JPH09234734A

JPH09234734A - 炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH09234734A
Application number: JP2372596A
Authority: JP
Inventors: Motonobu Yamada; 元伸山田; Hidetoshi Sakai; 秀敏坂井; Motonori Hiratsuka; 元紀平塚
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的特性の向上を可能にすると共に、優れ
た成形性を示すことができる炭素繊維強化熱可塑性樹脂
ペレットおよびその製造方法を提供する。【解決手段】熱可塑性樹脂と引張強度Ｔが４．５〜
６．５ＧＰａの炭素繊維とからなる炭素繊維強化熱可塑
性樹脂ペレットＰである。該ペレットＰの射出成形材の
ノッチ付アイゾット衝撃強度Ｇが基準炭素繊維強化熱可
塑性樹脂ペレットＳの射出成形材のノッチ付アイゾット
衝撃強度Ｇｏに対する比Ｇ／Ｇｏと、前記引張強度Ｔの
基準ペレットＳ内の炭素繊維の引張強度Ｔｏに対する比
Ｔ／Ｔｏとが、（Ｇ／Ｇｏ）／（Ｔ／Ｔｏ）＞１の関係
である。製造方法は、表面異形化加工した開繊・繊維長
制御機構部６を設けた押出機を使用し、熱可塑性樹脂を
溶融し、該溶融樹脂中に引張強度４．５〜６．５ＧＰａ
の連続炭素繊維とを供給し、開繊・繊維長制御機構部６
を通過させながら押出してペレット化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱可塑性樹脂と炭
素繊維からなる炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットおよ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維は軽量かつ優れた機械的特性
（特に高い引張強度と引張弾性率）を有するため熱可塑
性樹脂の強化材として使用された炭素繊維強化熱可塑性
樹脂が様々な分野に利用されている。しかし、炭素繊維
は脆い材料でもあるため、通常の押出機を用いて熱可塑
性樹脂にチョップドストランド状の炭素繊維を混練する
方法では、炭素繊維が短く折れてしまい、良好な機械的
特性が備わった炭素繊維強化熱可塑性樹脂を得ることは
できない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで強化繊維の長繊
維化を目的として、特公昭６３−３７６９４号公報に
は、強化繊維を熱可塑性樹脂で被覆するプルトルージョ
ン法（引抜き成形法）が提案されている。しかし、この
プルトルージョン法は生産性が悪く、また得られた繊維
強化熱可塑性樹脂組成物中に長い繊維を存在させること
が出来るものの、樹脂中で繊維が束状になって存在する
ため繊維の開繊度合が悪く、プレス成形する場合には樹
脂と繊維が分離してしまったり、また射出成形する場合
には流動性が悪いという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、機械的特性の向上を可能
にすると共に、優れた成形性を示すことができる炭素繊
維強化熱可塑性樹脂ペレットおよびその製造方法を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による炭素繊維強
化熱可塑性樹脂ペレットは、熱可塑性樹脂と引張強度Ｔ
が４．５〜６．５ＧＰａの炭素繊維とからなる炭素繊維
強化熱可塑性樹脂ペレットＰであって、該ペレットＰの
射出成形材のノッチ付アイゾット衝撃強度Ｇが基準炭素
繊維強化熱可塑性樹脂ペレットＳ（但し、該基準ペレッ
トＳは前記ペレットＰと同一の熱可塑性樹脂に引張強度
Ｔｏ３．５３ＧＰａ、繊維長６ｍｍの基準炭素繊維を該
ペレットＰと同一量配合して押出成形したものである）
の射出成形材のノッチ付アイゾット衝撃強度Ｇｏに対す
る比Ｇ／Ｇｏと、前記引張強度Ｔの前記引張強度Ｔｏに
対する比Ｔ／Ｔｏとが、（Ｇ／Ｇｏ）／（Ｔ／Ｔｏ）＞
１の関係であることを特徴とするものである。

