JP7543670B2 - Fiber-reinforced thermoplastic resin moldings - Google Patents

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Description

本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂成形品に関する。 The present invention relates to fiber-reinforced thermoplastic resin molded products.

強化繊維と熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物からなる成形品は、軽量で優れた力学特性を有するために、スポーツ用品用途、航空宇宙用途および一般産業用途などに広く用いられている。これらの成形品に使用される強化繊維としては、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、シリコンカーバイド繊維、炭素繊維などの無機繊維、アラミド繊維やポリパラフェニレンベンズオキサゾール(PBO)繊維などの有機繊維などが挙げられる。比強度、比剛性および軽量性のバランスの観点から無機繊維が好適である。 Molded articles made of resin compositions containing reinforcing fibers and thermoplastic resins are lightweight and have excellent mechanical properties, and are therefore widely used in sporting goods, aerospace, and general industrial applications. Reinforcing fibers used in these molded articles include metal fibers such as aluminum fibers and stainless steel fibers, inorganic fibers such as silicon carbide fibers and carbon fibers, and organic fibers such as aramid fibers and polyparaphenylenebenzoxazole (PBO) fibers. Inorganic fibers are preferred from the viewpoint of the balance between specific strength, specific rigidity, and light weight.

無機繊維が優れた比強度および比剛性を有することから、無機繊維で強化された成形品は、優れた軽量性と力学特性を有する。このため、電子機器筐体や自動車部材などの様々な分野で広く用いられている。しかしながら、前述した用途においては、より一層の軽量化や薄型化が要求されており、特に筐体などの成形品においては、更なる力学特性(特に曲げ強度と衝撃特性)が求められている。 Since inorganic fibers have excellent specific strength and rigidity, molded products reinforced with inorganic fibers have excellent lightness and mechanical properties. For this reason, they are widely used in a variety of fields, such as electronic device housings and automotive components. However, the aforementioned applications require even lighter weight and thinner products, and molded products such as housings in particular require even better mechanical properties (especially bending strength and impact properties).

無機繊維強化熱可塑性樹脂成形品の衝撃特性を高める手段としては、例えば、オレフィン系樹脂、有機長繊維、無機繊維を含有してなる樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、耐衝撃性能に優れた繊維強化プラスチックとして、強化繊維と熱可塑性樹脂とからなる繊維強化プラスチックであって、強化繊維が無機繊維および耐熱有機繊維からなる繊維強化プラスチックが提案されている(例えば、特許文献2参照)。また、衝撃強度および低温衝撃強度に優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形品として、無機繊維、有機繊維および熱可塑性樹脂を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形品であって、無機繊維と有機繊維の平均繊維長がそれぞれ特定の範囲にあり、さらに、無機繊維と有機繊維の平均繊維端部間距離と平均繊維長が特定の関係にある繊維強化熱可塑性樹脂成形品が提案されている(例えば、特許文献3参照)。 As a means for improving the impact properties of inorganic fiber-reinforced thermoplastic resin molded products, for example, a resin composition containing an olefin resin, long organic fibers, and inorganic fibers has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In addition, as a fiber-reinforced plastic with excellent impact resistance, a fiber-reinforced plastic consisting of reinforcing fibers and a thermoplastic resin, in which the reinforcing fibers consist of inorganic fibers and heat-resistant organic fibers, has been proposed (see, for example, Patent Document 2). In addition, as a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product with excellent impact strength and low-temperature impact strength, a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product containing inorganic fibers, organic fibers, and a thermoplastic resin has been proposed, in which the average fiber lengths of the inorganic fibers and the organic fibers are each within a specific range, and further, the average fiber end distance and the average fiber length of the inorganic fibers and the organic fibers have a specific relationship (see, for example, Patent Document 3).

特開2009-114332号公報JP 2009-114332 A 特開2014-62143号公報JP 2014-62143 A 国際公開第2014/098103号International Publication No. 2014/098103

しかしながら、特許文献1~3に記載される技術では、依然として力学特性、特に曲げ強度および衝撃強度が不十分であった。このように、従来技術では、熱可塑性樹脂をマトリックスとした繊維強化熱可塑性樹脂成形品において、高い力学特性、特に曲げ強度と衝撃強度を両立した繊維強化熱可塑性樹脂成形品は得られておらず、かかる繊維強化熱可塑性樹脂成形品の開発が望まれていた。本発明は、従来技術の有する上記課題に鑑み、力学特性(特に衝撃強度と曲げ強度)に優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形品を提供することを目的とする。 However, the techniques described in Patent Documents 1 to 3 still had insufficient mechanical properties, particularly bending strength and impact strength. Thus, in the conventional techniques, a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product having a thermoplastic resin matrix was not obtained that had high mechanical properties, particularly both bending strength and impact strength, and there was a demand for the development of such a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product. In view of the above problems with the conventional techniques, the present invention aims to provide a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product that has excellent mechanical properties (particularly impact strength and bending strength).

上記の課題を解決するため、本発明は、主として以下の構成からなる。
無機繊維(A)、有機繊維(B)および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、重量平均繊維長LwIが1mm以上である無機繊維(A)を5~45重量部、有機繊維(B)を1~45重量部、熱可塑性樹脂(C)を20~94重量部含む繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品であって、有機繊維(B)は少なくとも1500~7000MPaの強度の繊維を含み、かつ、下記(I)~(IV)を満たす繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。
(I) ασofo≧σc
(α、σo、Vfo、およびσcはそれぞれ配向係数α[-]、有機繊維の強度σo[MPa]、有機繊維の繊維含有体積分率Vfo[-]、および繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品の曲げ強度σc[MPa]を示す。)
(II) 2≦Lwo/LwI
(Lwo、およびLwIはそれぞれ有機繊維の平均繊維長Lwo[mm]および無機繊維の平均繊維長LwI[mm]を示す。)
(III) 0.5≦τI/τm≦1
(IV) 0.5≧τo/τm≧0.1
(τo、τm、およびτIはそれぞれ有機繊維の界面せん断強度τo[MPa]、マトリックス樹脂のせん断降伏応力τm[MPa]、および無機繊維の界面せん断強度τI[MPa]を示す。)
In order to solve the above problems, the present invention mainly comprises the following components.
A fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product containing 5 to 45 parts by weight of inorganic fiber (A) having a weight average fiber length LwI of 1 mm or more, 1 to 45 parts by weight of organic fiber (B), and 20 to 94 parts by weight of thermoplastic resin (C) relative to a total of 100 parts by weight of inorganic fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C), wherein the organic fiber (B) contains fibers having a strength of at least 1500 to 7000 MPa, and the fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product satisfies the following (I) to (IV).
(I) ασ o V fo ≧σ c
(α, σ o , V fo , and σ c respectively represent the orientation coefficient α [-], the strength of the organic fiber σ o [MPa], the fiber volume fraction of the organic fiber V fo [-], and the bending strength of the fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product σ c [MPa].)
(II) 2≦L wo /L wI
( Lwo and LwI respectively represent the average fiber length Lwo [mm] of the organic fiber and the average fiber length LwI [mm] of the inorganic fiber.)
(III) 0.5≦τ Im ≦1
(IV) 0.5≧τ om ≧0.1
o , τ m , and τ I respectively represent the interfacial shear strength τ o [MPa] of the organic fiber, the shear yield stress τ m [MPa] of the matrix resin, and the interfacial shear strength τ I [MPa] of the inorganic fiber.)

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品は、無機繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)を含み、有機繊維(B)の強度、含有量、平均繊維長、界面せん断強度、および無機繊維(B)の平均繊維長、界面せん断強度を特定の関係を満たす範囲にすることにより成形品が衝撃を受けた際に、有機繊維(B)の引抜けに伴うエネルギー吸収が大きくなり、高い曲げ強度および衝撃強度を有する成形品を得ることができる。かかる成形品は、電気・電子機器、OA機器、家電機器、筐体および自動車の部品などに極めて有用である。 The fiber-reinforced thermoplastic resin molded product of the present invention contains inorganic fibers (A), organic fibers (B), and a thermoplastic resin (C). By setting the strength, content, average fiber length, and interfacial shear strength of the organic fibers (B) and the average fiber length and interfacial shear strength of the inorganic fibers (B) within ranges that satisfy specific relationships, when the molded product is subjected to an impact, the energy absorption associated with the pulling out of the organic fibers (B) increases, and a molded product having high bending strength and impact strength can be obtained. Such molded products are extremely useful for electrical and electronic devices, office automation equipment, home appliances, housings, and automobile parts.

実施例および比較例における、接着性評価の、単糸を固定ジグに真直に貼る第1工程の一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a first step of adhesive property evaluation in the examples and comparative examples, in which a single yarn is attached straight to a fixing jig. 実施例および比較例における、接着性評価の、固定ジグ付き単糸の一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a single yarn with a fixing jig for adhesiveness evaluation in the Examples and Comparative Examples. 実施例及び比較例における、接着性評価サンプルとして、樹脂に単糸を埋め込んだ一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a sample for evaluating adhesion in Examples and Comparative Examples, in which a single yarn is embedded in a resin. 実施例及び比較例における、接着性評価サンプルの単糸の埋め込み深さを測定する、第2工程の一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a second step of measuring the embedment depth of a single yarn of an adhesion evaluation sample in the examples and comparative examples. 実施例及び比較例における、接着性評価の、第3工程の単糸引抜試験の一例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a single yarn pull-out test in the third step of adhesive property evaluation in the examples and comparative examples. 実施例及び比較例の引抜け率測定における引抜け繊維の一例である。1 is an example of pulled-out fibers in the pull-out rate measurement of Examples and Comparative Examples. 実施例及び比較例の引抜け率測定における破断繊維の一例である。1 is an example of broken fibers in pull-out rate measurement in Examples and Comparative Examples. 実施例及び比較例の(工程2)および(工程3)で用いた繊維マットを作製する装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for producing a fiber mat used in (Step 2) and (Step 3) of the examples and comparative examples.

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形品(以下、「成形品」と略すことがある。)は、少なくとも無機繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)を含む。 The fiber-reinforced thermoplastic resin molded product of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as "molded product") contains at least inorganic fibers (A), organic fibers (B), and a thermoplastic resin (C).

繊維強化熱可塑性樹脂成形品が衝撃を受ける場合、衝撃エネルギーの吸収に寄与する因子の一つとして繊維引抜け時の摩擦抵抗がある。より具体的に説明すると、成形品が衝撃を受けると、生じたクラックが、繊維を破断して直線的に進行して脆性的な破壊を導くことがある。このとき、繊維の破断面は、凹凸が激しい断面を有する。一方で、生じたクラックが繊維との界面で方向を変え、界面はく離が生じることがあり、その場合には、熱可塑性樹脂からの繊維の引抜けが生じやすく、引抜ける際の摩擦抵抗が衝撃エネルギーに寄与する。その衝撃エネルギーは、同種同量の繊維の脆性破壊による衝撃エネルギーより大きい。このように繊維の引抜けが生じたとき、繊維の破断面は、平滑な断面を有する。 When a fiber-reinforced thermoplastic resin molded product is subjected to an impact, one of the factors that contributes to absorbing the impact energy is the frictional resistance when the fiber is pulled out. More specifically, when a molded product is subjected to an impact, the crack that occurs may break the fiber and progress linearly, leading to brittle fracture. In this case, the fracture surface of the fiber has a highly uneven cross-section. On the other hand, the crack that occurs may change direction at the interface with the fiber, causing interfacial delamination, in which case the fiber is likely to be pulled out of the thermoplastic resin, and the frictional resistance when it is pulled out contributes to the impact energy. This impact energy is greater than the impact energy due to brittle fracture of the same type and amount of fiber. When the fiber is pulled out in this way, the fracture surface of the fiber has a smooth cross-section.

本発明者らは、成形品の衝撃破壊時にかかる曲げ応力σ[MPa]が、成形品に含まれる見かけの有機繊維の強度(ασfo)よりも小さい場合、有機繊維の繊維破断が抑制され、引抜ける繊維割合が増加することを見出した。ここで、α、σ、およびVfoはそれぞれ配向係数α[-]、有機繊維の強度σ[MPa]、および有機繊維の繊維含有体積分率Vfo[-]を示す。 The present inventors have found that when the bending stress σ c [MPa] applied to a molded article at the time of impact fracture is smaller than the apparent strength (ασ o V fo ) of the organic fibers contained in the molded article, fiber breakage of the organic fibers is suppressed and the ratio of pulled-out fibers increases, where α, σ o , and V fo respectively represent the orientation coefficient α [-], the strength of the organic fibers σ o [MPa], and the fiber volume fraction V fo [-] of the organic fibers.

さらに、本発明者らは、繊無機繊維(A)と有機繊維(B)の重量平均繊維長LwI,Lwo、界面せん断強度τ,τと熱可塑性樹脂(C)のせん断降伏応力τを特定の関係を満たす範囲にすることにより、繊維引抜けに寄与する衝撃エネルギーが向上することを見出し、引抜け繊維割合が増加する上記条件と組み合わせることで、衝撃強度が飛躍的に向上することを見い出し、本発明に至った。 Furthermore, the inventors have discovered that the impact energy contributing to fiber pull-out is improved by setting the weight-average fiber lengths LwI , Lwo of the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B), the interfacial shear strengths τI , τo, and the shear yield stress τm of the thermoplastic resin (C) within ranges that satisfy a specific relationship, and that by combining this with the above-mentioned conditions that increase the proportion of pulled-out fibers, the impact strength is dramatically improved, thereby arriving at the present invention.

以上のように、本発明者らは、有機繊維の強度、含有量、平均繊維長、界面せん断強度、および無機繊維の平均繊維長、界面せん断強度、並びに熱可塑性樹脂のせん断降伏応力を特定の関係を満たす範囲にすることにより高い曲げ強度、衝撃強度を両立することを見出した。 As described above, the inventors have discovered that high bending strength and impact strength can be achieved by setting the strength, content, average fiber length, and interfacial shear strength of the organic fibers, and the average fiber length and interfacial shear strength of the inorganic fibers, as well as the shear yield stress of the thermoplastic resin, within ranges that satisfy specific relationships.

<無機繊維(A)について>
無機繊維とは、無機物からなる繊維であり、炭素繊維、ガラス繊維、金属繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、セラミック繊維などが挙げられる。
<Regarding inorganic fibers (A)>
The inorganic fibers are fibers made of inorganic materials, and examples of the fibers include carbon fibers, glass fibers, metal fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, and ceramic fibers.

本発明における無機繊維(A)は、熱可塑性樹脂(C)に対する繊維補強効果により、力学特性を向上し得るものである。さらに、無機繊維が導電性や熱伝導性など、固有の特性を有する場合、熱可塑性樹脂(C)単体では為し得ない、それらの性質も付与することができる。 The inorganic fibers (A) in the present invention can improve the mechanical properties of the thermoplastic resin (C) by providing fiber reinforcement to the thermoplastic resin (C). Furthermore, if the inorganic fibers have inherent properties such as electrical conductivity or thermal conductivity, they can impart these properties that cannot be achieved by the thermoplastic resin (C) alone.

本発明の成形品における無機繊維(A)の含有量は、無機繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、5~45重量部(5重量部以上45重量部以下)である。無機繊維(A)の含有量が5重量部未満であると、成形品の衝撃強度が低下する。無機繊維(A)の含有量は、10重量部以上が好ましく、20重量部以上がさらに好ましい。一方、無機繊維(A)の含有量が45重量部を超えると、繊維の分散性が低下するため、繊維同士の絡み合いが増加する。その結果、繊維折損が起きるため、繊維長が短くなり、衝撃強度が低下する。無機繊維(A)の含有量は30重量部以下が好ましい。 The content of inorganic fiber (A) in the molded product of the present invention is 5 to 45 parts by weight (5 parts by weight or more and 45 parts by weight or less) per 100 parts by weight of the total of inorganic fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). If the content of inorganic fiber (A) is less than 5 parts by weight, the impact strength of the molded product decreases. The content of inorganic fiber (A) is preferably 10 parts by weight or more, and more preferably 20 parts by weight or more. On the other hand, if the content of inorganic fiber (A) exceeds 45 parts by weight, the dispersibility of the fibers decreases, and the entanglement of the fibers increases. As a result, fiber breakage occurs, the fiber length becomes shorter, and the impact strength decreases. The content of inorganic fiber (A) is preferably 30 parts by weight or less.

本発明の成形品中における無機繊維(A)の重量平均繊維長(LwI)は、0.3mm以上6mm以下であることが好ましい。LwIが0.3mm以上の場合、成形品の曲げ強度および衝撃強度向上するため好ましい。1.0mm以上がより好ましく、1.5mm以上がさらに好ましく。3.0mm以上がさらにより好ましい。LwIが6mm以下の場合、剛性の高い無機繊維への樹脂の含浸性が向上し、成形性が良好になるため好ましい。LwIは4mm以下がより好ましい。
無機繊維(A)の平均繊維径は、成形品の力学特性と表面外観の観点から、1~20μmが好ましく、3~10μmがより好ましい。
The weight average fiber length ( LwI ) of the inorganic fiber (A) in the molded article of the present invention is preferably 0.3 mm or more and 6 mm or less. When LwI is 0.3 mm or more, it is preferable because the bending strength and impact strength of the molded article are improved. It is more preferable that it is 1.0 mm or more, and even more preferable that it is 1.5 mm or more. It is even more preferable that it is 3.0 mm or more. When LwI is 6 mm or less, it is preferable because the impregnation of the resin into the inorganic fiber with high rigidity is improved and the moldability is good. It is more preferable that LwI is 4 mm or less.
The average fiber diameter of the inorganic fibers (A) is preferably from 1 to 20 μm, more preferably from 3 to 10 μm, from the viewpoints of the mechanical properties and surface appearance of the molded article.

無機繊維(A)としては、繊維補強効果を発現するため、比強度、比剛性に優れる炭素繊維またはガラス繊維が好ましい。力学特性のさらなる向上、成形品の軽量化の観点から、無機繊維の中でも炭素繊維が好ましい。また、導電性を付与する目的においては、ニッケル、銅、またはイッテルビウムなどの金属を被覆した無機繊維(A)も好ましく用いられる。 As the inorganic fiber (A), carbon fiber or glass fiber, which has excellent specific strength and specific rigidity, is preferred in order to exert a fiber reinforcing effect. Of the inorganic fibers, carbon fiber is preferred from the viewpoint of further improving mechanical properties and reducing the weight of molded products. In addition, for the purpose of imparting electrical conductivity, inorganic fiber (A) coated with a metal such as nickel, copper, or ytterbium is also preferably used.

本発明で用いるガラス繊維の種類としては、特に制限はなく、公知のガラス繊維を使用することができる。ガラス繊維の具体例としては、日本電気硝子(株)社製T-120、T-187、T-187H、T-243Nなどが挙げられる。
一般的に、ガラス繊維には、使用時の毛羽や静電気の発生を抑えてハンドリング性を改善するためや、マトリックスである熱可塑性樹脂(C)との接着性を改善するために、種々のバインダーが付与されている。本発明においても、これらのバインダーが付与されたガラス繊維を用いることができる。バインダーの種類は、マトリックスである熱可塑性樹脂(C)の種類に応じて選択すればよい。また、バインダーのガラス繊維への付与量は、バインダー付与後のガラス繊維全体の質量を基準にして、固形分として0.1~3.0質量%が好ましい。バインダー付与量が0.1質量%以上であれば、ハンドリング性および接着性を十分に改善することができる。一方、バインダー付与量が3.0質量%以下であれば、熱可塑性樹脂(C)のガラス繊維への含浸をより効果的に進めることができる。
The type of glass fiber used in the present invention is not particularly limited, and any known glass fiber can be used. Specific examples of glass fibers include T-120, T-187, T-187H, and T-243N manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd.
In general, various binders are added to glass fibers in order to improve the handling properties by suppressing the generation of fluff and static electricity during use, and to improve the adhesiveness with the thermoplastic resin (C) which is the matrix. In the present invention, glass fibers to which these binders are added can be used. The type of binder may be selected according to the type of thermoplastic resin (C) which is the matrix. The amount of binder added to the glass fibers is preferably 0.1 to 3.0% by mass as solid content based on the mass of the entire glass fibers after the binder is added. If the amount of binder added is 0.1% by mass or more, the handling properties and adhesiveness can be sufficiently improved. On the other hand, if the amount of binder added is 3.0% by mass or less, the impregnation of the thermoplastic resin (C) into the glass fibers can be more effectively promoted.

バインダーとしては、例えば、アミノシラン、エポキシシラン、アクリルシラン等のシラン系カップリング剤に代表されるカップリング剤、酢酸ビニル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂等のポリマーまたはその変性物、ポリオレフィン系ワックスに代表されるワックス類等のオリゴマーを含むものが挙げられる。なお、上記のポリマーやオリゴマーは、界面活性剤による水分散化によって得られる水分散体、あるいは、ポリマーやオリゴマーの骨格中に存在するカルボキシル基やアミド基の中和や水和による水溶化によって得られる水溶液の形態で使用されることが一般的である。上記バインダーは、上記の成分に加えて、塩化リチウム、ヨウ化カリウム等の無機塩や、アンモニウムクロライド型やアンモニウムエトサルフェート型等の4級アンモニウム塩に代表される帯電防止剤、脂肪族エステル系、脂肪族エーテル系、芳香族エステル系、芳香族エーテル系の界面活性剤に代表される潤滑剤などを含んでいてもよい。 Examples of binders include coupling agents such as silane-based coupling agents, such as aminosilane, epoxysilane, and acrylicsilane; polymers or modified products thereof, such as vinyl acetate resin, urethane resin, acrylic resin, polyester resin, polyether resin, phenoxy resin, polyamide resin, epoxy resin, and polyolefin resin; and oligomers such as waxes, such as polyolefin wax. The above polymers and oligomers are generally used in the form of aqueous dispersions obtained by dispersing in water with a surfactant, or aqueous solutions obtained by neutralizing or hydrating carboxyl groups or amide groups present in the skeleton of the polymer or oligomer. In addition to the above components, the binder may contain inorganic salts, such as lithium chloride and potassium iodide, antistatic agents, such as quaternary ammonium salts, such as ammonium chloride type and ammonium ethosulfate type, and lubricants, such as surfactants, such as aliphatic ester type, aliphatic ether type, aromatic ester type, and aromatic ether type.

