ以上
Ｂ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）３００Ｊ／ｍ以上４００Ｊ／ｍ未満
Ｃ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）２００Ｊ／ｍ以上３００Ｊ／ｍ未満
Ｄ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）１００Ｊ／ｍ以上２００Ｊ／ｍ未満
Ｅ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）１００Ｊ／ｍ未満
Ｖｆ＝３０％の成形品のＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）をもとに以下の基準で判定し、Ｄ以下を不合格とした。
Ａ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）６００Ｊ／ｍ以上
Ｂ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）５００Ｊ／ｍ以上６００Ｊ／ｍ未満
Ｃ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）４００Ｊ／ｍ以上５００Ｊ／ｍ未満
Ｄ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）３００Ｊ／ｍ以上４００Ｊ／ｍ未満
Ｅ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）３００Ｊ／ｍ未満
Ｖｆ＝４０％の成形品のＩｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）をもとに以下の基準で判定し、Ｄ以下を不合格とした。
Ａ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）６００Ｊ／ｍ以上
Ｂ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）５００Ｊ／ｍ以上６００Ｊ／ｍ未満
Ｃ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）４００Ｊ／ｍ以上５００Ｊ／ｍ未満
Ｄ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）３００Ｊ／ｍ以上４００Ｊ／ｍ未満
Ｅ：Ｉｚｏｄ衝撃強度（ノッチ有）３００Ｊ／ｍ未満
（１１）Ｉｚｏｄ衝撃強度の変動係数判定
Ｉｚｏｄ衝撃強度（Ｅ）およびその標準偏差（ｓｅ）を用いて、Ｉｚｏｄ強度の変動係数（ＣＶｉ）は次式により求める。
ＣＶｉ＝ｓｅ／Ｅ×１００（単位：％）
Ｉｚｏｄ衝撃強度の変動係数（ＣＶｉ）をもとに以下の基準で判定した。Ａが最も優れ、Ｂ，Ｃの順でこれに続く。
Ａ：Ｉｚｏｄ衝撃強度の変動係数が４％未満
Ｂ：Ｉｚｏｄ衝撃強度の変動係数が４％以上１０％未満
Ｃ：Ｉｚｏｄ衝撃強度の変動係数が１０％以上
（実施例１）
内径３００ｍｍの円筒形容器に、界面活性剤（ナカライテスク（株）製、ポリエチレングリコールラウリルエーテル）を８ｇ投入し、合わせて８リットルになるよう円筒容器に水道水を注ぎ、０．１質量％の界面活性剤水溶液を得た。その中に、カートリッジカッターで長さ６ｍｍにカットした炭素繊維（Ａ−１）を６．８７ｇ投入し、一軸の攪拌機で１０分間撹拌した。炭素繊維が十分に分散したことを確認した後、攪拌機の回転により同心円状に配向した繊維を、繊維配向がランダムになるよう金属メッシュをトップに備える攪拌棒を水溶液中で３回ほど上下させた。脱水処理を行い、１４０℃の温度で１０分間乾燥させて炭素繊維の抄造物を得た。抄造物は、直径３００ｍｍの円、目付けは１００ｇ／ｍ２であった。
次に、得られた炭素繊維の抄造物の上下面に、参考例４で調整した樹脂シートを各１枚ずつ、計２枚重ね合わせサンドイッチ状としたものを、ステンレス製のツール板にセットして、プレス温度２２０℃、圧力５ＭＰａで５分間プレス加工して、炭素繊維強化ポリプロピレンシートを得た。前記樹脂シートを、炭素繊維の体積含有率が２０％となるように調整した。また、シート状の成形材料の厚みは、０．２７ｍｍのスペーサーを用いることにより０．２７ｍｍに調整した。
得られた炭素繊維強化ポリプロピレンシートを、２００ｍｍ×２００ｍｍにカットし、これを１２枚積層したものを、プレス用平板金型（２００ｍｍ×２００ｍｍ）にセットして、プレス温度２２０℃、圧力５ＭＰａ、５分間プレス機でプレス成形後、プレス機でプレスした状態のまま、２５℃の室温になるまで自然冷却して成形品を得た。この際、成形品の厚みは、３．２ｍｍのスペーサーを用いることにより、３．２ｍｍに調整した。得られた成形品を所定サイズに切り出し、評価に供した。
（実施例２）
実施例１において、参考例４で調整した樹脂シートの代わりに参考例２で調整した樹脂シートを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例３）
実施例１において、参考例４で調整した樹脂シートの代わりに参考例６で調整した樹脂シートを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例４）
実施例１において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ５．５ｍｍにカットしたこと以外は、実施例１と同様にして炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例５）
実施例１において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ５ｍｍにカットしたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例６）
