WO1989005373A1

WO1989005373A1 - Resin-coated carbon fibers, heat-resistant resin composition using same, and parts for internal combustion engines

Info

Publication number: WO1989005373A1
Application number: PCT/JP1988/001213
Authority: WO
Inventors: Yoshihisa Goto; Toshihiko Tsutsumi; Toshiaki Takahashi; Takatoshi Sagawa
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals, Incorporated; Nissan Motor Co., Ltd.
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1989-06-15
Also published as: DE3850248D1; DE3850248T2; EP0344327A1; US6025072A; KR910006134B1; KR890701832A; EP0344327B1; US5817418A; US5540553A; EP0344327A4

Description

明細書

樹艏被覆炭素璣維およびそれ 5：用いた射熟性樹脂組成物、内燃機 88用部品技術分野

本発明は優れた機械強度を有する耐熱性樹脂組成物およびそれを用いた内燃機関用部品、例えば一体型遠心圧縮機のィンペラに関する。背景技術

ポリエーテルスルホン（以下 P E Sと略記する）、ポリエーテルイミド（以下 P E Iと略記する）、ポリスルホン（以下 PSFと略記する）、ポリアミドイミド（以下 PAI と略記する）、ポリイミド（以下 P Iと略記する）、ポリフエ二レンスルフィド（以下 PPSと略記する）、ポリエーテルエーテルケ卜ン（以下 PEEKと略記する）、芳香族ポリエステル（以下 PERと略記する）およびポリエーテルケ卜ン（以下 PEKと略記する）等の耐熱性樹脂は耐熱性、機械強度の点で汎用ェンジ二ァリングプラスチックょり大幅に優れてレヽることより、スーパーエンジニアリングプラスチックと称されており、電気 · 電子機器、機械、自動車等の用途に種々使用されている。

しかし最近の技術の進歩により、これら耐熱性樹脂が有する特性、特に機械強度を一段と高めたものが要求されるようになってきた。このためこれら耐熱性樹脂に繊維上補強材、特に炭素繊維を配合することにより機械強度、耐熱性を改良する方法が実施されている。

炭素繊維はエポキシ樹脂をマトリクスとする炭素織維強化プラスチックに多く使用されているため、炭素繊維の収束剤としては、エポキシ樹脂が使われている。しかし、エポキシ樹脂収束剤は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がマ卜リクスである場合には有効であるが、前記耐熱性樹脂に対しては接着性が悪く、機械強度の良好な樹脂組成物が得られない。このために、特開昭 53- 106752号公報に見られるごとく、熱可塑性樹脂に対して、ポリアミド樹脂を炭素繊維の収束剤として用いることが試みられてレヽる。また特閧昭 56 - 120730 号公報には、芳香族ポリスルフォン樹脂で収束した炭素繊維の使用が開示されている。

従来の内燃、機関用部品、例えば繊維強化樹脂製ィンペラとしては、例えば特公昭 52 -48684号公報および特開昭 57 - 119105号公報に記載されているものがあり、これらのィンペラを構成する樹脂材料は炭素繊維を樹脂の補強材として用いることを特徴としている。特に特閧昭 57-119105号公報には、耐熱性のある熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂をマ卜リクス樹脂として用いた炭素繊維強化'樹脂がィンペラに用いられることが記載されている。前記エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂で収束した炭素繊維を前記の耐熱性樹脂に適用した場合、これ等の耐熱性樹脂の成形温度は少くとも 30 (TC の高温が必要であるため、成形中に収束剤が熱分解して、ボイドの生成、ウエルド部強度の低下等の問題を生じている。

このために、特閧昭 56 - 120730号公報に見られるごとく、芳香族ポリスルホン樹脂にて収束した炭素繊維を使用し、ボイドの生成、ウエルド部強度の低下等の問題を無くしているが、機械強度の向上が少なく、より一層の機械強度向上が要求されている。

現在の内燃機関用部品、例えば遠心圧縮機ィンペラの使用条件は - 50°Cから 2 G(TC (通常使用時最高温度として 150°C )、最大回転数が 13 X 10⁴rpmになり、しかも最大回転時に発生する最大応力は、現行品（アルミニゥム合金製，外径約 60mm) で約 20kg/mm²、翼付け根部で約 1 Okg/mm²に 'もなる。

これを比重の小さい織維強化樹脂を用いることにより、回転時の最大応力を約程度に低下させることができるのでその使用は好ましいがこのような現行の使用条件から、耐熱性，強度 . 弾性率 . 耐久疲労性 . 引張クリープ特性 . 圧縮クリープ特性等を加味して材料を選定すると、特開昭 57 - 1191 ϋ 5 号公報に開示されている熱可塑性樹脂又は、熱硬化性樹脂がそのままィン一一

ペラに使用できるわけではない。

これらの条件を満足する繊維強化樹脂組成物としては、 PES, PEI, PEEK, PAI 等の耐熱性樹脂と炭素鐡維，ガラス繊維，ウイスカ等との複合化が考えられる。しかし、上述した樹脂は、ガラス転移温度あるいは溶融温度が高く、成形時の樹脂溶融温度を 360 で〜 420 ^eC とかなり高温にして成形する必要がある。

特に炭素繊維については現在、市販されている樹脂強化用炭素繊維は、その表面処理材（集束剤）として、熱可塑性樹脂用としてのポリアミド系（分解温度 280 °C ) 、熱硬化樹脂用としてのエポキシ系（分解温度 300で）が主に用いられており、前述の成形時の樹脂溶融温度（ 360T：〜 420 °C ) では、分解しやすく、炭素繊維とマ卜リクス樹脂との濡れ不足による界面強度の低下がおこり、また、強度のバラツキも生じやすく、繊維強化樹脂性遠心圧縮機のインペラ用材料として用いる場合には、炭素繊維での補強硬化が有効に生かされず強度が低いという問題点があった。

発明の開示- 本発明は上述の種々の問題点を解決すべくなされたもので、その目的は、耐熱性樹脂に配合して充分な補強効果を有し、組成物としたときは機械強度に優れ成形時にボイドの生成、ウエルド部強度の低下の少ない炭素繊維及びそれを含有する耐熱性樹脂組成物を提供することにある。

第 2 の目的は、上記耐熱性樹脂組成物からなる内燃機関用部品、例えば一体型遠心圧縮機のインペラを提供することにある。

本発明者らは種々検討した結果、収束剤として芳香族ポリスルホン樹脂で表面被覆した後、 3 0 0〜 4 0 0 °C で加熱された炭素繊維を耐熱性樹脂と配合することにより上記目的を達成することができることを見出し本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は収束剤として芳香族ポリスルホン樹脂で表面被覆した後、 3 0 0〜 4 0 0 でで加熱された炭素繊維、この炭素繊維を耐熱性樹脂と配合させてなる樹脂組成物、およびこの樹脂組成物を用いてなる内燃機関用部品である。

