WO2007097436A1

WO2007097436A1 - 繊維強化熱可塑性樹脂成形体、成形材料、およびその製造方法

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Publication number: WO2007097436A1
Application number: PCT/JP2007/053443
Authority: WO
Inventors: Shoji Murai; Masato Honma
Original assignee: Toray Industries, Inc.
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2007-08-30
Also published as: US7754323B2; US20090004453A1; JPWO2007097436A1; CN101421340A; KR101409959B1; ES2405946T3; EP1988118A1; JP5309563B2; KR20080114750A; TW200736306A; EP1988118B1; TWI414543B; EP1988118A4; CN101421340B

Abstract

単繊維状の炭素繊維が熱可塑性樹脂中に高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されてなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供する。　単繊維状の炭素繊維と、単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなり、炭素繊維が高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置された成形材料を提供する。　前記成形材料を圧縮成形する、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供する。

Description

繊維強化熱可塑性樹脂成形体、成形材料、およびその製造方法技術分野

本発明は、繊維強化熱可塑性榭脂成形体、成形材料、およびその製造方法に関するものである。本発明の繊維弹化熱可塑性樹脂成形体は、単繊維状の炭素繊維が高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されて明

いるため、力学特性およびその等方性に細優れ、電気 ·電子機器、土木 ·建築、自動車、航空機の部品、構造部品、および筐体などに好適に用いられる。本発明の成形材料は、単繊維状の炭素繊維と、単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなるため、取り扱い性に優れ、また炭素繊維が高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されているため、力学特性およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性榭脂成形体の成形に好適に用いることができる。本発明の製造方法は、前記成形材料を用いた圧縮成形法であり、力学特性、およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造するのに好適に用いられる。背景技術 .

炭素繊維と熱可塑性榭脂からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比強度、比剛性に優れているため、電気 ·電子用途、土木 ·建築用途、自動車用途、航空機用途等に広く用いられている。

一般的に繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性を高めるため、炭素繊維を連続繊維で使用することがある。反面、賦形性が悪く、複雑形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造が困難な場合がある。そこで、炭素繊維を不連続繊維とすることで、複雑形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することが好適に用いられている。

例えば、これらの繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性およびその等方性を向上させる手段として、熱可塑性樹脂中に束状の炭素繊維を含浸させた短冊状片を、無作為な方向に配置した繊維強化熱可塑性樹脂成形体が提案されている（特許第 2 5 0 7 5 6 5号公報（第 4頁、第 1 8行）参照）。しかし、繊維強化熱可塑性樹脂成形体中に炭素繊維が束の状態で存在するため、炭素繊維の束と束の隙間に樹脂のみで構成される榭脂リツチ部が発生し、力学特性が低下する場合がある。また、集束した不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維からなるスタンパブルシートを圧縮成形した熱可塑性樹脂成形体が提案されている（特開 2 0 0 2— 2 1 2 3 1 1号公報（第 2頁、第 2 1行）参照）。し力し、熱可塑性樹脂は溶融粘度が高いため、熱可塑性樹脂が集束した炭素繊維柬内に含浸できず、未含浸部となり、力学特性が低下する場合がある。

そこで単繊維状の不連続炭素繊維と熱可塑性樹脂粉体からなり、その炭素繊維の体積含有率が高い成形材料を、圧縮成形する熱可塑性樹脂成形体が提案されている（特許第 1 7 6 1 8 7 4号公報（第 1頁、第 2行）参照）。し力し、不連続強化繊維と熱可塑性榭脂粒子からなる成形材料は、成形材科を製造する工程、特に成形材料の移送工程において、また繊維強化熱可塑性榭脂成形体の製造する工程、特に成形材料を取り扱う搬送工程において、成形材料から熱可塑性樹脂粒子が脱落するため、成形材料の取り扱い性が悪い問題がある。

また、均一分散した炭素繊維と熱可塑性樹脂から得られる繊維強化樹脂シート材料を加熱成形した力学特性の高い繊維強化熱可塑性樹脂成形体が提案されている（特開平 6 ^ 9 9 4 3 1号公報（第 2頁、第 5 0行）参照）。しかし、繊維強化樹脂シート材料を加熱成形する工程で繊維強化樹脂シート材料が流動するため、炭素繊維が流動方向に配向し、力学特性の等方性が損なわれる場合がある。発明の開示

本発明は、かかる従来技術の背景を鑑み、単繊維状の炭素繊維が熱可塑性榭脂中に高含有率で含まれ、その炭素繊維の繊維長が長く、かつ炭素繊維をランダムに配置することで、力学特性、およびその等方性を向上させた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を提供することを目的とするものである。

本発明は、かかる従来技術の背景を鑑み、単繊維状の炭素繊維と、単繊維状の熱可塑性樹脂繊維とから構成することで取り扱い性を向上させ、また炭素繊維が髙含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維をランダムに配置することで、力学特性およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体に好適に用いることができる成形材料を提供することを目的とするものである。

本発明は、かかる従来技術の背景を鑑み、前記成形材料を圧縮成形することで、力学特性、およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記目的を達成するため、以下の構成を採用するものである。

( 1 ) 熱可塑性樹脂 20〜 65重量。 /₀と炭素繊維 35〜 8 Ό重量％からなる成形体であって、該炭素繊維が単繊維状であり、かつ該炭素繊維の重量平均繊維長（L w) が 0. 5〜1 Ommの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（f p) がー 0. 25〜0. 25の範囲である繊維強化熱可塑性榭脂成形体。