【０００６】また、かかる炭素繊維強化樹脂ペレットの
製造方法は、スクリューおよび／またはシリンダーの少
なくとも一部を表面異形化加工した開繊・繊維長制御機
構部を設けた押出機を使用し、熱可塑性樹脂を溶融する
と共に、該溶融樹脂中に引張強度が４．５〜６．５ＧＰ
ａの連続炭素繊維とを供給し、前記開繊・繊維長制御機
構部を通過させながら開繊・切断して溶融樹脂中に分散
させ、次いで前記押出機から押出してペレット化するこ
とを特徴とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹
脂ペレットは、引張強度Ｔが４．５〜６．５ＧＰａの炭
素繊維を熱可塑性樹脂の強化繊維として使用することに
より優れた機械的特性、特に高いノッチ付アイゾット衝
撃強度Ｇを備えたものとなっている。一般に高い引張強
度の強化繊維を用いれば、その引張強度に比例した高強
度の繊維強化熱可塑性樹脂が得られる。

【０００８】しかし、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹
脂は、引張強度Ｔｏが３．５３ＧＰａ、繊維長が６ｍｍ
の炭素繊維を基準とし、この基準炭素繊維を含有する基
準炭素繊維強化熱可塑性樹脂のノッチ付アイゾット衝撃
強度Ｇｏに対するノッチ付アイゾット衝撃強度Ｇの増加
割合が、強化用炭素繊維の引張強度Ｔの基準炭素繊維引
張強度Ｔｏに対する増加割合よりも大きくなっているこ
とが特徴である。さらに好ましくは、ノッチ付アイゾッ
ト衝撃強度Ｇの基準炭素繊維強化熱可塑性樹脂のノッチ
付アイゾット衝撃強度Ｇｏに対する増加割合が、使用炭
素繊維の引張強度Ｔの基準炭素繊維の引張強度Ｔｏに対
する増加割合の１．５倍以上に大きくなることを特徴と
している。

【０００９】すなわち、本発明の炭素繊維強化熱可塑性
樹脂ペレットＰは熱可塑性樹脂と引張強度Ｔが４．５〜
６．５ＧＰａである炭素繊維とからなるが、このペレッ
トＰを射出成形して得られる成形材（試験片）のノッチ
付アイゾット衝撃強度Ｇは同一の熱可塑性樹脂と基準炭
素繊維とからなる基準炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレッ
トＳを射出成形して得られる成形材（試験片）のノッチ
付アイゾット衝撃強度Ｇｏに対する増加割合Ｇ／Ｇｏ
が、ペレットＰに使用した炭素繊維の引張強度Ｔの基準
炭素繊維の引張強度Ｔｏの増加割合Ｔ／Ｔｏよりも大き
く〔（Ｇ／Ｇｏ）／（Ｔ／Ｔｏ）＞１〕、さらに好まし
くは１．５倍以上である〔（Ｇ／Ｇｏ）／（Ｔ／Ｔｏ）
≧１．５〕ということである。

【００１０】なお、ここで基準炭素繊維とは、引張強度
Ｔｏが３．５３ＧＰａで、繊維長が６ｍｍのチョップド
ストランドである。この引張強度Ｔｏが３．５３ＧＰａ
の炭素繊維としては、例えば東レ（株）製“トレカ”Ｔ
３００を使用することができる。また、基準炭素繊維強
化熱可塑性樹脂ペレットＳとは、この基準炭素繊維を本
発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットＰと同一の熱
可塑性樹脂に対して同一量を混合するように押出機シリ
ンダー内に供給し、スクリュー径の１倍以上の長さの混
練領域を通過させて、炭素繊維を熱可塑性樹脂中に均一
分散させ、ペレット化して得られたものである。

【００１１】また、炭素繊維の引張強度は、ＪＩＳＲ
−７６０１の規定に従って測定し、試験片のノッチ付ア
イゾット衝撃強度は、ＡＳＴＭＤ−２５６の規定に従
って測定したものである。本発明の炭素繊維強化熱可塑
性樹脂ペレットに使用できる熱可塑性樹脂としては、押
出機によって成形することができれば特に制限はない。
例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、スチレン−ブ
タジエン−アクリルニトリル共重合体、ナイロン１１、
ナイロン１２、ナイロン６やナイロン６６等の脂肪族ナ
イロン、脂肪族ナイロンとテレフタル酸等の芳香族ジカ
ルボン酸または芳香族ジアミンを共重合した半芳香族ポ
リアミド、各種共重合ポリアミド、ポリカーボネート、
ポリアセタール、ポリメチルメタアクリレート、ポリス
ルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロ
ヘキサンジエチレンテレフタレート、ポリブチレンナフ
タレート等のポリエステルおよびそれらの共重合体、サ
ーモトロピック液晶ポリマ、ポリフェニレンスルフィ
ド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルフ
ォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイ
ミド、ポリウレタン、ポリエーテルアミド等が挙げら
れ、これらは単独または２種以上組み合わせて用いるこ
とも可能である。