図面の簡単な説明

第 1 図は、この発明の 1 例で、インペラの斜視図、第 2 図は、シャフト部に取付けた第 1 図に示すインペラの断面図、

第 3 図は、インペラ成形金型の断面図、

第 4 図、第 7 図および第 1 0図はこの発明のインペラを製作する為に用いた炭素繊維の熱処理時間とそれぞれの時間の引張強度を示す曲線図で、マトリクス樹脂は第 4 図においては P E S 、第 7 図においては P E K 、第 1 0図においては P E E Kであり、第 5 図、第 8 図および第 11図は炭素繊維の熱処理の有 · 無による引張強度の温度依存性を示す曲線図で、マトリクス樹脂は第 5 図においては P E S 、第 8 図においては P E K 、第 11図においては P E E Kであり、

第 6 図、第 9 図および第 12図は、熱処理無しの炭素織維とこの発明の炭素繊維（熱処理有り）とにおける強化繊維含有率と引張強度との関係を示す曲線図で、マトリクス樹脂は第 6 図においては P E S 、第 9 図においては PEK 、第 12図においては PEEKである。

1 インペラ 2 スリーブ

3 フッシャ 4 ナツ卜

5 シャラ卜 6 組立て式金型

7 ピン 8 上金型

9 ゲート 10 下金型

11 インペラ形状部（キヤビティ）

A 成形材料入口

発明を実施するための最良の形態

本発明において用いられる耐熱性樹脂は PES, PEI. PSF, PAI, PI, PPS, PEEK, PEK および PER等のレヽゎゆるスーノーエンジニアリングプラスチックと称されるものである。

本発明において、収束剤として炭素鐡維の表面を被還するのに用いられる芳香族ポリスルホン樹脂は、ァリ一レン結合、エーテル結合およびスルホン結合を結合単位とする線状重合体であり、例えば、次式のような構造単位からなるものが知られている。

(1) - o-^o^so₂-^o

(3)

Έ o- o so₂-<o>-o-<o>-o- o

(5)

(6)

これらの芳香族ポリスルホン樹脂は、例えば特公昭 40-10ϋ67号公報、特公昭 42 - 7799号公報、及び特公昭 47-617号公報等に記載された方法によって製造することができ、これらの一種以上が用いられる。

例えば上記（ 1 ) のポリマーはジクロロジフエニルスルホン、硫化ナトリウム水溶液及びジメチルスルフォォキサイドを N ₂ 中にて、 150°Cで 5 時間攪拌する。

次いでベンゼンを添加し、すべての水を共沸的に除去し、さらにベンゼンを蒸留により除去した後、残つた混合物を攪拌しながら 17 (TCで 7時間加熱して重合体を得る。

また上記（2) のポリマ一はベンゼンと DMS0を溶媒として N ₂ 中でビスフエノール A を K0H で中和し、生じた水はベンゼンとの共沸で除去し、まったく水を含まないビスフエノール Aの K塩の DMS0溶液をつくり、これに 4. 4 · -ジクロノレジフエニルスルホンを力□ え、 135 でで 4〜 5 時間重縮合させて合成される。

(1 ) の構造単位で示されるポリスルホン樹脂は例えば英国 I C I社より " V I C T R E X ®、ポリエーテルスルフォン（PES) " の商標名で、住友化学㈱より "スミプロイ S " の商標名で、また三井東圧化学㈱から、 "ポリエーテルスルフォン（PES) " として市販されている。（2) 構造単位で示される代表例として、米国ァモコ · ケミカル社の「ユーデル ♦ ポリスルホン（商標）」等がある。

本発明で使用される炭素繊維はアクリル系、レーョン系、リグニン系、ピッチ系等が挙げられ、いずれも使用される。本発明では繊維強度の最も高いァクリル系が最も好ましく使用される。炭素繊維の形態は、チョップ卜ストランド、口一ビング、織物等いずれでも良い。これらの炭素繊維は予めその表面をオゾンまたは電解酸化等で酸化処理しておくと更に好ましい。

これら炭素繊維への芳香族ポリスルホン樹脂の被覆方法としては、芳香族ポリスルホン樹脂をジクロルメタン、クロロホノレム、 1, 2 ジクロルェタン、 1, 1, 2, 2- テ卜ラクロルェタン、ジメチルスルホォキシド、 N -メチノレーピロリドン、メチルェチルケトン、 1 , 1 , 2 -トリクロルェタンなどの溶剤に溶解した溶液に、炭素繊維を浸し、その後乾燥し溶剤を除去して、芳香族ポリスルホン樹脂を被覆した炭素繊維を得る。

炭素繊維に対する芳香族ポリスルホン樹脂の被覆量は炭素繊維 100重量部に対して 0. 1〜 10重量％が良く、特に 0.5〜 9 重量％さらに 1 〜 8重量％が好適である。 0. 1 重量％未満では本発明の効果は得られず、また 10重量％超えて被覆させても機械強度のより以'上の向上は期待できず意味がない。

以上のようにして芳香族ポリスルホン樹脂を被覆した炭素繊維の熱処理は、空気中 30ϋ〜 400 。C 、特に好ましくは 340〜 380。Cの温度下に曝すことにより行わ -

れる。加熱処理時間は 3 〜 2 0時間、特に好ましくは 5〜 1 5時間である。

このようにして得られる芳香族ポリスルホン樹脂を被覆した炭素繊維と耐熱性樹脂との混合には種々の手法が採用できる。例えば被覆、加熱処理した炭素繊維を 3 〜 6 mm長さに切断し、これと耐熱性樹脂を個々別々に溶融押出機に供給して混合することもできるし、あらかじめヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、リポンプレンダーなどの混合機で予備プレンドした後、溶融押出機に供給することもできる。更に被覆、加熱処理した炭素繊維ロービングを直接溶融押出機に供給し、耐熱性樹脂と混合することができる。

本発明において芳香族ポリスルホン樹脂を被覆し加熱処理した炭素繊維とマ卜リクス樹脂としての耐熱性樹脂との配合割合は、炭素繊維 5 〜 5 0重量％、好ましくは 1 0〜 5 0重量％、耐熱性樹脂 9 5〜 5 0重量％である。炭素繊維の配合量が 5重量％未満の場合には、得られる樹脂組成物の引張強度が低く好ましくない。また炭素繊維を 5 0重量％を超えて配合した場合には、得られた樹脂組成物の均一な溶融混合が難しくなり、溶融流動性も著しく低下して射出成形などの成形加工性を損なう結果となる。