(2) 前記炭素繊維の本明細書中で定義される分散パラメータが 0〜25%の範囲である前記（1) に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

(3)前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される 30° 刻みの相対度数の最大値が 0. 29以下である前記（1) または（2) に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

(4)前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される 30° 刻みの相対度数の最小値が 0. 03以上である前記（1) 〜（3) のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

(5) 前記炭素繊維の繊維長 1. Omm以上の炭素繊維本数が全炭素繊維本数の 30〜 100%の範囲である前記（1) 〜（4) のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

(6) 前記繊維強化熱可塑性樹脂成形体の本明細書中で定義されるボイド率が 5%以下である前記（1) 〜（5) のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

( 7 ) 前記繊維強化熱可塑性樹脂成形体の I S O 178に基づく曲げ強度が 35

0〜 1 10 OMP aの範囲である前記（1) 〜（6) のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

(8) 前記繊維強化熱可塑性樹脂成形体の I S O 1 78に基づく曲げ強度における、曲げ強度の安定性が 1 0%以下である前記（1) 〜（7) のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性榭脂成形体。

( 9 ) 熱可塑性樹脂繊維 20〜 65重量％と炭素繊維 35〜 80重量％からなる成形材料であって、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなり、該炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) が 1〜15mmの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（f p) がー 0. 25〜0. 25の範囲である成形材料。

(10) 前記単繊維状の熱可塑性樹脂繊維が、少なくとも 2本以上の前記単繊維状の炭素繊維と接している前記（9) に記載の成形材料。

(1 1) 前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される 3 0° 刻みの相対度数の最大値が 0. 2 9以下である前記（9) または（10) に記載の成形材料。

(12) 前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される 3 0° 刻みの相対度数の最小値が 0. 03以上である前記（9) 〜（11) のいずれかに記載の成形材料。

(1 3) 前記炭素繊維の本明細書中で定義される分散パラメータが 0〜 25%の範囲にある前記 (9) 〜（1 2) のいずれかに記載の成形材料。

(14) 前記炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) と数平均繊維長（Lri) の比（L w/L n) 力 1. 0〜2. 5の範囲にある前記（9) 〜（1 3) のいずれかに記載の成形材料。

(1 5) 前記（9) 〜（14) のいずれかに記載の成形材料を、少なくとも次の (I) 〜（V) の工程を含む圧縮成形法で成形する繊維強化熱可塑性榭脂成形体の製造方法。

( I ) 成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程

(H) 金型に成形材料を配置する工程

(ΠΙ) 金型で成形材料を加圧する工程

(IV) 金型内で成形材料を固化する工程

(V) 金型を開き、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を脱型する工程

(16) (m) の工程において、成形材料への加圧を除荷し、再度成形材料を加圧する操作を、少なくとも 1回以上行う前記（1 5) に記載の繊維強化熱可塑性榭脂成形体の製造方法。

(17)前記圧縮成形での加圧力が 2〜4 OMP aである前記（15)または（1 6 ) に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。

(1 8) 前記金型のキヤビティー内に配置する成形材料のチャ一ジ率が 80 %以上である前記（1 5) 〜（1 7) のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、単繊維状の炭素繊維が熱可塑性樹脂中に高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されているため、力学特性が高く、さらに等方的な力学特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得ることができる。この繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、電気 · 電子機器、 OA機器、家電機器、土木 ·建築、自動車、航空機の部品、構造部品おょぴ筐体などに好適に用いられる。

本発明の成形材料は、単繊維状の炭素繊維と、単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなるため、取り扱い性に優れ、また炭素繊維が高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されているため、力学特性およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体に好適に用いることができる成形材料を得ることができる。

また、前記成形材料を圧縮成形することにより、力学特性が髙く、さらに等方的な力学特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することができる。本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願 2006— 47987号の明細書および/または図面に記載される内容を包含する。図面の簡単な説明

図 1は、炭素繊維が単繊維の状態で熱可塑性樹脂中に分散している、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面の模式図である。

図 2は、炭素繊維が束の状態で存在する、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面の模式図である。

図 3は、本発明の実施例 2で得られた繊維強化熱可塑性榭脂成形体の切断面を示す光学顕微鏡写真である。

図 4は、比較例 2で得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面を示す光学顕微鏡写真である。符号の説明 .

1 炭素繊維

2 熱可塑性樹脂発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体、成形材料、およびその製造方法について、さらに詳細に説明する。

『繊維強化熱可塑性樹脂成形体』

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、熱可塑性樹脂 2 0〜 6 5重量％と炭素繊維 3 5〜8 0重量％からなる成形体であって、該炭素繊維が単繊維状であり、かつ該炭素繊維の重量平均繊維長（L w) が 0 . 5〜 1 O mmの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（f p ) がー 0 . 2 5〜0 . 2 5の範囲の成形体である。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の炭素繊維は、その重量含有率が繊維強化熱可塑性榭脂成形体に対して 3 5〜 8 0重量％であり、より好ましくは 3 8〜 7 5重量％であり、さらに好ましくは 4 0〜 7 0重量 °/₀である。炭素繊維の重量含有率が 3 5重量％未満であると、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が構造部品として不足する場合がある。さらに成形体の成形工程において成形材料が流動し、炭素繊維が流動方向に配向することで、力学特性の等方性が損なわれる場合もある。また、炭素繊維の重量含有率が 8 0重量％を越えると、炭素繊維に対する熱可塑性樹脂の量が根本的に少なくなり、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が著しく低下する場合がある。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の炭素繊維は、単繊維状である。ここで、単繊維状とは、図 1に示すように、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面において、炭素繊維が実質的に均一に分散している状態を示す。図 2に示すように、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面において、炭素繊維が束の状態で存在すると、炭素繊維の束と束の隙間に樹脂のみで構成される樹脂リツチ部が発生し、力学特性が低下する場合がある。また炭素繊維が束の状態で存在すると、炭素繊維束内に熱可塑性樹脂が含浸できず、未含浸部となり、力学特性が低下する場合もある。本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) が 0. 5〜： I Ommであり、より好ましくは 0. 8〜 8mmであり、さらに好ましくは l〜7mmである。炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) が 0. 5 mm未満であると、構造部品として力学特性が不足する場合があり、 1 Ommを越えると、炭素繊維を単繊維状とできず、成形体中にボイドが発生し、力学特性が低下する場合がある。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点より、炭素繊維の数平均繊維長（ L n )力 S 0. 4〜 9 mmであることが好ましく、より好ましくは 0.

