JPH09157403A - 炭素短繊維集合体及びその製造方法並びに繊維強化樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多量の炭素繊維を樹脂に混合することがで
き、かつ高弾性率を示す樹脂組成物を得ることのできる
炭素繊維集合体を提供する。 【解決手段】 繊維長が２〜２０ｍｍである炭素短繊維
を嵩密度４５０〜６５０ｇ／ｌの範囲で集束してなる炭
素短繊維集合体であって、黒鉛化されてなる炭素短繊維
集合体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂と混合して繊
維強化樹脂組成物を製造するのに主として用いられる炭
素短繊維集合体、その製造方法及びそれを用いた繊維強
化樹脂組成物に関する。更に詳しくは、Ａｌ等の金属ダ
イキャスト材料等とに代わる使用が可能な高剛性、耐熱
性、軽量化、成形加工性を満たした繊維強化樹脂組成物
及びそれらに用いる炭素短繊維集合体、その製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、精密部品は材料の弾性率、寸法精
度、耐熱性等の観点から、金属材料のダイキャスト製法
により製造されてきた。しかし金属ダイキャスト製品は
一般の削りだし材料よりは加工が少なくはなっているが
まだ加工を要する。またダイキャストの型は高温で用い
る為高価であり、金属を溶解する為の付帯設備等にも非
常にコストを要する。また精密機械の軽量化も望まれて
きた。

【０００３】そこで近年、炭素繊維を各種のマトリック
ス樹脂に混合、分散してなる繊維強化樹脂組成物が、高
強度、高剛性、低比重、高耐摩耗性などの機械的特性が
評価され工業的に重要な材料として注目されている。特
に最近小型軽量化が進んでいる精密部品、電子応用製品
の分野において、高剛性の繊維強化樹脂組成物の成型部
品が金属代替材料として用途展開されてきている。しか
しながら従来の繊維強化樹脂組成物では未だ剛性の低
さ、耐熱性の低さ等により置き換えが進まなかった。例
えば材料としては２００℃前後の耐熱性があっても熱伝
導性が低いため、使用時の熱が逃げずに局部的な高温部
ができるため実際に使用できない問題があった。

【０００４】従来、このような炭素短繊維を各種樹脂に
混合、分散させて繊維強化樹脂材料を得る場合に、多数
本の炭素長繊維をサイジング剤と呼ばれる樹脂により集
束させた後、短く切断してなる炭素短繊維集束体を用い
て、それをマトリックス樹脂と混合させる方法が通常用
いられている。

【０００５】一方、以前に本発明者らは、このようなサ
イジング剤により集束させた炭素短繊維集束体を特に高
温用途の樹脂組成物に混合させる場合に、高温で加熱
し、成型する場合に生じる、ガスが発生して作業の障害
となったり、成型体中にボイドを生じるという問題を解
決するために、サイジング剤で集束した炭素短繊維集束
体を予め４００〜１５００℃の範囲で炭化処理せしめた
ものを提案している（特開平６−１４３４８３号公
報）。尚、この発明では、それ以上の高温で処理するこ
とは開示していない。

【０００６】他方、繊維強化樹脂組成物の分野では、小
型軽量の成型部品が求められるにつれ、炭素繊維を樹脂
に対して出来るだけ多く混合させて、高剛性の繊維強化
樹脂材料を得ることが望まれている。

【０００７】しかしながら、従来の炭素短繊維集束体、
及び上記の炭化段階での炭素短繊維集合体では、多量の
炭素繊維、例えば樹脂１００重量部に対して３０重量部
以上の炭素繊維を樹脂に混合分散させようとすると、種
々の問題が生じて高含有量の炭素繊維が得られなかった
り、分散が不十分で高剛性つまり高弾性率の炭素繊維強
化樹脂材料が得られにくかったりした。例えば多量の炭
素短繊維集束体をフィーダーで供給しようとすると炭素
短繊維の毛玉が出来、供給工程での詰まりを生じたり、
或いはマトリックス樹脂中に繊維を均一に分散させるこ
とができない等の問題を生じていた。又、予め高弾性率
の炭素繊維をサイジング剤により集束した炭素短繊維集
束体を作成しても、嵩密度の高い炭素短繊維集合体を得
ることが難しかった。