本発明では上記耐熱性樹脂組成物に必要に応じ、夕ルク，炭酸カルシュゥム，マイ力，ガラスビーズ等の充塡剤、ガラス繊維，チタン酸カリ繊維，ァラミド繊維，セラミック質繊維等の繊維状補強材、安定剤、着色剤を本発明の樹脂組成物の品質、性能を損なわない範囲で混和してもよい。上記した本発明の改良された炭素繊維と耐熱性樹脂の樹脂組成物は、射出成形法，押出成形法，卜ランスファー成形法，圧縮成形法等公知の成形法により所定の成形品に成形することができる。このようにして成形された本発明の樹脂組成物は、機械強度、特に高温時の機械強度に優れているため、高温において高い機械強度を必要とされる機械部品、自動車部品、例えば、歯車，カム . プッシング，プーリー，スリーブ等に用いられ、また内燃機関用部品として、一体型遠心圧縮機のインペラ、マニホールド等の消音器用排気系部品、バルブガィド、バルブステム、ピストンスカート、オイノレノン、フロン卜カバー、ロッカーカバー類に使用できる。

内燃機関用部品、例えば一体型遠心圧縮機のインべラの製造には、本発明の耐熱性樹脂組成物であれば充分使用可能である。マ卜リックス樹脂として PES, PER, PEEK がより好ましく、 PES ではその分子末端基が塩素基で中ないし高粘度（3600〜 4800ボイズ）のもの-、特に 4100ボイズ程度のものが好適であり、 PEK とは一般式

で表わされるものであり、 PEEKとは一般式

で表わされるものである。また、炭素繊維の表面処理に用いる芳香族ポリスルホン樹脂としては、分子末端基に水酸基を有する低分子量のものが好適であり、その被覆量としては炭素繊維に対し 0.1〜 10重量％が適当である。炭素繊維に表面に被覆したのち 350でで 10 時間程度加熱処理したも.のが特に好ましい。表面処理した炭素繊維の配合量としては、マトリックス樹脂により異なるが、組成物中通常 10〜 50重量％が適当であり、マトリックス樹脂が PES では 20〜 45重量％、 PEK では 20〜 40重量％、 PEEKでは 20〜 50重量％が好適である。

本発明の内燃機関用部品の成形は、通常公知の方法が採用でき、炭素繊維含有量やマ卜リックス樹脂により最適条件が適宜決定される。

なお、炭素鐡維強化耐熱性樹脂組成物は、通常取扱いやすいペレット状成形材料とし、射出成形にて製 □ が製造される。この際にペレットとするには公知の一軸又は二軸の押出機を用いて、耐熱性樹脂と炭素繊維ストランドを配合し、シリンダー温度例えば、 P E S では 3 5 0〜 4 0 0 。C好ましくは 3 6 0〜 3 8 0 °C 、 P E K では

3 8 0 〜 4 3 0 。C好ましは 3 9 0〜 4 1 0 °C、 P E E Kでは 3 6 0 ~

4 2 0 °C 好ましくは 3 7 0〜 3 9 0 °C で、押出機のスクリューの圧縮比を 2 〜 3 にして混練押出し、切断することによって達成される。

得られたペレツ卜の射出成形は通常の射出成形機を用い、シリンダー温度を上記よりやや高くし、金型温度 1 6 0〜 2 1 0 。C好ましくは 1 8 0〜 2 0 0 °Cで行なうことができ、複雑な形状の内燃機関用部品例えば一体型遠心圧縮機用ィンペラも容易に得ることができる。

以下、この発明を図面に'基づいて説明する。

第 1 図は、本発明の内燃機関用部品の一例のインべラ 1 を示す図である。

図示するように遠心圧縮機のィンペラは複雑な形状をしており、しかも精密な寸法精度を必要とする。このインペラ 1 は、第 2 図に示すように、スリーブ 2 とヮ、ソシャ 3 とにより挟まれ、ナツ卜 4 で遠心圧縮機のシャフト部 5 に固定されてレヽる。この発明のインペラは前記樹脂組成物を用い、押出成形や射出成形等のよく知られている方法で製造することができる。

例えば第 3 図に示す金型を用いてィンペラを成形することができる。すなわち、インペラ形状を彫り込んだ組立て式金型 6 と組合せた下金型 1 Gにピン 7 を取りつけ、しかる後、上金型 8 を密着固定し、 A方向からゲート 9 を通して成形材料を射出あるいは押し出し、インペラ形状部（キヤビティ部） 11に充塡し成形する。

〔実施例〕

次に、この発明を実施例および比較例により説明する。

実施例 1 〜 3

インペリアル ' ケミカル ♦ インダストリーズ社の「ピク卜レックスポリエーテルスルホン PES5003P (商標）」を 20重量％、ジクロルメタン 40重量％、 1, 1, 2 トリクロノレェタン 40重量％からなるポリエーテルスルホン溶液を調製した。このポリエーテルスルホン溶液に表面を酸化処理したアクリル系炭素繊維（東邦レーヨン社製、商品名 HTA.以下の実施例，比較例において、炭素繊維は特記した以外はこの製品を使用した）のロービングを 60M/HRの速度で連続的に浸漬し、乾燥し脱溶剤を行った後 3 mm長さに切断し、チョップ卜ストランドとした。 -- この時の炭素繊維に対する芳香族ポリエーテルスルホン樹脂の付着量は 5重量％であつた。

この炭素繊維チヨップトス卜ランドをステンレス製のバッ卜に入れ、 350でに昇温した電気炉に入れ、空気雰囲気下で 10時間加熱処理を行った。このようにして得られた炭素繊維チヨップトス卜ランドと耐熱性樹脂としてインペリアル ♦ ケミカル · インダストリ一ズ社製 P E E K 450 Pとを表— 1 に示した割合でドライブレンドした後 40mm径押出機にて押出温度 380 °Cで溶融混練しながら押出す操作を行って均一配合ペレツ卜を得た。

次に上記の均一配合ペレツ卜を通常の射出成形機を用いてシリンダー温度 380 °C及び金型温度 180 °Cの温度条件下でダンベル試験片を作成し、温度 23°C、引張速度 5 mm/分で引張強度を測定し、その結果を表一 1 に示した。なお、以下の実施例および比較例における引張強度の測定条件は特記した以外はこの実施例と同様である。

比較例 1 〜 3

実施例 1 〜 3 において芳香族ポリエーテルスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素繊維チヨップトス卜ランドにかえて、エポキシ樹脂で収束されたアクリル系炭素繊維を使用したほかは実施例 1 と同様の操作で炭素繊維配合 PEEK樹脂のダンベル試験片を作成し、引張強度を測定してその結果を表一 1 に示した。