実施例１において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ２ｍｍにカットしたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例７）
実施例１において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ２０ｍｍにカットしたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例８）
実施例１において、樹脂シートを、炭素繊維の体積含有率が１０％となるよう調整したこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例９）
実施例１において、樹脂シートを、炭素繊維の体積含有率が３０％となるよう調整したこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例１０）
実施例１において、樹脂シートを、炭素繊維の体積含有率が４０％となるよう調整したこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例１１）
実施例１において、カットした炭素繊維（Ａ−１）を投入した界面活性剤水溶液を一軸の攪拌機で１０分間撹拌した後、そのまま脱水し処理することで、炭素繊維が同心円状に配向した抄造物を得たこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得た。
（実施例１２）
実施例１において、炭素繊維強化ポリプロピレンシートを、圧力５ＭＰａでプレス成形する代わりに、圧力０．８ＭＰａでプレス成形したこと以外は、実施例１と同様にして、成形品を得た。
（実施例１３）
実施例１において、０．１質量％の界面活性剤水溶液を８リットル用いる代わりに、６リットル用いたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（実施例１４）
実施例１において、参考例４で調整した樹脂シートの代わりに参考例１２で調整した樹脂シートを用いたこと以外は、実施例1と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例１５）
実施例２において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ５．５ｍｍにカットしたこと以外は、実施例２と同様にして炭素繊維強化ポリプロピレンシートおよび成形品を得て、評価に供した。
（実施例１６）
実施例２において、０．１質量％の界面活性剤水溶液を８リットル用いる代わりに、６リットル用いたこと以外は、実施例２と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例１）
実施例１において、参考例２で調整した樹脂シートの代わりに参考例７で調整した樹脂シートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例２）
実施例１において、参考例２で調整した樹脂シートの代わりに参考例９で調整した樹脂シートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例３）
実施例１において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ１．３ｍｍにカットしたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例４）
実施例１において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ３０ｍｍにカットしたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例５）
実施例１において、０．１質量％の界面活性剤水溶液を８リットル用いる代わりに、５リットル用いたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例６）
内径２００ｍｍの円筒形容器に、界面活性剤（ナカライテスク（株）製、ポリエチレングリコールラウリルエーテル）を５ｇ投入し、合わせて５リットルになるよう円筒容器に水道水を注ぎ、０．１質量％の界面活性剤水溶液を得た。その中に、カートリッジカッターで長さ６ｍｍにカットした炭素繊維（Ａ−１）を１９ｇ投入し、一軸の攪拌機で１０分間撹拌した。炭素繊維が十分に分散したことを確認した後、繊維配向がランダムになるよう界面活性剤水溶液を上下方向に２、３度混ぜ、脱水処理を行い、１４０℃の温度で１０分間乾燥させて炭素繊維の抄造物を得た。抄造物は、直径２００ｍｍの円形、目付けは６００ｇ／ｍ２であった。また、このときの炭素繊維の抄造物の質量Ｗ１’（ｇ）を測定しておく。
次に、上記により作製された炭素繊維の抄造物を、予め５質量％溶液に調整された（Ｃ−１）のエマルジョン５０ｃｃの入った液漕に１分間浸漬させた。炭素繊維の抄造物を液漕から取り出し、脱水処理を行い、さらに１４０℃の温度で１０分間乾燥させた。また、このときの炭素繊維の抄造物の質量Ｗ２’（ｇ）を測定しておき、（Ｃ−１）の添加量Ｗ３’（ｇ）を、式（Ｗ２’−Ｗ１’）で算出したところ、０．８ｇであった。
次に、得られた炭素繊維の抄造物の上下面に、参考例１０で調整した樹脂シートを各１枚ずつ、計２枚重ね合わせサンドイッチ状としたものを、ステンレス製のツール板にセットして、プレス温度２２０℃、圧力５ＭＰａで５分間プレス加工して、炭素繊維強化ポリプロピレンシートを得た。前記樹脂シートを、炭素繊維の体積含有率が３０％となるように調整した。また、シート状の成形材料の厚みは、１．１ｍｍのスペーサーを用いることにより１．１ｍｍに調整した。