7〜 7mmであり、さらに.好ましくは 0. 9〜 6mmである。

ここで、重量平均繊維長（Lw) および数平均繊維長（Ln) は、次の方法により測定する。繊維強化熱可塑性榭脂成形体から炭素繊維を抽出し、無作為に 4

00本選び出し、その長さを 1 m単位まで光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡にて測定して、次式により、その重量平均繊維長（Lw) および数平均繊維長

(L n) を算出することにより行う。

•重量平均繊維長（Lw) =∑ (L i XWiZl O O)

·数平均繊維長（Ln) = (∑ L i ) /400

• L i :測定した繊維長（ i = l、 2、 3、 · · ·、 400)

• W i ：繊維長さ L iの繊維の重量分率（ i = l、 2、 3、 · · ·、 400) 炭素繊維の抽出方法としては、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、熱可塑性樹脂を溶解させる溶媒により十分溶解させた後、濾過などの公知の操作により炭素繊維と分離することができる。熱可塑性樹脂を溶解する溶媒が無い場合は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、熱可塑性樹脂を加熱炉にて焼却除去して炭素繊維を分離する手法を用いることができる。無作為に抽出する測定炭素繊維本数を 400本以上とすれば、算出される炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) およぴ数平均繊維長（Ln) の値はほぼ変化がなくなる。本発明の繊維強化熱可塑性榭脂成形体表面における炭素繊維の配向状態は、配向パラメータ（f p) で表される。本発明における繊維強化熱可塑性樹脂成形体の配向パラメータ（f p) は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から深さ 1 0 0 mの部分における炭素繊維の繊維配向分布を一 1. 0〜1. 0の数値で表すパラメータのことであり、 f p =— l . 0および f p = l . 0のとき、炭素繊維が 1方向に配向していることを意味し、 f p = 0. 0のとき、炭素繊維が完全にランダムに配置されていることを意味する。本発明では、 f pがー 0. 25〜0. ， 2 5の範囲であれば、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の炭素繊維が実質的にランダムに配置されており、本発明の効果が十分に発現できるが、好ましくは一 0. 2〜0. 2の範囲であり、より好ましくは一 0. 1 5〜0. 1 5の範囲であり、さらに好ましくは一 0. 1〜0. 1の範囲である。 f pがー 0. 25未満、または f pが 0. 25を越えると、炭素繊維の配向偏りが大きくなり、力学特性の等方性が損なわれる場合がある。

配向パラメータ（f p) としては、 Polymer Composites vol.6， pp.41-46(1985) に、射出成形品断面の繊維配向角度を計測し、配向パラメータを算出する方法が開示されている。本発明では、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の配向パラメータ ( f P) を、次の方法により測定した。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切断し繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から 1 0 0 wmの深さまで研磨し得た試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に 4 0 0本の炭素繊維を選び出す。研磨面の炭素繊維は一般的に楕円形で確認され、この楕円の長軸方向を繊維の配向方向とする。次に、角度の基準となる基準直線を任意に設定し、基準直線に対する選び出した炭素繊維の配向方向のなす角度（以下、配向角度 a i と略す。）を全て測定する。配向角度 a iは、基準直線に对して反時計回りの方向の角度を測定した、 0° 以上 1 8 0° 未満の角度のこととする。この配向角度ひ iを用いて、次式により配向パラメータ（f p) を算出した。

• f p = 2 X∑ (c 0 s 2 a i /400) — 1

• a i ：測定した配向角度（ i = l、 2、 3、 · · ·、 40 0)

無作為に選び出す炭素繊維本数を 400本以上とすれば、配向パラメータ（f p) の値はほぼ変化がなくなる。また繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から深さ 1 5 0 _W m以下の領域であれば、配向パラメータ（f p ) の値はほぼ変化なく、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の配向パラメータ（ f p ) を測定することができる。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の配向パラメータ（f p ) を測定する部分としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂成形体端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、およぴ成形体の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点から、含まれる炭素繊維の分散パラメータが、 0〜2 5 °/₀であると好ましく、より好ましくは 0〜2 2 °/₀であり、さらに好ましくは 0 ~ 2 0 %である。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の分散パラメタとは、繊維強化熱可塑性樹脂成形体に含まれる炭素繊維の重量含有率のバラツキを表す指標であり、本発明では繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面における炭素繊維本数のパラツキを測定した値として表す。この分散パラメータは、次の方法により.測定する。繊維強化熱可塑性樹脂成形体から一部を切り出し、その切断面を研磨し、光学癞微鏡で観察し、無作為に 0 . I mm X O . 1 mmの範囲を 1 0力所選び出し、その範囲内に含まれる炭素繊維の本数を測定する。選び出した 1 0力所の炭素繊維の本数の平均値を A、標準偏差を Sとし、次式により分散パラメータを求める。

