JPH06322144A - 薄肉高剛性炭素繊維強化合成樹脂射出圧縮成形品 - Google Patents

薄肉高剛性炭素繊維強化合成樹脂射出圧縮成形品

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JPH06322144A
JPH06322144A JP5111909A JP11190993A JPH06322144A JP H06322144 A JPH06322144 A JP H06322144A JP 5111909 A JP5111909 A JP 5111909A JP 11190993 A JP11190993 A JP 11190993A JP H06322144 A JPH06322144 A JP H06322144A
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JP
Japan
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carbon
fibers
injection compression
thin
carbon fiber
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Withdrawn
Application number
JP5111909A
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English (en)
Inventor
Koichi Hashimoto
孝一 橋本
Ikou Shino
医晃 示野
Kei Takara
圭 高良
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 長さ1mm以上の炭素長繊維を3重量%以上
含有し、かつ厚さ0.5〜1.5mmである薄肉高剛性
で且つ導電性や帯電防止性の良好な炭素繊維強化樹脂製
の射出圧縮成形品を開示する。 【効果】 薄肉で且つ非常に軽量で導電性や帯電防止性
等においても非常に優れたものであり、OA機器やAV
機器等の電気・電子機器や家庭用電気製品などのケーシ
ング材や外板材などを始めとする様々の用途に有効に活
用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素長繊維を強化樹脂
として含有する薄肉で高剛性の炭素繊維強化合成樹脂射
出圧縮成形品に関するものである。
【0002】
【従来の技術】OA機器やAV機器等をはじめとする様
々な機器のケーシング材や構造材として用いられている
プラスチック成形品に高強度・高剛性を付与するための
成形材料として、合成樹脂と繊維強化材を複合した成形
用ペレットが知られており、中でも繊維強化材として炭
素繊維を用いたものは導電性や電波シールド性において
も優れた特性を発揮するところから、上記の様な用途を
主体として広く利用されている。
【0003】一方、近年、各種製品の小型化や軽量化が
進むにつれて、上記の様な用途に用いられるプラスチッ
ク製品についても次第に薄肉化する傾向が見られるが、
強化繊維として炭素繊維を用いた強化プラスチック製
品、特に射出成形品では、製品中に混入される炭素繊維
が射出工程で切断されて短繊維状となり、機械的性質、
特に剛性において満足のいく強化効果が得られ難い。し
かも強化プラスチック製品中に炭素繊維が短繊維状とし
て混入されたものでは、炭素繊維の使用により期待され
る導電性や電波シールド性改善効果も有効に発揮されな
いという問題が指摘されている。
【0004】これに対し、長繊維状の炭素繊維を複合し
たものはそれなりに優れた強化効果を発揮すると共に、
導電性や電波シールド性についても優れた効果を発揮し
得ると考えられるが、炭素長繊維の複合された従来の複
合ペレットを用いて、公知の様に薄肉成形品を射出成形
により製造すると、炭素長繊維が切断されるため、成形
品中に混入される炭素繊維は短尺なものとなってしま
い、炭素長繊維を用いたことの効果が有効に果たせなく
なる。
【0005】一方、繊維強化樹脂用の他の繊維としてガ
ラス繊維も知られているが、このものでは炭素繊維を用
いたものほどの剛性改善効果が得られないため、薄肉軽
量化の目的には不向きであり、且つ導電性や電波シール
ド性を付与することもできない。また、ガラス繊維や炭