【００１２】これらの中でも、特に好ましい樹脂として
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロ
ヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンテレ
フタレート共重合系液晶ポリマ、ナイロン１１、ナイロ
ン１２、ナイロン６、ナイロン６６、半芳香族ナイロ
ン、共重合ナイロン、ポリフェニレンスルフィド、ＡＢ
Ｓ樹脂である。

【００１３】本発明に使用する炭素繊維は、引張強度が
４．５〜６．５ＧＰａの範囲のものとし、好ましくは
４．５〜５．５ＧＰａの範囲とする。引張強度が４．５
ＧＰａ未満であると、炭素繊維強化熱可塑性樹脂として
十分な機械的性質の向上効果が得られず、また６．５Ｇ
Ｐａを越えると炭素繊維が折れにくくなり、押出機から
吐出されたガットに毛羽が発生し、ガットの引取り安定
性や成形性に問題が生じるため、好ましくない。

【００１４】また、炭素繊維の熱可塑性樹脂に対する含
有率は、特に限定するものではなく、最終使用目的に応
じて任意の比率にすることができるが、好ましくは繊維
含有量を３〜６０重量％、さらに好ましくは３〜４５重
量％にした場合に機械的性質や表面平滑性に優れ、かつ
成形性を向上することができる。上述したように機械的
特性に優れた本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレッ
トは、好ましくは次のような方法により効率よく製造す
ることができる。

【００１５】すなわち、スクリューおよび／またはシリ
ンダーの少なくとも一部を表面異形化加工した開繊・繊
維長制御機構部を有する押出機を使用する。この押出機
に、熱可塑性樹脂と引張強度が４．５〜６．５ＧＰａの
連続炭素繊維とを供給し、上記開繊・繊維長制御機構部
において連続炭素繊維を開繊・切断しながら、溶融した
熱可塑性樹脂と混練する。このように製造することによ
って、組成物中の炭素繊維の重量平均繊維長Ｌｗと数平
均繊維長Ｌｎの比Ｌｗ／Ｌｎを、通常１．１以上にする
ことができる。

【００１６】ここで、重量平均繊維長Ｌｗおよび数平均
繊維長Ｌｎは、それぞれ次のように定義されるものであ
る。重量平均繊維長Ｌｗ＝Σ（ρπｒ²Ｌｉ×Ｌｉ）／Σ（ρπｒ²Ｌｉ）＝ΣＬｉ²／ΣＬｉ数平均繊維長Ｌｎ＝ΣＬｉ／ｎただし、ρ：炭素繊維の密度ｒ：炭素繊維の半径Ｌｉ：ｉ番目の炭素繊維の長さｎ：炭素繊維の本数本発明の製造方法において、押出機には連続した炭素繊
維を供給するものとし、好ましくは、連続した単繊維を
集束したロービングを使用することが望ましい。炭素繊
維の種類としては、ＰＡＮ系、ピッチ系いずれでもよ
い。連続炭素繊維の繊維径は直径１〜３０μｍ、さらに
好ましくは直径４〜１５μｍがよい。繊維の集束本数は
特に限定されないが、単繊維のモノフィラメントを１０
〜５００００本集束したものがハンドリングの上で好ま
しい。通常、これら炭素繊維のロービングは、樹脂との
界面接着性向上のための表面処理を行って使用すること
もできる。

【００１７】本発明の製造方法に使用する押出機は、好
ましくは熱可塑性樹脂の樹脂供給口と連続炭素繊維の繊
維供給口との二つを独立に有しているものがよい。連続
炭素繊維の供給口は熱可塑性樹脂の溶融部よりも下流側
に設け、連続炭素繊維を溶融状態の樹脂中に投入するよ
うにするのがよい。炭素繊維と熱可塑性樹脂とを同時に
投入すると、通常、樹脂の溶融時に繊維が切れてしま
い、良好な機械的性質が得られないためである。