【０００８】又、特に小型軽量の成型部品を求める分野
では、高弾性率の繊維強化樹脂組成物を得ることが求め
られているが、従来の炭素繊維集束体等では、炭素短繊
維集合体を多量に樹脂に混合させても要求されるレベル
の高い弾性率を得ることができなかった。従って、従来
では、繊維長が２〜２０ｍｍの炭素短繊維の集合体であ
って、嵩密度が４５０〜６５０ｇ／ｌの範囲にある炭素
短繊維の集合体は知られていなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、取扱
性が容易であって、つまり混合、分散の工程における操
作性がよく、即ち多量の炭素繊維を樹脂に混合すること
のできる炭素短繊維集合体であって、多量の炭素繊維を
含有させた時の樹脂組成物が高弾性率を示す炭素短繊維
集合体及びその製造方法を得ることにある。また、曲げ
弾性率が高く、重量が同一の金属材料に比べ曲げ剛性が
優れ、同一曲げ剛性を有する金属材料に比べ軽量化さ
れ、更に従来の樹脂組成物より熱伝導率が２倍以上優れ
た繊維強化樹脂組成物を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らはかかる課題
を解決すべく鋭意検討した結果、サイジング剤で集束さ
せた炭素短繊維集合体を不活性ガス雰囲気中、最高到達
温度が１６００℃以上３３００℃以下となる条件下で加
熱し黒鉛化処理を行ったところ、かかる炭素短繊維と樹
脂の黒鉛化物とからなる炭素短繊維集合体は、混合、分
散工程の操作性が良く、樹脂との混合時には容易に分散
することができるので炭素繊維を従来より多量に樹脂中
に混合することが可能となるとともに、かかる炭素短繊
維集合体を多量に混合した樹脂組成物が想起していたレ
ベルよりも非常に高い弾性率、熱伝導率等の特性を示す
ものとなることを見いだし、本発明に到達した。

【００１１】即ち本発明の要旨は、繊維長が２〜２０ｍ
ｍである炭素短繊維を嵩密度４５０〜６５０ｇ／ｌの範
囲で集束してなる炭素短繊維集合体であって、黒鉛化さ
れてなることを特徴とする炭素短繊維集合体、サイジン
グ剤で集束させた炭素短繊維集合体を不活性ガス雰囲気
中、最高到達温度が１６００℃以上３３００℃以下とな
る条件下で加熱し黒鉛化処理を行うことを特徴とする炭
素短繊維集合体の製造方法、繊維長が２〜２０ｍｍであ
る炭素短繊維が嵩密度４５０〜６５０ｇ／ｌの範囲で集
合し、黒鉛化されてなる炭素短繊維集合体を熱可塑性樹
脂１００重量部に対して３０重量部以上配合してなるこ
とを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物に存する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明でいう炭素短繊維とは、プリプレグ等の製造の際
に用いられる長繊維に対する概念である。本発明で用い
る炭素繊維としては従来公知の種々の炭素繊維が使用さ
れるが、具体的にはポリアクリロニトリル系、レーヨン
系、ピッチ系、ポリビニルアルコール系等の炭素繊維が
挙げられるが、特にはメソフェーズピッチから製造され
たピッチ炭素繊維が好ましい。

【００１３】次に、本発明炭素短繊維集合体の製造方法
であるが、炭素繊維をサイジング剤で集束させたのち公
知の切断方法で通常長さ２〜２０ｍｍ、好ましくは３〜
１２ｍｍに切断して次の黒鉛化工程で使用する。そのサ
イジング剤としてはこの目的で通常用いられる任意のも
のが使用でき、その中からモノフィラメントの集束性の
良いものを選択するとよい。具体的には、エポキシ化合
物、ポリウレタン化合物、飽和又は不飽和ポリエステ
ル、ポリフェニレンサルファイト、ポリフェニレンエー
テル、ポリカーボネート、ポリオキシメチレン、ポリス
チレン、ポリオレフィン、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹
脂、エチレン酢ビコポリマー、ポリアミド樹脂などのホ
モポリマー又はコポリマー等が挙げられる。このうち、
特にエポキシ化合物または水溶性ポリアミド化合物が好
ましい。