比較例 4〜 6

実施例 1 〜 3 において芳香族ポリエ一テルスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素繊維チヨップトス卜ランドにかえて、芳香族ポリエーテルスルホン樹脂で収束されたァクリル系炭素繊維を使用したほかは実施例

1 〜 3 と同様の操作で炭素繊維配合 PEEK樹脂のダンべル試験片を作成し、引張強度を測定してその結果を表一 1 に示した。

実施例 4

実施例 1 において得られた芳香族ポリエーテルスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素繊維チヨップトス卜ランド 30重量％と PESとしてインペリアル * ケミカル · インダストリーズ社製 P E S 4100 P 70重量％とをドライブレンドした後 40mm径押出機にて押出温度 360°C で溶融混練しながら押出す操作を行って均一配合べレツトを得た。次に上記の均一配合ペレツ卜を通常の射出成形機を用いてシリンダー温度 380°C及び金型温度 17 (TCの温度条件下でダンベル試験片を作成し、引張強度を測定してその結果を表一 1 に示した。

比較例 7

実施例 4 において加熱処理操作を除外したほかはすベて同様にして調製した炭素繊維を使用し、実施例 4 と同様の操作で炭素繊維配合 PES樹脂のダンベル試験片を作成し、引張強度を測定してその結果を表一 2 にレた。

実施例 5

実施例 1 において得られた芳香族ポリエーテルスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素繊維チヨ、ソプトス卜 - -

ランド 30重量％と PEIとして G E社製 ULTEM1000 p

DP

名） 70重量％とをドライブレンドした後 4 Omm径押出機にて押出温度 380 °Cで溶融混練しながら押出す操作を行って均一配合ペレツ卜を得た。次に上記の均一配合ペレツ卜を通常の射出成形機を用いてシリンダー温度 380 °C及び金型温度 160°Cの温度条件下でダンベル試験片を作成し、引張強度を測定しその結果を表一 2 に示した。

比較例 8

実施例 5 において加熱処理操作を除外したほかはすベて同様にして調製した炭素繊維を使用し、実施例 5 と同様の操作で炭素繊維配合 PE I樹脂のダンベル試験片を作成し、引張強度を測定してその結果を表— 2 に示した。

実施例 6

実施例 1 において得られた芳香族ポリエーテルスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素繊維チヨップトス卜ランド 30重量％と P P Sとしてフィリップス石油社製ラィ卜ン P-4 (商品名） 70重量％とをドライブレンドした後 40mm径押出機にて押出温度 340 °Cで溶融混練しながら押出す操作を行って均一配合ペレツ卜を得た。次に上記の均一配合ペレツ卜を通常の射出成形機を用いてシリンダー温度 36(TC及び金型温度 120°C の温度条件下でダンベル試験片を作成し、引張強度を測定してその結果を表一 2 に示した。

比較例 9

実施例 6 において加熱処理操作を除外したほかはすベて同様にして調製した炭素繊維を使用し、実施例 6 と同様の操作で炭素繊維配合 PPS樹脂のダンベル試験片を作成し、引張強度を測定してその結果を袤一 2 に示した。

比較例 10

実施例 4 において炭素繊維のチヨップトス卜ランドの熱処理温度を 25(TCに変えた以外は、実施例 4 と同様にしてダンベル試験片を作成し、引張強度を測定したところ 1750kg/cm²であった。

比較例 11

芳香族ポリエーテルスルホン樹脂を被覆した炭素繊維チョップトス卜ランドを 450°Cに昇温した電気炉に入れ、空気雰囲気下で 1 Q時間加熱処理を行った以外は比較例 10と同様にして得たダンベル試験片の引張強度を測定したところ 1840kg/cm²であった。

実施例 7

米国ァモコ · ケミカル社の「ユーデル ♦ ポリスルホン P- 1700 (商標）」を 20重量％、 N-メチルーピロリドン 80重量％からなるポリスルホン溶液を調製した。このポリスルホン溶液に表面を酸化処理したァクリル系炭素繊維のロービングを 6 OM/H Rの速度で連続的に浸漬し、乾燥し脱溶剤を行った後 3 mm長さに切断し、チョップ卜ストランドとした。

この時の炭素繊維に対する芳香族ポリエーテルスルホン樹脂の付着量は 5 重量％であつた。

実施例 1 〜 3 と同一条件で加熱処理して得られた炭素繊維チョップ卜ストランドを用い、実施例 2 と同様の操作で炭素繊維配合 PEEK樹脂のダンベル試験片を作成し、引張強度を測定したところ 231 Okg/cm²であつた。

表 1 組成耐熱樹脂灰素繊維種類配合割合収束剤熱処理配合割合引張強度種類 (°C/hr) ほ则 g/ cm } &^{% )}

実 1 PEEK 450P 80 PES 350/10 20 2080 m 厶つ PEEK 450P 70 PES 350/10 30 41 U 例 3 PEEK 450P 60 PES 350/10 40 2760

1 PEEK 450P 80 エポキシ樹脂 20 1750 比 2 PEEK 450P 70 エポキシ樹脂 30 1860 較 3 PEEK 450P 60 エポキシ樹脂 40 2180 例 4 PEEK 450P 80 PES 20 1740

5 PEEK 450P 70 PES 30 1990

6 PEEK 450P 60 PES 40 2230

表 2 組成

執 IB J H曰 J火 ¾糸概 'TIEk 種類配合割合収束剤熱処理配合割合 5j 11 ¾κ ¾ϊ / IJ*X.

種類 (°C/hr) (kg/cm² ) 突 4 PES 4100P 70 PES 350/ 10 30 2260 施 5 PEI 1000 70 PES 350/10 30 2360 例 6 PPS P-4 70 PES 350/10 30 2230 比 7 PES 4100P 70 PES 30 1870 較 8 PEI 1000 70 PES 30 1950 例 9 PPS P-4 70 PES 30 1840

実施例 8

電解酸化により表面処理を施したポリァクリロニトリル系炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTAタイプ）を、末端基に水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 5003 P ) を N-メチルーピロリドンを溶剤として用い樹脂の含有率 10〜 30重量％に調合しさらにキシレンを希釈剤として用いたポリエーテルスルフォン系収束剤で収束した後、 6 mm長さに切断したチヨプドファイバ一を、空気雰囲気の熱処理炉中で表 3 記載の各種条件で熱処理を行った。

次に、マトリクス樹脂としてのポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 4100G) と、上記で処理した炭素繊維とを、炭素繊維の含有率を 30重量％になるように配合した。