【００１８】さらに、連続炭素繊維供給口の下流側に
は、スクリューおよび／またはシリンダーの表面を異形
化加工した開繊・繊維長制御機構部を設けるようにす
る。また、連続炭素繊維の供給部は窒素などでシール
し、溶融樹脂と空気との接触を断つようにするとよい。
このようなシールによって、樹脂の酸化劣化を防止する
ことができる。さらに、開繊・繊維長制御機構部以降に
は、樹脂や炭素繊維の表面処理剤から発生する揮発成分
や、炭素繊維が抱き込む気泡による物性の低下や外観不
良を防止するため、脱気口を設けるようにするとよい。

【００１９】スクリューおよび／またはシリンダーの表
面の異形化加工によって構成した開繊・繊維長制御機構
部は、連続炭素繊維の供給口に隣接して設けることが望
ましい。開繊・繊維長制御機構部が供給口から離れすぎ
ると、連続炭素繊維が開繊・繊維長制御機構部に到達す
る前に、通常のスクリューフライトとシリンダー間で擦
りきれて束繊維が残存し、炭素繊維が均一分散されなく
なることがある。また、炭素繊維供給口以降に通常の混
練部を設けると、そこで炭素繊維が破損してしまうため
好ましくない。さらに開繊・繊維長制御機構部以降に混
練部を設けた場合にも、繊維が破損してしまうため好ま
しくない。

【００２０】本発明に使用する押出機のスクリューは単
軸でも多軸でもよいが、好ましくはユニット構造の二軸
押出機のような多軸押出機がよい。二軸押出機として
は、同方向、異方向、噛み合い型、非噛み合い型等のど
のタイプでも良い。また、スクリューとしては、深溝や
浅溝、１条、２条、３条ネジ等を利用することができ
る。二軸押出機は、単軸押出機に比較して、樹脂供給量
とスクリュー回転数を独立に制御することができるた
め、炭素繊維の添加量を制御しやすい。また、ユニット
構造であれば、開繊・繊維長制御機構部を設けやすく、
かつその位置も変えやすい利点がある。

【００２１】図１は本発明で使用する押出機の一例とし
て示す２条ネジスクリュー式二軸押出機である。この押
出機は、２本のスクリュー１をシリンダー２の中に挿入
し、そのシリンダー２の一方の端部に樹脂供給口３を設
け、他方の端部に吐出用のダイス５を設けている。ま
た、中間部に炭素繊維供給口４を設けている。また、シ
リンダー２の内部には、炭素繊維供給口４の下流側に、
本発明において重要な作用を行う開繊・繊維長制御機構
部６が設けられている。

【００２２】このような二軸押出機において、樹脂供給
口３から供給された熱可塑性樹脂は、スクリュー１によ
って搬送されながら溶融され、ニーディングゾーン７に
て完全に溶融される。他方、この溶融樹脂の中に炭素繊
維供給口４から連続炭素繊維が供給され、溶融樹脂とと
もに開繊・繊維長制御機構部６に送られる。炭素繊維
は、開繊・繊維長制御機構部６において開繊・切断され
た後、溶融樹脂とともに、ダイス５からガットＧとして
吐出される。ガットＧは冷却されたのちカッティングさ
れ、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットになる。

【００２３】上記ペレット製造工程において、炭素繊維
供給口４から供給される連続炭素繊維は、スクリューフ
ライトとシリンダー間の剪断力によって押出機シリンダ
ー内に一定速度で巻き込まれ、スクリューに巻き付きな
がら前進する。通常、チョップドストランドの場合に
は、溶融樹脂とともにスクリューの溝を流動するが、上
記工程で供給する連続炭素繊維はスクリューフライトを
乗り越えて前進する。しかも、上記押出機には、スクリ
ュー外周部やシリンダー内壁に異形化加工が施された開
繊・繊維長制御機構部６が設けられているので、この開
繊・繊維長制御機構部６によってスクリューに巻き付い
た連続炭素繊維を開繊・切断し、溶融樹脂中に均一分散
させることができる。