炭素繊維としては、特に制限はないが、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、気相成長系炭素繊維、これらの黒鉛化繊維などが例示される。PAN系炭素繊維はポリアクリロニトリル繊維を原料とする炭素繊維である。ピッチ系炭素繊維は石油タールや石油ピッチを原料とする炭素繊維である。セルロース系炭素繊維はビスコースレーヨンや酢酸セルロースなどを原料とする炭素繊維である。気相成長系炭素繊維は炭化水素などを原料とする炭素繊維である。 There are no particular limitations on the carbon fibers, but examples include PAN-based carbon fibers, pitch-based carbon fibers, rayon-based carbon fibers, cellulose-based carbon fibers, vapor-grown carbon fibers, and graphitized fibers of these. PAN-based carbon fibers are carbon fibers made from polyacrylonitrile fibers. Pitch-based carbon fibers are carbon fibers made from petroleum tar or petroleum pitch. Cellulose-based carbon fibers are carbon fibers made from viscose rayon or cellulose acetate. Vapor-grown carbon fibers are carbon fibers made from hydrocarbons.

さらに、炭素繊維としては、X線光電子分光法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、0.05~0.5であるものが好ましい。表面酸素濃度比が0.05以上であることにより、炭素繊維表面に十分な官能基量を確保でき、熱可塑性樹脂(C)とより強固な接着性を得ることができることから、成形品の曲げ強度および引張り強度がより向上する。表面酸素濃度比は、0.08以上がより好ましく、0.1以上がさらに好ましい。また、表面酸素濃度比の上限には特に制限はないが、炭素繊維の取り扱い性、生産性のバランスから、一般的に0.5以下が好ましい。表面酸素濃度比は、0.4以下がより好ましく、0.3以下がさらに好ましい。 Furthermore, the carbon fiber preferably has a surface oxygen concentration ratio [O/C], which is the ratio of the number of oxygen (O) and carbon (C) atoms on the fiber surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy, of 0.05 to 0.5. A surface oxygen concentration ratio of 0.05 or more ensures a sufficient amount of functional groups on the carbon fiber surface, and stronger adhesion to the thermoplastic resin (C) can be obtained, thereby further improving the bending strength and tensile strength of the molded product. The surface oxygen concentration ratio is more preferably 0.08 or more, and even more preferably 0.1 or more. There is no particular limit to the upper limit of the surface oxygen concentration ratio, but in terms of the balance between the handleability and productivity of the carbon fiber, it is generally preferable that it is 0.5 or less. The surface oxygen concentration ratio is more preferably 0.4 or less, and even more preferably 0.3 or less.

炭素繊維の表面酸素濃度比は、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求めるものである。まず、炭素繊維表面にサイジング剤などが付着している場合には、溶剤でそのサイジング剤などを除去する。炭素繊維を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてAlKα1、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値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせる。C1sピーク面積を、K.E.として1191~1205eV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ピーク面積を、K.E.として947~959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。 The surface oxygen concentration ratio of carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the following procedure. First, if a sizing agent or the like is attached to the carbon fiber surface, the sizing agent or the like is removed with a solvent. The carbon fiber is cut to 20 mm and spread out and arranged on a copper sample support, and then AlKα1 and 2 are used as X-ray sources, and the inside of the sample chamber is kept at 1×10 −8 Torr. The kinetic energy value (K.E.) of the main peak of C 1s is adjusted to 1202 eV as a correction value for the peak associated with charging during measurement. The C 1s peak area is determined by drawing a straight baseline in the K.E. range of 1191 to 1205 eV. The O 1s peak area is determined by drawing a straight baseline in the K.E. range of 947 to 959 eV.

ここで、表面酸素濃度比[O/C]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。X線光電子分光装置として、国際電気社製モデルES-200を用い、感度補正値を1.74とする。 Here, the surface oxygen concentration ratio [O/C] is calculated as an atomic ratio from the ratio of the O 1s peak area to the C 1s peak area using a sensitivity correction value specific to the device. An ES-200 model manufactured by Kokusai Electric Co., Ltd. is used as the X-ray photoelectron spectrometer, and the sensitivity correction value is set to 1.74.

表面酸素濃度比[O/C]を0.05~0.5に調整する手段としては、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挙げることができる。中でも電解酸化処理が好ましい。 Methods for adjusting the surface oxygen concentration ratio [O/C] to 0.05 to 0.5 are not particularly limited, but examples include electrolytic oxidation, chemical oxidation, and gas phase oxidation. Of these, electrolytic oxidation is preferred.

炭素繊維と熱可塑性樹脂(C)の接着性を向上する等の目的で、炭素繊維は表面処理されたものであってもかまわない。表面処理の方法としては、例えば、電解処理、オゾン処理、紫外線処理等を挙げることができる。 The carbon fibers may be surface-treated for the purpose of improving the adhesion between the carbon fibers and the thermoplastic resin (C). Examples of surface treatment methods include electrolytic treatment, ozone treatment, and ultraviolet treatment.

炭素繊維の毛羽立ちを防止したり、炭素繊維と熱可塑性樹脂(C)との接着性を向上する等の目的で、炭素繊維はサイジング剤が付与されたものであってもかまわない。サイジング剤を付与することにより、炭素繊維表面の官能基等の表面特性を向上させ、接着性およびコンポジット総合特性を向上させることができる。サイジング剤としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、ポリエステル、乳化剤あるいは界面活性剤などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。サイジング剤は、水溶性もしくは水分散性であることが好ましい。炭素繊維との濡れ性に優れるエポキシ樹脂が好ましく、多官能エポキシ樹脂がより好ましい。より具体的には、後述する有機繊維の表面処理剤として例示されたものを用いてもよい。 The carbon fibers may be provided with a sizing agent for the purpose of preventing the carbon fibers from fluffing, improving the adhesion between the carbon fibers and the thermoplastic resin (C), etc. By providing a sizing agent, the surface properties such as the functional groups on the carbon fiber surface can be improved, and the adhesion and overall composite properties can be improved. Examples of sizing agents include epoxy resins, phenolic resins, polyethylene glycol, polyurethane, polyester, emulsifiers, and surfactants. Two or more of these may be used. The sizing agent is preferably water-soluble or water-dispersible. Epoxy resins that have excellent wettability with carbon fibers are preferred, and polyfunctional epoxy resins are more preferred. More specifically, the agents exemplified as surface treatment agents for organic fibers described later may be used.

サイジング剤の付着量は、サイジング剤と炭素繊維の合計100重量%中、0.01~10重量%が好ましい。サイジング剤付着量が0.01重量%以上であれば、熱可塑性樹脂(C)との接着性をより向上させることができる。サイジング剤付着量は、0.05重量%以上がより好ましく、0.1重量%以上がさらに好ましい。一方、サイジング剤付着量が10重量%以下であれば、熱可塑性樹脂(C)の物性をより高いレベルで維持することができる。サイジング剤付着量は、5重量%以下がより好ましく、2重量%以下がさらに好ましい。 The amount of sizing agent attached is preferably 0.01 to 10% by weight, based on 100% by weight of the total of the sizing agent and carbon fiber. If the amount of sizing agent attached is 0.01% by weight or more, the adhesion to the thermoplastic resin (C) can be further improved. The amount of sizing agent attached is more preferably 0.05% by weight or more, and even more preferably 0.1% by weight or more. On the other hand, if the amount of sizing agent attached is 10% by weight or less, the physical properties of the thermoplastic resin (C) can be maintained at a higher level. The amount of sizing agent attached is more preferably 5% by weight or less, and even more preferably 2% by weight or less.

サイジング剤の付与手段としては特に限定されるものではないが、例えば、サイジング剤を溶媒(分散させる場合の分散媒を含む)中に溶解(分散も含む)したサイジング処理液を調製し、該サイジング処理液を炭素繊維に付与した後に、溶媒を乾燥・気化させ、除去する方法が挙げられる。サイジング処理液を炭素繊維に付与する方法としては、例えば、ローラーを介して炭素繊維をサイジング処理液に浸漬する方法、サイジング処理液の付着したローラーに炭素繊維を接する方法、サイジング処理液を霧状にして炭素繊維に吹き付ける方法などが挙げられる。また、サイジング剤の付与手段は、バッチ式および連続式いずれでもよいが、生産性がよくバラツキが小さくできる連続式が好ましい。この際、炭素繊維に対するサイジング剤の付着量が適正範囲内で均一になるように、サイジング処理液濃度、温度、糸条張力などを調整することが好ましい。また、サイジング処理剤付与時に炭素繊維を超音波で加振させることがより好ましい。 The method of applying the sizing agent is not particularly limited, but examples thereof include a method of preparing a sizing treatment liquid in which the sizing agent is dissolved (including dispersion) in a solvent (including a dispersion medium in the case of dispersion), applying the sizing treatment liquid to the carbon fiber, and then drying, evaporating, and removing the solvent. Examples of methods for applying the sizing treatment liquid to the carbon fiber include a method of immersing the carbon fiber in the sizing treatment liquid via a roller, a method of contacting the carbon fiber with a roller to which the sizing treatment liquid is attached, and a method of spraying the sizing treatment liquid in a mist form onto the carbon fiber. In addition, the method of applying the sizing agent may be either a batch method or a continuous method, but a continuous method is preferred because it has good productivity and small variation. In this case, it is preferable to adjust the concentration of the sizing treatment liquid, temperature, thread tension, etc. so that the amount of sizing agent attached to the carbon fiber is uniform within an appropriate range. In addition, it is more preferable to vibrate the carbon fiber with ultrasound when applying the sizing treatment agent.

乾燥温度と乾燥時間は、化合物の付着量によって調整すべきであるが、サイジング処理液に用いる溶媒を完全に除去し、乾燥に要する時間を短くし、かつ、サイジング剤の熱劣化を防止し、サイジング処理された炭素繊維が固くなって拡がり性が悪化することを防止する観点から、乾燥温度は、150℃以上350℃以下が好ましく、180℃以上250℃以下がより好ましい。 The drying temperature and drying time should be adjusted depending on the amount of compound attached, but from the viewpoint of completely removing the solvent used in the sizing solution, shortening the time required for drying, preventing thermal deterioration of the sizing agent, and preventing the sized carbon fiber from becoming hard and deteriorating in spreadability, the drying temperature is preferably 150°C or higher and 350°C or lower, and more preferably 180°C or higher and 250°C or lower.

<有機繊維(B)について>
本発明の成形品は、前述した無機繊維(A)に加えて、有機繊維(B)を含有する。炭素繊維などの無機繊維(A)は剛直で脆いため、絡まりにくく折れやすい。そのため、無機繊維(A)だけからなる繊維束は、成形品の製造中に切れ易かったり、成形品から脱落しやすいという課題がある。そこで、柔軟で折れにくい有機繊維(B)を含むことにより、成形品の衝撃強度を大幅に向上させることができる。
<Regarding organic fiber (B)>
The molded article of the present invention contains organic fibers (B) in addition to the inorganic fibers (A) described above. Inorganic fibers (A) such as carbon fibers are rigid and brittle, so they are difficult to tangle and break easily. Therefore, fiber bundles consisting only of inorganic fibers (A) have the problem that they are easily cut during the production of molded articles or easily fall off from the molded articles. Therefore, by including organic fibers (B) which are flexible and difficult to break, the impact strength of the molded article can be significantly improved.

本発明の成形品は強度が1500~7000MPa以上の有機繊維(B)を含有する。強度が1500MPa未満の有機繊維を用いる場合、衝撃試験での有機繊維の破断が起こりやすくなり、引抜けが起こりにくくなるため、得られる成形品の耐衝撃性は不十分になる。3000MPa以上がより好ましく、5000MPa以上がさらに好ましい。7000MPa未満が好ましい。強度が7000MPaを超えると、成形品が衝撃を受けた場合であっても、実質的に繊維破断が起こらないため、成形品の衝撃強度が向上することはない。有機繊維(B)の強度は、式(I)中の有機繊維の強度σ[MPa]である。 The molded article of the present invention contains organic fiber (B) having a strength of 1500 to 7000 MPa or more. When organic fiber having a strength of less than 1500 MPa is used, the organic fiber is more likely to break in an impact test and is less likely to be pulled out, resulting in insufficient impact resistance of the molded article obtained. More preferably, the strength is 3000 MPa or more, and even more preferably, 5000 MPa or more. Less than 7000 MPa is preferable. When the strength exceeds 7000 MPa, even if the molded article is subjected to an impact, fiber breakage does not substantially occur, so that the impact strength of the molded article is not improved. The strength of the organic fiber (B) is the strength σ o [MPa] of the organic fiber in formula (I).

有機繊維(B)としては、例えば、セルロース樹脂、芳香族ポリアミド、アラミド等のポリアミド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロエチレン・プロペンコポリマー、エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマーなどのフッ素樹脂、液晶ポリエステル、液晶ポリエステルアミドなどの液晶ポリマー、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール等の樹脂を紡糸して得られる繊維が挙げられる。有機繊維(B)として、ポリエステル繊維、ポリアラミド繊維がより好ましい。さらに、液晶ポリエステル繊維、パラ系アラミド繊維が好ましい。 Examples of organic fibers (B) include fibers obtained by spinning resins such as cellulose resins, aromatic polyamides, and polyamides such as aramids, fluororesins such as polytetrafluoroethylene, perfluoroethylene-propene copolymers, and ethylene-tetrafluoroethylene copolymers, liquid crystal polymers such as liquid crystal polyesters and liquid crystal polyesteramides, and resins such as polyetherketones, polyethersulfones, and polyparaphenylenebenzoxazoles. As organic fibers (B), polyester fibers and polyaramid fibers are more preferred. Furthermore, liquid crystal polyester fibers and para-aramid fibers are more preferred.

有機繊維(B)の強度はJIS L1013:1999記載の方法に準じて、試料長100mm、引張速度10mm/分の条件で測定した引張り強さ[mN/tex]に繊維密度[g/cm]を掛け合わすことで求めることができる。成形品中に含まれる有機繊維(B)を100mm以上連続した状態で取り出すことが困難な場合には、成形品中から単繊維を3mm以上抜き出し、試料長を3mmに変更すること以外は、JIS L1013:1999記載の方法に準じて、引張速度10mm/分の条件で、強度を測定することができる。 The strength of the organic fiber (B) can be determined by multiplying the tensile strength [mN/tex] measured under conditions of a sample length of 100 mm and a tensile speed of 10 mm/min by the fiber density [g/ cm3 ] according to the method described in JIS L1013: 1999. When it is difficult to extract the organic fiber (B) contained in the molded article in a continuous state of 100 mm or more, the strength can be measured under conditions of a tensile speed of 10 mm/min according to the method described in JIS L1013: 1999, except that a single fiber of 3 mm or more is extracted from the molded article and the sample length is changed to 3 mm.

本発明の成形品中における有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwo)は、1mm以上12mm以下であることが好ましい。Lwoが1mm以上の場合、成形品の衝撃強度向上するため好ましい。3.0mm以上がより好ましく、7mm以上がより好ましい。Lwoが12mm以下の場合、繊維が成形品中に均一に分散することで、衝撃強度が向上するため好ましい。 The weight average fiber length ( Lwo ) of the organic fiber (B) in the molded article of the present invention is preferably 1 mm or more and 12 mm or less. When Lwo is 1 mm or more, it is preferable because the impact strength of the molded article is improved. It is more preferable that it is 3.0 mm or more, and more preferable that it is 7 mm or more. When Lwo is 12 mm or less, it is preferable because the fibers are uniformly dispersed in the molded article, thereby improving the impact strength.

本発明において、有機繊維(B)の単糸強力は、50cN以上であることが好ましい。有機繊維(B)の単糸強力が50cN以上の場合、成形品作製工程での繊維折損が小さくなり、成形品中の平均繊維長が増大するため衝撃強度が向上する。70cN以上が好ましく、120cN以上がさらに好ましい。特に上限はないが、250cN以下が好ましい。 In the present invention, the single-yarn strength of the organic fiber (B) is preferably 50 cN or more. When the single-yarn strength of the organic fiber (B) is 50 cN or more, fiber breakage during the molding process is reduced, and the average fiber length in the molded product increases, improving impact strength. 70 cN or more is preferable, and 120 cN or more is even more preferable. There is no particular upper limit, but 250 cN or less is preferable.

有機繊維(B)の平均繊維径は、成形品の力学特性と表面外観の観点から、10μm以上が好ましく、有機繊維の単糸強力が高くなり、繊維破断が起こりにくくなり、衝撃強度が向上する。20μm以上が好ましい。上限は特にないが、100μm以下であれば、繊維分散性を良好にして外観を均一にすることができるため好ましい。 From the viewpoint of the mechanical properties and surface appearance of the molded product, the average fiber diameter of the organic fiber (B) is preferably 10 μm or more, which increases the single-yarn strength of the organic fiber, reduces fiber breakage, and improves impact strength. 20 μm or more is preferable. There is no particular upper limit, but a diameter of 100 μm or less is preferable because it improves fiber dispersion and provides a uniform appearance.

本発明において、成形品における有機繊維(B)の含有量は、無機繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、1~45重量部である。有機繊維(B)の含有量が1重量部未満である場合、成形品の衝撃強度が低下する。有機繊維(B)の含有量は3重量部以上が好ましく、5重量部以上がさらに好ましい。一方、有機繊維(B)の含有量が45重量部を超える場合、繊維同士の絡み合いが増加し、成形品中における有機繊維(B)の分散性が低下し、成形品の衝撃強度の低下を引き起こすことが多い。有機繊維(B)の含有量は20重量部以下が好ましく、10重量部以下がより好ましい。 In the present invention, the content of organic fiber (B) in the molded article is 1 to 45 parts by weight per 100 parts by weight of the total of inorganic fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). If the content of organic fiber (B) is less than 1 part by weight, the impact strength of the molded article decreases. The content of organic fiber (B) is preferably 3 parts by weight or more, and more preferably 5 parts by weight or more. On the other hand, if the content of organic fiber (B) exceeds 45 parts by weight, the entanglement of the fibers increases, the dispersibility of organic fiber (B) in the molded article decreases, and this often causes a decrease in the impact strength of the molded article. The content of organic fiber (B) is preferably 20 parts by weight or less, and more preferably 10 parts by weight or less.

<熱可塑性樹脂(C)について>
本発明において熱可塑性樹脂(C)は、成形品を構成するマトリックス樹脂である。熱可塑性樹脂(C)としては、成形温度(溶融温度)が200~450℃であるものが好ましく、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ハロゲン化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリールスルホン樹脂、ポリアリールケトン樹脂、ポリアリーレンエーテル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリアリールエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリーレンスルフィドスルフォン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。これらを2種以上用いることもできる。ポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレン樹脂が好ましい。
<Thermoplastic resin (C)>
In the present invention, the thermoplastic resin (C) is a matrix resin constituting a molded article. The thermoplastic resin (C) is preferably one having a molding temperature (melting temperature) of 200 to 450°C, and examples thereof include polyolefin resins, polystyrene resins, polyamide resins, halogenated vinyl resins, polyacetal resins, polyester resins, polycarbonate resins, polyarylsulfone resins, polyarylketone resins, polyarylene ether resins, polyarylene sulfide resins, polyaryletherketone resins, polyethersulfone resins, polyarylenesulfide sulfone resins, polyarylate resins, and polyamide resins. Two or more of these may also be used. As the polyolefin resin, polypropylene resin is preferred.

前記熱可塑性樹脂(C)の中でも、軽量、かつ、力学特性や成形性のバランスに優れるポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリアリーレンスルフィド樹脂からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましく、汎用性に優れることから、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂がさらに好ましい。 Among the thermoplastic resins (C), at least one selected from the group consisting of polypropylene resin, polyester resin, polyamide resin, polycarbonate resin, and polyarylene sulfide resin is more preferred, as they are lightweight and have an excellent balance between mechanical properties and moldability, and polypropylene resin and polycarbonate resin are even more preferred, as they are highly versatile.

ポリプロピレン樹脂は、単量体としてプロピレンを含有する重合体である。無機繊維(A)との接着向上による力学強度向上の観点から、変性されたポリプロピレン樹脂を単独で用いる、または無変性ポリプロピレン樹脂と変性されたポリプロピレン樹脂を共に用いることが好ましい。 Polypropylene resin is a polymer containing propylene as a monomer. From the viewpoint of improving mechanical strength by improving adhesion with inorganic fiber (A), it is preferable to use modified polypropylene resin alone or to use unmodified polypropylene resin and modified polypropylene resin together.

無変性のポリプロピレン樹脂としては、具体的には、プロピレンの単独重合体や、プロピレンとオレフィン、共役ジエン、非共役ジエンおよび他の熱可塑性単量体からなる群より選ばれる少なくとも1種の単量体との共重合体などが挙げられる。共重合体としては、ランダム共重合体またはブロック共重合体などが挙げられる。オレフィンとしては、例えば、エチレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ヘキセン、4,4-ジメチル-1-ヘキセン、1-ノネン、1-オクテン、1-ヘプテン、1-ヘキセン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン等の、プロピレンを除く炭素数2~12のオレフィンなどが挙げられる。共役ジエンまたは非共役ジエンとしては、例えば、ブタジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1,5-ヘキサジエン等が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。例えば、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、プロピレン・1-ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・1-ブテン共重合体などが好適なものとして挙げられる。プロピレンの単独重合体は、成形品の剛性を向上させる観点から好ましい。プロピレンとオレフィン、共役ジエンおよび非共役ジエンからなる群より選ばれる少なくとも1種の単量体とのランダムまたはブロック共重合体は、成形品の衝撃強度をより向上させる観点から好ましい。 Specific examples of unmodified polypropylene resins include homopolymers of propylene and copolymers of propylene with at least one monomer selected from the group consisting of olefins, conjugated dienes, non-conjugated dienes, and other thermoplastic monomers. Examples of copolymers include random copolymers and block copolymers. Examples of olefins include olefins having 2 to 12 carbon atoms excluding propylene, such as ethylene, 1-butene, 3-methyl-1-butene, 4-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-hexene, 4,4-dimethyl-1-hexene, 1-nonene, 1-octene, 1-heptene, 1-hexene, 1-decene, 1-undecene, and 1-dodecene. Examples of conjugated or non-conjugated dienes include butadiene, ethylidene norbornene, dicyclopentadiene, and 1,5-hexadiene. Two or more of these may be used. For example, polypropylene, ethylene-propylene copolymer, propylene-1-butene copolymer, ethylene-propylene-1-butene copolymer, etc. are preferred. Propylene homopolymers are preferred from the viewpoint of improving the rigidity of molded articles. Random or block copolymers of propylene and at least one monomer selected from the group consisting of olefins, conjugated dienes, and non-conjugated dienes are preferred from the viewpoint of further improving the impact strength of molded articles.

また、変性ポリプロピレン樹脂としては、酸変性ポリプロピレン樹脂が好ましく、重合体鎖に結合したカルボン酸を有する、酸変性ポリプロピレン樹脂がより好ましい。上記酸変性ポリプロピレン樹脂は、種々の方法で得ることができる。例えば、無変性のポリプロピレン樹脂に、中和されているか、中和されていないカルボン酸基を有する単量体、および/または、ケン化されているか、ケン化されていないカルボン酸エステル基を有する単量体を、グラフト重合することにより得ることができる。 As the modified polypropylene resin, an acid-modified polypropylene resin is preferable, and an acid-modified polypropylene resin having a carboxylic acid bonded to the polymer chain is more preferable. The acid-modified polypropylene resin can be obtained by various methods. For example, it can be obtained by graft polymerization of a monomer having a neutralized or non-neutralized carboxylic acid group and/or a monomer having a saponified or non-saponified carboxylic acid ester group onto an unmodified polypropylene resin.