【００１４】使用するサイジング剤の付着量は、集合体
化の効果を過不足なく発揮する量である限り特に限定さ
れず、通常のサイジングの際の付着量と特に変わるとこ
ろはない。具体的には、炭素短繊維全量に対して０．１
〜１０重量％、より好ましくは０．５〜７重量％の範囲
から選択される。集束剤の付着量が０．１重量％未満で
は該炭素短繊維集合体の集束性が劣り、１０重量％を越
えると該炭素短繊維集合体の集束性が良すぎてかえって
樹脂中での分散性が低下し炭素短繊維強化熱可塑性樹脂
の物性が低下するため好ましくない。

【００１５】サイジング剤で炭素短繊維を集束させる具
体的手段も、公知の方法でよく、例えば、数百〜数十万
本の炭素長繊維束にサイジング剤を含浸した後乾燥する
と良い。その際の含浸方法としては、サイジング剤を溶
剤に溶解させて溶液として用いる、溶剤中に分散させて
エマルジョンとして用いる、加熱溶解して用いる等の方
法が考えられるが、加熱溶解して用いる方法は、樹脂の
粘性が高いのでいったん炭素繊維に付着したサイジング
剤を除去するのが難しい等の理由で、付着量を調節する
のが難しい上、加熱溶融の際、サイジング剤が熱変性し
て、樹脂組成物全体の耐熱性等の物性に悪影響を与える
場合があるので好ましくない。

【００１６】サイジング剤を溶解または分散させるのに
用いる溶剤としては、２−ブタノン、テトラヒドロフラ
ン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトン、クロロ
ホルム、ジクロロメタンアルコール、水等が有る。サイ
ジング剤を含む溶液またはエマルジョン中には、必要に
応じて界面活性剤、シランカップリング剤、エポキシ硬
化剤、触媒、接着剤等を配合しても良い。

【００１７】エマルジョンに用いる界面活性剤として
は、例えば、ポリオキシメチレンのヒマシ油エーテル、
ノニルフェニルエーテル、スチレン化フェニルエーテル
などのポリオキシエチレンアルキルエーテル又はポリオ
キシエチレンアルキルアリルエーテル及びポリビニルア
ルコールなどの中から選ばれた少なくとも１種類の界面
活性剤が挙げられる。

【００１８】次にサイジング剤で集束させた後の黒鉛化
処理条件について説明する。黒鉛化は不活性ガス中、空
気に炭素短繊維が接触しない様に真空中又は黒鉛ブリー
ズ中で、最高到達温度が１６００℃以上３３００℃以
下、好ましくは１８００℃以上３３００℃以下更に好ま
しくは２０００℃以上３３００℃以下になる様にして行
なわれる。

【００１９】最高到達温度までの昇温速度は特に限定は
されないが通常０．１℃／時間〜２００℃／時間の範囲
で行なわれる。又、一度４００℃以上１５００℃以下の
温度で炭化処理したあと同一の熱処理設備又は別の黒鉛
化処理設備に移して黒鉛化処理することも出来る。黒鉛
化処理中の酸素濃度は５００ｐｐｍ以下が望ましい。こ
れ以上酸素が存在すると炭素短繊維が酸化劣化を起こす
ので好ましくない。

【００２０】上記黒鉛化処理はその結果得られた炭素短
繊維集合体にある程度黒鉛結晶が生成する様にその温
度、時間等の条件を調節して行なわれる。黒鉛結晶の生
成は通常は粉末Ｘ線回折法により求めることが出来るｄ
００２が３．４５Å以下３．３６以上、好ましくは３．
４３以下３．３６以上であることにより知ることが出来
る。黒鉛結晶のｄ００２が調べられる方法であれば特に
粉末Ｘ線回折法にこだわらず、高分解能の透過型電子顕
微鏡や電子線回折法でも調べることが出来る。

【００２１】また、この様にして得られた炭素短繊維の
引張弾性率を測定するため、切断工程がない以外は同一
条件で炭素長繊維を製造し、引張弾性率試験を行った場
合に、５０Ｔ／ｍｍ²以上の弾性率となる炭素短繊維を
用いることが好ましい。このようにして得られた本発明
の炭素短繊維集合体は嵩密度が４５０ｇ／ｌ以上６５０
ｇ／ｌ以下であり、好ましくは５５０ｇ／ｌ以上６５０
ｇ／ｌ以下である。