'分散パラメータ = ( 1 0 0 X S /A) (単位： ⁰ /₀)

また、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の分散パラメータを測定する部分としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂成形体端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、およぴ成形体の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の等方性の観点から、炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ° 刻みの相対度数の最大値が 0 . 2 9以下であることが好ましく、より好ましくは 0 . 2 6以下であり、さらに好ましくは

0 . 2 3以下である。また本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の等方性の観点から、炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ° 刻みの相対度数の最小値が 0 . 0 3以上であることが好ましく、より好ましくは 0 . 0 6以上であり、さらに好ましくは 0 . 1 0以上である。炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ^fl 刻みの相対度数とは、繊維強化熱可塑性榭脂成形体表面の炭素繊維の配向角度分布を表す指標であり、本発明では繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面から深さ 1 0 0 μ πιの部分における炭素繊維の配向角度を、 3 0 ° 刻みで相対度数として表したものである。炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ° 刻みの相対度数の最大値および最小値は、次の方法で測定する。上述の配向パラメータ（ f p ) の算出に使った 4 0 0本の炭素繊維の配向角度 a iを用いて、 3 0 ° 刻みの炭素繊維の配向角度相対度数分布を作成し、その最大値および最小値を、炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ° 刻みの相対度数の最大値および最小値とした。無作為に選び出す炭素繊維本数を 4 0 0本以上とすれば、炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ° 刻みの相対度数の最大値および最小値は、ほぼ変化がなくなる。また繊維強化熱可塑性榭脂成形体表面から深さ 1 5 0 w in以下の領域であれば、炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ° 刻みの相対度数の最大値およぴ最小値の変化はほぼなく、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の炭素繊維の配向角度分布を測定することができる。また、炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ° 刻みの相対度数の最大値および最小値を測定する部分としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂成形体端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、およぴ成形体の厚み変化がない部分を用いて測定することが • 好ましい。炭素繊維の配向角度度数分布における 3 0 ° 刻みの相対度数の最大値およぴ最小値が 0 . 1 7であると、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面の炭素繊維が完全にランダム配置していることを意味する。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点から、繊維長が 1 . O mm以上である炭素繊維本数が全炭素繊維本数の 3 0 ~ 1 0 0 %であると好ましく、より好ましくは 3 5〜 9 5 %であり、さらに好ましくは 4 0〜 9 0 %である。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点から、繊維長が 2 . 0 mm以上である炭素繊維本数が全炭素繊維本数の 1 0〜 1 0 0 %であると好ましく、より好ましくは 1 5〜9 5 %であり、さらに好ましくは 2 0〜 9 0 %である。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、力学特性の観点から、繊維長が 3 . Omm以上である炭素繊維本数が全炭素繊維本数の 2〜1 00%であると好ましく、より好ましくは 3〜 9 5 %であり、さらに好ましくは 5〜 90 %である。本発明における繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率は、力学特性の観点から、 5%以下であることが好ましく、より好ましくは 3%以下であり、さらに好ましくは 2 %以下である。繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率は、次の方法により測定する。繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、 J I S K 7 1 1 2 ( 1999) の 5に記載の A法（水中置換法）に従い、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の密度（/0 C ) を測定する。この繊維強化熱可塑性樹脂成形体の密度 ( p c) および熱可塑性榭脂の密度 r) を用いて、次式により繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率（Vv) を求める。

• Vv = 100— p cZp r (単位：体積％)

繊維強化熱可塑性樹脂成形体のポイド率（Vv) を測定する部分としては、特に制限はないが、繊維強化熱可塑性樹脂成形体端部を避け、できるだけ中央近辺で、さらにボス、リブ、および成形体の厚み変化がない部分を用いて測定することが好ましい。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の I S O 1 78に基づき測定した曲げ強度は、 350〜 1 10 OMP aであると好ましく、より好ましい曲げ強度は 37 0~ 100 OMP aの範囲であり、さらに好ましくは 400〜 90 OMP aの範囲である。曲げ強度が好ましい範囲内であれば、構造部品として使用可能な強度となり好ましい態様である。

また、力学特性の等方性の観点から、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の I S O 1 78に基づき測定した曲げ強度の安定性は 10 %以下であることが好ましく、より好ましくは 8%以下であり、さらに好ましくは 7%以下である。曲げ強度の安定性の下限値は特に限定はなく、構造部品の等方的な力学特性の観点より、 0%であることが最も好ましい。

さらに本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の I S O 1 78に基づき測定した曲げ弾性率は、構造部品への適用の観点から、 1 7GP a以上であることが好ましく、より好ましくは 20GP a以上であり、さらに好ましくは 23GP a以上である。「炭素繊維」

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いられる炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロ-トリル繊維を原料とする PAN系炭素繊維、石炭タールや石油ピツチを原料とするピッチ系炭素繊維、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セルロース系炭素繊維、炭化水素などを原料とする気相成長系炭素繊維、およびこれらの黒鉛化繊維などが好ましく挙げられる。また、これら 2種類以上をブレンドしても良い。なかでも、強度と弾性率とのバランスに優れている PAN系炭素繊維がとりわけ好ましく用いられる。

また、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いられる炭素繊維の引張強度は、 3. 7 GP a以上が好ましく、より好ましくは 4. 0 G P a以上であり、さらに好ましくは 4. 2GP a以上であり、繊維強化熱可塑性樹脂成形体中の炭素繊維の折損を少なくできる。また、該炭素繊維の弓 1張弾性率は、構造部品への適用の観点から、 180〜6·50 GP aのものが好ましく使用できる。