ここで、中和されているか、中和されていないカルボン酸基を有する単量体、または、ケン化されているか、ケン化されていないカルボン酸エステル基を有する単量体としては、例えば、エチレン系不飽和カルボン酸、その無水物、エチレン系不飽和カルボン酸エステルなどが挙げられる。これらを2種以上用いることもできる。これらの中でも、エチレン系不飽和カルボン酸無水物類が好ましく、無水マレイン酸がより好ましい。
また、ポリプロピレン樹脂は無変性ポリプロピレンおよび酸変性ポリプロピレンから選ばれるポリプロピレン樹脂を2種以上用いることもできる。
Here, examples of the monomer having a neutralized or non-neutralized carboxylic acid group, or the monomer having a saponified or non-saponified carboxylic acid ester group include ethylenically unsaturated carboxylic acids, their anhydrides, and ethylenically unsaturated carboxylic acid esters. Two or more of these may be used. Among these, ethylenically unsaturated carboxylic acid anhydrides are preferred, and maleic anhydride is more preferred.
The polypropylene resin may be two or more kinds selected from unmodified polypropylene and acid-modified polypropylene.

ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、およびこれらの共重合体が挙げられる。 Examples of polyester resins include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and copolymers thereof.

ポリアミド樹脂は、アミド結合を骨格に有する高分子である。その主要原料の代表例としては、6-アミノカプロン酸、11-アミノウンデカン酸、12-アミノドデカン酸、パラアミノメチル安息香酸などのアミノ酸、ε-カプロラクタム、ω-ラウロラクタムなどのラクタム、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4-/2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン、5-メチルノナメチレンジアミンなどの脂肪族ジアミン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミンなどの芳香族ジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1-アミノ-3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3-メチル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノプロピル)ピペラジン、アミノエチルピペラジンなどの脂環族ジアミン、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2-クロロテレフタル酸、2-メチルテレフタル酸、5-メチルイソフタル酸、5-ナトリウムスルホイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。 Polyamide resins are polymers that have an amide bond in the skeleton. Representative examples of the main raw materials include amino acids such as 6-aminocaproic acid, 11-aminoundecanoic acid, 12-aminododecanoic acid, and para-aminomethylbenzoic acid, lactams such as ε-caprolactam and ω-laurolactam, aliphatic diamines such as tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, 2-methylpentamethylenediamine, nonamethylenediamine, undecamethylenediamine, dodecamethylenediamine, 2,2,4-/2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, and 5-methylnonamethylenediamine, aromatic diamines such as metaxylylenediamine and paraxylylenediamine, 1,3-bis(aminomethyl)cyclohexane, 1,4-bis(aminomethyl)cyclohexane, and 1-amino-3-aminomethyl-3,5,5-trimethylcyclohexane. Alicyclic diamines such as hexane, bis(4-aminocyclohexyl)methane, bis(3-methyl-4-aminocyclohexyl)methane, 2,2-bis(4-aminocyclohexyl)propane, bis(aminopropyl)piperazine, and aminoethylpiperazine; aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, and dodecanedioic acid; aromatic dicarboxylic acids such as terephthalic acid, isophthalic acid, 2-chloroterephthalic acid, 2-methylterephthalic acid, 5-methylisophthalic acid, 5-sodium sulfoisophthalic acid, hexahydroterephthalic acid, and hexahydroisophthalic acid; and alicyclic dicarboxylic acids such as 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, and 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid. Two or more of these may be used.

本発明においては、耐熱性や強度に優れるという点から、200℃以上の融点を有するポリアミド樹脂が特に有用である。その具体的な例としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンアジパミドコポリマー(ナイロン6/66)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン612)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリカプロアミドコポリマー(ナイロン6T/6)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6I)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T/6I)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/6I)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリドデカンアミドコポリマー(ナイロン6T/12)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリ(2-メチルペンタメチレン)テレフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/M5T)、ポリキシリレンアジパミド(ナイロンXD6)、ポリノナメチレンテレフタルアミド(ナイロン9T)およびこれらの共重合体などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、ナイロン6、ナイロン66がより好ましい。 In the present invention, polyamide resins having a melting point of 200°C or higher are particularly useful because of their excellent heat resistance and strength. Specific examples include polycaproamide (nylon 6), polyhexamethylene adipamide (nylon 66), polycaproamide/polyhexamethylene adipamide copolymer (nylon 6/66), polytetramethylene adipamide (nylon 46), polyhexamethylene sebacamide (nylon 610), polyhexamethylene dodecamide (nylon 612), polyhexamethylene terephthalamide/polycaproamide copolymer (nylon 6T/6), polyhexamethylene adipamide/polyhexamethylene terephthalamide copolymer (nylon 66/6T), polyhexamethylene adipamide/polyhexamethylene isophthalamide copolymer (nylon 66 /6I), polyhexamethylene adipamide/polyhexamethylene terephthalamide/polyhexamethylene isophthalamide copolymer (nylon 66/6T/6I), polyhexamethylene terephthalamide/polyhexamethylene isophthalamide copolymer (nylon 6T/6I), polyhexamethylene terephthalamide/polydodecanamide copolymer (nylon 6T/12), polyhexamethylene terephthalamide/poly(2-methylpentamethylene) terephthalamide copolymer (nylon 6T/M5T), polyxylylene adipamide (nylon XD6), polynonamethylene terephthalamide (nylon 9T) and copolymers thereof. Two or more of these may be used. Of these, nylon 6 and nylon 66 are more preferred.

ポリアミド樹脂の重合度には特に制限がないが、成形時の流動性に優れ、薄肉の成形品が容易に得られることから、98%濃硫酸25mlにポリアミド樹脂0.25gを溶解した溶液の25℃で測定した相対粘度が1.5~5.0の範囲であることが好ましく、2.0~3.5の範囲であることがより好ましい。 There are no particular restrictions on the degree of polymerization of the polyamide resin, but in order to ensure excellent flowability during molding and to easily obtain thin-walled molded products, it is preferable that the relative viscosity of a solution obtained by dissolving 0.25 g of polyamide resin in 25 ml of 98% concentrated sulfuric acid at 25°C is in the range of 1.5 to 5.0, and more preferably in the range of 2.0 to 3.5.

ポリカーボネート樹脂とは、カーボネート基を骨格に有する高分子である。二価フェノール類とカーボネート前駆体とを反応させて得られるものである。2種以上の二価フェノール類または2種以上のカーボネート前駆体を用いて得られる共重合体であってもよい。反応方法の一例として、界面重合法、溶融エステル交換法、カーボネートプレポリマーの固相エステル交換法、および環状カーボネート化合物の開環重合法などを挙げることができる。かかるポリカーボネート樹脂はそれ自体公知であり、例えば、特開2002-129027号公報に記載のポリカーボネート樹脂を使用できる。 A polycarbonate resin is a polymer having a carbonate group in the skeleton. It is obtained by reacting a dihydric phenol with a carbonate precursor. It may be a copolymer obtained by using two or more dihydric phenols or two or more carbonate precursors. Examples of reaction methods include interfacial polymerization, melt transesterification, solid-phase transesterification of carbonate prepolymers, and ring-opening polymerization of cyclic carbonate compounds. Such polycarbonate resins are known per se, and the polycarbonate resins described in JP-A-2002-129027 can be used, for example.

また、ポリカーボネート樹脂は、三官能以上の多官能性芳香族化合物を共重合した分岐ポリカーボネート樹脂であってもよいし、芳香族または脂肪族(脂環族を含む)の二官能性カルボン酸を共重合したポリエステルカーボネート樹脂であってもよいし、二官能性脂肪族アルコール(脂環族を含む)を共重合した共重合ポリカーボネート樹脂であってもよいし、二官能性カルボン酸および二官能性アルコールを共に共重合したポリエステルカーボネート樹脂であってもよい。また、これらのポリカーボネート樹脂を2種以上用いてもよい。 The polycarbonate resin may be a branched polycarbonate resin copolymerized with a trifunctional or higher polyfunctional aromatic compound, a polyester carbonate resin copolymerized with an aromatic or aliphatic (including alicyclic) bifunctional carboxylic acid, a copolymer polycarbonate resin copolymerized with a bifunctional aliphatic alcohol (including alicyclic), or a polyester carbonate resin copolymerized with both a bifunctional carboxylic acid and a bifunctional alcohol. Two or more of these polycarbonate resins may be used.

ポリカーボネート樹脂の溶融粘度は、限定されないが、200℃における溶融粘度が10~25000Pa・sであることが好ましい。200℃における溶融粘度が10Pa・s以上であれば、成形品の強度をより向上させることができる。溶融粘度は20Pa・s以上がより好ましく、50Pa・s以上がさらに好ましい。一方、200℃における溶融粘度が25,000Pa・s以下であれば、成形加工性が向上する。溶融粘度は20,000Pa・s以下がより好ましく、15,000Pa・s以下がさらに好ましい。 The melt viscosity of the polycarbonate resin is not limited, but it is preferable that the melt viscosity at 200°C is 10 to 25,000 Pa·s. If the melt viscosity at 200°C is 10 Pa·s or more, the strength of the molded product can be further improved. The melt viscosity is more preferably 20 Pa·s or more, and even more preferably 50 Pa·s or more. On the other hand, if the melt viscosity at 200°C is 25,000 Pa·s or less, the moldability is improved. The melt viscosity is more preferably 20,000 Pa·s or less, and even more preferably 15,000 Pa·s or less.

ポリカーボネート樹脂として、三菱エンジニアリングプラスチック(株)製“ユーピロン”(登録商標)、“ノバレックス”(登録商標)、帝人化成(株)製“パンライト”(登録商標)、出光石油化学(株)製“タフロン”(登録商標)などとして上市されているものを用いることもできる。 As polycarbonate resins, those available on the market such as "Iupilon" (registered trademark) and "Novarex" (registered trademark) manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Corporation, "Panlite" (registered trademark) manufactured by Teijin Chemical Co., Ltd., and "Toughlon" (registered trademark) manufactured by Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. can also be used.

ポリアリーレンスルフィド樹脂としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリフェニレンスルフィドスルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィドケトン樹脂、これらのランダムまたはブロック共重合体などが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。中でもポリフェニレンスルフィド樹脂が特に好ましく使用される。 Examples of polyarylene sulfide resins include polyphenylene sulfide (PPS) resins, polyphenylene sulfide sulfone resins, polyphenylene sulfide ketone resins, and random or block copolymers thereof. Two or more of these may be used. Of these, polyphenylene sulfide resins are particularly preferred.

ポリアリーレンスルフィド樹脂は、例えば、特公昭45-3368号公報に記載される比較的分子量の小さな重合体を得る方法、特公昭52-12240号公報や特開昭61-7332号公報に記載される比較的分子量の大きな重合体を得る方法など、任意の方法によって製造することができる。 Polyarylene sulfide resins can be produced by any method, such as the method for obtaining a polymer with a relatively small molecular weight described in JP-B-45-3368, or the method for obtaining a polymer with a relatively large molecular weight described in JP-B-52-12240 and JP-A-61-7332.

ポリアリーレンスルフィド樹脂の溶融粘度は、310℃、剪断速度1000/秒の条件下で80Pa・s以下であることが好ましく、20Pa・s以下であることがより好ましい。溶融粘度の下限については特に制限はないが、5Pa・s以上であることが好ましい。溶融粘度の異なる2種以上のポリアリーレンスルフィド樹脂を併用してもよい。なお、溶融粘度は、キャピログラフ(東洋精機(株)社製)装置を用い、ダイス長10mm、ダイス孔直径0.5~1.0mmの条件により測定することができる。 The melt viscosity of the polyarylene sulfide resin is preferably 80 Pa·s or less, more preferably 20 Pa·s or less, under conditions of 310°C and a shear rate of 1000/sec. There is no particular lower limit for the melt viscosity, but it is preferably 5 Pa·s or more. Two or more polyarylene sulfide resins with different melt viscosities may be used in combination. The melt viscosity can be measured using a Capilograph (manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd.) device under conditions of a die length of 10 mm and a die hole diameter of 0.5 to 1.0 mm.

ポリアリーレンスルフィド樹脂として、東レ(株)製“トレリナ”(登録商標)、DIC(株)製“DIC.PPS”(登録商標)、ポリプラスチックス(株)製“ジュラファイド”(登録商標)などとして上市されているものを用いることもできる。 As polyarylene sulfide resins, those commercially available as "TORELINA" (registered trademark) manufactured by Toray Industries, Inc., "DIC.PPS" (registered trademark) manufactured by DIC Corporation, and "DURAFIDE" (registered trademark) manufactured by Polyplastics Co., Ltd. can also be used.

本発明の成形品における熱可塑性樹脂(C)の含有量は、無機繊維(A)、有機繊維(B)、および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、20~94重量部(20重量部以上94重量部以下)である。熱可塑性樹脂(C)の含有量が20重量部未満の場合、成形品における無機繊維(A)および有機繊維(B)の繊維分散性が低下し、衝撃強度が低下する。熱可塑性樹脂(C)の含有量は30重量部以上が好ましい。一方、熱可塑性樹脂(C)の含有量が94重量部を超える場合、相対的に無機繊維(A)、有機繊維(B)の含有量が少なくなるため、繊維による補強効果が低くなり、衝撃強度が低下する。熱可塑性樹脂(C)の含有量は85重量部以下が好ましく、75重量部以下がより好ましい。 The content of thermoplastic resin (C) in the molded product of the present invention is 20 to 94 parts by weight (20 parts by weight or more and 94 parts by weight or less) per 100 parts by weight of the total of inorganic fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C). If the content of thermoplastic resin (C) is less than 20 parts by weight, the fiber dispersion of inorganic fiber (A) and organic fiber (B) in the molded product decreases, and the impact strength decreases. The content of thermoplastic resin (C) is preferably 30 parts by weight or more. On the other hand, if the content of thermoplastic resin (C) exceeds 94 parts by weight, the content of inorganic fiber (A) and organic fiber (B) becomes relatively small, so the reinforcing effect of the fiber decreases and the impact strength decreases. The content of thermoplastic resin (C) is preferably 85 parts by weight or less, and more preferably 75 parts by weight or less.

<他の成分について>
本発明の成形品は、本発明の目的を損なわない範囲で、前記(A)~(C)に加えて他の成分を含んでもよい。他の成分の例としては、熱硬化性樹脂、無機繊維以外の無機充填材、難燃剤、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、制泡剤、あるいは、カップリング剤などが挙げられる。また、例えば後述する成形材料に用いられる成分(D)を含んでいてもよい。
<Other ingredients>
The molded article of the present invention may contain other components in addition to the above (A) to (C) within the scope of the present invention. Examples of the other components include thermosetting resins, inorganic fillers other than inorganic fibers, flame retardants, crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, vibration dampers, antibacterial agents, insect repellents, deodorants, coloring inhibitors, heat stabilizers, release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants, colorants, pigments, dyes, foaming agents, foam control agents, and coupling agents. In addition, the molded article of the present invention may contain, for example, component (D) used in the molding material described below.

<本発明の成形品の特性について>
本発明の成形品は、式(I)を満たす。
(I) ασfo≧σ
ここで、α、σ、Vfo、およびσはそれぞれ配向係数α[-]、有機繊維の強度σ[MPa]、有機繊維の繊維含有体積分率Vfo[-]、および成形品の曲げ強度σ[MPa]を示す。
<Characteristics of the molded product of the present invention>
The molded article of the present invention satisfies formula (I).
(I) ασ o V fo ≧σ c
Here, α, σ o , V fo , and σ c respectively represent the orientation coefficient α [-], the strength of the organic fibers σ o [MPa], the fiber volume fraction of the organic fibers V fo [-], and the bending strength of the molded product σ c [MPa].

(ασfo)は成形品中に含まれる有機繊維(B)の見かけの強度である。衝撃時に曲げ破壊を起こした成形品はσの応力が負荷されており、有機繊維にも応力が負荷される。この応力よりも有機繊維の見かけの強度が高い場合には、成形品が衝撃を受けた場合であっても、有機繊維の破断が抑制され、有機繊維の引抜けが優先で起こるため、繊維引抜けに伴う衝撃エネルギー吸収が大きくなり、高い曲げ強度と衝撃性を有する成形品を得ることができる。 (ασ o V fo ) is the apparent strength of the organic fiber (B) contained in the molded article. A molded article that breaks in bending upon impact is loaded with a stress of σ c , and stress is also loaded on the organic fiber. If the apparent strength of the organic fiber is higher than this stress, even when the molded article is impacted, the breakage of the organic fiber is suppressed and the organic fiber is pulled out preferentially, so that the absorption of the impact energy associated with the fiber pull-out is large, and a molded article having high bending strength and impact resistance can be obtained.

配向係数α[-]は、曲げ方向の法線に対する繊維の配向角θ(0~π)から、以下の式を用いて算出する。
α=(Σ|cosθ|)/N
Nは測定繊維数であり、50以上が好ましい。曲げ方向に繊維が完全配列(θ=π/4)の場合にはαは0、曲げ方向の法線に繊維が完全配列(θ=0またはπ/2)した場合にはαは1、または2次元方向に完全ランダム(θ=π/8)の場合にはαは0.64である。配向係数αは、0以上1以下の実数である。配向角θは直接的にはX線CTや表面の画像解析により、繊維の配向を測定して求めることが可能である。成形品中の繊維が屈曲している場合、または繊維の一部しか観察できない場合には、観察可能な末端間を結んだ直線からθを算出することができる。
The orientation coefficient α [-] is calculated from the fiber orientation angle θ (0 to π) with respect to the normal to the bending direction using the following formula.
α=(Σ|cosθ|)/N
N is the number of fibers measured, and 50 or more is preferable. When the fibers are perfectly aligned in the bending direction (θ=π/4), α is 0, when the fibers are perfectly aligned in the normal line of the bending direction (θ=0 or π/2), α is 1, and when the fibers are completely random in the two-dimensional direction (θ=π/8), α is 0.64. The orientation coefficient α is a real number between 0 and 1. The orientation angle θ can be directly determined by measuring the fiber orientation using X-ray CT or surface image analysis. When the fibers in the molded product are bent or when only a portion of the fibers can be observed, θ can be calculated from the straight line connecting the observable ends.

有機繊維の強度σ[MPa]は、ストランド強度を用いることができ、JIS R7608(2004)の樹脂含浸ストランド試験法に準拠し、求めることができる。成形品中に含まれる有機繊維(B)をストランドの状態で取り出すことが困難な場合には、成形品中から単繊維を3mm以上抜き出し、JIS R7606:2000記載の方法に準じて、試料長3mm、引張速度1mm/分の条件で、強度を測定することができる。 The strength of the organic fiber σ o [MPa] can be determined by using the strand strength, in accordance with the resin-impregnated strand test method of JIS R7608 (2004). When it is difficult to extract the organic fiber (B) contained in the molded article in the form of a strand, a single fiber of 3 mm or more can be extracted from the molded article, and the strength can be measured under the conditions of a sample length of 3 mm and a tensile speed of 1 mm/min in accordance with the method described in JIS R7606:2000.

成形品に含まれる有機繊維の繊維含有体積分率Vfo[-]は、含有成分の重量分率と比重から算出することができる。製造工程による重量変化が小さい場合には、原料の重量分率から算出することができる。また原料の重量分率が不明な場合には、X線CT、断面に現れる有機繊維の面積比、または比重測定などから測定することができる。繊維含有体積分率Vfoは、0より大きく1より小さい実数である。 The fiber content volume fraction Vfo [-] of the organic fibers contained in the molded product can be calculated from the weight fraction and specific gravity of the contained components. If the weight change due to the manufacturing process is small, it can be calculated from the weight fraction of the raw materials. If the weight fraction of the raw materials is unknown, it can be measured by X-ray CT, the area ratio of the organic fibers appearing in the cross section, or specific gravity measurement. The fiber content volume fraction Vfo is a real number greater than 0 and less than 1.

成形品の曲げ強度σ[MPa]は、衝撃破壊時の形状の成形品の曲げ強度を示す。成形品の曲げ強度は、3点曲げ試験冶具を用いて測定することができる。成形品形状が直方体の場合には、ISO 178に準拠した3点曲げにより得られた荷重Fを用いて、次式からσを算出することができる。
σ=(3FL)/(2bh
ここで、F、L、b、hはそれぞれ、曲げ荷重F[N]、支点間距離L[mm]、試験片幅b[mm]、試験片厚さh[mm]を示す。
3点曲げ試験において成形品形状が直方体とは異なり、ISO 178に準拠した測定が困難な場合には、次式からσを算出することができる。
σ=M/Z
ここで、MおよびZはそれぞれ曲げ破壊時の曲げモーメントM[Nmm]および試験片の断面係数[mm]を示し、支点間距離は衝撃破壊時の支点となる点の距離に合わせることが好ましい。
The bending strength σ c [MPa] of a molded article indicates the bending strength of the molded article in the shape at the time of impact destruction. The bending strength of a molded article can be measured using a three-point bending test jig. When the molded article has a rectangular parallelepiped shape, σ c can be calculated from the following formula using the load F obtained by three-point bending according to ISO 178.
σ c = (3FL)/(2bh 2 )
Here, F, L, b, and h respectively represent the bending load F [N], the distance between supports L [mm], the test piece width b [mm], and the test piece thickness h [mm].
In the three-point bending test, when the shape of the molded product is different from a rectangular parallelepiped and it is difficult to perform the measurement in accordance with ISO 178, σ c can be calculated from the following formula.
σ c = M/Z
Here, M and Z respectively indicate the bending moment M [Nmm] and the section modulus [mm 3 ] of the test piece at the time of bending fracture, and the distance between the supporting points is preferably set to the distance between the points which will serve as the supporting points at the time of impact fracture.