【００２２】また本発明の炭素短繊維集合体は不活性ガ
ス雰囲気中４００℃一気圧、一時間での加熱重量減少が
０．５％以下であり、成形時の加熱によって殆ど分解す
ることがなく、従って、ガスの発生も非常に少ない。さ
らに又本発明の炭素短繊維集合体は不純物灰分の含有量
が少なく１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下
である。尚灰分の含有量は空気中で８００℃以上の温度
で、炭素元素が燃焼してしまうのに十分な時間、例えば
３００分以上燃焼させたあと残存した不燃灰成分の重量
として測定する。

【００２３】次に、かかる炭素短繊維集合体を強化材と
して用いる繊維強化樹脂組成物について説明する。用い
る樹脂としては、公知の樹脂、好ましくは熱可塑性樹
脂、例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエ
ステル、ポリオレフィン、アクリル樹脂、ポリオキシメ
チレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキ
シド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテル・エ
ーテルケトン、ポリフェニレンスルホン、フッ素樹脂な
どのポリマー類又はこれらのコポリマー類などが挙げら
れるが、特に本発明の炭素短繊維集合体は、従来、その
高い成形温度のためにガスの発生が特に問題となってい
た耐熱性スーパーエンプラをマトリックス樹脂とする繊
維強化樹脂組成物の製造に適用した場合に、その効果が
大である。耐熱性スーパーエンプラとしては、従来公知
のものを含めて特に限定されないが、好ましくは、ポリ
エーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエ
ーテルケトンケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェ
ニレンサルファイド、ポリアリレンサルファイド、ポリ
エーテルイミド、ポリイミド、ポリアリレート、ポリサ
ルフォン、ポリアミドイミド、液晶ポリマー等およびそ
れらの配合体を用いるのが良い。

【００２４】又、結晶性の樹脂、例えばポリアミド、Ａ
Ｓ樹脂、ポリフェニレンスルフィド、ＬＣＰ、これらの
混合物等は、炭素繊維を高充填しても成形性が確保され
るので好ましい。

【００２５】本発明の樹脂組成物は、これらの成分を配
合したものであるが、この配合割合としては、樹脂１０
０重量部に対して炭素短繊維集合体３０〜２８０重量
部、好ましくは３５〜２５０重量部、更に好ましくは４
０〜２００重量部とするのがよい。樹脂１００重量部に
対して炭素短繊維集合体が３０重量部未満では、炭素繊
維の補強効果が発揮されず、一方熱可塑性樹脂１００重
量部に対して２８０重量部以上では、マトリックス樹脂
への混合、分散する工程において種々の問題が発生しや
すい。

【００２６】本発明の樹脂組成物は、好ましくは曲げ弾
性率が１５００００ｋｇ／ｃｍ²以上を達成することが
できる。又、体積固有抵抗値が１００Ωｃｍ以下、配向
する繊維と垂直方向の熱伝導率が０．７Ｗ／ｍＫ以上配
向する繊維と平行方向の熱伝導率が４Ｗ／ｍＫ以上のも
のであることが好ましい。

【００２７】また、この様な樹脂と本発明の炭素短繊維
集合体の配合方法としては特に限定されるものではない
が通常一軸押出機、二軸押出機、プレス機、高速ミキサ
ー、射出成形機、引抜成形機等の方法により行われる。
更に、上記成分以外に本発明の効果を損なわない程度に
例えば、他種炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボ
ロン繊維、炭化ケイ素繊維、上記樹脂の繊維などの短繊
維及び長繊維、ホイスカー類、これらにニッケル、アル
ミニウム、銅などの金属コーティング繊維状強化剤類、
あるいはカーボンブラック、二硫化モリブテン、マイ
カ、タルク、炭酸カルシウム、などのフィラー類から成
る強化剤、安定剤、滑剤、その他添加剤などを加えるこ
とができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の炭素短繊維集合体は、多量の炭
素繊維を樹脂に混合することができ、かつ高弾性率を示
す樹脂組成物を得ることができる。又、それ自体は集合
体の状態を保っており取扱いが容易で、樹脂との混合時
には容易に分散する等作業性がよく、かつ成形時には高
温で加熱してもガスの発生が非常に少なく、ボイドの少
ない成形体を与える。