「熱可塑性樹脂 j

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、

「ポリエチレンテレフタレート（P ET)、ポリブチレンテレフタレート（P BT)、ポリトリメチレンテレフタレート（PTT)、ポリエチレンナフタレート（PEN)、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（P E)、ポリプロピレン（P

P)、ポリブチレン等のポリオレフインや、ポリオキシメチレン（POM)、ポリアミド（P A)、ポリフエ-レンスルブイド (P P S)、ポリケトン（PK)、ポリエーテルケトン（ΡΕ ：)、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK：)、ポリエーテルケトンケトン（PEKK：)、ポリエ一テルニトリル（PEN)、ポリテトラフルォロエチレンなどのフッ素系樹脂、液晶ポリマー（ L C P )」などの結晶性樹脂、

「スチレン系樹脂の他、ポリカーボネート（P C)、ポリメチルメタクリレート（P MMA)、ポリ塩化ビュル（PVC)、ポリフエ二レンエーテル（PPE)、ポリイミド（ P I )、ポリアミドイミド（ P A I )、ポリエーテルイミド（ P E I )、ポリサルホン（PSU)、ポリエーテルサルホン、ポリアリレ一ト（PAR)」などの非晶性樹脂、その他、フエノール系樹脂、フエノキシ樹脂、更にポリスチレン系、ポリオレフイン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリプタジェン系、ポリイソプレン系、フッ素系、およびアクリロニトリル系等の熱可塑エラストマ一等や、これらの共重合体および変性体等から選ばれる熱可塑性樹脂が挙げられる。本発明においては、これらの少なくとも 1種を好ましい熱可塑性樹脂として採用することができる。より好ましくは、力学特性の観点から、ポリアミド（P A)が良く、耐熱性の観点から、ポリフエ-レンスルフィド（P P S )、ポリエーテルィミド（p E I )、ポリエーテルエーテルケトン（P E E K)が良く、経済性の観点から、ポリプロピレン（P P ) が良い。

「添加剤、充填剤等」

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体には、その用途に応じて、更に、マイ力、タルク、力オリン、セリサイト、ベントナイト、ゾノトライト、セピオライト、スメクタイト、モンモリロナイト、ワラステナイト、シリカ、炭酸カルシウム、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラスマイクロバ/レーン、クレー、二硫ィ匕モリブデン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、ポリリン酸カルシウム、グラファイト、硫酸バリゥム、硫酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸亜カルシウム、ホウ酸アルミニウムウイスカ、チタン酸カリウムゥイス力および高分子化合物などの充填材、金属系、金属酸化物系、カーボンブラックおよびグラフアイト粉末などの導電性付与材、臭素化樹脂などのハロゲン系難燃剤、三酸化アンチモンや五酸化アンチモンなどのアンチモン系難燃剤、ポリリン酸アンモニゥム、芳香族ホスフェートおよび赤燐などのリン系難燃剤、有ホウ酸金属塩、カルボン酸金属塩および芳香族スルホンイミド金属塩などの有機酸金属塩系難燃剤、硼酸亜鉛、亜鉛、酸化亜鉛およびジルコニウム化合物などの無機系難燃剤、シァヌル酸、ィソシァヌル酸、メラミン、メラミンシァヌレート、メラミンホスフェートおよび窒素化グァニジンなどの窒素系難燃剤、 P T F Eなどのフッ素系難燃剤、ポリオルガノシロキサンなどのシリコーン系難燃剤、水酸化アルミニウムや水酸化マグネシゥムなどの金属水酸化物系難燃剤、またその他の難燃剤、酸化カドミウム、酸化亜鉛、酸化第一銅、酸化第二銅、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化スズおよび酸化チタンなどの難燃助剤、顔料、染料、滑剤、離型剤、相溶化剤、分散剤、マイ力、タルクおょぴカオリンなどの結晶核剤、リン酸エステルなどの可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、流動性改質剤、発泡剤、抗菌剤、制振剤、防臭剤、摺動性改質剤、およびポリエーテルエステルアミドなどの帯電防止剤等を添加しても良い。本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、炭素繊維に加えて、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、ァラミド繊維や P B O繊維などの有機繊維、シリコンカーバイド繊維やガラス繊維などの無機繊維、およぴ麻ゃケナフなどの天然繊維を使用しても良い。とりわけ、ガラス繊維は経済面に有利であり、好ましく用いられる。