このものを、 L/D = 23, 圧縮比 3 の直径 65mmの一軸ベント式押出機を用い、シリンダー温度 370 °C、スクリュー回転数 45rpmで押し出し、ストランドを切断しペレツ卜状の成形材料を得た。このものを 18 (TCで 5 時間熱風乾燥した後、日本製鋼所製 75T0N (型締圧）の射出成形機を用いシリンダー温度 370°C、金型温度 160 °Cで厚み 3 mmの A S TM 1 号ダンべル片を成形し、その後引張試験を実施した。その結果を加熱処理を 400 °Cで行ったものおよび加熱処理を行なわなかったもの（ブランク）の試験結果と共に表 3 に示す。また実施例の試料の熱処理時間と引張強度との関係を第 ⁴ 図に示す。

表 3

炭素繊維熱処理条件と引張強度

加熱処理温度と時間をみると最適な領域は、 37 Q °C で 10時間が特に好ましい。さらに、この 370 °Cで 10時間熱処理を施,した炭素繊維を用いて成形した A STM 1 号ダンべル片を用い、引張強度の温度依存性を調べた。その結果をブランクの結果と一緒に第 5 図に示す。

又、上述した 370 °Cで 10時間熱処理を施した炭素繊維を用いた成形材料を用い、シリンダー温度 380 °C、金型温度 20 G°C、射出圧力 16 Q 0kg/cm²の成形条件で第 3 図に示すような構造の金型に射出し、インペラ形状物を得た。得られた形状物をバリ取り、ノ\ ' ランスチェックなどの機械加工を行い、第 2 図に示すような構造でシャフトに固定し、空気加熱装置付き（温度範囲 0 〜 6Q(TC ) の高速回転強度試験機（回転数 0 〜

25 X 10⁴ rpm) に設置し、回転数が 13 X 10⁴ r p mの場合の各温度におけるバース卜試験（ 13 X 10⁴ rpmで 60分間）を行った。また、 13 X 10⁴ rpmで連続耐久 200hrに耐えるか否かを判定する簡便法によれば常温での瞬間バ一ス卜回転数が 20万 rpm 以上を満足する必要があるため、この実験（ 20 X 10⁴ r p mで 5 秒間回転）も合わせて行った。得られた結果を表 4 に示す。

比較例 12

ポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 4100G ) を炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTA-C6E , ェポキシ系収束剤）が 30重量％になるように配合して、ペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物 - -

を用いシリンダー温度 370 °C、金型温度 160°Cで厚み 3 mmの AST 1 号ダンべル片を成形し、引張試験を実施した。その結果を第 4 図に実施例 8 の結果と合わせて示す。さらにこの樹脂組成物を用い、シリンダー温度 380 °C、金型温度 200°C、射出圧力 1600kg/cm²の成形条件で第 3 図に示すような構造の金型に射出し、インペラ形状物を得た。この後、実施例 8 に記載の内容と同様に機械加工後、試験を行った。その結果を表 4 に合わせて示す。

比較例 13

ポリアミド系収束剤で収束した短繊維炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTA-C6N) と，ポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 4100G) とを、炭素繊維含有率が 30重量％になるように配合して、ペレット状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 12に記載したと全く同様にして実験を行 _つた。その結果を第 4 図、ならびに表 4 に示す。

比較例 14

エポキシ系収束剤で収束した長繊維の炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTAタイプ）を一度焼成し、炭素繊維表面上の収束剤を 0.3重量％〜 1. 5重量％にまでおとした。この長繊維炭素繊維の上にポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製， 5003 P) を収束剤としてコーティングした炭素繊維を用い 6 mm長さに切断した炭素繊維チヨツプドファイバ一を 30重量％になるように、マトリクス樹脂としてのポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 4100G) と配合してぺレ、ソ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い比較例 12に記載したと同様な実験を行った。その結果を第 4 図、並びに表 4 に示す。

比較例 15

エポキシ系収束剤で収束した長繊維の炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTAタイプ）を一度焼成し炭素繊維表面上の収束剤を 0. 3重量％〜 1. 5重量％にまでおとした。この長繊維炭素繊維の上にポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 4100G)を収束剤としてコーティングした炭素繊維を用い 6 mm長さに切断した炭素繊維チヨップドファイバーを 30重量％になるようにマ卜リクス樹脂としてのポリエーテルスルフォン樹脂 (三井東圧化学㈱製 4100G) と配合してペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 12に記載したと同様な実験を行った。その結果を第 4 図並びに表 4 に示す。

実施例 9

末端基に水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製， 5003 P ) を N-メチルーピロリドンを溶剤として用い樹脂含有率を 10〜 30 重量％に調合し、さらにキシレンで希釈したポリエーテルスルフォン系収束剤で、電解酸化により表面処理を施したポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTAタイプ）を収束した。これを 6 mm長さに切断したチヨプドファイバ一とし、空気雰囲気の熱処理炉中 370°Cで 10時間処理を行った。その後、マトリクス樹脂としてのポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 4100G) と、上記処理を行った炭素織維とを、炭素繊維の含有率が 10, 20, 30, 40, 50重量％となるように配合して、ペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 12に記載したと同様な実験を行った。その結果を第 6 図に示す。さらに、この樹脂組成物の中から、炭素繊維含有率が 30 重量％のもののみをシリンダー温度 38 (TC 、金型 200 で、射出圧力 1600kg/cm²の成形条件で第 3 図に示すような構造の金型に射出し、インペラ形状物を得た。この後、実施例 8 に記載の内容と同様に機械加工後、バース卜試験を行った。その結果を表 4 に示す。比較例 16

ポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 4100G ) と炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTA-C6E, ェボキシ系収束剤）を、炭素繊維の含有率が 10〜 40重量％になるように配合してペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用いシリンダ一温度 370 °C、金型温度 16Q°Cで厚み 3 mmの ASTM 1 号ダンべ一ル片を成形し、引張試験を実施した。その結果を第 6 図に実施例 9 の結果と合わせて示す。

さらに、この樹脂組成物の中から炭素繊維含有率が 30重量％のもののみをシリンダー温度 380 °C、金型 200 。C 、射出圧力 1600 kg/cm²の成形条件で第 3 図に示すような構造の金型に射出しィンペラ形状物を得た。この後実施例 8 に記載の内容と同様に機械加工後、バースト試験を行った。その結果を表 4 に合わせて示す。表 4

(註）〇：合格バース卜なし

X：不合格バース卜実施例 10

マトリクス樹脂としてのポリエーテルケトン樹脂

(ICI社製ビク卜レックス（PEK) )を使用した以外は実施例 8 と同様にして炭素繊維の含有率 30重量％を含む樹脂組成物を配合した。このものを L/D = 23、圧縮比 3 の & 5 Φ —軸ベン卜式押出機を周レヽシリンダー温度 390 。C、スクリユー回転数 45rpm で押し出し、ストランドを切断し、ペレツ卜状の成形材料を得た。このものを 180 °Cで 5 時間熱風乾燥した後、日本製鋼所製 75T0N (型締圧）の射出成形機を用い、シリンダー温度 420 °C、金型温度 18D°Cで、厚み 3 mmの J I S 1 号ダンベル試験片を成形し、その後、引張試験を実施した。