【００２９】本発明の炭素短繊維集合体の製造方法によ
れば、かかる有用な炭素短繊維集合体を、容易かつ工業
的有利に製造可能である。本発明の繊維強化樹脂組成物
は、ボイドが非常に少なく、力学特性に優れている。更
に炭素繊維含有率が高く、且高弾性率（高剛性）である
ため同一重量のアルミ合金と比べて優れた剛性を有し、
また同一剛性のアルミ合金と比べ軽量化が図れる。又、
熱伝導率が高いため、局部的な高温部の発生が起こりに
くく、実用的な耐熱性を有する繊維強化樹脂組成物が得
られる。

【００３０】

【実施例】

（実施例１） 炭素短繊維集合体の製造 ピッチ系炭素繊維であって、引張強度２４０ｋｇ／ｍｍ
² 、引張弾性率２２ｔｏｎ／ｍｍ² 、繊維直径１０μ、
密度２．０１ｇ／ｃｍ³ 、フィラメント数８０００のも
のをエポキシ化合物「エピコート８３４」（シェル化学
社製）６０重量部と「エピコート１００４」（シェル化
学社製）４０重量部をエマルジョン濃度が３重量％とな
るように調製した水エマルジョン溶液に含浸させたの
ち、約１２０℃で２０分間加熱乾燥し、さらに切断機で
６ｍｍ長さの炭素短繊維集合体（エポキシ化合物付着量
は３．１重量％）を製造した。その後アルゴンガス中２
０００℃まで昇温し、１時間保持後、冷却し、黒鉛化処
理を施した炭素短繊維集合体を得た。得られた炭素短繊
維集合体は嵩密度が６１０ｇ／ｌであり、空気中で８８
０℃、４０時間燃焼させた測定した灰分量が６７ｐｐｍ
であった。

【００３１】又、標準試料にシリコンを用いて粉末Ｘ線
回折を測定（日本技術振興会 炭素材料１１７委員会の
定める人造黒鉛の格子定数および結晶子の大きさ測定法
に準拠した）したところ黒鉛面間隔ｄ００２は３．４２
Åであった。一方、該炭素短繊維集合体を構成する炭素
繊維の引張弾性率を測定するため（短繊維では測定法的
に、引張弾性率の測定が難しい）、切断工程を施さない
以外は上記と同様の方法により製造した炭素長繊維の引
張弾性率を測定したところ、引張弾性率は６０ｔｏｎ／
ｍｍ² であった。

【００３２】強化繊維樹脂組成物の製造 前記炭素短繊維集合体４３重量部と乾燥したポリブチレ
ンテレフタレート樹脂ペレット（三菱エンジニアリング
プラスチック社製「ノバドゥール５００８」）１００重
量部とをドライブレンドした後、スクリュー押出機にし
こみ、２５０℃で溶融混合してストランド状に押出し、
水冷後ペレット状に切断した。押出機への仕込みはスム
ーズで、かつペレット化中のガスの発生もほとんどな
く、炭素短繊維集合体と樹脂とは均一な分散状態であっ
た。このようにして得られた炭素短繊維強化成形材料を
１２０℃、６時間乾燥した後、射出成形により成形し、
試験片（Ａ）を得た。

【００３３】更に、炭素短繊維集合体の樹脂ペレットに
対する混合比を２５重量部に変化したもの（試験片
Ｂ）、１１重量部に変化したもの（試験片Ｃ）を作成し
た。得られた試験片の成形性、曲げ弾性率を表−１及び
図−１に示す。尚、試験片の曲げ弾性率は、ＡＳＴＭ
Ｄ７９０法に準拠して測定した（以下、曲げ弾性率は全
てこの方法に準拠して測定した。）。

【００３４】（比較例１） 炭素短繊維集合体の製造 サイジング剤により集束した炭素繊維を焼成しなかった
以外は実施例１と同様にして炭素短繊維集合体を製造し
た。得られた炭素短繊維集合体は嵩密度が５８０ｇ／ｌ
であり、空気中で８８０℃、４０時間燃焼させた測定し
た灰分量が２００ｐｐｍであった。