【００２４】開繊・繊維長制御機構部の異形化加工の具
体的な例としては、スクリュー表面、好ましくは円柱状
のスクリュー表面やニュートラルエレメントなどの楕円
状のスクリュー表面に対して、凹凸加工することが挙げ
られる。凹凸を形成する方法は、特に制限はないが、切
削加工、研削加工、ブラスト加工等を採用することがで
きる。

【００２５】凹凸加工の形状についても、連続繊維を開
繊・切断できれば特に制限はないが、例えば下記のよう
な刃状加工や網目加工などが挙げられる。図２（ａ）、
（ｂ）は、開繊・繊維長制御機構部６の一例を示し、楕
円断面のスクリュー１と円筒形状のシリンダー２の表面
に、それぞれスクリュー軸と垂直方向に鋸刃状に立設す
る刃状加工部１０を設けるようにしたものである。もち
ろん、この刃状加工部１０はスクリュー１またはシリン
ダー２のいずれか一方に設けるようにしてもよい。

【００２６】上記刃状加工部１０は、図２（ｃ）に示す
ように特定の刃先角度θを有し、山頂と谷底間の高さｈ
および山頂間の距離（ピッチ）ｔにより特定づけられ
る。刃先角度θとしては６０度以下が好ましく、特に４
５度以下にすることが好ましい。山頂と谷底間の高さｈ
は炭素繊維の繊維径の３０倍以上が好ましく、さらには
７５倍以上が好ましい。山頂間ピッチｔは、炭素繊維の
繊維径の３０から２００倍にすることが好ましい。

【００２７】図３（ａ）、（ｂ）は、開繊・繊維長制御
機構部６の他の例を示すものである。この開繊・繊維長
制御機構部６では、同じく楕円断面のスクリュー１と円
筒形状のシリンダー２とに、それぞれ網目加工部１１を
形成するようにしたものである。もちろん、スクリュー
１またはシリンダー２のいずれか一方に設けるようにし
てもよい。

【００２８】図４（ａ）の開繊・繊維長制御機構部６
は、スクリュー１のフライト上に鋸刃状の刃状加工部１
０を設けた順フルフライトスクリューの例である。ま
た、図４（ｂ）の開繊・繊維長制御機構部６は、同じく
スクリュー１のフライト上に網目加工部１１を設けた順
フルフライトスクリューの例である。上述した開繊・繊
維長制御機構部において、異形化加工された凹凸のピッ
チ、深さなどは、炭素繊維の添加量などに応じて適宜変
更することができる。また、異形化加工されたスクリュ
ーとシリンダーとは、各々単独で使用したり、あるいは
組み合わせて使用したりすることができる。

【００２９】図２および３の例では、スクリュー断面を
楕円形にしたが、もちろんこれを円形状にしてもよい。
噛み合い型の二軸押出機の場合は、セルフクリーニング
性を維持するために、楕円形状にすることが好ましい。
また、加工形状の異なるスクリューおよび／またはシリ
ンダーを組み合わせるようにしてもよい。さらに、開繊
・繊維長制御機構部の長さを変えたり、必要に応じて両
端部で径を変えたり、あるいはピッチや深さの異なる凹
凸を組み合わせるようにしてもよい。

【００３０】なお、異形化加工は、上述した例に限定さ
れるものではなく、炭素繊維を開繊・切断し、溶融樹脂
と均一に混練するための“櫛”のごとき機構を有するも
のであれば、他の機構であってもよい。開繊・繊維長制
御機構部の長さとしては、スクリュー径の０．１〜１０
倍が好ましく、さらに好ましくは０．２〜５倍とすると
よい。

【００３１】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレッ
トは、押出機から吐出された径が１〜８ｍｍ程度の棒状
物を長さ２〜５０ｍｍ程度にカッティッグしたもの、あ
るいは厚さ１〜８ｍｍ程度のシート状物を辺長さ２〜５
０ｍｍ程度の細片にカッティッグしたものとして得るこ
とが好ましい。あるいは、吐出口の大きいダイスを用い
て押出されたものを上記カッティッグしたペレットと同
等の大きさに破砕したものでもよい。