得られた炭素繊維強化ポリプロピレンシートを、１５０ｍｍ×１５０ｍｍにカットし、これを３枚積層したものを、プレス用平板金型（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）にセットして、プレス温度２２０℃、圧力５ＭＰａ、５分間プレス機でプレス成形後、プレス機でプレスした状態のまま、２５℃の室温になるまで自然冷却して成形品を得た。この際、成形品の厚みは、３．２ｍｍのスペーサーを用いることにより、３．２ｍｍに調整した。得られた成形品を所定サイズに切り出し、評価に供した。
（比較例７）
実施例１において、参考例４で調整した樹脂シートの代わりに参考例１０で調整した樹脂シートを用いたこと以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例８）
実施例７において、参考例４で調整した樹脂シートの代わりに参考例１０で調整した樹脂シートを用いたこと以外は、実施例７と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例９）
実施例６において、参考例４で調整した樹脂シートの代わりに参考例１０で調整した樹脂シートを用いたこと以外は、実施例６と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例１０）
実施例２において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ１．３ｍｍにカットしたこと以外は、実施例２と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例１１）
実施例３において、炭素繊維（Ａ−１）を長さ６ｍｍにカットするのに代わり、長さ１．３ｍｍにカットしたこと以外は、実施例３と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例１２）
実施例２において、０．１質量％の界面活性剤水溶液を８リットル用いる代わりに、５リットル用いたこと以外は、実施例２と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
（比較例１３）
実施例３において、０．１質量％の界面活性剤水溶液を８リットル用いる代わりに、５リットル用いたこと以外は、実施例３と同様にして、炭素繊維強化ポリプロピレンシートと成形品を得て、評価に供した。
実施例１から１６および比較例１から１３の各特性を、表１〜表３にまとめて示した。
Figure 0006064564
Figure 0006064564
Figure 0006064564
表１〜表３から、下記のことが明らかである。
実施例１，２，３，１４は、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れる。その中でも、実施例１は曲げ強度、Ｉｚｏｄのバランスにより優れる成形品を得た。また、実施例２，１４はＩｚｏｄ衝撃強度がより優れる成形品、実施例３は曲げ強度がより優れる成形品を得た。
実施例１は実施例４，５，６と比較し、実施例２は実施例１５と比較し、より曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。このことは、繊維長の質量分布で、繊維長２ｍｍ未満の質量割合が低く、５ｍｍ以上の質量割合が高いことによる。
実施例１は実施例７と比較し、より曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。実施例７は、維長２ｍｍ未満の質量割合が特に低く、５ｍｍ以上の質量割合が特に高いため、過熱時の体積膨張が大きく成形品内のボイド率が大きくなった。結果、曲げ強度およびＩｚｏｄ衝撃強度の低下を招いた。
実施例１，８，９，１０は、Ｖｆによらずどの水準も曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れる。しかし、実施例８はＶｆが１０％であるため、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度の絶対値は低く、用途が限定される。また、実施例１０はそのＶｆに対し、得られる曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度の絶対値が低く、用途が限定される。
実施例１は実施例１１と比較して、曲げ強度およびＩｚｏｄ衝撃強度の変動係数が小さいことが分かる。このことは、炭素繊維の配向角の相対度数が０．９０以上０．２５以下であることによる。実施例１は、炭素繊維の配向角がランダムであることから、成形品より試験片を切り出す位置によらず、曲げ強度およびＩｚｏｄ強度がほぼ一定となった。
実施例１は実施例１２と比較して、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。このことは、成形品中のボイド率が低いことによる。破断時の起点となるボイドが少ないことから、曲げ強度およびＩｚｏｄ衝撃強度の高い成形品を得た。
実施例１は、実施例１３や比較例５と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。このことは、炭素繊維の繊維分散率が高いことによる。成形品内に炭素繊維が単繊維状に分散されることで、炭素繊維とポリプロピレンの界面面積が広く、優れたＩｚｏｄ衝撃強度が得られた。