【００３５】又、標準試料にシリコンを用いて粉末Ｘ線
回折を測定（日本技術振興会 炭素材料１１７委員会の
定める人造黒鉛の格子定数および結晶子の大きさ測定法
に準拠した）したところ黒鉛面間隔ｄ００２は３．４７
Åであった。

【００３６】強化繊維樹脂組成物の製造 上記炭素短繊維集合体を用いた以外は実施例１と同様に
して混合量を変化させた炭素短繊維強化成形材料の試験
片を得た。即ち炭素短繊維集合体の混合量が４３重量部
の試験片を（ａ）、２５重量部の試験片を（ｂ）、１１
重量部の試験片を（ｃ）とする。

【００３７】得られた試験片の成形性、曲げ弾性率を表
−１及び図−１に示す。

【００３８】（実施例２）実施例１で得られた炭素短繊
維集合体を用いて炭素短繊維集合体４３重量部と乾燥し
たポリエーテルイミド樹脂ペレット（日本ジーイープラ
スチックス社製「ウルテム１０１０」）１００重量部と
をドライブレンドした後、スクリュー押出機にしこみ、
３９０℃で溶融混合してストランド状に押し出し、水冷
後ペレット状に切断した。押出機への仕込みはスムーズ
で、かつペレット化中のガス発生もほとんどなく炭素短
繊維集合体と樹脂とは均一な分散状態であった。このよ
うにして得られた炭素短繊維強化成形材料を１２０℃、
６時間乾燥した後、射出成形により成形し、試験片
（Ｄ）を得た。

【００３９】更に、炭素短繊維集合体の樹脂ペレットに
対する混合比を１７重量部に変化したもの（試験片Ｅ）
を作成した。得られた試験片の成形性、曲げ弾性率を表
−１及び図−１に示す。

【００４０】（比較例２） 炭素短繊維集合体の製造 実施例１で用いた炭素繊維を用いて実施例１と同一のサ
イジング剤により集束を行った後、６ｍｍ長さに切断し
た。このものを、最高到達温度４００℃で炭化処理を行
って炭素短繊維集合体を得た。

【００４１】即ち、ピッチ系炭素繊維であって、引張強
度２４０ｋｇ／ｍｍ² 、引張弾性率２２ｔｏｎ／ｍ
ｍ² 、繊維直径１０μ、密度２．０１ｇ／ｃｍ³ 、フィ
ラメント数８０００のものをエポキシ化合物「エピコー
ト８３４」（シェル化学社製）６０重量部と「エピコー
ト１００４」（シェル化学社製）４０重量部をエマルジ
ョン濃度が３重量％となるように調製した水エマルジョ
ン溶液に含浸させたのち、約１２０℃で２０分間加熱乾
燥し、さらに切断機で６ｍｍ長さの炭素短繊維集合体
（エポキシ化合物付着量は３．１重量％）を製造した。
その後アルゴンガス中４００℃まで昇温し、１時間保持
後、冷却し、炭化処理を施した炭素短繊維集合体を得
た。得られた炭素短繊維集合体は嵩密度が５９０ｇ／ｌ
であり、空気中で８８０℃、４０時間燃焼させた測定し
た灰分量が２００ｐｐｍであった。

【００４２】又、標準試料にシリコンを用いて粉末Ｘ線
回折を測定（日本技術振興会 炭素材料１１７委員会の
定める人造黒鉛の格子定数および結晶子の大きさ測定法
に準拠した）したところ黒鉛面間隔ｄ００２は３．４７
Åであった。

【００４３】強化繊維樹脂組成物の製造 得られた炭素短繊維集合体を用いた以外は実施例２と同
様にして混合量を変化させた炭素短繊維強化成形材料の
試験片を得た。即ち炭素短繊維集合体の混合量が４３重
量部の試験片を（ｄ）、１７重量部の試験片を（ｅ）と
する。得られた試験片の成形性、曲げ弾性率を表−１及
び図−１に示す。