【００３２】本発明のペレット中における炭素繊維の重
量平均繊維長は、０．２ｍｍ以上１０ｍｍ未満であるこ
とが好ましく、さらに好ましくは０．３ｍｍ以上５ｍｍ
未満である。重量平均繊維長が０．２ｍｍ未満では良好
な機械的性質を得ることはできず、また１０ｍｍ以上で
は炭素繊維が均一に分散しにくくなるため好ましくな
い。なお、炭素繊維の繊維長は、ペレットを電気炉で５
００℃×５時間、アルゴンガス雰囲気下において燃焼さ
せて残った灰分から、１０００本以上の炭素繊維につい
て顕微鏡観察により測定したものである。

【００３３】上述した本発明により得られる炭素繊維強
化熱可塑性樹脂ペレットから成形体を成形する方法とし
ては、ペレットを成形可能なものであれば特に制限はな
く、ブロー成形、射出成形、押出成形などの種々の成形
方法で行うことができる。さらに、本発明の炭素繊維強
化熱可塑性樹脂ペレットは、非常に高いノッチ付アイゾ
ット衝撃強度を有するものであり、適用できる成形品と
しては、以下に述べるようなものがあり、多様に適用す
ることができる。

【００３４】すなわち、各種ギア、センサー、コネク
タ、ソケット、抵抗器、スイッチ、コイルボビン、コン
デンサ、プラグ、プリント基板、チューナー、スピーカ
ー、マイクロフォン、ヘッドフォン、モーター、磁気ヘ
ッドベース、ＦＤＤキャリッジ、ＦＤＤシャーシ、モー
ターブラッシュホルダーなどに代表される電気・電子部
品；アイロン、ヘアードライヤー、炊飯器、照明器具、
冷蔵庫、エアコン、洗濯機、乾燥機、タイプライターな
どに代表される家庭・事務電気製品の部品やカバー類；
洗浄用器具、各種モーター、ヘルメット、などに代表さ
れる機械・工具関連の部品やカバー類；ゴルフのドライ
バーヘッドやシャフト、剣道の胴、ラグビーやサッカー
などのゴール・テニスラケット、船体やオール、スキー
やマリン用品などに代表されるスポーツ・レジャー関連
の部品やカバー類；顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計など
に代表される光学機器・精密機械関連部品やカバー類；
机・椅子などの家具、文具、文房具、玩具などの雑貨
類；窓枠、支柱、屋根材、壁などに代表される建築資
材；インテークマニホールド、エアーインテークノズル
スノーケル、燃料ポンプ、燃料関係・排気系・吸気系各
種パイプ、シリンダヘッドカバー、バンパービーム、シ
ートフレーム、バンパー、インスツルメントパネル、ホ
イールキャップ、ホイールカバー、タイヤホイール、バ
ッテリートレー、燃料タンク、エンジン冷却水ジョイン
ト、キャブレターメインボディー、ラジエーター、ドア
ミラー、クランクケース、シフトレバー、トランスミッ
ションカバー、スポイラー、フレームや外板、ドライブ
シャフト、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風
フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブ
ラッシュホルダー、ウォーターポンプインペラー、ター
ビンペイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビ
ューター、スタータースイッチ、スターターリレー、ト
ランスミッション系ワイヤーハーネス、ウィンドウウォ
ッシャーノズル、エアコンパネルスイッチ基板、ヒュー
ズ用コネクター、ホーンターミナル、電装部品絶縁板、
ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリ
フレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ソ
レノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置
ケースなどの、自動車・車両関連部品やカバー類、およ
びその他各種用途に有用である。

【００３５】

【実施例】以下に説明する実施例において、炭素繊維の
繊維長は、ペレットを電気炉で５００℃×５時間、アル
ゴンガス雰囲気下において燃焼させて残った灰分から、
１０００本以上の炭素繊維について顕微鏡観察により測
定したものである。また、炭素繊維の含有量は３０重量
％となるようにした。

【００３６】実施例１下記する炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを製造する
にあたり、押出機として、図１のごとく押出方向に２つ
の供給口を有し、スクリュー径３０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝３５
の同方向回転２軸押出機（（株）日本製鋼所製ＴＥＸ３
０）を使用した。