本発明の成形品は、式(II)を満たす。
(II)2≦Lwo/LwI
ここで、Lwo、およびLwIはそれぞれ有機繊維の重量平均繊維長Lwo[mm]および無機繊維の重量平均繊維長LwI[mm]を示す。
上記、式(II)は、無機繊維(A)および有機繊維(B)の重量平均繊維長の比率を表しており、特定の関係を満たす範囲にすることで、効率的に衝撃強度を向上させることができる。Lwo/LwIが、2未満であると成形品内における有機繊維(B)の繊維長が無機繊維(A)の繊維長に対し、相対的に短くなるため、成形品破壊時の有機繊維(B)の引抜け距離が短くなる。そのため、成形品としての吸収エネルギーが低下し、成形品の衝撃強度が劣る。Lwo/LwIは、4以上が好ましい。一方で、Lwo/LwIが40を超えると、成形品内における有機繊維(B)の繊維長が無機繊維(A)の繊維長に対し、相対的に長くなるため、成形品の破断時に有機繊維(B)の引抜けが支配的となり、無機繊維(A)の繊維補強効果が低下するため、成形品の曲げ強度や衝撃強度が劣る。Lwo/LwIは、30以下が好ましい。
The molded article of the present invention satisfies formula (II).
(II) 2≦L wo /L wI
Here, Lwo and LwI respectively represent the weight average fiber length Lwo [mm] of the organic fibers and the weight average fiber length LwI [mm] of the inorganic fibers.
The above formula (II) represents the ratio of the weight average fiber length of the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B), and by setting it to a range that satisfies a specific relationship, the impact strength can be efficiently improved. If Lwo / LwI is less than 2, the fiber length of the organic fiber (B) in the molded article is relatively short compared to the fiber length of the inorganic fiber (A), so the pull-out distance of the organic fiber (B) when the molded article breaks is short. Therefore, the absorbed energy of the molded article decreases, and the impact strength of the molded article is inferior. Lwo / LwI is preferably 4 or more. On the other hand, if Lwo / LwI exceeds 40, the fiber length of the organic fiber (B) in the molded article is relatively long compared to the fiber length of the inorganic fiber (A), so that the pull-out of the organic fiber (B) becomes dominant when the molded article breaks, and the fiber reinforcing effect of the inorganic fiber (A) decreases, so that the bending strength and impact strength of the molded article are inferior. The ratio Lwo / LwI is preferably 30 or less.

ここで、本発明における「重量平均繊維長」とは、重量平均分子量の算出方法を繊維長の算出に適用し、下記の式から算出される平均繊維長を指す。ただし、下記の式は、無機繊維(A)や有機繊維(B)の繊維直径および密度が略一定の場合に適用される。
重量平均繊維長=Σ(M )/Σ(M
:繊維長(mm)
:繊維長Mの繊維の本数
Here, the "weight average fiber length" in the present invention refers to the average fiber length calculated from the following formula by applying the calculation method of the weight average molecular weight to the calculation of the fiber length, where the following formula is applied when the fiber diameter and density of the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B) are approximately constant.
Weight average fiber length = Σ(M i 2 N i )/Σ(M i N i )
M i : Fiber length (mm)
N i : Number of fibers of fiber length M i

ここで、繊維長の測定方法は特に限定するものではないが、例えば、溶解法、あるいは焼き飛ばし法により、成形品に含まれる樹脂成分を除去し、残った繊維を濾別した後、顕微鏡観察により測定する方法が挙げられる。焼き飛ばし法の場合には、測定する繊維が残留し、熱可塑性樹脂(C)が焼却除去できる温度を選択することが必要である。例えば、無機繊維(A)として炭素繊維を用いる場合には、600℃以下、ガラス繊維を用いる場合には500℃以下で熱可塑性樹脂(C)を焼却除去できる温度を選択することが好ましい。有機繊維(B)は、繊維の融点以下の温度で熱可塑性樹脂(C)を焼却除去できる温度を選択することが好ましい。 Here, the method for measuring the fiber length is not particularly limited, but examples include a method in which the resin components contained in the molded product are removed by a dissolution method or a burn-off method, the remaining fibers are filtered out, and then the fiber length is measured by observation under a microscope. In the case of the burn-off method, it is necessary to select a temperature at which the fibers to be measured remain and the thermoplastic resin (C) can be burned off. For example, when carbon fibers are used as the inorganic fibers (A), it is preferable to select a temperature at which the thermoplastic resin (C) can be burned off at 600°C or less, and when glass fibers are used, it is preferable to select a temperature at which the thermoplastic resin (C) can be burned off at 500°C or less. For organic fibers (B), it is preferable to select a temperature at which the thermoplastic resin (C) can be burned off at a temperature below the melting point of the fibers.

溶解法の場合には、成形品を浸漬する溶媒は特に限定されないが、測定する繊維の非溶媒または貧溶媒であり、且つ、熱可塑性樹脂(C)の良溶媒である溶媒を選択することが好ましい。用いる溶媒として熱可塑性樹脂(C)がポリプロピレン樹脂の場合には、キシレン、シクロヘキサン、1,2,4-トリクロロベンゼン等、ポリアミド樹脂の場合にはヘキサフルオロイソプロパノール等、ポリカーボネート樹脂の場合にはクロロホルム、テトラヒドロフラン等が挙げられる。 In the case of the dissolution method, the solvent in which the molded product is immersed is not particularly limited, but it is preferable to select a solvent that is a non-solvent or poor solvent for the fiber to be measured and a good solvent for the thermoplastic resin (C). Examples of solvents that can be used include xylene, cyclohexane, 1,2,4-trichlorobenzene, etc. when the thermoplastic resin (C) is a polypropylene resin, hexafluoroisopropanol, etc. when the thermoplastic resin is a polyamide resin, and chloroform, tetrahydrofuran, etc. when the thermoplastic resin is a polycarbonate resin.

本発明の成形品は、式(III)および式(IV)を満たす。
(III) 0.5≦τ/τ≦1
(IV) 0.5≧τ/τ≧0.1
ここで、τ、τ、およびτはそれぞれ有機繊維の界面せん断強度τ[MPa]、マトリックス樹脂のせん断降伏応力τ[MPa]、および無機繊維の界面せん断強度τ[MPa]を示す。
The molded article of the present invention satisfies formula (III) and formula (IV).
(III) 0.5≦τ Im ≦1
(IV) 0.5≧τ om ≧0.1
Here, τ o , τ m , and τ I respectively represent the interfacial shear strength τ o [MPa] of the organic fibers, the shear yield stress τ m [MPa] of the matrix resin, and the interfacial shear strength τ I [MPa] of the inorganic fibers.

τ/τは0.5以上である。τ/τが0.5未満であると無機繊維(A)と熱可塑性樹脂(C)の接着性が不十分であり、成型品の曲げ強度が低下する。τ/τに上限はないが理論的に1.0を超える場合には、マトリックス樹脂のせん断破壊が生じるため、曲げ強度、衝撃強度が飽和する。なお、本発明において、マトリックス樹脂は、熱可塑性樹脂(C)である。 τ I / τ m is 0.5 or more. If τ I / τ m is less than 0.5, the adhesion between the inorganic fiber (A) and the thermoplastic resin (C) is insufficient, and the bending strength of the molded product is reduced. There is no upper limit to τ I / τ m , but theoretically, if it exceeds 1.0, shear fracture of the matrix resin occurs, so that the bending strength and impact strength are saturated. In the present invention, the matrix resin is the thermoplastic resin (C).

τ/τは0.5以下である。0.5を超えると衝撃試験での成形品が最大荷重到達する前、すなわち成形品が破壊するより先に有機繊維に荷重が負荷され、繊維破断が起こりやすくなり、成形品の衝撃強度が低下する。0.3以下が好ましく、0.2以下がより好ましい。τ/τに下限はないが0.1未満の場合には、衝撃強度が飽和する。 τo / τm is 0.5 or less. If it exceeds 0.5, the load is applied to the organic fiber before the molded article reaches the maximum load in the impact test, i.e., before the molded article breaks, and the impact strength of the molded article decreases. It is preferably 0.3 or less, more preferably 0.2 or less. There is no lower limit to τI / τm , but if it is less than 0.1, the impact strength is saturated.

本発明の成形品は、式(V)を満たすことが好ましい。
(V) 2≧d/d
ここで、d、およびdはそれぞれ有機繊維の直径d[μm]および無機繊維の直径d[μm]を示す。
The molded article of the present invention preferably satisfies formula (V).
(V) 2≧d o /d I
Here, d o and d I respectively represent the diameter d o [μm] of the organic fiber and the diameter d I [μm] of the inorganic fiber.

繊維径の比(d/d)が2以上であると、有機繊維の単糸強力が高くなり、繊維破断が起こりにくくなり、衝撃強度が向上するため、好ましい。5以上がより好ましい。d/dが10以下であると衝撃強度に対する曲げ強度が向上するため好ましい。8以下がより好ましい。なお、dおよびdは、無機繊維(A)および有機繊維(B)を約10mmに切断し、走査型電子顕微鏡(1000~5000倍)にて繊維径を観察した。無作為に選んだ10本の無機繊維(A)および有機繊維(B)について、それぞれ繊維径を計測し平均値を求め、dおよびdとすることができる。 When the fiber diameter ratio (d o /d I ) is 2 or more, the single yarn strength of the organic fiber is high, fiber breakage is unlikely to occur, and impact strength is improved, which is preferable. 5 or more is more preferable. When d o /d I is 10 or less, bending strength against impact strength is improved, which is preferable. 8 or less is more preferable. Note that d o and d I were obtained by cutting the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B) to about 10 mm and observing the fiber diameter with a scanning electron microscope (1000 to 5000 times). The fiber diameters of 10 randomly selected inorganic fibers (A) and organic fibers (B) were measured and the average value was calculated, which can be used as d o and d I.

本発明の成形品は、式(VI)を満たすことが好ましい。
(VI) 4≦τ-τ≦10
(τ-τ)は無機繊維(A)と有機繊維(B)の界面せん断強度の差を示しており、4以上であると、高接着に近いため、曲げ強度が向上する。6以上がより好ましい。10以下であると低接着になるため、衝撃強度が向上する。
The molded article of the present invention preferably satisfies formula (VI).
(VI) 4≦τ I −τ o ≦10
I - τ o ) represents the difference in interfacial shear strength between the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B), and when it is 4 or more, the adhesion is close to high, so the bending strength is improved. When it is 6 or more, it is more preferable. When it is 10 or less, the adhesion is low, so the impact strength is improved.

なお、τ、τ、およびτを求める場合は、無機繊維と有機繊維は同一のマトリックス樹脂を用いて界面せん断強度を測定することが好ましい。
マトリックス樹脂のせん断降伏応力τはマトリックス樹脂の引張降伏応力を1.73で割返した値を用いることができる。
When determining τ o , τ m , and τ I , it is preferable to measure the interfacial shear strength by using the same matrix resin for the inorganic fibers and the organic fibers.
The shear yield stress τm of the matrix resin can be calculated by dividing the tensile yield stress of the matrix resin by 1.73.

界面せん断強度(τ、τ)の算出方法について説明する。
τ、τは繊維表面とマトリックス樹脂界面の界面せん断強度を示し、次の方法により測定することができる。なお、表面処理剤を塗布した繊維を用いる場合の界面せん断強度は、表面処理剤を含む繊維表面とマトリックス樹脂の界面のせん断強度をいう。
A method for calculating the interfacial shear strengths (τ o , τ I ) will be described.
τo and τI indicate the interfacial shear strength of the interface between the fiber surface and the matrix resin, and can be measured by the following method. When a fiber coated with a surface treatment agent is used, the interfacial shear strength refers to the shear strength of the interface between the fiber surface containing the surface treatment agent and the matrix resin.

まず、ヒーター上で加熱した熱可塑性樹脂の上部から繊維単糸を下降させて繊維が直線になるように樹脂中に埋め込む。この際、直線方向の繊維埋め込み深さをHとする。
繊維単糸を埋め込んだ樹脂を常温まで冷却した後、埋め込まれていない繊維端を引抜試験機に固定し、繊維の直線方向かつ繊維が引抜ける方向に0.1~100μm/秒の速度で引抜き、荷重の最大値F[N]を求める。
First, a single fiber is lowered from above a thermoplastic resin heated on a heater so that the fiber is embedded in the resin in a straight line. At this time, the fiber is embedded to a depth H in the straight line direction.
After the resin in which the fiber filaments are embedded is cooled to room temperature, the end of the fiber that is not embedded is fixed to a pull-out tester and pulled out at a speed of 0.1 to 100 μm/sec in the linear direction of the fiber and in the direction in which the fiber is pulled out, and the maximum load F [N] is determined.

F[N]を以下の式に基づき、埋め込み深さH[mm]および繊維周長(π・d)[mm]で除することで、界面せん断強度τ[MPa]を求めることができる。
τ=F/(π・d・H)
ここでπは円周率を示し、繊維直径d[mm](以下、単繊維直径ということもある)は引抜き測定前の繊維を走査型電子顕微鏡(1000~5000倍)にて観察した繊維直径を用いることができる。
The interfacial shear strength τ [MPa] can be calculated by dividing F [N] by the embedding depth H [mm] and the fiber circumference (π·d f ) [mm] according to the following formula.
τ=F/(π・d f・H)
Here, π represents the ratio of the circumference of a circle to its circumference, and the fiber diameter d f [mm] (hereinafter sometimes referred to as single fiber diameter) can be the fiber diameter observed with a scanning electron microscope (1000 to 5000 magnifications) before pulling measurement.

また、2種以上の繊維を用いた成形品では、それぞれの繊維成分について、τを求めた後、以下の式に基づき算出できる。
τ=τ・w+τ・w+τ・w・・・
ここで、τ、τ、τ・・・、およびw、w、w・・・、はそれぞれ、1成分目のτ、2成分目のτ、3成分目のτ・・・、および成型品中における全繊維の重量を1とした場合の1成分目の繊維重量割合、2成分目の繊維重量割合、3成分目の繊維重量割合・・・である。
In addition, in the case of a molded product using two or more types of fibers, τ can be calculated based on the following formula after determining τ for each fiber component.
τ=τ 1・w 12・w 23・w 3 ...
Here, τ1 , τ2 , τ3 ... and w1 , w2 , w3 ... are respectively the τ of the first component, the τ of the second component, the τ of the third component..., and the fiber weight proportion of the first component, the fiber weight proportion of the second component, the fiber weight proportion of the third component... when the weight of all fibers in the molded product is 1.

:繊維直径
繊維直径dは、前述の走査型電子顕微鏡を用いて測定することができる。
df : Fiber Diameter The fiber diameter df can be measured using the above-mentioned scanning electron microscope.

次にτの調整方法について説明する。
繊維/マトリックス樹脂界面の界面せん断強度は、先述した方法により測定することができる。界面せん断強度を調整する方法としては、例えば、繊維表面に付着する、表面処理剤の量や種類を調整することが挙げられる。
Next, a method for adjusting τ will be described.
The interfacial shear strength of the fiber/matrix resin interface can be measured by the method described above. The interfacial shear strength can be adjusted, for example, by adjusting the amount or type of a surface treatment agent attached to the fiber surface.

無機繊維(A)の表面処理剤(いわゆる、サイジング剤)は、先述したものを用いることができる。有機繊維(B)の表面処理剤は以下のものが例示される。なお、無機繊維の表面処理剤として、下記の有機繊維の表面処理剤として例示したものを用いることもできるが、無機繊維と有機繊維の表面処理剤は同一のものを使用してもよいし、異なるものを使用してもよい。 The surface treatment agents (so-called sizing agents) for the inorganic fibers (A) can be those mentioned above. Examples of surface treatment agents for the organic fibers (B) include the following. Note that the surface treatment agents for the inorganic fibers can also be those exemplified as surface treatment agents for the organic fibers below, but the surface treatment agents for the inorganic fibers and the organic fibers may be the same or different.

例えば、有機繊維(B)の表面処理剤として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレングリコール、ポリウレタン等の改質剤を用いることで界面せん断強度を向上させ、曲げ強度を向上させることができる。中でも、有機繊維(B)との濡れ性に優れるエポキシ樹脂が好ましく、多官能エポキシ樹脂がより好ましい。 For example, by using a modifier such as an epoxy resin, a phenolic resin, polyethylene glycol, or polyurethane as a surface treatment agent for the organic fiber (B), the interfacial shear strength can be improved and the bending strength can be improved. Among these, epoxy resins that have excellent wettability with the organic fiber (B) are preferred, and polyfunctional epoxy resins are more preferred.

多官能エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、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等が挙げられる。中でも、熱可塑性樹脂(C)との接着性を発揮しやすい脂肪族エポキシ樹脂が好ましい。脂肪族エポキシ樹脂は、柔軟な骨格のため、架橋密度が高くとも靭性の高い構造になりやすい。また、脂肪族エポキシ樹脂は、繊維/熱可塑性樹脂間に存在させた場合、柔軟で剥離しにくくさせるため、成形品の強度をより向上させることができる。 Examples of polyfunctional epoxy resins include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, aliphatic epoxy resins, and phenol novolac type epoxy resins. Among them, aliphatic epoxy resins, which are easy to exhibit adhesion with the thermoplastic resin (C), are preferred. Because aliphatic epoxy resins have a flexible skeleton, they tend to have a structure with high toughness even with a high crosslinking density. Furthermore, when aliphatic epoxy resins are present between fibers and thermoplastic resins, they are flexible and difficult to peel off, which can further improve the strength of the molded product.

多官能の脂肪族エポキシ樹脂としては、例えば、ジグリシジルエーテル化合物、ポリグリシジルエーテル化合物などを含むものが挙げられる。ジグリシジルエーテル化合物としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル類、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル類、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル類、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル類等が挙げられる。また、ポリグリシジルエーテル化合物としては、グリセロールポ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類、ソルビトールポリグリシジルエーテル類、アラビトールポリグリシジルエーテル類、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル類、トリメチロールプロパングリシジルエーテル類、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル類、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル類等が挙げられる。 Examples of polyfunctional aliphatic epoxy resins include those containing diglycidyl ether compounds and polyglycidyl ether compounds. Examples of diglycidyl ether compounds include ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ethers, propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ethers, 1,4-butanediol diglycidyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, polytetramethylene glycol diglycidyl ethers, polyalkylene glycol diglycidyl ethers, and the like. Examples of polyglycidyl ether compounds include glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ethers, sorbitol polyglycidyl ethers, arabitol polyglycidyl ethers, trimethylolpropane polyglycidyl ethers, trimethylolpropane glycidyl ethers, pentaerythritol polyglycidyl ethers, and polyglycidyl ethers of aliphatic polyhydric alcohols.

上記脂肪族エポキシ樹脂の中でも、3官能以上の脂肪族エポキシ樹脂が好ましく、反応性の高いグリシジル基を3個以上有する脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物がより好ましい。脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物は、柔軟性、架橋密度、熱可塑性樹脂(C)との相溶性のバランスがよく、無機繊維(A)に用いた場合には、τをより向上させることができ、成形品の力学強度を向上させることができる。この中でも、グリセロールポ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類、ポリエチレングリコールグリシジルエーテル類、ポリプロピレングリコールグリシジルエーテル類がさらに好ましい。 Among the above aliphatic epoxy resins, aliphatic epoxy resins having three or more functionalities are preferred, and aliphatic polyglycidyl ether compounds having three or more highly reactive glycidyl groups are more preferred. The aliphatic polyglycidyl ether compounds have a good balance of flexibility, crosslinking density, and compatibility with the thermoplastic resin (C), and when used in the inorganic fiber (A), can further improve τ I and can improve the mechanical strength of the molded product. Among these, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ethers, polyethylene glycol glycidyl ethers, and polypropylene glycol glycidyl ethers are more preferred.

シリコン油剤等の改質剤を用いることで、有機繊維(B)のτが低下し、成形品の衝撃強度を向上させることができる。 By using a modifier such as a silicone oil, the τ o of the organic fiber (B) is decreased, and the impact strength of the molded product can be improved.

また、ポリエステル、乳化剤あるいは界面活性剤などを用いてもよく、上記これらを2種以上用いてもよい。表面処理剤は、水溶性もしくは水分散性であることが好ましい。 In addition, polyester, emulsifiers, surfactants, etc. may be used, and two or more of the above may be used. The surface treatment agent is preferably water-soluble or water-dispersible.

上記表面処理剤の付着量は、有機繊維100重量部に対して0.1重量部以上、5.0重量部以下が好ましい。0.1重量部以上であると成形品中での有機繊維の分散性が向上するため、衝撃強度、曲げ強度が向上する。0.3重量部以上が好ましく、0.5重量部以上がさらに好ましい。過剰に表面処理剤が付着した場合にも有機繊維の分散を阻害するため、5.0重量部以下であると成形品中での有機繊維の分散性が向上するため、曲げ強度が向上する。3.0重量部以下が好ましく、1.5重量部以下がさらに好ましい。 The amount of the surface treatment agent applied is preferably 0.1 parts by weight or more and 5.0 parts by weight or less per 100 parts by weight of organic fiber. If it is 0.1 parts by weight or more, the dispersibility of the organic fiber in the molded product is improved, and the impact strength and bending strength are improved. If it is 0.3 parts by weight or more, and more preferably 0.5 parts by weight or more. If an excessive amount of the surface treatment agent is applied, it will inhibit the dispersion of the organic fiber, so if it is 5.0 parts by weight or less, the dispersibility of the organic fiber in the molded product is improved, and the bending strength is improved. If it is 3.0 parts by weight or less, and more preferably 1.5 parts by weight or less.

無機繊維(A)の界面せん断強度の測定方法は、有機繊維(B)の測定方法を用いることができる。また、無機繊維(A)の界面せん断強度の調整方法としては、サイジング剤の量や種類を調整することが挙げられる。 The interfacial shear strength of inorganic fiber (A) can be measured using the same method as for organic fiber (B). The interfacial shear strength of inorganic fiber (A) can be adjusted by adjusting the amount or type of sizing agent.

また、界面せん断強度は、繊維とマトリックス樹脂界面の接着強度の指標であるため、マトリックス樹脂の変性度および、その変性度に応じた有機繊維の選択によっても調整することができる。 In addition, since the interfacial shear strength is an indicator of the adhesive strength at the interface between the fiber and the matrix resin, it can also be adjusted by the degree of modification of the matrix resin and the selection of organic fibers according to that degree of modification.

アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維などの低接着繊維を使用するとき、成形品の曲げ強度を向上させるため、ポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂など、低接着繊維に対する高接着樹脂に組み合わせるのが衝撃強度および曲げ強度向上の観点から好ましい。中でも、ポリプロピレン樹脂および/またはポリエステル樹脂が好ましい。特に、マトリックス樹脂として、ポリオレフィン樹脂の中でも、ポリプロピレン樹脂を用いる場合は、無変性ポリプロピレン樹脂でも変性ポリプロピレン樹脂であってもよいが、界面せん断強度向上のためには、無変性ポリプロピレン樹脂と変性ポリプロピレン樹脂を共に用いることが好ましい。特に、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維などの低接着繊維では、界面せん断強度向上のために、無変性ポリプロピレン樹脂と変性ポリプロピレン樹脂の重量比が99/1~90/10となるように用いることが好ましい。より好ましくは97/3~95/5、さらに好ましくは97/3~96/4である。 When using low-adhesion fibers such as aramid fibers and polyparaphenylene benzoxazole fibers, it is preferable to combine them with a resin with high adhesion to low-adhesion fibers, such as polyolefin resin, polyamide resin, polyester resin, or polycarbonate resin, in order to improve the bending strength of the molded product, from the viewpoint of improving impact strength and bending strength. Among them, polypropylene resin and/or polyester resin are preferable. In particular, when using polypropylene resin among polyolefin resins as the matrix resin, it may be unmodified polypropylene resin or modified polypropylene resin, but it is preferable to use both unmodified polypropylene resin and modified polypropylene resin in order to improve the interfacial shear strength. In particular, for low-adhesion fibers such as aramid fibers and polyparaphenylene benzoxazole fibers, it is preferable to use unmodified polypropylene resin and modified polypropylene resin in a weight ratio of 99/1 to 90/10 in order to improve the interfacial shear strength. It is more preferable to use 97/3 to 95/5, and even more preferable to use 97/3 to 96/4.