「用途」

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の用途としては、例えば、「パソコン、デイスプレイ、 O A機器、携帯電話、携帯情報端末、ファクシミリ、コンパクトデイスク、ポータブル MD、携帯用ラジオカセット、 P D A (電子手帳などの携帯情報端末）、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、娯楽用品、.玩具用品、その他家電製品などの筐体、トレイ、シヤーシ、内装部材、またはそのケース」などの電気、電子機器部品、「支柱、パネル、補強材」などの土木、建材用部品、「各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輸用軸受、各種ビーム、プロペラシャフト、ホイール、ギアボックスなどの、サスペンション、アクセル、またはステアリング部品」、「フード、. ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリツド、サイドパネル、リアエンドパネル、'アッパーバックパネノレ、フロントポディー、アンダーポディー、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジなどの、外板、またはボディー部品」、「パンパ一、パンパ一ビーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スボイラー、カウルル一バー、エア口パーツなど外装部品」、「インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュールなどの内装部品」、または「モーター部品、 C N Gタンク、ガソリンタンク、燃料ポンプ、エアーインテーク、インテークマ二ホー/レド、キャブレターメインボディー、キャブレタースぺーサ一、各種配管、各種パルプなどの燃料系、排気系、または吸気系部品」などの自動車、二輪車用構造部品、「その他、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、 I Cレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメータ一ベース、エンジン冷却水ジョイント、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パルプ、ラジエーターモータ一用ブラッシュホルダー、タービンベイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビユタ一、スタータースィッチ、スターターリレー、ウィンドウォッシャーノズノレ、エアコンノネノレスイッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、パッテリートレイ、 A Tブラケット、ヘッドランプサポート、ぺダノレハウジング、プロテクター、ホーンターミナ/レ、ステップモーターローター、ランプソケット、ランブリフレタター、ランプハウジング、プレーキピストン、ノイズシールド、スペアタイヤカバー、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、' スカツフプレート、フエイシヤー」、などの自動車、二輪車用部品、「ランディングギアポッド、ウィングレット、スボイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ」などの航空機用部品が挙げられる。力学特性の観点より、電気、電子機器用の筐体、土木、建材用のパネル、自動車用の構造部品、航空機用の部品に好ましく用いられる。とりわけ、力学特性および等方性の観点より、自動車、二輪車用の構造部品に好ましく用いられる。

『成形材料』

次に本発明の成形材料について説明する。

本発明の成形材料は、熱可塑性樹脂繊維 2 0〜 6 5重量 °/。と炭素繊維 3 5〜 8

0重量％からなる成形材料であって、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなり、該炭素繊維の重量平均繊維長（ L w) が 1〜 1 5 m mの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（f P ) が一 0 .

2 5〜0 . 2 5の範囲である成形材料である。

本発明の成形材料における炭素繊維の重量含有率は、成形材料に対して 3 5〜

8 0重量。 X»であり、より好ましくは 3 8〜 7 5重量％であり、さらに好ましくは 4 0〜7 0重量。 /₀である。炭素繊維の重量含有率が 3 5重量％未満であると、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が構造部品として不足する場合がある。さらに繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形工程で成形材料が流動し、炭素繊維が流動方向に配向することで、力学特性の等方性が損なわれる場合がある。また、炭素繊維の重量含有率が 8 0重量。を越えると、炭素繊維に対する熱可塑性榭脂の量が根本的に少なくなり、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が著しく低下する場合がある。

本発明の成形材料は、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなるため、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維が 3次元的な網目体を構成する。そのため、成形材料を製造する工程や、成形材料を用いて繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造する工程において、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維の原料脱落を少なくでき、また成形材料の強度を向上できるため、取り扱い性の良い成形材料を得ることができる。炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維が束状であると、炭素繊維と熱可塑性榭脂繊維の絡み合いが少なくなるため、炭素繊維および熱可塑性樹脂繊維の原料脱落が多くなり、また成形材料の強度が低下する場合がある。さらに、熱可塑性榭脂が粒子状であると、成形材料中に熱可塑性樹脂を保持できず、熱可塑性榭脂粒子の原料脱落が多くなる場合がある。

本発明の成形材料は、前記網目体を構成する観点から、熱可塑性樹脂繊維が少なくとも 2本以上の炭素繊維と接することが好ましい。より好ましくは 3本以上、さらに好ましくは 5本以上、とりわけ好ましくは 1 0本以上の炭素繊維と接していると良い。

本発明の成形材料は、炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) が l〜15_mmであり、より好ましくは 1. 5〜1 2. 5 mmであり、さらに好ましくは 2〜： 10 m mである。炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) が lmm未満であると、構造部品として力学特性が不足する場合があり 1 5mmを越えると、炭素繊維を単繊維状とできず、成形体中にボイドが発生し、力学特性が低下する場合がある。

本発明の成形材料は、力学特性の観点より、炭素繊維の数平均繊維長（Ln) が 1〜15mmであることが好ましく、より好ましくは 1. 5〜12. 5 mmであり、さらに好ましくは 2〜 1 Ommである。

ここで、成形材料の重量平均繊維長（Lw) および数平均繊維長（Ln) は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の重量平均繊維長（Lw) および数平均繊維長（L n) の測定方法と同様の方法で測定する。

本発明の成形材料表面における炭素繊維の配向状態は、配向パラメータ（f p) で表される。本発明では、成形材料の配向パラメータ（ f p) は一 0. 25〜0. 25の範囲であれば、成形材料表面の炭素繊維が実質的にランダムに配置された状態であり、本発明の効果を十分発現できるが、好ましくは一 0. 2〜0. 2の範囲であり、より好ましくは一 0. 1 5〜0. 1 5の範囲である。配向パラメ一タ（f p) がー 0. 25未満、または f pが 0. 25を越えると、炭素繊維の配向偏りが大きくなり、成形体における力学特性の等方性が損なわれる場合がある。本発明における成形材料の配向パラメータ（f P) は、成形材料表面から深さ 1 ◦ 0 mの部分における炭素繊維の繊維配向分布を一 1. 0〜1. 0の数値で表すパラメータのことであり、次の方法により測定する。成形材料を一部切り出し、エポキシ樹脂中に包埋し、成形材料表面から 100 mの深さまで研磨し観察用試験片を作成する。この観察用試験片を作成すること以外は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の配向パラメータ（f p) と同様の方法で測定する。