【００３７】この押出機の２本のスクリューは２条ネジ
で、相互の噛み合い３．５ｍｍであり、第２の供給口の
直前にニーディングを順逆の順番にＬ／Ｄ＝２の長さだ
け設け、第２の供給口の吐出側にＬ／Ｄ＝１のフルフラ
イトスクリューを介して、図２（ａ）（ピッチ１ｍｍ、
刃先角３０度、山頂と谷底高さ１．５ｍｍ）のような加
工を施したＬ／Ｄ＝０．５の楕円断面のニュートラルス
クリュー形状の開繊・繊維長制御機構を設け、それ以外
は深溝の搬送のみのスクリュー形状としたものを用い
た。

【００３８】この押出機に対して、第１の供給口に、ス
クリュー式ペレット供給装置からＰＢＴ樹脂ペレット
（東レ（株）製ＰＢＴ１２００Ｓ）を１３．９ｋｇ／ｈ
の速度で一定供給し、シリンダー温度２７０℃、スクリ
ュー回転数２００ｒｐｍで、まず樹脂のみで押出を行っ
た。次に第２の供給口で樹脂が完全に溶融していること
を確認した後、直径７μｍ、番手８００ｔｅｘ、引張強
度４．８１ＧＰａの炭素繊維ロービング（東レ（株）製
“トレカ”Ｔ７００Ｓ）を８本、第２の供給口から供給
した。

【００３９】炭素繊維ロービングはスクリュー回転によ
り定常的に押出機内に引き込まれ、溶融樹脂と共に押出
機先端へと送られ、ガット状に押出された。押出された
ガットは、冷却槽で冷却し、４ｍｍ長に切断してペレッ
ト化した。得られたペレットを１１０℃で１２時間乾燥
した後、シリンダー温度２７０℃、金型温度８０℃の条
件で射出成形し、その成形品の物性測定を行った。また
ペレット中の重量平均繊維長Ｌｗと数平均繊維長Ｌｎの
測定と両者の比Ｌｗ／Ｌｎの計算を行った。結果を表１
に示す。

【００４０】実施例２実施例１で使用した押出機の開繊・繊維長制御機構部の
代わりに、その開繊・繊維長制御機構部に相当する部分
に、Ｌ／Ｄ＝１の４５度に傾いた５枚のニーディングデ
ィスクからなるスクリューエレメントを順逆の順番に設
けたスクリューを用いた以外は同一の構造の押出機を使
用し、炭素繊維としては実施例１で用いた炭素繊維ロー
ビングを６ｍｍ長にカットしたチョップドストランドを
用いた。樹脂は１４ｋｇ／ｈ、炭素繊維は６ｋｇ／ｈで
それぞれ供給した。樹脂種などその他の条件は実施例１
と同じ条件で押出を行い、ペレットを製造した。得られ
たペレットを同様に評価し、表１に示す結果を得た。

【００４１】比較例１炭素繊維ロービングを、直径７μｍ、番手８００ｔｅ
ｘ、引張強度３．５３ＧＰａ（東レ（株）製“トレカ”
Ｔ３００）とした以外は実施例１と同じ条件で押出を行
い、ペレットを製造した。得られたペレットを同様に評
価し、表１に示す結果を得た。

【００４２】比較例２炭素繊維ロービングを、直径７μｍ、番手４４８ｔｅ
ｘ、引張強度７．０６ＧＰａ（東レ（株）製“トレカ”
Ｔ１０００）とし、供給本数を１４本、樹脂の供給量を
１３．６ｋｇ／ｈとした以外は実施例１と同じ条件で押
出を行い、ペレットを製造した。

【００４３】得られたペレットを同様に評価し、表１に
示す結果を得た。比較例３−４炭素繊維として、比較例１、２で用いた炭素繊維ロービ
ングを６ｍｍ長にカットしたチョップドストランドを用
いた。つまり比較例３では、“トレカ”Ｔ３００、比較
例４では“トレカ”Ｔ１０００のそれぞれのチョップド
ストランドを用いた。その他は実施例２と同じ条件で押
出を行い、ペレットを製造した。得られたペレットを同
様に評価し、表１に示す結果を得た。

【００４４】

【表１】表１に示すように、本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂
ペレットは、ガットの引取り安定性、ノッチ付アイゾッ
ト衝撃強度に優れ、成形性の目安である成形下限圧も低
いことから成形性にも優れていることがわかる。