素繊維と共にカーボンブラック、SUS繊維等の金属繊
維、金属フレーク等を複合することによって導電性や電
波シールド性を付与する方法も考えられるが、これらを
複合するとプラスチック製品の剛性が低下し、薄肉化の
目的にそぐわなくなる。この他、成形加工後の成形品表
面にめっき処理や導電性塗料を塗布することにより導電
性や電波シールド性を与える方法もあるが、製造時の工
程数が多くなるため製品コストが高くなり、経済的に汎
用性を欠く。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な状
況に着目してなされたものであって、その目的は、薄肉
軽量で且つ優れた機械的性質、特に剛性を有すると共
に、導電性や電波シールド性においても優れた性能を発
揮し得る様な射出圧縮成形品を提供しようとするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る成形品の構成は、長さ1mm以上
の炭素長繊維を3重量%以上含有し、且つ厚さが0.3
〜1.5mmである薄肉高剛性炭素繊維強化合成樹脂射
出圧縮成形品よりなるところに要旨を有するものであ
る。
【0008】
【作用】本発明に係る射出圧縮成形品は、上記の様に成
形品中へ強化繊維として混入されている炭素繊維のうち
1mm以上の長繊維状物の含有率を特定すると共に、そ
の肉厚を規定したものであり、それらの構成を定めた理
由は次の通りである。
【0009】本発明者らは、前述の如く薄肉の炭素繊維
強化樹脂成形品、特に射出圧縮成形品に指摘される剛性
不足および導電性や電波シールド性不足の問題を解消す
べくその原因を追及したところ、その原因は、これら成
形品中に混入されている炭素繊維が短繊維状であること
によるものであることが確認された。即ち、短繊維状の
炭素繊維では、これらが単に合成樹脂マトリックス中に
充填強化材として混入されるだけとなって、繊維状強化
材としてその弾性強化効果を有効に発揮させることがで
きない。しかも、炭素繊維を用いたときに発揮される導
電性や電波シール性は、成形品内において炭素繊維が相
互に長手方向に絡み合い、それにより通電性が与えられ
るためと考えられるが、炭素繊維が短繊維状で混入され
たのでは、この様な長手方向の絡み合いを生じることが
なく、通電性も与えられないため導電性や電波シールド
能も発揮されなくなるものと考えられる。
【0010】そこで、薄肉の射出圧縮成形品について
も、該成形品中に混入される炭素繊維を長繊維状として
やれば、当該炭素長繊維によって剛性が強化されると共
に、当該炭素長繊維の長手方向の絡み合いも起こり易く
なって導電性や電波シールド性も高められるのではない
かと考え、その線に沿って研究を進めた結果、射出圧縮
成形品内における、長さ1mm以上の炭素長繊維を3重
量%以上としてやればよいことが確認された。
【0011】ちなみに、長さが1mm未満の炭素短繊維
では、その含有量をかなり多くしても剛性改善効果や導
電性や電波シールド性改善効果が有効に発揮されず、ま
た、長さ1mm以上の炭素長繊維の含有量が3重量%未
満でも、同様に剛性改善効果や導電性、電波シールド性
改善効果が有効に発揮されない。炭素繊維のより好まし
い長さは3mm以上であり、また炭素長繊維のより好ま
しい含有率は5重量%以上である。
【0012】このとき、射出圧縮成形法に代えて射出成
形法を採用した場合でも同様の効果が得られるものと考
えられるが、本発明で意図する様な薄肉成形品を得よう
とする場合は射出成形法で目的を果たすことはできな
い。これは次の様に考えられる。即ち、薄肉成形品を射
出成形によって製造しようとすると、炭素繊維を含む溶
融樹脂を金型内へ射出するとき、およびこれらが金型内
を流動するときに炭素繊維の切断が起こり、炭素繊維は
殆どが短繊維状となって満足のいく強化効果を示さなく
なる。ところが、射出時に金型を少し開いておき、射出
後に金型を閉じて加圧する射出圧縮法を採用すると、炭
素長繊維の切断が著しく抑制されると共に、充填不足等
を生じることなく確実な充填が行なわれ、更には圧縮に
よる炭素長繊維収束効果とも相まって、優れた物性の薄
肉成形品が得られるものと考えられる。
【0013】炭素長繊維を強化繊維として含有する射出
圧縮成形品は、厚さが0.3〜1.5mmの非常に薄肉
のものであっても、プラスチック製の各種ケーシング材