本発明の成形材料は、成形体の力学特性を等方性とする観点から、炭素繊維の配向角度度数分布における.30° 刻みの相対度数の最大値が 0. 29以下であることが好ましく、より好ましくは 0. 26以下であり、さらに好ましくは 0. 2 3以下である。また本発明の成形材料は、成形体の力学特性を等方性とする観点から、炭素繊維の配向角度度数分布における 30° 刻みの相対度数の最小値が 0. 03以上であることが好ましく、より好ましくは 0. 06以上であり、さらに好ましくは 0. 10以上である。成形材料表面の炭素繊維の配向角度度数分布における 30° 刻みの相対度数とは、成形材料表面の炭素繊維の配向角度分布を表す指標であり、本発明では成形材料表面から深さ 100 μ mの部分における炭素繊維の配向角度を 30° 刻みで相対度数として表したものである。成形材料表面の炭素繊維の配向角度度数分布における 30° 刻みの相対度数の測定方法としては、繊維強化熱可塑性樹脂成形体と同様の方法で測定する。

本発明の成形材料は、取り扱い性の観点から、含まれる炭素繊維の分散パラメータが、 0〜25%であると好ましく、より好ましくは 0〜22%であり、さらに好ましくは 0〜 20 %である。成形材料の分散パラメータとは、成形材料に含まれる炭素繊維の重量含有率のパラツキを表す指標であり、本発明では成形材料断面における炭素繊維本数のバラツキを測定した値として表す。成形材料の分散パラメータは、成形材料を一部切り出し、エポキシ榭脂中に包埋し、成形材料切断面を研磨し観察用試験片を作成すること以外は、前述した繊維強化熱可塑性樹脂成形体の分散パラメータと同様の方法により測定する。

本発明の成形材料は、前記網目体を構成する観点から、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) 力 1. 0〜2. 5の範囲にあることが好ましく、より好ましくは 1. 0〜2. 2の範囲であり、さらに好ましくは 1. 0〜2. 0の範囲である。ここで、重量平均繊維長（Lw) と数平均繊維長（Ln) の比（LwZLn) が 1. 0とは、同じ長さの繊維のみで構成されることを表し、重量平均繊維長（Lw) と数平均繊維長（Ln) の比（L w/Ln) が大きくなるに従い、繊維長の分布が広くることを意味する。本発明の成形材料は、取り扱い性の観点から、シート状であると好ましい。シ一ト状の成形材料とは長手方向や幅方向に対して厚みが小さい、薄くて広い成形材料のことであり、例えばウェブ、不織布、フェルト、マツトなどが挙げられる。「炭素繊維」

本発明の成形材料に用いる炭素繊維は、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いた炭素繊維と同様の炭素繊維を好ましく用いることができる。

本発明の成形材料に用いる炭素繊維は、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用レヽた炭素繊維と同様の引張強度および引張弾性率を有する炭素繊維を好ましく用いることができる。

「熱可塑性樹脂」

本発明の成形材料に用いる熱可塑性樹脂は、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に用いた熱可塑性樹脂と同様の熱可塑性樹脂を好ましく用いることができる。「添加剤、充填剤等」

本発明の成形材料には、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体にさらに添加した添加剤、充填剤等と同様の添加剤、充填剤等が含まれても良い。

「用途」

本発明の成形材料の用途としては、上述の繊維強化熱可塑性樹脂成形体と同様の用途に好ましく適用できる。

『成形材料の製造方法』

次に成形材料の製造方法について説明する。成形材料の製造方法としては、上述の成形材料が得られる方法であれば特に制限はない。例えば、（1 ) チヨップドの形態を有する炭素繊維束と熱可塑性樹脂繊維を気流ジェット下で開繊、混合し、その混合物をコンベアベルト上に集積させる気流ジエツト法、（2 )チヨップドの形態を有する炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を分散液中で開繊、混合し、有孔支持体上に抄紙する抄紙法、および（3 ) チヨップドの形態を有する炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維をカード機により開繊、混合し、その混合物をコンベアベルト上に集積させる乾式法などが挙げられる。本発明では、より好ましくは、炭素繊維およぴ熱可塑性樹脂繊維の開繊性に優れ、かつその炭素繊維の繊維長を長く維持できる、気流ジット法または抄紙法が用いられ、さらに好ましくは生産性の観点から、抄紙法が用いられる。

また、気流ジェット法では、気流の流れを制御することで、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を単繊維状で均一に混合し、成形材料の等方性を向上しても良い。抄紙法では、分散液量に対する炭素繊維の濃度を下げたり、分散液を撹拌する撹拌翼を撹拌力の大きな形状としたり、撹拌翼の回転数を高くすることにより、炭素繊維と熱可塑性樹脂繊維を単繊維状で均一に混合し、成形材料の等方性を向上しても良い。

『繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法』

次に本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法について説明する。本発明の製造方法は、前記成形材料を、次の少なくとも（I ) 〜（V ) の工程を含む圧縮成形法で成形するものである。

( I ) 成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程

( Π ) 金型に成形材料を配置する工程

(ΙΠ) 金型で成形材料を加圧する工程

(IV) 金型内で成形材料を固化する工程

前記成形材料を圧縮成形することで、強化繊維の繊維長を長く維持でき、炭素繊維を実質的にランダム配置でき、力学特性およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体とすることができる。例えば射出成形では、炭素繊維の繊維長が短くなり、炭素繊維が流動方向に配向することで、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の力学特性が低くなり、またその等方性が損なわれる場合がある。圧縮成形法としては特に制限はなく、例えばスタンビング成形や高圧プレス成形などが挙げられる。