その結果表 5 並びに第 7 図に示す。

表 5

炭素繊維熱処理条件と弓 1張献

, - -

収束剤を施した炭素繊維の加熱処理温度と時間との相関をみると、最適な領域は、 370 °Cで 10時間が特に好ましい。さらに、この 370 °Cで 10時間加熱処理を施した炭素繊維を用いた成形材料を用いて成形した J I S 1 号ダンベル試験片を用い、引張強度の温度依存性を調べた。その結果を第 8 図に示す。

又、上述した 370 °Cで 10時間熱処理を施した炭素繊維を用いた成形材料を用い、シリンダー温度 400 °C、金型温度 180°C、射出圧力 20G0kg/cm²の成形条件で、第 3 図に示すような構造の金型に射出し、インペラ形状物を得た。得られた形状物を、ノリ取り、バランスチェックなどの機械加工を行い、第 2 図に示すような構造でシャフトに固定し、実施例 8 と同様の条件でバース卜試験を行った。得られた結果を表 6 に示す。比較例 17

電解酸化により表面処理を施したポリァクリロ二卜リル系炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTAタイプ）を、分子の末端に水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 5003P)を N-メチルピロリドンを溶剤とし、樹脂と溶剤の配合比率を 10〜 30重量％に調合し、さらに、キシレンを希釈剤として用いたポリエーテルスルフォン系収束剤で収束した後、 6 mm長さに切断して短繊維炭素繊維とした。

この炭素繊維を用い、マトリクス樹脂としてのポリエーテルケトン樹脂（ I C I 社製品ビク卜レックス (PEK) ) と混合し、炭素繊維の含有率を 30重量％になるように配合調製した。

このものを、実施例 10に記載したと同様の条件で、一軸ベント式押出機を用い、ペレツ卜状の成形材料を得た。また、この成形材料を用い、実施例 10に記載したと同様の実験を行い、その結果を表 6 に合わせて示す。

比較例 18

ボリアミド系収束剤で収束した短繊維炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTA-C6N) とポリエーテルケトン樹脂 ( ICI 社製ビク卜レックス（PEK)) とを、炭素繊維含有率が 3 ϋ重量％になるように配合して、ペレット状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 17に記載したと全く同様にして実験を行った。その結果を第 7 図並びに表 6 に示す。

比較例 19

エポキシ系収束剤で収束した短繊維炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTA-C6E) とポリエーテルケトン樹脂 ( ICI 社製ビク卜レックス（ΡΕΚ) ) とを、炭素繊維含有率が 3 G重量％になるように配合してペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 Πに記載したと全く同様にして実験を行った。その結果を第 7 図並びに表 6 に示す。実施例 11

末端基として水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製， 5003 P)を N-メチルピロリドンを溶剤として用い、樹脂含有率を 10〜 30重量％に調合し、さらに、キシレンで希釈したポリエーテルスルフォン系収束剤とし、この収束剤を用いて、電解酸化により表面処理を施したポリアクリロニ卜リル系炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTAタイプ）を収束した。これを 6 隨長さに切断した短繊維炭素繊維とし、空気雰囲気の熱処理炉中 370で、 10時間処理を行った。その後、マトリクス樹脂としてのポリエーテルケトン樹脂（ ICI 社製ビク卜レックス（PEK) )と、上記処理を行つた炭素繊維とを炭素繊維の含有率が 10, 20, 30, 40, 50重量％となるように配合して、ぺレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 17に記載したと同様な実験を行った。その結果を第 9 図に示す。さらに、この樹脂組成物の中から、炭素繊維含有率が 40重量％のもののみをシリンダー温度 410 。じ、金型 20D。C、射出圧力 2100kg/cm²の成形条件で第 3 図に示すような構造の金型に射出し、インペラ形状物を得た。この後、実施例 8 に記載の内容と同様に機械加工した後、バース卜試験を行った。その結果を表 6 に示す。

比較例 20 末端基として水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製， 5003 P)を N-メチルピロリドンを溶剤として用い樹脂含有率を 10〜 30 重量％に調合し、さらに、キシレンで希釈したポリエ一テルスルフォン系収束剤とし、この収束剤を用いて、電解酸化により表面処理を施したポリアクリロニ卜リル系炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTAタイプ）を収束し、これを 6 mm長さに切断した短繊維炭素繊維とした。この後、マトリクス樹脂としてのポリエーテルケ卜ン樹脂（ ICI 社製ビク卜レックス（PEK) )と、上記、炭素繊維とを、炭素繊維の含有率が 20, 30, 40重量％となるように配合して、ペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 17に記載したと同様な実験を行った。その結果を第 9 図に示す。

さらに、この樹脂組成物の中から炭素繊維含有率が 30重量％のもののみを、実施例 11に記載したと同様な条件で成形を行い、機械加工した後、バースト試験を行った。その結果を表 6 に示す。表 6

バースト試験結果

(註）バース卜試験は、 13 X 10⁴rpmで 20時間の ί と、

20Χ 10⁴rpmで 5秒間回転させた場合の結果で比較を行つた。

〇：合格バース卜なし（安定してバース卜なし） △：半合格合格するものもあるが不安定

：不合格全く合格するもの無し表 4 および 6 の結果より、実施例において成形したインペラは、比較例のものに比べて、耐熱強度、並びに耐クリープ特性に優れていることが分かる。また、比較例および 18 (ポリアミド樹脂収束剤）と、比較例 13および 19 (エポキシ樹脂収束剤）に示した市販品の炭素繊維では、テス卜ピースでの初期物性の比較では、比較的良い物性（引張強度）を示すが、インペラ形状の実体でのバース卜試験では、強度が低く出ている。これは、インペラを成形する時の成形サイクルが、テス卜ピースを成形する時の成形サイクルより長くなるため、エポキシ樹脂や、ポリアミド樹脂収束剤が、成形温度 360~ 420 °C (PES) 、 380~ 430 °C (PEK) では、分解 ♦ ガス化がおこり、樹脂成形材料として滞留劣化を生じ、成形品中に微小ボイドとして残存するためと考えられる。

実施例 12

分子の末端基に水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 5003P) を、溶剤として N-メチルピロリドンを用い、樹脂との混合比率を 10〜 30重量％に調合し、さらにキシレンを希釈剤としてポリエーテルスルフォン系収束剤として。この収束剤を用いて電解酸化により表面処理を施したポリアクリロニトリル系炭素織維（東邦レーヨン㈱製、