や構造材として十分な剛性を発揮すると共に、導電性や
電波シールド性においても優れたものとなる。尚、製品
厚さは、特に製品としての最小限の強度と軽量化の為の
薄肉化を考慮して定めたものであり、0.3mm未満の
極薄物になると、如何に剛性の優れたものとはいえ強度
不足になって製品としての安全強度を満たすことができ
なくなる。一方、1.5mm以上の厚物になると、剛性
は高められるものの本発明のもう1つの目的である薄肉
軽量化の目的が果たせなくなる。
【0014】上記の様な要件を満足する成形品は、射出
圧縮成形原料として、炭素長繊維を合成樹脂に含浸して
得られる炭素長繊維含浸樹脂ペレットを用いた射出圧縮
成形によって得ることができる。この時、原料ペレット
中の炭素繊維を例えば6mm程度以上の長繊維とし、且
つ射出圧縮成形時の圧力等をうまく調整してやれば、上
記要件を満たす炭素長繊維の混入された成形品を得るこ
とができる。
【0015】また、炭素繊維を成形品中へ長繊維状でよ
り効率よく混入させる好ましい方法として、引張破断伸
びの大きい(例えば1.8〜2.5%程度)の炭素長繊
維を合成樹脂と複合した成形用ペレットを使用する方法
が挙げられる。即ち、射出圧縮成形条件によっては、成
形時に受けるシェアによってペレット中の炭素長繊維が
切断し、成形品中に最終的に混入される炭素繊維は短尺
のものとなり、本発明の前記要件を満たさなくなること
がある。
【0016】しかしながら、炭素繊維として引張破断伸
びが比較的大きい(例えば1.8〜2.5%程度)炭素
長繊維を用いた成形用ペレットを用いて射出圧縮成形を
行なうと、圧縮時における炭素長繊維の切断が起こり難
く、射出圧縮成形条件をそれほど厳密に管理しなくとも
容易に高剛性の薄肉成形品を得ることができる。
【0017】ちなみに、本発明者らが別途確認したとこ
ろによると、成形用ペレットの強化繊維として引張破断
伸びが1.8%以上の炭素繊維を使用すると、射出圧縮
成形時における該繊維の切断が著しく抑えられ、射出圧
縮成形品中へ炭素繊維を長繊維状態で混入させることが
できる。但し、引張破断伸びが大きくなり過ぎると炭素
繊維の剛性が低下し剛性改善効果が低下傾向を示す様に
なるので、2.5%以下の引張破断伸びのものを使用す
ることが望まれる。
【0018】尚、炭素長繊維の直径は特に限定されず、
最終成形品の用途特性等に応じて適宜選定すればよい
が、一般的なのは6〜20μm、より一般的には7〜1
5μmの範囲であり、これらを3,000 〜100,000 本引き
揃え収束して使用される。また、該炭素繊維に含浸され
る合成樹脂の種類にも格別の制限はなく、エポキシ系樹
脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポ
リアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、尿素樹脂等、
繊維強化樹脂の構成材として知られたすべての熱硬化性
樹脂および熱可塑性樹脂を使用することができ、これら
合成樹脂の含浸量も特に限定されないが、成形性や成形
品の物性改善効果を総合的に考えて好ましいのは、炭素
長繊維100重量部に対し合成樹脂50〜10,000重量部、よ
り好ましくは100 〜2,000 重量部の範囲である。また本
発明においては、炭素長繊維と共にアラミド繊維の如き
他の強化繊維を適量併用し、耐衝撃性等の特性を更に改
善することも可能である。
【0019】本発明で使用される炭素長繊維強化樹脂ペ
レットは、公知の長繊維強化樹脂ペレットの製法を利用
して、例えば次の様な方法で製造することができる。即
ち図1は、本発明で用いる成形用ペレットの製造装置を
例示する概略説明図であり、複数本の炭素繊維ロービン
グ1a,1b,・・・ を引き揃えてロービング束1とし、
これを合成樹脂含浸装置2に通し、合成樹脂供給装置2
aから加熱溶融状態で供給される合成樹脂をロービング
束1に含浸させる。引き続き、必要により後処理装置3
に通して後処理(合成樹脂として熱可塑性樹脂を用いた
場合は冷却固化、熱硬化性樹脂を用いた場合は予備硬化
のための加熱)した後、引取りローラ4からカッター5
に送って任意の長さに切断しペレットを得る。このとき
の切断長さによってペレット中の炭長素繊維の長さを調
節すればよい。
【0020】かくして得られる炭素長繊維強化樹脂ペレ