一方、液晶ポリエステル(LCP)繊維などの高接着繊維を使用するとき、ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアリールスルホン樹脂、ポリアリールケトン樹脂、ポリアリーレンエーテル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリアリールエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリーレンスルフィドスルフォン樹脂など、高接着繊維に対する低接着樹脂に組み合わせるのが衝撃強度および曲げ強度向上の観点から好ましい。中でも、ポリオレフィン樹脂および/またはポリアリーレンスルフィド樹脂が好ましい。特に、マトリックス樹脂として、ポリオレフィン樹脂の中でも、ポリプロピレン樹脂を用いる場合は、無変性ポリプロピレン樹脂でも変性ポリプロピレン樹脂であってもよいが、界面せん断強度向上のためには、無変性ポリプロピレン樹脂と変性ポリプロピレン樹脂を共に用いることが好ましい。より具体的には、無変性ポリプロピレン樹脂と変性ポリプロピレン樹脂の重量比が99/1~80/20となるように用いることが好ましい。衝撃強度と曲げ強度のバランスから、97/3~85/15がより好ましい。 On the other hand, when using highly adhesive fibers such as liquid crystal polyester (LCP) fibers, it is preferable to combine them with low adhesive resins such as polyolefin resins, polystyrene resins, polyarylsulfone resins, polyarylketone resins, polyarylene ether resins, polyarylene sulfide resins, polyaryletherketone resins, polyethersulfone resins, and polyarylenesulfide sulfone resins from the viewpoint of improving impact strength and bending strength. Among them, polyolefin resins and/or polyarylene sulfide resins are preferable. In particular, when polypropylene resin is used as the matrix resin among polyolefin resins, it may be unmodified polypropylene resin or modified polypropylene resin, but it is preferable to use both unmodified polypropylene resin and modified polypropylene resin in order to improve the interfacial shear strength. More specifically, it is preferable to use unmodified polypropylene resin and modified polypropylene resin in a weight ratio of 99/1 to 80/20. From the viewpoint of the balance between impact strength and bending strength, 97/3 to 85/15 is more preferable.

本発明の成形品は、繊維強化熱可塑性樹脂組成物かならる成形材料(以下、「成形材料」という。)を成形して得ることができる。成形材料としては、ペレット状成形材料、シート状成形材料、プリプレグなどを好適に用いることができる。成形材料の態様は様々であり、成形性、力学特性および取り扱い性などの観点から選択することができる。特にペレット状成形材料は、連続的に安定した成形品を得ることができる点で好ましく、不連続繊維プリプレグは賦形性および力学特性とのバランスに優れており好ましい。 The molded article of the present invention can be obtained by molding a molding material (hereinafter referred to as "molding material") made of a fiber-reinforced thermoplastic resin composition. As the molding material, pellet-shaped molding material, sheet-shaped molding material, prepreg, etc. can be suitably used. There are various forms of molding material, and they can be selected from the viewpoints of moldability, mechanical properties, and handleability. In particular, pellet-shaped molding material is preferred because it allows the continuous production of stable molded articles, and discontinuous fiber prepreg is preferred because it has an excellent balance between moldability and mechanical properties.

本発明の成形品に用いるペレット状成形材料は、無機繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)に加えて成形工程における成形品の繊維分散を良好にするために成分(D)含んでもよい。 The pellet-shaped molding material used in the molded product of the present invention may contain, in addition to inorganic fibers (A), organic fibers (B), and thermoplastic resin (C), component (D) to improve fiber dispersion in the molded product during the molding process.

成分(D)は、低分子量である場合が多く、常温においては通常比較的脆く破砕しやすい固体や液体であることが多い。成分(D)は低分子量であるため、高流動性であり、無機繊維(A)と有機繊維(B)の熱可塑性樹脂(C)内への分散効果を高めることができる。成分(D)としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、テルペン樹脂、環状ポリアリーレンスルフィド樹脂などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。成分(D)としては、熱可塑性樹脂(C)との親和性の高いものが好ましい。熱可塑性樹脂(C)との親和性の高い成分(D)を選択することにより、成形材料の製造時や成形時に、熱可塑性樹脂(C)と効率良く相溶するため、無機繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。 Component (D) is often low molecular weight, and is usually a solid or liquid that is relatively brittle and easily crushed at room temperature. Since component (D) has a low molecular weight, it has high fluidity and can enhance the dispersion effect of inorganic fiber (A) and organic fiber (B) in thermoplastic resin (C). Examples of component (D) include epoxy resin, phenol resin, terpene resin, and cyclic polyarylene sulfide resin. Two or more of these may be contained. Component (D) is preferably one that has high affinity with thermoplastic resin (C). By selecting component (D) that has high affinity with thermoplastic resin (C), it is possible to efficiently dissolve with thermoplastic resin (C) during the production of molding material and molding, and thus to further improve the dispersibility of inorganic fiber (A) and organic fiber (B).

成分(D)は、熱可塑性樹脂(C)との組み合わせに応じて適宜選択される。例えば、成形温度が150℃~270℃の範囲であれば、テルペン樹脂が好適に用いられる。成形温度が270℃~320℃の範囲であれば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、環状ポリアリーレンスルフィド樹脂が好適に用いられる。具体的には、熱可塑性樹脂(C)がポリプロピレン樹脂である場合は、成分(D)はテルペン樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂(C)がポリカーボネート樹脂やポリアリーレンスルフィド樹脂である場合は、成分(D)はエポキシ樹脂、フェノール樹脂、環状ポリアリーレンスルフィド樹脂が好ましい。熱可塑性樹脂(C)がポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂である場合は、成分(D)はテルペンフェノール樹脂が好ましい。 Component (D) is appropriately selected depending on the combination with thermoplastic resin (C). For example, if the molding temperature is in the range of 150°C to 270°C, terpene resin is preferably used. If the molding temperature is in the range of 270°C to 320°C, epoxy resin, phenol resin, and cyclic polyarylene sulfide resin are preferably used. Specifically, if the thermoplastic resin (C) is a polypropylene resin, component (D) is preferably a terpene resin. If the thermoplastic resin (C) is a polycarbonate resin or a polyarylene sulfide resin, component (D) is preferably an epoxy resin, a phenol resin, or a cyclic polyarylene sulfide resin. If the thermoplastic resin (C) is a polyamide resin or a polyester resin, component (D) is preferably a terpene phenol resin.

成分(D)の200℃における溶融粘度は、0.01~10Pa・sが好ましい。200℃における溶融粘度が0.01Pa・s以上であれば、無機繊維(A)および有機繊維(B)の内部に含浸させた成分(D)の凝集を防ぐことができ、成分(D)を均一に付着できる。このため成形材料を成形する際、無機繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。溶融粘度は、0.05Pa・s以上がより好ましく、0.1Pa・s以上がさらに好ましい。一方、200℃における溶融粘度が10Pa・s以下であれば、成分(D)の含浸速度があがるため、成分(D)を無機繊維(A)および有機繊維(B)に均一に付着できる。溶融粘度は、5Pa・s以下がより好ましく、2Pa・s以下がさらに好ましい。ここで、熱可塑性樹脂(C)および成分(D)の200℃における溶融粘度は、40mmのパラレルプレートを用いて、0.5Hzにて、粘弾性測定器により測定することができる。 The melt viscosity of component (D) at 200°C is preferably 0.01 to 10 Pa·s. If the melt viscosity at 200°C is 0.01 Pa·s or more, the aggregation of component (D) impregnated inside the inorganic fiber (A) and organic fiber (B) can be prevented, and component (D) can be attached uniformly. Therefore, when molding the molding material, the dispersibility of inorganic fiber (A) and organic fiber (B) can be further improved. The melt viscosity is more preferably 0.05 Pa·s or more, and even more preferably 0.1 Pa·s or more. On the other hand, if the melt viscosity at 200°C is 10 Pa·s or less, the impregnation speed of component (D) increases, and component (D) can be attached uniformly to inorganic fiber (A) and organic fiber (B). The melt viscosity is more preferably 5 Pa·s or less, and even more preferably 2 Pa·s or less. Here, the melt viscosity of thermoplastic resin (C) and component (D) at 200°C can be measured with a viscoelasticity measuring device at 0.5 Hz using a 40 mm parallel plate.

なお、成形材料を製造するにあたっては、後述のとおり、無機繊維(A)および有機繊維(B)に成分(D)を付着させて一旦複合繊維束(E)を得ることが好ましいが、成分(D)を供給する際の溶融温度(溶融バス内の温度)は100~300℃が好ましい。そこで、成分(D)の無機繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性の指標として、成分(D)の200℃における溶融粘度に着目した。200℃における溶融粘度が上記の好ましい範囲であれば、かかる好ましい溶融温度範囲において、無機繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性に優れるため、成形品における無機繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させ、成形品の力学特性、特に衝撃強度をより向上させることができる。 In addition, when producing a molding material, as described below, it is preferable to first obtain a composite fiber bundle (E) by attaching component (D) to inorganic fibers (A) and organic fibers (B). The melting temperature (temperature in the melting bath) when supplying component (D) is preferably 100 to 300°C. Therefore, we focused on the melt viscosity of component (D) at 200°C as an index of the impregnation of inorganic fibers (A) and organic fibers (B) with component (D). If the melt viscosity at 200°C is in the above-mentioned preferred range, the impregnation of inorganic fibers (A) and organic fibers (B) is excellent in this preferred melting temperature range, and the dispersibility of inorganic fibers (A) and organic fibers (B) in the molded product can be further improved, and the mechanical properties of the molded product, especially the impact strength, can be further improved.

成分(D)の重量平均分子量は、200~50,000が好ましい。重量平均分子量が200以上であれば、成形品の力学特性、特に衝撃強度をより向上させることができる。重量平均分子量は1,000以上がより好ましい。また、重量平均分子量が50,000以下であれば、成分(D)の粘度が適度に低いことから、成形品中に含まれる無機繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性に優れ、成形品中における無機繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。重量平均分子量は3,000以下がより好ましい。なお、かかる化合物の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。 The weight average molecular weight of component (D) is preferably 200 to 50,000. If the weight average molecular weight is 200 or more, the mechanical properties of the molded article, particularly the impact strength, can be further improved. The weight average molecular weight is more preferably 1,000 or more. Furthermore, if the weight average molecular weight is 50,000 or less, the viscosity of component (D) is appropriately low, so that the impregnation of the inorganic fiber (A) and organic fiber (B) contained in the molded article is excellent, and the dispersibility of the inorganic fiber (A) and organic fiber (B) in the molded article can be further improved. The weight average molecular weight is more preferably 3,000 or less. The weight average molecular weight of such a compound can be measured using gel permeation chromatography (GPC).

成分(D)は、10℃/分昇温(空気中)における成形温度での加熱減量が5重量%以下であることが好ましい。より好ましくは3重量%以下である。かかる加熱減量が5重量%以下の場合、無機繊維(A)および有機繊維(B)へ含浸した際に分解ガスの発生を抑制することができ、成形した際にボイドの発生を抑制することができる。また、特に高温における成形において、発生ガスを抑制することができる。 It is preferable that component (D) has a heat loss of 5% or less by weight at the molding temperature when heated at a rate of 10°C/min (in air). More preferably, it is 3% or less by weight. When the heat loss is 5% or less by weight, the generation of decomposition gas can be suppressed when impregnated into inorganic fiber (A) and organic fiber (B), and the generation of voids can be suppressed during molding. Furthermore, the generation of gas can be suppressed, particularly during molding at high temperatures.

なお、本発明における加熱減量とは、加熱前の成分(D)の重量を100%とし、前記加熱条件における加熱前後での成分(D)の重量減量率を表し、下記式により求めることができる。加熱前後の重量は、白金サンプルパンを用いて、空気雰囲気下、昇温速度10℃/分の条件にて、成形温度における重量を熱重量分析(TGA)により測定することにより求めることができる。
加熱減量[重量%]={(加熱前重量-加熱後重量)/加熱前重量}×100 。
In the present invention, the heat loss refers to the weight loss rate of component (D) before and after heating under the above heating conditions, with the weight of component (D) before heating being taken as 100%, and can be calculated by the following formula: The weight before and after heating can be determined by measuring the weight at the molding temperature by thermogravimetric analysis (TGA) using a platinum sample pan under conditions of an air atmosphere and a heating rate of 10° C./min.
Heating loss [weight %] = {(weight before heating - weight after heating)/weight before heating} x 100.

本発明において、成分(D)として好ましく用いられるエポキシ樹脂とは、2つ以上のエポキシ基を有する化合物であって、実質的に硬化剤が含まれておらず、加熱しても、いわゆる三次元架橋による硬化をしないものをいう。エポキシ樹脂は、エポキシ基を有することにより、無機繊維(A)および有機繊維(B)と相互作用しやすくなる。そのため、含浸時に複合繊維束(E)を構成する無機繊維(A)および有機繊維(B)と馴染みやすい。また、成形加工時の無機繊維(A)および有機繊維(B)の分散性がより向上する。 In the present invention, the epoxy resin preferably used as component (D) is a compound having two or more epoxy groups, substantially does not contain a curing agent, and does not cure by so-called three-dimensional crosslinking even when heated. The epoxy resin has epoxy groups, which makes it easier to interact with the inorganic fibers (A) and organic fibers (B). Therefore, it is easy to blend with the inorganic fibers (A) and organic fibers (B) that make up the composite fiber bundle (E) during impregnation. In addition, the dispersibility of the inorganic fibers (A) and organic fibers (B) during molding is further improved.

ここで、成分(D)として好ましく用いられるエポキシ樹脂としては、例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。 Here, examples of epoxy resins that are preferably used as component (D) include glycidyl ether type epoxy resins, glycidyl ester type epoxy resins, glycidyl amine type epoxy resins, and alicyclic epoxy resins. Two or more of these may be used.

グリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂、ハロゲン化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールA型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エーテル結合を有する脂肪族エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビフェニルアラルキル型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂等が挙げられる。 Examples of glycidyl ether type epoxy resins include bisphenol A type epoxy resins, bisphenol F type epoxy resins, bisphenol AD type epoxy resins, halogenated bisphenol A type epoxy resins, bisphenol S type epoxy resins, resorcinol type epoxy resins, hydrogenated bisphenol A type epoxy resins, phenol novolac type epoxy resins, cresol novolac type epoxy resins, aliphatic epoxy resins having ether bonds, naphthalene type epoxy resins, biphenyl type epoxy resins, biphenyl aralkyl type epoxy resins, dicyclopentadiene type epoxy resins, etc.

グリシジルエステル型エポキシ樹脂としては、例えば、ヘキサヒドロフタル酸グリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエステル等が挙げられる。 Examples of glycidyl ester type epoxy resins include hexahydrophthalic acid glycidyl ester and dimer acid diglycidyl ester.

グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、例えば、トリグリシジルイソシアヌレート、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、アミノフェノール型エポキシ樹脂等が挙げられる。 Examples of glycidylamine type epoxy resins include triglycidyl isocyanurate, tetraglycidyldiaminodiphenylmethane, tetraglycidylmeta-xylylenediamine, and aminophenol type epoxy resins.

脂環式エポキシ樹脂としては、例えば、3,4-エポキシ-6-メチルシクロヘキシルメチルカルボキシレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート等が挙げられる。 Examples of alicyclic epoxy resins include 3,4-epoxy-6-methylcyclohexylmethylcarboxylate and 3,4-epoxycyclohexylmethylcarboxylate.

中でも、粘度と耐熱性のバランスに優れるため、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂が好ましく、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂がより好ましい。 Among these, glycidyl ether type epoxy resins are preferred because they have an excellent balance between viscosity and heat resistance, and bisphenol A type epoxy resins and bisphenol F type epoxy resins are more preferred.

また、成分(D)として用いられるエポキシ樹脂の重量平均分子量は、200~5000であることが好ましい。エポキシ樹脂の重量平均分子量が200以上であれば、成形品の力学特性をより向上させることができる。800以上がより好ましく、1000以上がさらに好ましい。一方、エポキシ樹脂の重量平均分子量が5000以下であれば、複合繊維束(E)を構成する無機繊維(A)および有機繊維(B)への含浸性に優れ、成形品における無機繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。重量平均分子量は、4000以下がより好ましく、3000以下がさらに好ましい。なお、エポキシ樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。 The weight average molecular weight of the epoxy resin used as component (D) is preferably 200 to 5000. If the weight average molecular weight of the epoxy resin is 200 or more, the mechanical properties of the molded product can be further improved. 800 or more is more preferable, and 1000 or more is even more preferable. On the other hand, if the weight average molecular weight of the epoxy resin is 5000 or less, the impregnation into the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B) constituting the composite fiber bundle (E) is excellent, and the dispersibility of the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B) in the molded product can be further improved. The weight average molecular weight is more preferably 4000 or less, and even more preferably 3000 or less. The weight average molecular weight of the epoxy resin can be measured using gel permeation chromatography (GPC).

また、テルペン樹脂としては、例えば、有機溶媒中でフリーデルクラフツ型触媒存在下、テルペン単量体を、必要に応じて芳香族単量体等と重合して得られる重合体または共重合体などが挙げられる。 Examples of terpene resins include polymers or copolymers obtained by polymerizing a terpene monomer, if necessary with an aromatic monomer, in an organic solvent in the presence of a Friedel-Crafts catalyst.

テルペン単量体としては、例えば、α-ピネン、β-ピネン、ジペンテン、d-リモネン、ミルセン、アロオシメン、オシメン、α-フェランドレン、α-テルピネン、γ-テルピネン、テルピノーレン、1,8-シネオール、1,4-シネオール、α-テルピネオール、β-テルピネオール、γ-テルピネオール、サビネン、パラメンタジエン類、カレン類などが挙げられる。また、芳香族単量体としては、例えば、スチレン、α-メチルスチレン等が挙げられる。中でも、α-ピネン、β-ピネン、ジペンテン、d-リモネンが熱可塑性樹脂(C)との相溶性に優れるため好ましく、さらに、これらのテルペン単量体の単独重合体がより好ましい。 Examples of terpene monomers include α-pinene, β-pinene, dipentene, d-limonene, myrcene, alloocimene, ocimene, α-phellandrene, α-terpinene, γ-terpinene, terpinolene, 1,8-cineole, 1,4-cineole, α-terpineol, β-terpineol, γ-terpineol, sabinene, paramentadienes, and carenes. Examples of aromatic monomers include styrene and α-methylstyrene. Among these, α-pinene, β-pinene, dipentene, and d-limonene are preferred because of their excellent compatibility with the thermoplastic resin (C), and homopolymers of these terpene monomers are even more preferred.

また、これらテルペン樹脂を水素添加処理して得られる水素化テルペン樹脂や、テルペン単量体とフェノール類を、触媒存在下で反応させて得られるテルペンフェノール樹脂を用いることもできる。ここで、フェノール類としては、フェノールのベンゼン環上に、アルキル基、ハロゲン原子および水酸基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を1~3個有するものが好ましく用いられる。その具体例としては、クレゾール、キシレノール、エチルフェノール、ブチルフェノール、t-ブチルフェノール、ノニルフェノール、3,4,5-トリメチルフェノール、クロロフェノール、ブロモフェノール、クロロクレゾール、ヒドロキノン、レゾルシノール、オルシノールなどが挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。これらの中でも、フェノールおよびクレゾールが好ましい。これらの中でも、水素化テルペン樹脂が、熱可塑性樹脂(C)、特にポリプロピレン樹脂との相溶性により優れるため好ましい。 It is also possible to use hydrogenated terpene resins obtained by hydrogenating these terpene resins, and terpene phenol resins obtained by reacting a terpene monomer with a phenol in the presence of a catalyst. Here, as the phenol, one having 1 to 3 substituents selected from the group consisting of an alkyl group, a halogen atom, and a hydroxyl group on the benzene ring of the phenol is preferably used. Specific examples include cresol, xylenol, ethylphenol, butylphenol, t-butylphenol, nonylphenol, 3,4,5-trimethylphenol, chlorophenol, bromophenol, chlorocresol, hydroquinone, resorcinol, orcinol, etc. Two or more of these may be used. Of these, phenol and cresol are preferred. Of these, hydrogenated terpene resins are preferred because they have better compatibility with thermoplastic resins (C), especially polypropylene resins.

また、テルペン樹脂のガラス転移温度は、特に限定しないが、30~100℃であることが好ましい。ガラス転移温度が30℃以上であると、成形加工時に成分(D)の取扱性に優れる。また、ガラス転移温度が100℃以下であると、成形加工時の成分(D)の流動性を適度に抑制し、成形性を向上させることができる。ガラス転移温度は、JIS K7121に従い、DSCにより、昇温速度20℃/分で測定した値を指す。 The glass transition temperature of the terpene resin is not particularly limited, but is preferably 30 to 100°C. If the glass transition temperature is 30°C or higher, the component (D) is easy to handle during molding. If the glass transition temperature is 100°C or lower, the fluidity of the component (D) during molding can be appropriately suppressed, improving moldability. The glass transition temperature refers to the value measured by DSC at a heating rate of 20°C/min in accordance with JIS K7121.

また、テルペン樹脂の重量平均分子量は、200~5000であることが好ましい。重量平均分子量が200以上であれば、成形品の力学特性、特に衝撃強度をより向上させることができる。また、重量平均分子量が5000以下であれば、テルペン樹脂の粘度が適度に低いことから無機繊維(A)および有機繊維(B)の含浸性に優れ、成形品中における無機繊維(A)および有機繊維(B)の分散性をより向上させることができる。なお、テルペン樹脂の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。 The weight-average molecular weight of the terpene resin is preferably 200 to 5000. If the weight-average molecular weight is 200 or more, the mechanical properties of the molded article, particularly the impact strength, can be further improved. If the weight-average molecular weight is 5000 or less, the viscosity of the terpene resin is appropriately low, so that the impregnation of the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B) is excellent, and the dispersibility of the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B) in the molded article can be further improved. The weight-average molecular weight of the terpene resin can be measured using gel permeation chromatography (GPC).