実施例２は実施例１５と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスにより優れることが分かる。このことは、繊維長の質量分布で、繊維長２ｍｍ未満の質量割合が低く、５ｍｍ以上の質量割合が高いことによる。
実施例２は実施例１６と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスにより優れることが分かる。このことは、炭素繊維の繊維分散率が高いことによる。成形品内に炭素繊維が単繊維状に分散されることで、炭素繊維とポリプロピレンの界面面積が広く、Ｉｚｏｄ衝撃強度に優れる成形品を得た。
実施例１，２，３，１４は、比較例１，２，７と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。このことは、ＩＦＳＳが高すぎず低すぎず適切な値であることによる。比較例１は、ＩＦＳＳが５．２０ＭＰａと低いため、耐衝撃性は高いが、曲げ強度が著しく低い成形品が得られた。比較例２はＩＦＳＳが１３．３ＭＰａ、比較例７はＩＦＳＳが１６．６ＭＰａと高いため、曲げ強度は高いが、Ｉｚｏｄ衝撃強度が低い成形品が得られた。
実施例１，実施例４〜７は比較例３，４と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。このことは、炭素繊維による補強効果を保ちつつ、賦形性を損なわない範囲の質量平均繊維長を有することにより、高い曲げ強度と高いＩｚｏｄ衝撃強度を有したものである。比較例３は、炭素繊維の質量平均繊維長が短いため十分な補強効果を得られず、曲げ強度およびＩｚｏｄ衝撃強度が低下した。また、比較例４は、質量平均繊維長が長いため、過熱時の体積膨張が大きく成形品内のボイド率大きくなった。結果、曲げ強度およびＩｚｏｄ衝撃強度の低下を招いた。
実施例１は比較例６と比較して、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。このことは、比較例６は成形品中の炭素繊維が束状であり、ＩＦＳＳが１６．６ＭＰａと高い値であることによる。
実施例７は、比較例８と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。比較例８はＩＦＳＳが１６．６ＭＰａと高いため、曲げ強度は高いが、Ｉｚｏｄ衝撃強度が低い成形品を得た。
実施例６は、比較例９と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。比較例９はＩＦＳＳが１６．６ＭＰａと高いため、曲げ強度は高いが、Ｉｚｏｄ衝撃強度が低い成形品を得た。
実施例１，２，３，１４は、比較例３，１０，１１と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。これは、質量平均繊維長が適切な値であることによる。比較例３，１０，１１は、１．１０ｍｍと短いために、十分な繊維補強効果が得られず、曲げ強度およびＩｚｏｄ衝撃強度が低い成形品を得た。
実施例２は比較例１２と比較し、実施例３は比較例１３と比較し、曲げ強度とＩｚｏｄ衝撃強度のバランスに優れることが分かる。このことは、炭素繊維の繊維分散率が高いことによる。成形品内に炭素繊維が単繊維状に分散されることで、炭素繊維とポリプロピレンの界面面積が広く、優れたＩｚｏｄ衝撃強度が低い成形品を得た。
本発明の炭素繊維ポリプロピレンシートは、強度と耐衝撃性を両立する優れた成形品を得るために好適である。さらに、炭素繊維が二次元的に等方に配向されているため面方向の補強効果に優れ、力学特性にばらつきが少ないため、この炭素繊維ポリプロピレンシートを用いた成形品は、電気・電子機器、ロボット、二輪車、自動車、航空機の部材、部品および筐体など幅広い産業分野に適用できる。

Claims (8)

  1. 質量平均繊維長１．５ｍｍ〜２０ｍｍの炭素繊維と、ポリプロピレンおよび酸変性ポリプロピレンからなるマトリックス樹脂とを含む炭素繊維強化ポリプロピレンシートであって、炭素繊維が単繊維状に分散しており、かつ炭素繊維とマトリックス樹脂の界面せん断強度が５．５０〜１０．５ＭＰａである炭素繊維強化ポリプロピレンシート。
  2. マトリックス樹脂中に、酸変性ポリプロピレンを０．１〜５質量％を含む請求項１に記載の炭素繊維強化ポリプロピレンシート。
  3. 炭素繊維強化ポリプロピレンシートに含まれる炭素繊維のうち、繊維長５ｍｍを超える炭素繊維が２０質量％以上７５質量％以下、繊維長２ｍｍ未満の炭素繊維が１．０質量％以上２５質量％以下である請求項１または２に記載の炭素繊維強化ポリプロピレンシート。
  4. 炭素繊維強化ポリプロピレンシートに含まれる炭素繊維のうち、繊維長５ｍｍを超える炭素繊維が５０質量％以上７０質量％以下、繊維長２ｍｍ未満の炭素繊維が１．０質量％以上１０質量％以下である請求項１または２に記載の炭素繊維強化ポリプロピレンシート。
  5. 前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される３０°刻みの相対度数の最大値が０．２５以下、相対度数の最小値が０．０９０以上である請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維強化ポリプロピレンシート。
  6. 炭素繊維の体積含有率が１０〜４０％である請求項１〜５のいずれかに記載の炭素繊維強化ポリプロピレンシート。
  7. 請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊維強化ポリプロピレンシートを成形して得られる成形品。
  8. 成形品中の本明細書中で定義されるボイド率が３％以下である請求項７に記載の成形品。
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