HTAタイプ）を収束した後、 6 mm長さに切断してチョップド炭素繊維とし、空気雰囲気に熱処理炉中で表 7 記載の各種条件で熱処理を行なつた。

次に、マトリクス樹脂としてのポリエ一テルエ一テルケトン樹脂（三井東圧化学㈱製 PEEK ) と、上記で処理した炭素繊維とを炭素繊維の含有率を 40重量％になるように配合した。このものをし/ D = 23、圧縮比 3 の直怪 65mm—軸ベント式押出し機を用い、シリンダ温度 380 °C , スクリュー回転数 45rpm で押し出しストランドを切断しペレツ卜状の成形材料を得た。このものを 150 °Cで 5 時間熱風乾燥した後、日精樹脂工業㈱製 80TON (型締圧）射出成形機を用い、シリンダ温度 380 で、金型温度 180。Cで厚み 3 mmの JIS 1 号ダンべル試験片を成形し、その後、引張試験を実施した。その結果を表 7 並びに第 10図に示す。

表 Ί

炭素繊維熱処理条件と弓 1張菌

収束剤を施した炭素繊維の加熱処理温度と時間との相関をみると、最適な領域は 370°Cで 10時間が特に好ましい。さらに、 'この 370°Cで 10時間加熱処理を施した炭素繊維を用いた成形材料を用いて成形した J I S 1 号ダンペル試験片を用い、引張強度の温度依存性を調べた。その結果を第 11図に示す。

又、上述した 37 (TCで 10時間熱処理を施した炭素鐡維を用いた成形材料を用い、シリンダ温度 390°C、金型温度 180°C、射出圧力 2100Kg/Gm²の成形条件で第 3 図に示すような構造の金型に射出し、インペラ形状物を得た。得られた形状物をバリ取り、ノ 'ランスチェ V クなどの機械加工を行ない、第 2 図に示すよ.うな構造でシャフトに固定し、空気加熱装置付き（温度範囲 O 〜 600 °C ) の高速回転強度試験機（回転数 0 〜 25 X 10 rpm) にセットし、回転数が 13 X 10⁴rpmの場合の各温度（室温、 10 (TC ) におけるバースト試験を行なつた。また、 13 X 10⁴rpmで違続耐久 200時間に耐えるか否かを判定する簡便法によれば、常温での瞬間バース卜回転数が 20 X 10⁴ rpm以上を満足する必要があるため、この実験も併せて行なった。得られた結果を表 8 に示す。

比較例 21

分子の末端基に水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学闕製 5003 P) を、 - -

溶剤として N-メチルピロリドンを用い、樹脂と溶剤との配合比率を 10〜 30重量％に調合し、さらにキシレンを希釈剤としてポリエーテルスルフォン系収束剤とした。この収束剤を用いて電解酸化により表面処理を施したポリアクリロニトリル系炭素繊維（東邦レーヨン㈱製、 HTAタイプ）を収束した後、 6 mm長さに切断してチョップド炭素繊維とした。この炭素繊維には熱処理を加えずマトリクス樹脂としてのポリエーテルエ一テルケ卜ン樹脂（三井東圧化学㈱製 PEEK ) と混練し、炭素繊維の含有率を 40重量％になるように配合調整した。

このものを実施例 12に記載したと同様の実験を行ない、その結果を表 8 に併せて示す。

比較例 22

ポリアミド系収束剤で収束した短繊維炭素繊維（東邦レーヨン㈱製 HTA-C6N) と、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（三井東圧化学㈱製 PEEK ) とを炭素繊維含有率が 40重量％になるように配合してペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 21に記載したと全く同様にして実験を行なった。その結果を第 10図並びに表 8 に示す。

比較例 23

エポキシ系収束剤で収束したチヨップド炭素繊維 (東邦レーヨン㈱製 HTA-C6E) と、ポリエーテルエー - 0 -

テルケトン樹脂（三井東圧化学㈱製 PEEK ) とを炭素繊維含有率が 40重量％になるように配合して、ペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い、比較例 12に記載したと全く同様にして実験を行なった。その結果を第 1 Q図並びに表 8 に示す。

実施例 13

分子の末端基に水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 5003 P) を、 N-メチルピロリドンを溶剤として用い、樹脂含有率を 10〜 30重量％に調合し、更にキシレンで希釈して、ポリエーテルスルフォン系収束剤とした。この収束剤を用いて電解酸化により表面処理を施したポリァクリロ二ドリル系炭素繊維（東邦レーヨン㈱製、 HTAタイプ）を収束した。これを 6 mm長さに切断してチヨップド炭素繊維とし、空気雰囲気に熱処理炉中で 37 (TCセ 10時間処理を行なった。その後、マトリクス樹脂としてのポリエーテルエーテルケトン樹脂（三井東圧化学㈱製 PEEK ) と、上記処理を行なった炭素繊維とを炭素繊維の含有率を 20, 30, 40, 50重量％になるように配合してぺレ卜状の樹脂組成物を調製した。この樹脂組成物を用い比較例 21に記載したと同様な実験を行なった。その結果を第 12図に示す。更に、この樹脂組成物の中から炭素繊維含有率が 3 Q重量％のもののみをシリンダ温度 390 °C、金型温度 200 °C、射出圧力一一

1900 Kg/cm²の成形条件で第 3 図に示すような構造の金型に射出し、インペラ形状物を得た。

この後、実施例 12に記載の内容と同様に、機械加工を行ないバース卜試験を行なった。その結果を表 8 に示す。

比較例 24

末端基に水酸基を有する低分子量のポリエーテルスルフォン樹脂（三井東圧化学㈱製 5003 P) を、溶剤として N -メチルピロリドンを用い、樹脂と溶剤の配合比率（樹脂配合比率）を 10〜 30重量％に調合し、さらにキシレンで希釈してポリエーテルスルフォン系収束剤 'とした。しかる後、この収束剤を用いて電解酸化により表面処理を施してあるポリアクリロニ卜リル系炭素鐡維（東邦レーヨン㈱製 HTAタイプ）を収束し、これを 6 mm長さに切断してチョップド炭素繊維とした。この炭素繊維に熱処理を施さず、マトリクス樹脂（三井東圧化学㈱製 PEEK ) と炭素繊維の含有率が 20 , 30, 40重量％となるように配合してペレツ卜状の樹脂組成物を調製した。 ..この樹脂組成物を用い、比較例 21 に記載したと同様な実験を行なった。その結果を第 12 図に示す。