成形材料における成分(D)の含有量は、無機繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)ならびに成分(D)の合計100重量部に対して、1~20重量部が好ましい。成分(D)の含有量が1重量部以上であれば、成形品製造時における無機繊維(A)および有機繊維(B)の流動性がより向上し、分散性がより向上する。成分(D)の含有量は、2重量部以上がより好ましく、4重量部以上がさらに好ましく、7重量部以上がさらにより好ましい。一方、成分(D)の含有量が20重量部以下であれば、成形品の曲げ強度、引張り強度および衝撃強度をより向上させることができる。15重量部以下がより好ましく、12重量部以下がさらに好ましく、10重量部以下がさらにより好ましい。 The content of component (D) in the molding material is preferably 1 to 20 parts by weight per 100 parts by weight of the total of inorganic fibers (A), organic fibers (B), thermoplastic resin (C) and component (D). If the content of component (D) is 1 part by weight or more, the fluidity and dispersibility of inorganic fibers (A) and organic fibers (B) during the production of molded products are further improved. The content of component (D) is more preferably 2 parts by weight or more, even more preferably 4 parts by weight or more, and even more preferably 7 parts by weight or more. On the other hand, if the content of component (D) is 20 parts by weight or less, the bending strength, tensile strength and impact strength of the molded product can be further improved. More preferably, it is 15 parts by weight or less, even more preferably, it is 12 parts by weight or less, and even more preferably, it is 10 parts by weight or less.

成形材料は、無機繊維(A)、有機繊維(B)が、軸方向にほぼ平行に整列されており、かつ無機繊維(A)、有機繊維(B)の長さと成形材料の長さが実質的に同じであることが好ましい。 It is preferable that the inorganic fibers (A) and organic fibers (B) of the molding material are aligned approximately parallel to the axial direction, and that the lengths of the inorganic fibers (A) and organic fibers (B) are substantially the same as the length of the molding material.

続いて、成形材料の製造方法について説明する。成形材料は、例えば、次の方法により得ることができる。
まず、無機繊維(A)のロービングおよび有機繊維(B)のロービングを繊維長手方向に対して並列に合糸し、無機繊維(A)と有機繊維(B)を有する繊維束を作製する。次いで、溶融させた成分(D)を該繊維束に含浸させて複合繊維束(E)を作製する。さらに、溶融した熱可塑性樹脂(C)を含む組成物で満たした含浸ダイに複合繊維束(E)を導き、熱可塑性樹脂(C)を含む組成物を複合繊維束(E)の外側に被覆させ、ノズルを通して引抜く。冷却固化後に所定の長さにペレタイズして、成形材料を得る方法が挙げられる(態様I)。熱可塑性樹脂(C)は、少なくとも複合繊維束(E)の外側に含まれていれば、繊維束中に含浸されていてもよい。
Next, a method for producing the molding material will be described. The molding material can be obtained, for example, by the following method.
First, a roving of inorganic fiber (A) and a roving of organic fiber (B) are combined in parallel with respect to the fiber longitudinal direction to produce a fiber bundle having inorganic fiber (A) and organic fiber (B). Next, the fiber bundle is impregnated with molten component (D) to produce a composite fiber bundle (E). Furthermore, the composite fiber bundle (E) is introduced into an impregnation die filled with a composition containing molten thermoplastic resin (C), and the composition containing thermoplastic resin (C) is coated on the outside of the composite fiber bundle (E), and the composite fiber bundle (E) is drawn through a nozzle. After cooling and solidifying, the composite fiber bundle is pelletized to a predetermined length to obtain a molding material (mode I). The thermoplastic resin (C) may be impregnated into the fiber bundle as long as it is contained at least on the outside of the composite fiber bundle (E).

また、前記方法により作製した複合繊維束(E)を、熱可塑性樹脂(C)を含む組成物で被覆した成形材料と、熱可塑性樹脂(C)を含むペレット(無機繊維(A)および有機繊維(B)を含まないペレット)をペレットブレンドして、成形材料混合物を得てもよい(態様II)。この場合、成形品中における無機繊維(A)、有機繊維(B)の含有量を容易に調整することができる。 In addition, a molding material obtained by coating the composite fiber bundle (E) produced by the above method with a composition containing a thermoplastic resin (C) and pellets containing the thermoplastic resin (C) (pellets not containing inorganic fibers (A) and organic fibers (B)) may be pellet-blended to obtain a molding material mixture (mode II). In this case, the contents of inorganic fibers (A) and organic fibers (B) in the molded product can be easily adjusted.

また、無機繊維(A)を、熱可塑性樹脂(C)を含む組成物で被覆した成形材料と、有機繊維(B)を、熱可塑性樹脂(C)を含む組成物で被覆した成形材料とを、ペレットブレンドして成形材料混合物を得てもよい(態様III)。成分(D)は、無機繊維(A)および/または有機繊維(B)に含浸させることが好ましい。また成分(D)は無機繊維(A)に、後述する成分(G)を有機繊維(B)に含浸させることがより好ましい。ここで、ペレットブレンドとは、溶融混練とは異なり、複数の材料を樹脂成分が溶融しない温度で撹拌・混合し、実質的に均一な状態とすることを指し、主に射出成形や押出成形など、ペレット形状の成形材料を用いる場合に好ましく用いられる。 A molding material in which inorganic fibers (A) are coated with a composition containing a thermoplastic resin (C) and a molding material in which organic fibers (B) are coated with a composition containing a thermoplastic resin (C) may be pellet-blended to obtain a molding material mixture (mode III). It is preferable to impregnate the inorganic fibers (A) and/or the organic fibers (B) with component (D). It is more preferable to impregnate the inorganic fibers (A) with component (D) and the organic fibers (B) with component (G), which will be described later. Here, pellet blending refers to stirring and mixing multiple materials at a temperature at which the resin components do not melt, to make them substantially uniform, unlike melt kneading, and is preferably used when using a pellet-shaped molding material, such as injection molding or extrusion molding.

態様IIIの成形材料混合物について、更に詳細に説明する。成形材料混合物としては、少なくとも熱可塑性樹脂(C)、無機繊維(A)、および成分(D)を含む無機繊維強化熱可塑性樹脂成形材料(X)(以下、「無機繊維強化成形材料(X)」という場合がある。)と、少なくとも熱可塑性樹脂(F)、有機繊維(B)、および、成分(G)(以下、「成分(G)」という場合がある。)を含む有機繊維強化熱可塑性樹脂成形材料(Y)(以下、「有機繊維強化成形材料(Y)」という場合がある。)とに分けて準備し、これらをペレットブレンドすることが好ましい。 The molding material mixture of mode III will be described in more detail. The molding material mixture is preferably prepared separately into an inorganic fiber reinforced thermoplastic resin molding material (X) (hereinafter, sometimes referred to as "inorganic fiber reinforced molding material (X)") containing at least a thermoplastic resin (C), inorganic fiber (A), and component (D) and an organic fiber reinforced thermoplastic resin molding material (Y) (hereinafter, sometimes referred to as "organic fiber reinforced molding material (Y)") containing at least a thermoplastic resin (F), organic fiber (B), and component (G) (hereinafter, sometimes referred to as "component (G)"), and then pellet-blended.

無機繊維強化成形材料(X)は、無機繊維(A)に成分(D)を含浸させてなる複合繊維束(H)を含み、複合繊維束(H)の外側に熱可塑性樹脂(C)を含む構成を有することが好ましい。無機繊維(A)の長さと無機繊維強化成形材料(X)の長さが実質的に同じであることが好ましい。無機繊維(A)は無機繊維強化成形材料(X)の軸芯方向にほぼ平行に配列されていることが好ましい。無機繊維強化成形材料(X)の長さは、3mm以上が好ましく、7mm以上が更に好ましい。30mm以下が好ましい。 The inorganic fiber reinforced molding material (X) preferably has a configuration including a composite fiber bundle (H) formed by impregnating inorganic fibers (A) with component (D) and including a thermoplastic resin (C) on the outside of the composite fiber bundle (H). It is preferable that the length of the inorganic fiber (A) and the length of the inorganic fiber reinforced molding material (X) are substantially the same. It is preferable that the inorganic fiber (A) is arranged approximately parallel to the axial direction of the inorganic fiber reinforced molding material (X). The length of the inorganic fiber reinforced molding material (X) is preferably 3 mm or more, more preferably 7 mm or more. It is preferable that the length is 30 mm or less.

また、有機繊維強化成形材料(Y)は、有機繊維(B)に成分(G)を含浸させてなる複合繊維束(I)を含み、複合繊維束(I)の外側に熱可塑性樹脂(F)を含む構成を有することが好ましい。有機繊維(B)の長さと有機繊維強化成形材料(Y)の長さが実質的に同じであることが好ましい。有機繊維(B)は有機繊維強化成形材料(Y)の軸芯方向にほぼ平行に配列されていることが好ましい。有機繊維強化成形材料(Y)の長さは、3mm以上が好ましく、7mm以上が更に好ましい。30mm以下が好ましい。なお、成分(G)は、先に説明した成分(D)において例示した化合物を用いることができ、成分(D)と成分(G)は同一の化合物であっても、異なる化合物であってもよい。熱可塑性樹脂(F)は、先に説明した熱可塑性樹脂(C)において例示した樹脂を用いることができ、熱可塑性樹脂(C)と熱可塑性樹脂(F)は同一の樹脂であっても、異なる樹脂であってもよい。 The organic fiber reinforced molding material (Y) preferably includes a composite fiber bundle (I) formed by impregnating organic fiber (B) with component (G), and includes a thermoplastic resin (F) on the outside of the composite fiber bundle (I). It is preferable that the length of the organic fiber (B) and the length of the organic fiber reinforced molding material (Y) are substantially the same. It is preferable that the organic fiber (B) is arranged almost parallel to the axial direction of the organic fiber reinforced molding material (Y). The length of the organic fiber reinforced molding material (Y) is preferably 3 mm or more, more preferably 7 mm or more. It is preferable that the length is 30 mm or less. In addition, the compound exemplified in the component (D) described above can be used as the component (G), and the component (D) and the component (G) may be the same compound or different compounds. The resin exemplified in the thermoplastic resin (C) described above can be used as the thermoplastic resin (F), and the thermoplastic resin (C) and the thermoplastic resin (F) may be the same resin or different resins.

次にペレット状成形材料を用いた本発明の成形品の製造方法について説明する。前述の成形材料を用いて成形することにより、無機繊維(A)および有機繊維(B)の分散性に優れ、曲げ強度、衝撃強度に優れる成形品を得ることができる。成形方法としては、金型を用いた成形方法が好ましく、射出成形、押出成形、プレス成形、3次元造形法など、種々の成形方法を用いることができる。特に射出成形機を用いた成形方法により、連続的に安定した成形品を得ることができる。射出成形の条件としては、特に規定はないが、例えば、射出時間:0.5秒~10秒、より好ましくは2秒~10秒、背圧:0.1MPa~10MPa、より好ましくは2MPa~8MPa、保圧力:1MPa~50MPa、より好ましくは1MPa~30MPa、保圧時間:1秒~20秒、より好ましくは5秒~20秒、シリンダー温度:200℃~320℃、金型温度:20℃~100℃の条件が好ましい。ここで、シリンダー温度とは、射出成形機の成形材料を加熱溶融する部分の温度を示し、金型温度とは、所定の形状にするための樹脂を注入する金型の温度を示す。これらの条件、特に射出時間、背圧および金型温度を適宜選択することにより、成形品中の無機繊維および有機繊維の繊維長を容易に調整することができる。 Next, a method for producing a molded product of the present invention using a pellet-shaped molding material will be described. By molding using the above-mentioned molding material, a molded product having excellent dispersibility of inorganic fiber (A) and organic fiber (B) and excellent bending strength and impact strength can be obtained. As a molding method, a molding method using a mold is preferable, and various molding methods such as injection molding, extrusion molding, press molding, and three-dimensional modeling can be used. In particular, a molding method using an injection molding machine can continuously obtain stable molded products. There are no particular regulations regarding the conditions for injection molding, but for example, the following conditions are preferable: injection time: 0.5 seconds to 10 seconds, more preferably 2 seconds to 10 seconds; back pressure: 0.1 MPa to 10 MPa, more preferably 2 MPa to 8 MPa; holding pressure: 1 MPa to 50 MPa, more preferably 1 MPa to 30 MPa; holding pressure time: 1 second to 20 seconds, more preferably 5 seconds to 20 seconds; cylinder temperature: 200°C to 320°C; mold temperature: 20°C to 100°C. Here, the cylinder temperature refers to the temperature of the part of the injection molding machine where the molding material is heated and melted, and the mold temperature refers to the temperature of the mold into which the resin is injected to form the desired shape. By appropriately selecting these conditions, particularly the injection time, back pressure, and mold temperature, the fiber length of the inorganic and organic fibers in the molded product can be easily adjusted.

不連続繊維プリプレグは、無機繊維(A)、有機繊維(B)、熱可塑性樹脂(C)を含有するプリプレグであって、無機繊維(A)および有機繊維(B)は強化繊維基材として含有され、プリプレグ中の無機繊維(A)および/または有機繊維(B)が不連続であることを特徴とするプリプレグである。 A discontinuous fiber prepreg is a prepreg containing inorganic fibers (A), organic fibers (B), and a thermoplastic resin (C), in which the inorganic fibers (A) and organic fibers (B) are contained as reinforcing fiber substrates, and the inorganic fibers (A) and/or organic fibers (B) in the prepreg are discontinuous.

不連続繊維プリプレグは、無機繊維(A)および/または有機繊維(B)が不連続繊維であることが、プレス成形において、複雑形状への賦形性を得るために重要である。 In discontinuous fiber prepregs, it is important that the inorganic fibers (A) and/or organic fibers (B) are discontinuous fibers in order to obtain the ability to be molded into complex shapes during press molding.

不連続繊維を用いたプリプレグにおける成形材料の好ましい形態としては、連続繊維からなる布帛に多数の切り込みを入れ、樹脂の含浸を容易にした基材や、チョップドストランドをマット状に加工したチョップドストランドマット、繊維を実質的に単繊維分散させ、マット状にした繊維マットなどが挙げられ、繊維の二次元配向を容易にする観点から、乾式法や湿式法で得られるマット形態で、繊維が十分に開繊され、かつ繊維同士が有機化合物で目留めされた基材が好ましい形状として例示できる。 Preferable forms of molding materials for prepregs using discontinuous fibers include substrates in which numerous cuts have been made in a fabric made of continuous fibers to facilitate resin impregnation, chopped strand mats in which chopped strands have been processed into a mat, and fiber mats in which fibers have been dispersed into essentially single fibers to form a mat. From the viewpoint of facilitating two-dimensional fiber orientation, a substrate in the form of a mat obtained by a dry or wet method, in which the fibers are sufficiently opened and the fibers are sealed together with an organic compound, is a preferred example.

また、プリプレグの嵩密度は、プリプレグの23℃での体積と、質量から求めることができる。プリプレグの好ましい嵩密度は0.8~1.5であり、より好ましくは0.9~1.4、さらに好ましくは1.0~1.3である。嵩密度が好ましい範囲であれば、プリプレグを用いた成形品が十分な軽量性を確保することができる。同様に、プリプレグの目付としては好ましくは10~500g/mであり、より好ましくは30~400g/mであり、さらに好ましくは100~300g/mである。 The bulk density of the prepreg can be determined from the volume and mass of the prepreg at 23°C. The preferred bulk density of the prepreg is 0.8 to 1.5, more preferably 0.9 to 1.4, and even more preferably 1.0 to 1.3. If the bulk density is within the preferred range, the molded product using the prepreg can ensure sufficient lightness. Similarly, the basis weight of the prepreg is preferably 10 to 500 g/ m2 , more preferably 30 to 400 g/ m2 , and even more preferably 100 to 300 g/ m2 .

プリプレグは、繊維が不連続繊維であれば、面内方向に配向していても、ランダム分散していても良いが、成形品の力学特性のバラツキを抑える観点から、ランダム分散していることが好ましい。 If the fibers in the prepreg are discontinuous, they may be oriented in the in-plane direction or randomly dispersed, but from the viewpoint of suppressing variation in the mechanical properties of the molded product, it is preferable that they are randomly dispersed.

また、繊維が面内方向にランダム分散している場合、繊維はチョップドストランドマットのように束で分散していても、単繊維分散していても良いが、成形品の等方性をより高める観点から、実質的に単繊維分散していることが好ましい。 When the fibers are randomly dispersed in the in-plane direction, they may be dispersed in bundles, as in chopped strand mat, or as single fibers, but from the viewpoint of further enhancing the isotropy of the molded product, it is preferable that the fibers are substantially dispersed as single fibers.

プリプレグに含まれる繊維の配向角の平均値は10~80度が好ましく、より好ましくは20~70度であり、さらに好ましくは30~60度であり、理想的な角度である45度に近づくほど好ましい。配向角の平均値が10度未満または80度より大きいと、繊維が束状のまま多く存在していることを意味しており、単繊維分散したプリプレグと比較すると、配向角の等方性に劣る場合がある。 The average orientation angle of the fibers contained in the prepreg is preferably 10 to 80 degrees, more preferably 20 to 70 degrees, and even more preferably 30 to 60 degrees, and the closer it is to the ideal angle of 45 degrees, the better. If the average orientation angle is less than 10 degrees or more than 80 degrees, this means that many fibers remain in bundles, and compared to prepregs with dispersed single fibers, the isotropy of the orientation angle may be inferior.

配向角を理想的な角度に近づけるには、不連続プリプレグを製造する際に、繊維を分散させ、かつ平面的に配置することで達成できる。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、繊維を分散させる際の攪拌条件を調整する方法、濃度を希薄化する方法、溶液粘度を調整する方法、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、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。 To bring the orientation angle closer to the ideal angle, the fibers can be dispersed and arranged in a plane when manufacturing discontinuous prepreg. In the dry method, examples of methods for increasing fiber dispersion include providing a fiber opening bar, vibrating the fiber opening bar, making the card mesh finer, and adjusting the card rotation speed. In the wet method, examples of methods include adjusting the stirring conditions when dispersing the fibers, diluting the concentration, adjusting the solution viscosity, and suppressing vortexes when transporting the dispersion. In addition, examples of methods for arranging the fibers in a plane in the dry method include using static electricity when piling up the fibers, using rectified air, and adjusting the conveyor take-up speed.

湿式法でも、超音波などで分散した繊維の再凝集を防止する方法、濾過速度を調整する方法、コンベアのメッシュ径を調整する方法、コンベアの引取速度を調整する方法などが例示できる。これらの方法は、特に限定されるものではなく、繊維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。 In the wet process, examples include a method of preventing re-agglomeration of dispersed fibers using ultrasound, a method of adjusting the filtration speed, a method of adjusting the mesh diameter of the conveyor, and a method of adjusting the take-up speed of the conveyor. These methods are not particularly limited, and can also be achieved by controlling other manufacturing conditions while checking the state of the fibers.

プリプレグの製造方法は、特に制限されるものではなく、公知の方法を用いることができる。
例えば、熱可塑樹脂のフィルムを介在させた無機繊維マットおよび/または有機繊維マットを加熱した後、加圧し、熱可塑樹脂を無機繊維マットおよび/または有機繊維マットに含浸・一体化させる方法が挙げられる。
The method for producing the prepreg is not particularly limited, and any known method can be used.
For example, an inorganic fiber mat and/or an organic fiber mat having a thermoplastic resin film interposed therebetween is heated and then pressurized to impregnate and integrate the thermoplastic resin into the inorganic fiber mat and/or the organic fiber mat.

加熱・加圧方法としては、例えば、金型プレスやオートクレーブ中で高温高圧をかける方法が挙げられる。また、ダブルベルトプレスまたはカレンダーロールなどの装置を用い、シート材料を所望の温度および圧力にかけられる圧着帯域に送り込む方法も挙げられる。このようにして、連続的または半連続的な工程を操作して、プリプレグを製造することができる。 Examples of heating and pressurizing methods include applying high temperature and pressure in a mold press or autoclave. Other methods include using a double belt press or calendar roll or other device to feed the sheet material into a bonding zone where the desired temperature and pressure can be applied. In this way, a continuous or semi-continuous process can be operated to produce prepregs.

プリプレグを用いた成形品は加熱・加圧して成形することで得ることができる。上述のプリプレグの製造における加圧・加熱工程を利用して、同工程での成形品を成形することができ、またプリプレグを製造した後、再度プリプレグを加熱・加圧して成形することもできる。加圧・加熱方法については特に制限は無く公知の方法を用いることができ、例えばプレス成形が挙げられる。プレス成形の種類は成形品の形状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、プリプレグの積層体に曲げ、せん断、圧縮等の変形を与えて成形品を得る方法である。成形形態としては、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、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。 Molded products using prepregs can be obtained by molding them under heat and pressure. The above-mentioned pressurizing and heating process in the manufacture of prepregs can be used to mold molded products in the same process, and after the prepregs are manufactured, they can be molded by heating and pressurizing them again. There are no particular restrictions on the pressurizing and heating method, and known methods can be used, such as press molding. The type of press molding can be selected according to the shape of the molded product. Here, press molding is a method in which a laminate of prepregs is deformed by bending, shearing, compression, etc., using processing machines and molds, tools, other molding jigs and auxiliary materials, etc., to obtain a molded product. Examples of molding forms include drawing, deep drawing, flanges, call gates, edge curling, and stamping. In addition, as a method of press molding, it is more preferable to use a mold pressing method in which molding is performed using a metal mold, from the viewpoints of the amount of energy used in the equipment and molding process, the simplification of the molding jigs and auxiliary materials used, and the freedom of molding pressure and temperature.

金型プレス法としては、プリプレグおよび/または、熱可塑樹脂のフィルムを介在させた無機繊維マットおよび/または有機繊維マッ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、金型の冷却によりプリプレグの冷却をおこない成形品を得るヒートアンドクール法や、予めプリプレグおよび/または、熱可塑樹脂のフィルムを介在させた無機繊維マットおよび/または有機繊維マットを、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、熱可塑樹脂を溶融、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法を採用することができる。 As the mold pressing method, a heat and cool method can be used in which an inorganic fiber mat and/or an organic fiber mat with a prepreg and/or a thermoplastic resin film interposed therebetween is placed in a mold in advance, pressurized and heated while the mold is being clamped, and then the mold is cooled while the mold is still clamped to cool the prepreg to obtain a molded product; or a stamping method can be used in which an inorganic fiber mat and/or an organic fiber mat with a prepreg and/or a thermoplastic resin film interposed therebetween is heated to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the matrix resin using a heating device such as a far-infrared heater, a heating plate, a high-temperature oven, or a dielectric heater, and in a state in which the thermoplastic resin is melted and softened, is placed on a mold that will become the lower surface of the molding die, the mold is then closed to clamp, and then pressurized and cooled.