【００４４】（比較例３） 炭素短繊維集合体の製造 実施例１で用いた炭素繊維を用いて実施例１と同一のサ
イジング剤により集束を行った後、６ｍｍ長さに切断し
た。このものを、最高到達温度１０００℃で炭化処理を
行って炭素短繊維集合体を得た。

【００４５】即ち、ピッチ系炭素繊維であって、引張強
度２４０ｋｇ／ｍｍ² 、引張弾性率２２ｔｏｎ／ｍ
ｍ² 、繊維直径１０μ、密度２．０１ｇ／ｃｍ³ 、フィ
ラメント数８０００のものをエポキシ化合物「エピコー
ト８３４」（シェル化学社製）６０重量部と「エピコー
ト１００４」（シェル化学社製）４０重量部をエマルジ
ョン濃度が３重量％となるように調製した水エマルジョ
ン溶液に含浸させたのち、約１２０℃で２０分間加熱乾
燥し、さらに切断機で６ｍｍ長さの炭素短繊維集合体
（エポキシ化合物付着量は３．１重量％）を製造した。
その後アルゴンガス中１０００℃まで昇温し、１時間保
持後、冷却し、炭化処理を施した炭素短繊維集合体を得
た。得られた炭素短繊維集合体は嵩密度が５９０ｇ／ｌ
であり、空気中で８８０℃、４０時間燃焼させて測定し
た灰分量が１８０ｐｐｍであった。

【００４６】又、標準試料にシリコンを用いて粉末Ｘ線
回折を測定（日本技術振興会 炭素材料１１７委員会の
定める人造黒鉛の格子定数および結晶子の大きさ測定法
に準拠した）したところ黒鉛面間隔ｄ００２は３．４７
Åであった。

【００４７】強化繊維樹脂組成物の製造 得られた炭素短繊維集合体を用いた以外は実施例２と同
様にして混合量を変化させた炭素短繊維強化成形材料の
試験片を得た。即ち炭素短繊維集合体の混合量が４３重
量部の試験片を（ｄ′）、１７重量部の試験片を
（ｅ′）とする。得られた試験片の成形性、曲げ弾性率
を表−１及び図−１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】（実施例３）炭素短繊維集合体として実施
例１で製造した炭素短繊維集合体を用いてマトリックス
樹脂として三菱エンジニアリングプラスチック（株）製
ＰＰＳ樹脂を用い、炭素繊維量はコンパウンド（樹脂組
成物）当たり４５重量％（マトリックス樹脂１００重量
部に対し、炭素短繊維集合体の量が８２重量部）となる
ように秤量しドライブレンドした。２軸押出機のホッパ
ーより材料を投入し混練押出しされたストランドを引き
取りながら冷却しストランドカッターにて切断しペレッ
ト状のコンパウンドを得た。移出成形機により試験片を
成形した。

【００５０】（実施例４）実施例３と同様にし炭素短繊
維集合体量を６０％（マトリックス樹脂１００重量部に
対し炭素短繊維集合体の量が１５０重量部）となるよう
にして試験片を成形した。 （実施例５）実施例３と同じ炭素繊維を２軸押し出し機
のサイドフィードからＰＰＳ樹脂を２軸押しだし機のト
ップフィードから供給し混練押しだしを行った。以下同
様に試験片を成形した。

【００５１】（実施例６）実施例３と同様にし炭素短繊
維集合体量を３０％（マトリックス樹脂１００重量部に
対し炭素短繊維集合体の量が４３重量部）となるように
試験片を成形した。

【００５２】（比較例４）実施例３と同様にし炭素短繊
維集合体量を１５％（マトリックス樹脂１００重量部に
対し炭素短繊維集合体の量が１８重量部）となるように
試験片を成形した。 （比較例５）実施例３と同様にし炭素短繊維集合体量を
７５％（マトリックス樹脂１００重量部に対し炭素短繊
維集合体の量が３００重量部）となるように混練を行っ
たが均一がコンパウンドが得られなかった。

【００５３】（比較例６）比較例１で用いたサイジング
剤塗布後焼成を行わない炭素繊維（弾性率２２Ｔ／ｍｍ
²）を用いた以外は実施例３と同様の方法により炭素繊
維量を６０％となるように混練を行ったが、ガス発生が
多く、均一なコンパウンドを得ることが出来なかった。 （比較例７）比較例２で用いた焼成温度が４００℃の炭
素繊維（弾性率２２Ｔ／ｍｍ²）を用いた以外は実施例
３と同様の方法により炭素繊維量を６０％となるように
混練を行ったが、均一なコンパウンドが得られなかっ
た。