【００４５】また、引張強度が小さい炭素繊維を用いた
場合、引取り安定性や成形性には優れるが、ノッチ付ア
イゾット衝撃強度が低く、逆に引張強度が大きい炭素繊
維を用いた場合、ノッチ付アイゾット衝撃強度には優れ
るが、引取り安定性および成形性に劣ることがわかる。
特に比較例２の引取り安定性に関しては、ガット切れが
頻繁に起こり引取ることが非常に困難であった。

【００４６】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、機械
的特性に優れた炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを得
ることができる。また、このペレットの製造方法とし
て、炭素繊維供給口の下流側にシリンダーおよび／また
はスクリューの少なくとも一部に表面異形化加工した開
繊・繊維長制御機構部を設けた押出機を使用し、この開
繊・繊維長制御機構部で引張強度４．５〜６．５ＧＰａ
である連続炭素繊維を開繊・切断し、熱可塑性樹脂と混
練することにより、引き取り安定性に優れ、かつ上記の
ようなノッチ付アイゾット衝撃強度に優れた炭素繊維強
化熱可塑性樹脂ペレットを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの
製造に使用される押出機の概略断面図である。

【図２】（ａ）は図１の押出機に設けた開繊・繊維長制
御機構部のスクリュー部分の要部斜視図、（ｂ）は開繊
・繊維長制御機構部のシリンダー部分の半割り要部の斜
視図、（ｃ）は同開繊・繊維長制御機構部の刃状加工部
の縦断面図である。

【図３】（ａ）は図１の押出機に設けた開繊・繊維長制
御機構部の他の例からなるスクリュー部分の要部斜視
図、（ｂ）は同開繊・繊維長制御機構部の他の例からな
るシリンダー部分の半割り要部の斜視図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１の押出機に設け
た開繊・繊維長制御機構部のさらに他の例からなるスク
リュー部分の要部斜視図である。

【符号の説明】

１スクリュー２シリンダー３樹脂供給口４炭素繊維供給口５ダイス６開繊・繊維長制御機構部７ニーディングゾーン１０刃状加工部（凹凸加工）１１網目状加工部（凹凸加工）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｋ 105:12 307:04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性樹脂と引張強度Ｔが４．５〜
６．５ＧＰａの炭素繊維とからなる炭素繊維強化熱可塑
性樹脂ペレットＰであって、該ペレットＰの射出成形材
のノッチ付アイゾット衝撃強度Ｇが基準炭素繊維強化熱
可塑性樹脂ペレットＳ（但し、該基準ペレットＳは前記
ペレットＰと同一の熱可塑性樹脂に引張強度Ｔｏ３．５
３ＧＰａ、繊維長６ｍｍの基準炭素繊維を該ペレットＰ
と同一量配合して押出成形したものである）の射出成形
材のノッチ付アイゾット衝撃強度Ｇｏに対する比Ｇ／Ｇ
ｏと、前記引張強度Ｔの前記引張強度Ｔｏに対する比Ｔ
／Ｔｏとが、（Ｇ／Ｇｏ）／（Ｔ／Ｔｏ）＞１の関係で
ある炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項２】前記ノッチ付アイゾット衝撃強度比Ｇ／
Ｇｏと前記引張強度比Ｔ／Ｔｏとが、（Ｇ／Ｇｏ）／
（Ｔ／Ｔｏ）≧１．５の関係である請求項１に記載の炭
素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項３】前記炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット
Ｐ内の炭素繊維の重量平均繊維長Ｌｗと数平均繊維長Ｌ
ｎとの比Ｌｗ／Ｌｎが１．１以上である請求項１または
２に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。
【請求項４】スクリューおよび／またはシリンダーの
少なくとも一部を表面異形化加工した開繊・繊維長制御
機構部を設けた押出機を使用し、熱可塑性樹脂を溶融す
ると共に、該溶融樹脂中に引張強度が４．５〜６．５Ｇ
Ｐａの連続炭素繊維とを供給し、前記開繊・繊維長制御
機構部を通過させながら開繊・切断して溶融樹脂中に分
散させ、次いで前記押出機から押出してペレット化する
炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項５】前記異形化加工が凹凸加工である請求項
４に記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方
法。