プリプレグの厚みは、積層してプリフォーム化する工程での取扱い性の観点から、23℃での厚みで0.03~1mmであることが好ましく、より好ましくは0.05~0.8mmであり、さらに好ましくは0.1~0.6mmである。0.03mm未満ではプリプレグが破ける場合があり、1mmを越えると賦形性を損なう場合がある。 From the viewpoint of ease of handling during the lamination and preforming process, the thickness of the prepreg is preferably 0.03 to 1 mm at 23°C, more preferably 0.05 to 0.8 mm, and even more preferably 0.1 to 0.6 mm. If it is less than 0.03 mm, the prepreg may break, and if it exceeds 1 mm, its formability may be impaired.

厚みの測定部位については、プリプレグにおいて2点x,yを、該プリプレグの面内において直線距離xyが最も長くなるように決定する。次に該直線xyを10等分以上した際の両端xyを除く各分割点を厚みの測定点とする。各測定点における厚みの平均値をプリプレグの厚みとする。 The thickness measurement locations are determined by determining two points x and y on the prepreg so that the linear distance xy is the longest within the plane of the prepreg. Next, the line xy is divided into 10 or more equal parts, and each division point excluding both ends xy is used as the thickness measurement point. The average value of the thickness at each measurement point is the thickness of the prepreg.

本発明の成形品および成形材料の用途としては、インストルメントパネル、ドアビーム、アンダーカバー、スペアタイヤカバー、フロントエンド、構造用部材、内部部品などの自動車部品や、電話、ファクシミリ、VTR、コピー機、テレビ、電子レンジ、音響機器、トイレタリー用品、レーザーディスク(登録商標)、冷蔵庫、エアコンなどの家庭・事務電気製品部品、パーソナルコンピューター、携帯電話などに使用される筐体や、パーソナルコンピューターの内部でキーボードを支持するキーボード支持体に代表される電気・電子機器用部材、自転車のサドルやペダル、ゴルフシャフトなどのスポーツ用品用途などが挙げられる。 Applications of the molded articles and molding materials of the present invention include automobile parts such as instrument panels, door beams, undercovers, spare tire covers, front ends, structural members, and internal parts; parts for home and office electrical appliances such as telephones, facsimiles, VTRs, copy machines, televisions, microwave ovens, audio equipment, toiletries, laser discs (registered trademark), refrigerators, and air conditioners; parts for electrical and electronic equipment such as housings used in personal computers and mobile phones, and keyboard supports that support the keyboard inside a personal computer; and sports goods such as bicycle saddles and pedals and golf shafts.

以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。まず、本実施例で用いる各種特性の評価方法について説明する。 The present invention will be explained in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the description of these examples. First, the methods for evaluating the various characteristics used in the examples will be explained.

(1)無機繊維の重量平均繊維長(LwI
幅10mm、長さ80mmの成形品を、電気炉を用いて空気中において、500℃の温度で30分間加熱して熱可塑性樹脂(C)および有機繊維(B)を十分に焼却除去して無機繊維(A)を分離した。分離した無機繊維(A)を、無作為に少なくとも400本以上抽出し、光学顕微鏡にてその長さを測定して、下記式から重量平均繊維長を算出した。
Σ(M )/Σ(M
Mi:繊維長(mm)
Ni:繊維長Miの繊維の本数。
(1) Weight average fiber length of inorganic fibers ( LwI )
A molded product having a width of 10 mm and a length of 80 mm was heated in air using an electric furnace at a temperature of 500° C. for 30 minutes to thoroughly incinerate and remove the thermoplastic resin (C) and the organic fibers (B) to separate the inorganic fibers (A). At least 400 of the separated inorganic fibers (A) were randomly selected, and their lengths were measured using an optical microscope to calculate the weight average fiber length according to the following formula.
Σ(M i 2 N i )/Σ(M i N i )
Mi: fiber length (mm)
Ni: number of fibers of fiber length Mi.

(2)有機繊維(B)の重量平均繊維長(Lwo
20mm×20mmの成形品を沸点(約140℃)のキシレンに浸漬し、12時間以上、成形品から熱可塑性樹脂(C)を除去できるまで環流した。その後、濾別した有機繊維(B)を含む集合体から有機繊維(B)のみを無作為に少なくとも20本以上採取し、光学顕微鏡にてその長さを測定して、下記式から重量平均繊維長を算出した。
Σ(M )/Σ(M
Mi:繊維長(mm)
Ni:繊維長Miの繊維の本数。
(2) Weight average fiber length (L wo ) of organic fiber (B)
A molded article of 20 mm x 20 mm was immersed in xylene at its boiling point (about 140°C) and refluxed for 12 hours or more until the thermoplastic resin (C) could be removed from the molded article. After that, at least 20 organic fibers (B) were randomly sampled from the aggregate containing the organic fibers (B) that had been separated by filtration, and their lengths were measured using an optical microscope, and the weight average fiber length was calculated from the following formula.
Σ(M i 2 N i )/Σ(M i N i )
Mi: fiber length (mm)
Ni: number of fibers of fiber length Mi.

(3)繊維径の測定(d,d
連続繊維の形態の無機繊維(A)または有機繊維(B)を約10mmに切断し、走査型電子顕微鏡(1000~5000倍)にて繊維径を観察した。無作為に選んだ10本の無機繊維(A)または、有機繊維(B)について、それぞれ繊維径[μm]を計測して、平均値を求めた。
(3) Measurement of fiber diameter ( dI , dO )
The inorganic fibers (A) or organic fibers (B) in the form of continuous fibers were cut to about 10 mm, and the fiber diameter was observed using a scanning electron microscope (1000 to 5000 times magnification). The fiber diameter [μm] of each of 10 randomly selected inorganic fibers (A) or organic fibers (B) was measured, and the average value was calculated.

(4)配向係数
成形材料の形態がプリプレグである成形品における有機繊維(B)の配向角は、マットの状態での繊維配向から、2次元方向に完全ランダムと確認できたため、配向係数αを0.64とした。成形材料の形態がペレットの場合には、厚さ10mm、長さ80mm、幅4mmの成形品の厚さとの幅との面の表面を光学顕微鏡で観察し、確認できる繊維の端部をつなぎ、曲げ方向の法線に対する配向角θ(0~π)を測定した。以下の式を用いて配向係数αを算出した。なお、Nは50以上の測定繊維数である。
α=(Σ|cosθ|)/N
(4) Orientation coefficient The orientation angle of the organic fiber (B) in the molded product in the form of a prepreg molding material was confirmed to be completely random in the two-dimensional direction from the fiber orientation in the mat state, so the orientation coefficient α was set to 0.64. When the molding material was in the form of a pellet, the surface of the thickness and width of a molded product with a thickness of 10 mm, length of 80 mm, and width of 4 mm was observed with an optical microscope, and the ends of the fibers that could be confirmed were connected to measure the orientation angle θ (0 to π) with respect to the normal line of the bending direction. The orientation coefficient α was calculated using the following formula. Note that N is the number of fibers measured, which is 50 or more.
α=(Σ|cosθ|)/N

(5)有機繊維(B)の強度(σ
有機繊維(B)の強度は、JIS L1013:1999記載の方法に準じて、試料長100mm、引張速度10mm/分の条件で測定した引張り強さ[mN/tex]に繊維密度[g/cm]を掛け合わすことで引張り強度[MPa]を測定した。
(5) Strength of organic fiber (B) (σ o )
The strength of the organic fiber (B) was measured in accordance with the method described in JIS L1013:1999 by multiplying the tensile strength [mN/tex] measured under conditions of a sample length of 100 mm and a pulling speed of 10 mm/min by the fiber density [g/ cm3 ] to obtain a tensile strength [MPa].

(6)有機繊維の繊維含有体積分率(Vfo
成形品における有機繊維の繊維含有体積分率は原料の配合量から算出した。成形材料がマットの場合には、使用した原料成分の目付を比重で割り返すことで、単位面積当たりの成形品に含まれる各原料成分の体積を算出し、有機繊維の体積割合を算出した。成形材料がペレットの場合には、原料の投入重量を比重で割り返すことにより、単位重量当たりの各成分の体積を算出し、全体積に対する有機繊維の体積割合を算出した。
(6) Volume fraction of organic fibers ( Vfo )
The fiber volume fraction of the organic fiber in the molded product was calculated from the blending amount of the raw materials. When the molding material was a mat, the basis weight of the raw material components used was divided by the specific gravity to calculate the volume of each raw material component contained in the molded product per unit area, and the volume fraction of the organic fiber was calculated. When the molding material was a pellet, the input weight of the raw materials was divided by the specific gravity to calculate the volume of each component per unit weight, and the volume fraction of the organic fiber to the total volume was calculated.

(7)成形品のシャルピー衝撃強度測定
各実施例および比較例により得られた厚さ10mm、長さ80mm、幅3mmまたは4mmの成形品を用いて、株式会社東京試験機製C1-4-01型試験機を用い、幅の規格以外は、ISO179に準拠してVノッチ付きシャルピー衝撃試験を実施し、衝撃強度(kJ/m)を算出した。ノッチ深さは2mmとした。
(7) Measurement of Charpy impact strength of molded products Using molded products of 10 mm thickness, 80 mm length, and 3 mm or 4 mm width obtained in each Example and Comparative Example, a V-notched Charpy impact test was carried out using a C1-4-01 tester manufactured by Tokyo Test Instruments Co., Ltd. in accordance with ISO 179 except for the width standard, and the impact strength (kJ/m 2 ) was calculated. The notch depth was 2 mm.

(8)成形品の曲げ強度測定
(7)と同形状のVノッチ付きシャルピー衝撃試験片を3点曲げ試験冶具(圧子半径5mm、支点距離62mm)に設置し、Vノッチの背面から試験速度10mm/分の試験条件にて応力を加え、曲げ強度を測定した。試験機として、“インストロン(登録商標)”万能試験機5566型(インストロン社製)を用いた。曲げ強度σの算出式は以下を用いた。
σ=(3FL)/(2bh
ここで、F、L、b、hはそれぞれ、曲げ荷重F[N]、支点間距離L[mm]、試験片幅b[mm]、試験片厚さh[mm]を示し、厚さhは成形品の厚さからノッチ深さを引いた8mmとした。
(8) Measurement of bending strength of molded product A V-notched Charpy impact test piece of the same shape as in (7) was placed on a three-point bending test jig (indenter radius 5 mm, fulcrum distance 62 mm), and stress was applied from the back of the V-notch at a test speed of 10 mm/min to measure bending strength. The test machine used was an "Instron (registered trademark)" universal testing machine Model 5566 (manufactured by Instron Corporation). The following formula was used to calculate bending strength σ c .
σ c = (3FL)/(2bh 2 )
Here, F, L, b, and h respectively represent the bending load F [N], the distance between supports L [mm], the test piece width b [mm], and the test piece thickness h [mm], and the thickness h was set to 8 mm, which is the thickness of the molded product minus the notch depth.

(9)接着性評価(界面せん断強度τの測定)
無機繊維(A)および有機繊維(B)と、熱可塑性樹脂(C)との接着性を以下の第1工程~第3工程により評価し、界面せん断強度τおよびτを求めた。
<第1工程>
取り扱いやすい長さに切断した単糸を準備した。図1に示すように、固定ジグ1に抽出した単糸2を中央線4に合わせ、接着剤3で真直に貼り付けた。接着剤硬化後、固定ジグ1の両端からはみ出す単糸長さが最大となるよう、単糸を切断した。上記の工程にて、図2に示すような、固定ジグ1の両端から単糸が真直にはみ出した固定ジグ付き単糸を得た。
(9) Adhesion evaluation (measurement of interfacial shear strength τ)
The adhesion between the inorganic fiber (A) and the organic fiber (B) and the thermoplastic resin (C) was evaluated by the following first to third steps, and the interfacial shear strengths τ I and τ O were determined.
<First step>
A single yarn cut to a length that was easy to handle was prepared. As shown in Fig. 1, an extracted single yarn 2 was aligned with a center line 4 on a fixing jig 1 and attached straight with an adhesive 3. After the adhesive hardened, the single yarn was cut so that the length of the single yarn sticking out from both ends of the fixing jig 1 was maximized. Through the above process, a single yarn with a fixing jig was obtained, in which the single yarn sticks out straight from both ends of the fixing jig 1, as shown in Fig. 2.

<第2工程>
予め、台座5をヒーター上に配置し、台座5の表面に対する垂直方向の距離を測定するマイクロメータを備えたZステージに、第1工程で得られた固定ジグ付き単糸を、単糸2の長手方向を台座5の表面に垂直にするように取り付けた。ヒーター上の台座5の表面と単糸2の先端が接触する位置をマイクロメータの0点に合わせた後、0点から単糸2を上昇させ、その下方の台座5に熱可塑性樹脂6を置き210℃に加熱した。溶融した熱可塑性樹脂6の上部から単糸2を下降させて、単糸2の端部を溶融樹脂6中に埋め込んだ。この際、マイクロメータを用いて埋め込み深さが約300μmになるように制御し、マイクロメータの値から台座5の表面から単糸先端までの距離Hを測定した。単糸2を埋め込んだ樹脂6を常温まで冷却、固化した後、台座5の表面から熱収縮後の樹脂6の頂部までの高さHを測定した。その後、単糸2が樹脂6から数mmはみ出した位置で単糸2を切断し、台座5ごと取りだし、図3に示すようなサンプルを得た。
埋め込み深さHは、図4に示すように埋め込み時の台座5の表面から単糸2の先端までの距離Hおよび埋め込み完了後の台座5の表面から樹脂6の高さHを用いて、次式を用いて求めた。
H=H-H
<Second step>
In advance, the base 5 was placed on the heater, and the single yarn with the fixing jig obtained in the first step was attached to a Z stage equipped with a micrometer for measuring the vertical distance to the surface of the base 5 so that the longitudinal direction of the single yarn 2 was perpendicular to the surface of the base 5. After the position where the surface of the base 5 on the heater and the tip of the single yarn 2 contact each other was adjusted to the zero point of the micrometer, the single yarn 2 was raised from the zero point, and the thermoplastic resin 6 was placed on the base 5 below it and heated to 210 ° C. The single yarn 2 was lowered from the top of the molten thermoplastic resin 6 to embed the end of the single yarn 2 in the molten resin 6. At this time, the embedding depth was controlled to about 300 μm using a micrometer, and the distance H X from the surface of the base 5 to the tip of the single yarn was measured from the value of the micrometer. After the resin 6 in which the single yarn 2 was embedded was cooled to room temperature and solidified, the height H Y from the surface of the base 5 to the top of the resin 6 after thermal shrinkage was measured. Thereafter, the single yarn 2 was cut at a position where it protruded from the resin 6 by several mm, and taken out together with the base 5, to obtain a sample as shown in FIG.
The embedding depth H was calculated using the following formula, using the distance HX from the surface of the base 5 to the tip of the single yarn 2 at the time of embedding and the height HY of the resin 6 from the surface of the base 5 after embedding was completed, as shown in FIG.
H = H Y - H X

<第3工程>
第2工程にて作製したサンプルを、図5に示すように、縦型の引抜試験機のXYステージ8に固定し、単糸2の先端を上下可動部7の引抜試験機単糸接着ジグ9に接着剤3を用いて固定し、1μm/秒の速度で繊維全体が樹脂から引抜かれる変位まで試験を行った。その際の荷重をロードセルにて測定し、荷重の最大値をFとした。
界面せん断強度τは次式を用いて取得した。
τ=F/(π・d・H)
ここで、τ、π、およびdは、それぞれ、繊維/マトリックス樹脂界面での界面せん断強度τ[MPa]、円周率π、および繊維直径(単繊維直径)d[mm]を示し、繊維直径dは前述(3)繊維径の測定に記載の方法を用いて算出した。
<Third step>
The sample prepared in the second step was fixed to the XY stage 8 of a vertical pull-out tester as shown in Fig. 5, and the tip of the single yarn 2 was fixed to a single yarn bonding jig 9 of the pull-out tester on a vertically movable part 7 using adhesive 3, and the test was performed at a speed of 1 µm/sec until the entire fiber was pulled out of the resin. The load at that time was measured with a load cell, and the maximum value of the load was taken as F.
The interfacial shear strength τ was obtained using the following equation:
τ=F/(π・d f・H)
Here, τ, π, and df respectively represent the interfacial shear strength τ [MPa] at the fiber/matrix resin interface, π, and the fiber diameter (single fiber diameter) df [mm], and the fiber diameter df was calculated using the method described in (3) Measurement of fiber diameter above.

(6)引抜け率
シャルピー衝撃強度測定後の成形品の破断面を走査型電子顕微鏡(1000~5000倍)にて観察した。無作為に選んだ100本の有機繊維(B)の破断面について、図6の様な平滑な断面を有する繊維を引抜け繊維、図7の様な凹凸が激しい断面を有する繊維を破断繊維として判定し、引抜け繊維の割合を求め、引抜け率とした。また、引抜け繊維の割合が50本以上の破断面を「引抜け」、50本以下の破断面を「破断」と評価した。
(6) Pull-out ratio The fracture surface of the molded product after the Charpy impact strength measurement was observed with a scanning electron microscope (1000 to 5000 times magnification). For the fracture surfaces of 100 randomly selected organic fibers (B), fibers with a smooth cross section as shown in Figure 6 were judged as pulled-out fibers, and fibers with a highly uneven cross section as shown in Figure 7 were judged as broken fibers, and the ratio of pulled-out fibers was calculated and taken as the pull-out ratio. In addition, fracture surfaces with a ratio of 50 or more pulled-out fibers were evaluated as "pulled-out", and fracture surfaces with 50 or less pulled-out fibers were evaluated as "broken".

(参考例1)炭素繊維の作製
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、電解酸化処理を行い、総単糸数24,000本、単繊維径7μm、単位長さ当たりの質量1.6g/m、比重1.8g/cmの連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維のストランド引張強度は4,880MPa、ストランド引張弾性率は225GPaであった。表面酸素濃度比(O/C)は電解酸化処理における電流密度により制御し、O/C=0.10であった。
(Reference Example 1) Preparation of Carbon Fiber A copolymer mainly composed of polyacrylonitrile was spun, sintered, and electrolytically oxidized to obtain a continuous carbon fiber having a total of 24,000 single fibers, a single fiber diameter of 7 μm, a mass per unit length of 1.6 g/m, and a specific gravity of 1.8 g/cm 3. The strand tensile strength of this continuous carbon fiber was 4,880 MPa, and the strand tensile modulus was 225 GPa. The surface oxygen concentration ratio (O/C) was controlled by the current density in the electrolytic oxidation treatment, and was O/C = 0.10.

サイジング剤を水に溶解、または界面活性剤を用いて分散させたサイジング剤母液を調製し、浸漬法により前述の連続炭素繊維にサイジング剤を付与し、220℃で乾燥を行った。サイジング剤の付着量は母液の濃度を調整することにより連続炭素繊維100重量部に対して1.0重量部に制御した。 A sizing agent mother liquid was prepared by dissolving the sizing agent in water or dispersing it with a surfactant, and the sizing agent was applied to the continuous carbon fiber by immersion, followed by drying at 220°C. The amount of sizing agent attached was controlled to 1.0 part by weight per 100 parts by weight of continuous carbon fiber by adjusting the concentration of the mother liquid.

実施例では以下の原料を用いた。
無機繊維(A)
(A-1)および(A-2)は前述の参考例1に記載の方法により炭素繊維を製造した。
(A-1)サイジング剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル(“レオックス”(登録商標)CC-50、Lion(株)製)を付与した炭素繊維(比重1.8)
(A-2)サイジング剤として、グリセロールポリグリシジルエーテルを付与した炭素繊維(比重1.8)
(A-3)ガラス繊維(日本電気硝子(株)製T-423N、比重2.53)
The following raw materials were used in the examples:
Inorganic fiber (A)
For (A-1) and (A-2), carbon fibers were produced by the method described in the above-mentioned Reference Example 1.
(A-1) Carbon fiber (specific gravity 1.8) to which polyoxyethylene alkyl ether ("Leox" (registered trademark) CC-50, manufactured by Lion Corporation) was added as a sizing agent
(A-2) Carbon fiber with glycerol polyglycidyl ether added as a sizing agent (specific gravity 1.8)
(A-3) Glass fiber (T-423N manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., specific gravity 2.53)

有機繊維(B)
(B-1)液晶ポリエステル繊維(東レ(株)製“シベラス”(登録商標)1700T-288f、単繊維繊度5.7dtex、融点330℃、単繊維直径:23μm、比重1.38)を用いた。
(B-2)パラ系アラミド繊維(東レ・デュポン(株)製“ケブラー”(登録商標)29、単繊維繊度1.6dtex、融点なし、単繊維直径:12μm、比重1.44)を用いた。
(B-3)ポリエステル繊維(東レ(株)製、“テトロン(登録商標)”1680T-288-702C、単繊維繊度5.7dtex、融点約250℃、単繊維直径:23μm、比重1.40)。
Organic fiber (B)
(B-1) Liquid crystal polyester fiber (Toray Industries, Inc., "Sciberas" (registered trademark) 1700T-288f, single fiber fineness 5.7 dtex, melting point 330°C, single fiber diameter: 23 µm, specific gravity 1.38) was used.
(B-2) Para-aramid fiber ("Kevlar" (registered trademark) 29, manufactured by Toray DuPont Co., Ltd., single fiber fineness 1.6 dtex, no melting point, single fiber diameter: 12 μm, specific gravity 1.44) was used.
(B-3) Polyester fiber (manufactured by Toray Industries, Inc., "Tetoron (registered trademark)" 1680T-288-702C, single fiber fineness 5.7 dtex, melting point about 250°C, single fiber diameter: 23 µm, specific gravity 1.40).

熱可塑性樹脂(C)
(C-1)ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製“プライムポリプロ”(登録商標)J137G)/マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製“アドマー”(登録商標)QE840)を、重量比90/10でブレンド、比重0.9
(C-2)ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製“プライムポリプロ”(登録商標)J137G)/マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製“アドマー”(登録商標)QE840)を、重量比97/3でブレンド、比重0.9
(C-3)ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製“プライムポリプロ”(登録商標)J137G、比重0.9)
Thermoplastic resin (C)
(C-1) Polypropylene resin (Prime Polypro (registered trademark) J137G manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.)/maleic acid modified polypropylene resin (Admer (registered trademark) QE840 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) were blended in a weight ratio of 90/10, specific gravity 0.9
(C-2) Polypropylene resin (Prime Polypro (registered trademark) J137G manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.) / maleic acid modified polypropylene resin (Admer (registered trademark) QE840 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc.) are blended in a weight ratio of 97/3, specific gravity 0.9
(C-3) Polypropylene resin (Prime Polypro (registered trademark) J137G, specific gravity 0.9, manufactured by Prime Polymer Co., Ltd.)