【００５４】

【表２】

【００５５】炭素繊維弾性率はＪＩＳ Ｒ７６０１シン
グルフィラメントによる方法にて測定した値であり、体
積固有抵抗値はＳＲＩＳ２３０１“ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅ
ｔｙｏｆ Ｒｕｂｂｅｒ Ｆｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｔａｎ
ｄａｒｄ ｉｎ Ｊａｐａｎ”の方法で測定した。又、
Ａ方向の熱伝導率とは、ＡＳＴＭ引張試験片の中央部を
切り出し引張試験片の厚み方向、すなわち、試験片中に
配向している繊維と垂直方向に測定したものを意味し、
Ｂ方向の熱伝導率とは、ＡＳＴＭ引張試験片の中央部４
枚を接着剤で貼り合せ切り出したものを用い、引張試験
片の長手方向、すなわち、試験片中に配向している繊維
と平行方向に測定したものを意味し、いずれの熱伝導率
も、レーザーフラッシュ法ＪＩＳ Ｒ１６１１に準拠し
測定した。

【００５６】上記表−２記載の結果を重量同一の板の曲
げ剛性の比較として、代表的なアルミ合金（２０１４：
曲げ弾性率７．４Ｔ／ｍｍ²、比重２．８ｇ／ｃｍ³）も
加えて表−３に示す。重量同一の場合、本実施例の材料
は比重が小さいので板厚が大きく採れる。板の曲げ剛性
は材料の弾性率と断面２次モーメントの積で有り、断面
２次モーメントは板厚の３乗に比例する。従って、同一
の曲げ剛性を発揮するための必要な板厚さ及び必要な重
量比を表−４に示すが、本発明の実施例の場合は、必要
な重量がアルミ合金より少なくてすむため、軽量化が図
れ、従来の樹脂組成物より熱伝導率が２倍以上優れた材
料が提供できる。

【００５７】

【表３】

【００５８】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１、２及び比較例１、２、３の試験台の
曲げ弾性率を示す図。

【符号の説明】

１ 実施例１ ２ 実施例２ ３ 比較例１ ４ 比較例２ ５ 比較例３

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維長が２〜２０ｍｍである炭素短繊維
   を嵩密度４５０〜６５０ｇ／ｌの範囲で集束してなる炭
   素短繊維集合体であって、黒鉛化されてなることを特徴
   とする炭素短繊維集合体。
2. 【請求項２】 不純物灰分の含有量が１００ｐｐｍ以下
   であることを特徴とする請求項１記載の炭素短繊維集合
   体。
3. 【請求項３】 該炭素短繊維集合体の粉末Ｘ線回折法に
   より測定されるｄ００２値が３．４５Å以下３．３６Å
   以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素
   短繊維集合体。
4. 【請求項４】 サイジング剤で集束させた炭素短繊維集
   合体を不活性ガス雰囲気中、最高到達温度が１６００℃
   以上３３００℃以下となる条件下で加熱し黒鉛化処理を
   行うことを特徴とする炭素短繊維集合体の製造方法。
5. 【請求項５】 繊維長が２〜２０ｍｍである炭素短繊維
   が嵩密度４５０〜６５０ｇ／ｌの範囲で集合し、黒鉛化
   されてなる炭素短繊維集合体を熱可塑性樹脂１００重量
   部に対して３０重量部以上配合してなることを特徴とす
   る繊維強化樹脂組成物。
6. 【請求項６】 該炭素短繊維が引張弾性率５０Ｔ／ｍｍ
   ² 以上のメソフェーズピッチ系炭素繊維であることを特
   徴とする請求項５記載の繊維強化樹脂組成物
7. 【請求項７】 該樹脂組成物の曲げ弾性率が１５０００
   ０ｋｇ／ｃｍ²以上、体積固有抵抗値が１００Ωｃｍ以
   下、熱伝導率が０．７Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴と
   する請求項５記載の繊維強化樹脂組成物。