さらに、この樹脂組成物の中から炭素繊維含有率が 30重量％のもののみを、実施例 13に記載したと同様な条件で形成を行ない、機械加工を施しバース卜試験をった。その結果を表 8 に示す

表 8

バースト試纖吉果

(註）バース卜試験は、 13xl0⁴rpmで 20時間耐久の場合と

20X10⁴rpm- 5秒間回転させた場合の結果で比較を行つた _c

〇：合格バースト無し（安定してバース卜無し） △：半合格合格するものもあるが不安定

X：不合格全く合格するもの無し表 8 の結果により、実施例において成形したインべラは比較例のものに比べて耐熱強度並びに耐熱クリ一ブ特性に優れていることがわかる。また、比較例 22 ( ポリアミド系収束剤）と比較例 23 (エポキシ系収束剤）で示した市販品の炭素繊維では、収束剤が形成温度 360〜 420 °Cでは分解ガス化が起こり、マトリクス樹脂と炭素繊維との界面に濡れ不良による隙間が生じる為、実施例 12 ( ポリエーテルスルフォン系収束剤で熱処理有り）に比べると、強度低下が起こると考えられる。

実施例 14

実施例 1 において得られた芳香族ポリスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素繊維チヨップトス卜ランド 30重量％とポリエーテルイミド樹脂として G E 社製 ULTEM 1000 (商品名）を 70重量％ドライブレンドした後 4 Omm径押出機にて押出温度 380 °Cで溶融混練しながら押出す操作を行なって均一配合ペレツ卜を得た。

次に上記の均一配合ペレツ卜を通常の射出成形機を用いてシリンダー温度 380°Cおよび金型温度 160°Cの温度条件でダンベル試験片を作成し、引張強度を測定したところ 2360 Kg/cm²であった。

比較例 25

実施例 14において芳香族ポリスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素繊維チヨ、ンプ卜ス卜ランドにかえて、エポキシ樹脂で収束されたァクリル系炭素繊維を使用したほかは実施例 14と同様に試験して炭素繊維配合ポリエーテルイミド樹脂のダンベル試験片を作成した。引張強度を測定したところ 1820 Kg/cm²であった。

実施例 15

実施例 1 において得られた芳香族ポリスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素繊維チヨップトス卜ランド 30重量％とポリフエ二レンサルフアイド樹脂としてフィリップス石油社製ライトン P — 4 (商品名）を 70重量％ドライブレンドした後 4 Omm径押出機にて押出温度 340°Cで溶融混練しながら押出す操作を行なつて均一配合ペレツ卜を得た。

次に上記の均一配合ペレツ卜を通常の射出成形機を用いてシリンダー温度 36 (TCおよび金型温度 120°Cの温度条件でダンベル試験片を作成し、引張強度を測定したところ 2230Kg/Gm ²であった。

比較例 26

実施例 15において芳香族ポリスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素鐡維チヨップトス卜ランドにかえて、エポキシ樹脂で収束されたァクリル系炭素繊維を使用したほかは実施例 15と同様に試験して炭素繊維充塡ポリフエ二レンサルフアイド樹脂のダンベル試験片を作成した。引張強度を測定したところ U79kg/cm²であつた。実施例 16

インペリアル ' ケミカル ' インダス卜リーズ社の「ビク卜レックスポリエーテルスルホン P E S 5003 P ( 商標）」を 10重量％、ジクロルメタン 45重量％、 1, 1, 2 トリクロルェタン 45重量％からなるポリェ一テルスルホン溶液を調製した。このポリエーテルスルホン溶液に表面を酸化処理したァクリル系炭素繊維のロービングを 8 OM/H Rの速度で連続的に浸漬し、乾燥し脱溶剤を行った後 3 mm長さに切断し、チョップトス卜ランドとした。

この時の炭素繊維に対する芳香族ポリスルホン樹脂の付着量は 1 %であった。

この炭素繊維チヨップトス卜ランドをステンレス製のバ卜に入れ、 350°Cに昇温した電気炉に入れ、空気雰囲気下で 10時間加熱処理を行つた。

この熱処理した炭素繊維チヨップトス卜ランドを使用したほかは実施例 1 と同様の操作で炭素繊維配合 PEEK樹脂のダンベル試験片を作成し、引張強度を測定したところ 2250 Kg/cm²であった。

実施例 17

実施例 1 において調整したポリエーテルスルホン溶液に表面を酸化処理したァクリル系炭素繊維のロービングを 60M/HRの速度で連続的に浸漬し、乾燥し脱溶剤を行った。さらにこのロービングを再度ポリエーテル - - スルホン溶液に 6 0 M / H Rの速度で連続的に浸漬し、乾燥し脱溶剤を行つた。

この時の炭素繊維に対する芳香族ポリスルホン樹脂の付着量は 9 %であった。

この炭素繊維チヨヅプトス卜ランドをステンレス製のバッ卜に入れ、 3 5 (TCに昇温した電気炉に入れ、空気雰囲気下で 1 0時間加熱処理を行つた。

この熱処理した炭素織維チヨップトス卜ランドを使用したほかは実施例 1 と同様の操作で炭素鐡維配合 P E E K樹脂のダンベル試験片を作成し、引張強度を測定したところ 2 3 8 O k g / c m ²であつた。

本発明の芳香族ポリスルホン樹脂を被覆し熱処理した炭素織維を耐熱性樹脂に配合した耐熱性樹脂組成物は、優れた機械強度を有している。

また、本発明の内燧機関用部品は炭素鐡維と、マ卜リクス樹脂との間のぬれ性が改善され、界面強度の向上がいちじるしく、強度向上が達成されるという効果が得られる。

また、例えばインペラの場合は、その軽量化により、エンジン負荷変動に対する追従性が改善され、さらに、製品表面の精度がアルミ合金製のものに比較して極めて向上する為に、高速回転時の吸入空気の翼表面からの剝離現象を低減することができ、吸入圧縮効率が上がるという効果も得られる。

Claims

請求の範囲

1 . 芳香族ポリスルホン樹脂で表面を被覆した後、 3 0 0 〜 4 0 0 °Cで加熱された炭素繊維。

2 . 請求項 1 記載の炭素繊維 5 〜 5 0重量％と、耐熱性樹脂 9 5〜 5 0重量％からなる耐熱性樹脂組成物。

3 . 耐熱樹脂がポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリフエ二レンスルフィド、ポリエーテルエ一テルケトン、芳香族ポリエステルまたはポリエーテルケ卜ンである請求項 2 記載の耐熱性樹脂組成物。

4. 請求項 2 または 3 記載の耐熱性樹脂組成物を用いたことを特徴とする内燃機関用品。

5 . 前記内燃機関用部品が一体型遠心圧縮機のインべラである請求項 4記載の内燃機関用部品。