成分(D)
(D-1) 固体の水添テルペン樹脂(ヤスハラケミカル(株)製“クリアロン”(登録商標)P125、軟化点125℃、比重1.0)。
Component (D)
(D-1) Solid hydrogenated terpene resin (Yasuhara Chemical Co., Ltd., "Clearon" (registered trademark) P125, softening point 125°C, specific gravity 1.0).

(実施例1)
(工程1) 樹脂フィルムの作製
220℃の温度に加熱された上下の熱盤面から構成される油圧式プレス機の熱盤面間に、離型シートとしてテフロン(登録商標)シート(厚さ1mm)を用い、マトリックス樹脂を挟み込むように配置した。上記(C-1)を投入し、偏りが無いように配置した。
ついで、3MPaでプレスした。次に、30℃の温度に温度制御された、上下の熱盤面から構成される油圧式プレス機の冷却盤間に移し、3MPaで冷却プレスし、長さ1000mm、幅1000mm、目付330g/mの樹脂フィルムを得た。目付はマトリックス樹脂の投入量により調整した。樹脂フィルムは長さ210mmの正方形に切り分けた。
Example 1
(Step 1) Preparation of resin film A matrix resin was sandwiched between the hot platens of a hydraulic press consisting of upper and lower hot platens heated to a temperature of 220° C., using a Teflon (registered trademark) sheet (thickness 1 mm) as a release sheet. The above (C-1) was poured in and arranged evenly.
The film was then pressed at 3 MPa. The film was then transferred between the cooling plates of a hydraulic press consisting of upper and lower hot platen surfaces, the temperature of which was controlled at 30°C, and cooled and pressed at 3 MPa to obtain a resin film having a length of 1000 mm, a width of 1000 mm, and a basis weight of 330 g/ m2 . The basis weight was adjusted by the amount of matrix resin added. The resin film was cut into a square having a length of 210 mm.

(工程2)無機繊維マットの作製
上記(A-1)の繊維連続束をカートリッジカッターで2mmの長さにカットし、チョップドストランドを得た。図8に示すアクリル製円筒容器10をとめ具(11および12)を用いて固定した。円筒容器10に、水2000ccを投入し、濃度0.1重量%となるように界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ナカライテクス社製)を投入した。この界面活性剤水溶液を、攪拌機を使用し、1400rpmで空気の微小気泡が発生するまで撹拌した。その後、チョップドストランドを、円筒容器10中の空気の微小気泡が分散した界面活性剤水溶液中に投入し、単繊維分散するまで撹拌した。コック13を開き、得られた分散液を、多孔支持体15を介して脱水口14から脱水することにより、多孔支持体15上に均一なウエブを得た。得られたウエブを長さ240mmの正方形にカットし、熱風乾燥機にて140℃、1h乾燥を行い、目付は200g/mのマットを得た。目付はチョップドストランドの投入量により調整した。
(Step 2) Preparation of inorganic fiber mat The continuous fiber bundle (A-1) was cut to a length of 2 mm with a cartridge cutter to obtain chopped strands. An acrylic cylindrical container 10 shown in FIG. 8 was fixed using fasteners (11 and 12). 2000 cc of water was added to the cylindrical container 10, and a surfactant (polyoxyethylene lauryl ether, manufactured by Nacalai Tesque) was added to a concentration of 0.1 wt %. This surfactant aqueous solution was stirred at 1400 rpm using a stirrer until air microbubbles were generated. Thereafter, the chopped strands were added to the surfactant aqueous solution in the cylindrical container 10 in which air microbubbles were dispersed, and stirred until single fibers were dispersed. The cock 13 was opened, and the obtained dispersion was dehydrated from the dehydration port 14 through the porous support 15 to obtain a uniform web on the porous support 15. The obtained web was cut into a square having a length of 240 mm and dried in a hot air dryer at 140° C. for 1 hour to obtain a mat having a basis weight of 200 g/m 2. The basis weight was adjusted by changing the amount of chopped strands added.

(工程3)有機繊維マットの作製
(B-1)の繊維連続束をカートリッジカッターで13mmの長さにカットし、チョップドストランドを得た。上記(工程2)と同様に、図8に示すアクリル製円筒容器10を、とめ具(11および12)を用いて固定し、円筒容器10に水2000ccを投入し、濃度0.1重量%となるように界面活性剤(ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ナカライテクス社製)を投入した。この界面活性剤水溶液を、攪拌機を使用し、1400rpmで空気の微小気泡が発生するまで撹拌した。その後、チョップドストランドを、円筒容器10中の空気の微小気泡が分散した界面活性剤水溶液中に投入し、単繊維分散するまで撹拌した。その後、コック13を開き、得られた分散液を脱水口14から脱水し、多孔支持体15の上に均一なウエブを得た。得られたウエブを長さ240mmの正方形にカットし、熱風乾燥機にて120℃、1h乾燥を行い、目付は210g/mのマットを得た。目付はチョップドストランドの投入量により調整した。
(Step 3) Preparation of organic fiber mat The continuous fiber bundle (B-1) was cut to a length of 13 mm with a cartridge cutter to obtain chopped strands. As in the above (Step 2), the acrylic cylindrical container 10 shown in FIG. 8 was fixed using fasteners (11 and 12), and 2000 cc of water was poured into the cylindrical container 10, and a surfactant (polyoxyethylene lauryl ether, manufactured by Nacalai Tesque) was poured into the cylindrical container 10 so that the concentration was 0.1 wt %. This surfactant aqueous solution was stirred at 1400 rpm using a stirrer until air microbubbles were generated. Thereafter, the chopped strands were poured into the surfactant aqueous solution in the cylindrical container 10 in which air microbubbles were dispersed, and stirred until single fibers were dispersed. Thereafter, the cock 13 was opened, and the obtained dispersion was dehydrated through the dehydration port 14, and a uniform web was obtained on the porous support 15. The obtained web was cut into a square having a length of 240 mm and dried in a hot air dryer at 120° C. for 1 hour to obtain a mat having a basis weight of 210 g/m 2. The basis weight was adjusted by changing the amount of chopped strands added.

(工程4)
上記(工程2)および(工程3)で得られた無機繊維および有機繊維からなるマットと、(工程1)で得られた樹脂フィルムを[フィルム/無機繊維/フィルム/有機繊維/フィルム/無機繊維/フィルム/有機繊維/フィルム/無機繊維/フィルム]の順に積層した。また、離型シートとしてテフロン(登録商標)シート(厚さ1mm)を用い、該シートで上記積層物を挟み込むように配置した。続いて、200℃の温度に加熱された上下の熱盤面から構成される油圧式プレス機の熱盤面間に配置し、3MPaでプレスした。次に、30℃の温度に温度制御された冷却盤間に配置し、3MPaで冷却プレスし、長さ240mm、幅240mmの成形品を得た。得られた成形品は所定のサイズに裁断機を用いて、前述の各試験片サイズにカットした。厚みは3mmであった。
得られた試験片(成形品)を、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間静置後に特性評価に供した。前述の測定方法に従い、用いた原料および成形品の特性を評価した。評価結果はまとめて表1に示した。
(Step 4)
The inorganic fiber and organic fiber mat obtained in the above (step 2) and (step 3) and the resin film obtained in (step 1) were laminated in the order of [film/inorganic fiber/film/organic fiber/film/inorganic fiber/film/organic fiber/film/inorganic fiber/film]. In addition, a Teflon (registered trademark) sheet (thickness 1 mm) was used as a release sheet, and the laminate was arranged so as to be sandwiched between the sheets. Then, it was placed between the hot platen surfaces of a hydraulic press machine composed of upper and lower hot platen surfaces heated to a temperature of 200 ° C., and pressed at 3 MPa. Next, it was placed between cooling plates controlled at a temperature of 30 ° C., and cooled and pressed at 3 MPa to obtain a molded product having a length of 240 mm and a width of 240 mm. The obtained molded product was cut to a predetermined size using a cutting machine into each of the above-mentioned test piece sizes. The thickness was 3 mm.
The obtained test pieces (molded products) were left to stand for 24 hours in a constant temperature and humidity room adjusted to a temperature of 23° C. and a relative humidity of 50% and then subjected to characteristic evaluation. The properties of the raw materials used and the molded products were evaluated according to the measurement methods described above. The evaluation results are summarized in Table 1.

(実施例2~8、比較例1~9)
表1または表2に記載のように、原料の種類、目付を変更した以外は、実施例1と同様にして接着性評価および成形品評価を行った。評価結果は表1または表2に示した。
(Examples 2 to 8, Comparative Examples 1 to 9)
The adhesiveness evaluation and molded product evaluation were performed in the same manner as in Example 1, except that the type of raw material and the basis weight were changed as shown in Table 1 or Table 2. The evaluation results are shown in Table 1 or Table 2.

(実施例9)
(工程3)における(B-1)のチョップドストランドの長さを25mmに変更した以外は実施例1と同様にして接着性評価および成形品評価を行った。評価結果は表2に示した。
(Example 9)
Except for changing the length of the chopped strands of (B-1) in (Step 3) to 25 mm, the adhesiveness evaluation and the molded product evaluation were carried out in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.

(比較例10)
(工程3)における(B-1)のチョップドストランドの長さを3mmに変更した以外は実施例1と同様にして接着性評価および成形品評価を行った。評価結果は表2に示した。
(Comparative Example 10)
Except for changing the length of the chopped strands of (B-1) in (Step 3) to 3 mm, the adhesiveness evaluation and the molded product evaluation were carried out in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.

(比較例11)
(工程2)における(A-1)のチョップドストランドの長さを13mmに変更した以外は実施例1と同様にして成形品を作製したが、工程4のプレス後の成形品において、(A-1)の内部に樹脂が含浸せず、層が剥がれ、成形品を作製できなかった。
(Comparative Example 11)
A molded article was produced in the same manner as in Example 1, except that the length of the chopped strands of (A-1) in (Step 2) was changed to 13 mm. However, in the molded article after pressing in Step 4, the resin did not penetrate into the inside of (A-1), the layer peeled off, and a molded article could not be produced.

比較例12
(株)日本製鋼所製TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)の先端に設置された電線被覆法用のコーティングダイを設置した長繊維強化樹脂ペレット製造装置を使用し、押出機シリンダー温度を220℃に設定し、上記に示した熱可塑性樹脂(C-1)をメインホッパーから供給し、スクリュー回転数200rpmで溶融混練した。200℃にて加熱溶融させた成分(D)を、(A)~(C)の合計100重量部に対し、8.7重量部となるように吐出量を調整し、無機繊維(A-2)および有機繊維(B-1)からなる繊維束に付与して複合繊維束(E)とした後、溶融した熱可塑性樹脂(C-1)を含む組成物を吐出するダイス口(直径3mm)へ供給して、無機繊維(A-2)および有機繊維(B-1)の周囲を被覆するように連続的に配置した。得られたストランドを冷却後、カッターでペレット長8mmに切断し、長繊維ペレットとした。この時、(A)~(C)の合計100重量部に対し、(A-2)が20重量部、有機繊維(B-1)が14重量部となるように、引取速度を調整した。
( Comparative Example 12 )
A long fiber reinforced resin pellet manufacturing apparatus equipped with a coating die for the electric wire coating method installed at the tip of a TEX-30α type twin screw extruder (screw diameter 30 mm, L/D = 32) manufactured by Japan Steel Works, Ltd. was used, the extruder cylinder temperature was set to 220 ° C., the thermoplastic resin (C-1) shown above was fed from the main hopper, and melt-kneaded at a screw rotation speed of 200 rpm. The component (D) heated and melted at 200 ° C. was adjusted to be discharged in an amount of 8.7 parts by weight per 100 parts by weight of (A) to (C), and was applied to a fiber bundle consisting of inorganic fiber (A-2) and organic fiber (B-1) to form a composite fiber bundle (E), and then the composition containing the molten thermoplastic resin (C-1) was fed to a die opening (diameter 3 mm) for discharging the composition, and the inorganic fiber (A-2) and the organic fiber (B-1) were continuously arranged so as to cover the periphery. After cooling the obtained strand, it was cut with a cutter to a pellet length of 8 mm to form a long fiber pellet. At this time, the take-up speed was adjusted so that the amount of (A-2) was 20 parts by weight and the amount of the organic fiber (B-1) was 14 parts by weight per 100 parts by weight of the total of (A) to (C).

こうして得られた長繊維ペレットを、射出成形機((株)日本製鋼所製J110AD)を用いて、射出時間:2秒、背圧5MPa、保圧力:20MPa、保圧時間:10秒、シリンダー温度:230℃、金型温度:60℃の条件で射出成形することにより、成形品としての試験片(厚さ10mm、長さ80mm、幅4mm)を作製した。ここで、シリンダー温度とは、射出成形機の成形材料を加熱溶融する部分の温度を示し、金型温度とは、所定の形状にするための樹脂を注入する金型の温度を示す。得られた試験片(成形品)を、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間静置後に特性評価に供した。前述の方法により評価した評価結果をまとめて表2に示した。なお、射出成形で作製した成形品に含まれる有機繊維の破断面は凹凸が多いものが優勢であったが、射出成形過程でせん断破壊を起こすため、衝撃試験時に破断したものか、成形時に破断したものか判別できず、引抜け率を測定することができなかった。 The long fiber pellets thus obtained were injection molded using an injection molding machine (J110AD manufactured by Japan Steel Works, Ltd.) under the following conditions: injection time: 2 seconds, back pressure: 5 MPa, holding pressure: 20 MPa, holding time: 10 seconds, cylinder temperature: 230°C, mold temperature: 60°C, to produce a test piece (thickness 10 mm, length 80 mm, width 4 mm) as a molded product. Here, the cylinder temperature refers to the temperature of the part of the injection molding machine where the molding material is heated and melted, and the mold temperature refers to the temperature of the mold into which the resin is injected to form a predetermined shape. The obtained test piece (molded product) was left for 24 hours in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23°C and 50% RH, and then subjected to characteristic evaluation. The evaluation results evaluated by the above-mentioned method are summarized in Table 2. Furthermore, the fracture surfaces of the organic fibers contained in the molded products produced by injection molding were predominantly uneven, but because shear fracture occurs during the injection molding process, it was not possible to determine whether the fracture occurred during the impact test or during molding, and it was not possible to measure the pull-out rate.

(比較例13、14
表2に記載のように原料の種類と組成等を変更した以外は、比較例12と同様にして接着性評価および成形品評価を行った。評価結果はまとめて表2に示した。
(Comparative Examples 13 and 14 )
Except for changing the types and compositions of the raw materials as shown in Table 2, the adhesiveness evaluation and the molded product evaluation were carried out in the same manner as in Comparative Example 12. The evaluation results are shown in Table 2.

(比較例15
(A-2)の連続繊維束をカートリッジカッターで2mmの長さにカットし、チョップドストランドを得た。(B-1)の連続繊維束をカートリッジカッターで2mmの長さにカットし、チョップドストランドを得た。
JSW製TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、ダイス直径5mm、バレル温度200℃、スクリュー回転数150rpm)を使用し、(C-1)と(D-1)をドライブレンドしたものをメインホッパーから供給し、前述のチョップドストランドである(A-2)および(B-1)をサイドフィーダーから投入し、下流の真空ベントより脱気を行いながら、溶融樹脂をダイス口から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで2mmに切断してペレットを得た。
(Comparative Example 15 )
The continuous fiber bundle (A-2) was cut to a length of 2 mm with a cartridge cutter to obtain chopped strands. The continuous fiber bundle (B-1) was cut to a length of 2 mm with a cartridge cutter to obtain chopped strands.
A JSW TEX-30α type twin-screw extruder (screw diameter 30 mm, die diameter 5 mm, barrel temperature 200° C., screw rotation speed 150 rpm) was used, and a dry blend of (C-1) and (D-1) was fed from the main hopper, and the chopped strands (A-2) and (B-1) were fed from the side feeder. The molten resin was discharged from the die opening while degassing from a downstream vacuum vent, and the resulting strands were cooled and then cut into 2 mm pieces with a cutter to obtain pellets.

こうして得られたペレットを、射出成形機((株)日本製鋼所製J110AD)を用いて、射出時間:2秒、背圧5MPa、保圧力:20MPa、保圧時間:10秒、シリンダー温度:230℃、金型温度:60℃の条件で射出成形することにより、成形品としての試験片(厚さ10mm、長さ80mm、幅4mm)を作製した。得られた試験片(成形品)を、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間静置後に特性評価に供した。前述の方法により評価した評価結果をまとめて表2に示した。 The pellets thus obtained were injection molded using an injection molding machine (J110AD manufactured by Japan Steel Works, Ltd.) under the following conditions: injection time: 2 seconds, back pressure: 5 MPa, dwell pressure: 20 MPa, dwell time: 10 seconds, cylinder temperature: 230°C, mold temperature: 60°C to produce a test piece (thickness 10 mm, length 80 mm, width 4 mm) as a molded product. The obtained test piece (molded product) was left to stand for 24 hours in a constant temperature and humidity chamber adjusted to a temperature of 23°C and 50% RH, and then subjected to characteristic evaluation. The evaluation results obtained by the above-mentioned method are summarized in Table 2.

Figure 0007543670000001
Figure 0007543670000001

Figure 0007543670000002
Figure 0007543670000002

実施例1~のいずれの成形品も、(I)~(IV)式をみたし、かつ、有機繊維のストランド強度が特定の範囲であるため、成形品は高い曲げ強度および衝撃強度を示した。 All of the molded articles of Examples 1 to 9 satisfied the formulas (I) to (IV) and had strand strengths of the organic fibers within specific ranges, and therefore the molded articles exhibited high bending strength and impact strength.

1:固定ジグ
2:単糸
3:接着剤
4:中央線
5:台座
6:熱可塑性樹脂
7:上下可動部
8:XYステージ
9:引抜試験機単糸接着ジグ
10:アクリル製円筒容器
11:とめ具(上)
12:とめ具(下) 兼脱水用コック付きカバー
13:コック
14:脱水口
15:多孔支持体
1: Fixing jig 2: Single yarn 3: Adhesive 4: Center line 5: Base 6: Thermoplastic resin 7: Up and down movable part 8: XY stage 9: Pull-out tester single yarn adhesive jig
10: Acrylic cylindrical container 11: Fastener (top)
12: Fastener (lower) and cover with drain cock 13: Cock 14: Drain port 15: Porous support

Claims (8)

無機繊維(A)、有機繊維(B)および熱可塑性樹脂(C)の合計100重量部に対して、重量平均繊維長LwIが1mm以上である無機繊維(A)を5~45重量部、有機繊維(B)を1~45重量部、熱可塑性樹脂(C)を20~94重量部含む繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品であって、有機繊維(B)は少なくとも1500~7000MPaの強度の繊維を含み、かつ、下記(I)~(IV)を満たす繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。
(I) ασofo≧σc
(α、σo、Vfo、およびσcはそれぞれ配向係数α[-]、有機繊維の強度σo[MPa]、有機繊維の繊維含有体積分率Vfo[-]、および繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品の曲げ強度σc[MPa]を示す。)
(II) 2≦Lwo/LwI
(Lwo、およびLwIはそれぞれ有機繊維の重量平均繊維長Lwo[mm]および無機繊維の重量平均繊維長LwI[mm]を示す。)
(III) 0.5≦τI/τm≦1
(IV) 0.5≧τo/τm≧0.1
(τo、τm、およびτIはそれぞれ有機繊維の界面せん断強度τo[MPa]、マトリックス樹脂のせん断降伏応力τm[MPa]、および無機繊維の界面せん断強度τI[MPa]を示す。)
A fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product containing 5 to 45 parts by weight of inorganic fiber (A) having a weight average fiber length LwI of 1 mm or more, 1 to 45 parts by weight of organic fiber (B), and 20 to 94 parts by weight of thermoplastic resin (C) relative to a total of 100 parts by weight of inorganic fiber (A), organic fiber (B), and thermoplastic resin (C), wherein the organic fiber (B) contains fibers having a strength of at least 1500 to 7000 MPa, and the fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product satisfies the following (I) to (IV).
(I) ασ o V fo ≧σ c
(α, σ o , V fo , and σ c respectively represent the orientation coefficient α [-], the strength of the organic fiber σ o [MPa], the fiber volume fraction of the organic fiber V fo [-], and the bending strength of the fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product σ c [MPa].)
(II) 2≦L wo /L wI
( Lwo and LwI respectively represent the weight average fiber length Lwo [mm] of the organic fiber and the weight average fiber length LwI [mm] of the inorganic fiber.)
(III) 0.5≦τ Im ≦1
(IV) 0.5≧τ om ≧0.1
o , τ m , and τ I respectively represent the interfacial shear strength τ o [MPa] of the organic fiber, the shear yield stress τ m [MPa] of the matrix resin, and the interfacial shear strength τ I [MPa] of the inorganic fiber.)
有機繊維(B)の重量平均繊維長Lwoが12mm以下である請求項1に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。 The fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product according to claim 1, wherein the weight average fiber length L of the organic fiber (B) is 12 mm or less. 無機繊維(A)の重量平均繊維長LwIが6mm以下である請求項1または2に記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。 The fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product according to claim 1 or 2, wherein the weight average fiber length LwI of the inorganic fibers (A) is 6 mm or less. 式(V)を満たす請求項1~3のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。
(V) 2≧do/dI
(do、およびdIはそれぞれ有機繊維の直径do[μm]および無機繊維の直径dI[μm]を示す。)
The fiber reinforced thermoplastic resin prepreg molded product according to any one of claims 1 to 3, which satisfies formula (V).
(V) 2≧d o /d I
(d o and d I respectively represent the diameter d o [μm] of the organic fiber and the diameter d I [μm] of the inorganic fiber.)
式(VI)を満たす請求項1~4のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。
(VI) 4≦τI-τo≦10
The fiber reinforced thermoplastic resin prepreg molded product according to any one of claims 1 to 4, which satisfies formula (VI).
(VI) 4≦τ Io ≦10
無機繊維(A)が炭素繊維である請求項1~5のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。 The fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product according to any one of claims 1 to 5, wherein the inorganic fiber (A) is carbon fiber. 有機繊維(B)がポリエステル繊維、ポリアラミド繊維より選択される少なくとも1種である請求項1~6のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。 The fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product according to any one of claims 1 to 6, wherein the organic fiber (B) is at least one selected from polyester fibers and polyaramid fibers. 熱可塑性樹脂(C)がポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、およびポリアリーレンスルフィド樹脂からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1~7のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグ成形品。 The fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg molded product according to any one of claims 1 to 7, wherein the thermoplastic resin (C) is at least one selected from the group consisting of polypropylene resin, polyester resin, polyamide resin, polycarbonate resin, and polyarylene sulfide resin.
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