ットを使用し、引張破断伸びの大きい炭素長繊維を用い
たものでは通常の成形条件で、また通常の炭素長繊維を
用いたものでは、射出圧縮条件を適宜調節して射出圧縮
成形を行なうことにより、薄肉軽量で高剛性の炭素繊維
強化合成樹脂射出圧縮成形品を得ることができる。
【0021】
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前後記の趣旨に適合し得る範囲
で変更を加えて実施することも勿論可能であり、それら
はいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【0022】実施例1 図1に略示した様な装置を使用し、下記の条件で炭素長
繊維強化合成樹脂製品成形用ペレットを製造した後、更
に下記の条件で射出圧縮成形を行ない、各射出圧縮成形
品の物性をしらべ、表1に示す結果を得た。 (炭素長繊維強化合成樹脂製品製造用ぺレット製造条
件) 炭素繊維ロービング:繊維径7μm、12,000フィラメン
トのロービング4本(東レ社製商品名「トレカT」) 引張破断伸び1.5% 繊維長さ6mm(ペレット製造時の切断長さによって調
節) 含浸樹脂:分子量18,000のポリカーボネート 含浸量:炭素繊維100重量部に対し400重量部
【0023】(射出圧縮成形条件) 成形機 住友重機社製「SG220」 シリンダー温度 280〜330℃ 金型温度 120℃ スクリュー回転数 50rpm スクリュー径 45mmφ 射出速度 100mm/sec 冷却時間 30sec 圧縮圧 500kg/cm3 成形品形状:幅150mm×奥行き150mm×深さ2
0mmの弁当箱型
【0024】比較例 射出成形法を採用した以外は実施例1と同一の条件で、
長繊維ペレットの製造、成形実験を行なった。
【0025】実施例2 引張破断伸びが1.8%の炭素繊維を用いた以外は上記
実施例1と同一の条件で、長繊維ペレットの製造および
成形実験を行なった。得られた各成形品について下記の
方法で物性試験を行ない、表1に示す結果を得た。
【0026】(物性試験法) 曲げ試験(曲げ強度、曲げ弾性率) 試験片 幅10mm×長さ50mm×厚さ1.2m
m クロスヘッド速度 4mm/min 支持部の丸み 2.5mmR 押さえ部の丸み 5.0mmR 支持部間のスパン 40mm アイゾット衝撃強度:JIS7110
【0027】
【表1】
【0028】表1より次の様に考えることができる。実
施例1、2は本発明の規定要件を満たすものであり、薄
肉軽量で且つ機械的特性や導電特性においても非常に優
れた性能を有している。比較例は、強化材として混入さ
れている1mm以上の炭素長繊維の含有率が不足してお
り、実施例1、2に比較して衝撃強度が低く且つ導電性
も低い。
【0029】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、射
出圧縮成形品中に含有される炭素繊維の長さと含有率を
特定することによって、薄肉軽量で且つ剛性の優れた成
形品を提供し得ることになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る成形品の製造に用いられる炭素長
繊維強化樹脂ペレットの製法を例示する概略説明図であ
る。
【符号の説明】
1a,1b,… 炭素繊維ロービング 1 ロービング束 2 合成樹脂含浸装置 2a 合成樹脂供給装置 3 後処理装置 4 引取りローラ 5 カッター

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長さ1mm以上の炭素長繊維を3重量%
    以上含有し、かつ厚さが0.3〜1.5mmであること
    を特徴とする薄肉高剛性炭素繊維強化合成樹脂射出圧縮
    成形品。
JP5111909A 1993-05-13 1993-05-13 薄肉高剛性炭素繊維強化合成樹脂射出圧縮成形品 Withdrawn JPH06322144A (ja)

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JP2019023312A (ja) * 2013-05-30 2019-02-14 ダイセルポリマー株式会社 ミリ波レーダの送受信アンテナの保護部材

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