上記の（I ) 工程における、加熱温度は、成形材料の賦形性および熱可塑性樹脂の劣化の観点から、成形材料の熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合、成形材料の温度を熱可塑性樹脂の融点以上、（融点 + 8 0 ) °C以下の範囲であることが好ましく、成形材料の熱可塑性榭脂が非結晶性樹脂の場合、成形材料の温度を熱可塑性樹脂の（ガラス転移温度 + 6 0 ) °C以上、（ガラス転移温度 + 2 0 0 ) °C以下の範囲であることが好ましい。

上記の（I ) 工程において、成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融させる方法は、特に制限はなく.、例えば熱風加熱、遠赤外線加熱、近赤外線加熱、熱板接触、熱ロール接触、振動加熱など、従来公知の方法を用いることができる。上記の（I ) 工程において、熱可塑性樹脂の劣化の観点から、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気あるいは減圧下で加熱溶融するとさらに好ましい。

熱可塑性樹脂の劣化の観点から、上記の（I ) 工程の前に成形材料に含まれる水分を除去する工程を加えても良い。成形材料に含まれる水分を除去する方法は、特に制限はなく、例えば熱風乾燥、遠赤外線乾燥、近赤外線乾燥、真空乾燥、減圧吸引、遠心分離など、従来公知の方法を用いることができる。

上記の（n )、 (m) 工程において、成形材料の賦形性の観点から、熱可塑性樹脂が溶融している状態で成形材料を金型に配置し、熱可塑性樹脂が溶融している状態で成形材料を加圧することが好ましい。

上記の（Π ) 工程において、厚みが異なる部位を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を成形する時には、成形材料の賦形性の観点から、成形材料を複数積層して金型に配置しても良い。

上記の（Π ) 工程において、繊維強化熱可塑性樹脂成形体における力学特性の等方性の観点より、チャージ率が 8 0 %以上であると好ましく、より好ましくは

9 0 %以上、さらに好ましくは 9 5 %以上であると良い。チャージ率とは金型のキヤビティー面積に対する、成形材料の面積の比率のことである。

上記の（Π ) 〜（V) 工程における、金型温度は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の脱型性の観点から、熱可塑性樹脂が結晶性樹脂の場合、成形材料の温度を熱可塑性樹脂の（融点一 30) °C以下であると好ましく、熱可塑性樹脂が非結晶性樹脂の場合、成形材料の温度が熱可塑性樹脂の（ガラス転移温度 +50) °C以下であると好ましい。ここで金型温度とは、金型のキヤビティー表面温度のことである。

上記の（ΙΠ) 工程において、成形材料への加圧を除荷し、再度成形材料を加圧する操作を、少なくとも 1回以上行うことが好ましい。成形材料への加圧を除荷し、再度成形材料を加圧することで、キヤビティー内の空気や成形材料内に含まれる空気を金型の外に押し出すことができる。この操は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体のボイド率を 5 %以下となるまで、より好ましくは 3 %以下となるまで、さらに好ましくは 2%以下となるまで、繰り返して行うと良い。

以下、実施例によって、本発明の成形材料と繊維強化熱可塑性樹脂成形体について具体的に説明するが、 .下記の実施例は本発明を制限するものではない。

以下、本実施例および比較例で用いた各評価方法を説明する。

(1) 繊維長、重量平均繊維長（Lw) および数平均繊維長（Ln) の測定方法成形材料あるいは繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、マトリックス樹脂（熱可塑性榭脂）を溶解させる溶媒によりマトリックス榭脂を十分溶解させた後、濾過などの公知の操作により炭素繊維と分離する。マトリックス樹脂を溶解する溶媒が無い場合は、成形材科あるいは繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、 500°Cの温度で 2時間加熱し、熱可塑性樹脂繊維を焼き飛ばして炭素繊維を分離する。分離した炭素繊維を、無作為に 400本抽出し、光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡にてその長さを 1 in単位まで測定し繊維長とし、次式により重量平均繊維長（Lw) および数平均繊維長（Ln) を求める。

•重量平均繊維長（Lw) =∑ (L i XWi/100)

'数平均繊維長（Ln) = (∑L i) /400

• L i :測定した繊維長（ i = l、 2、 3、 · · ·、 400)

•Wi ：繊維長さ L iの繊維の重量分率（ i = l、 2、 3、 · · ·、 400) なお、無作為に抽出する測定炭素繊維本数を 400本以上とすれば、算出される炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) および数平均繊維長（Ln) の値にはほぼ変化がなくなる。

( 2 ) 分散パラメータ評価方法

繊維強化熱可塑性樹脂成形体を一部切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の切断面を研磨し観察用試験片を作成する。

また、成形材料を一部切り出し、切り出した試験片と同じサイズを有する 2枚のガラス板で成形材料を挟み、 .クリップで把持し、固定する。この状態でェポキシ樹脂中に包埋し、成形材料の切断面を研磨し観察用試験片を作成する。

研磨して得た繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の切断面を光学顕微鏡にて観察し、無作為に 0 . I mm X O . 1 mmの範囲を 1 0力所選び出し、その範囲内に含まれる炭素繊維の本数を測定する。選び出した 1 0力所の炭素繊維の本数の平均値を A、標準偏差を Sとし、次式により分散パラメータを求める。

'分散パラメータ = ( 1 0 0 X S /A) (単位：％)

また、繊維強化熱可塑性榭脂成形体あるいは成形材料の分散パラメータの測定用の試験片は、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の端部を避け、できるだけ中央近辺で、ボス、リブ、および成形体の厚み変化がない部分を用いた。繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料に含まれる炭素繊維の重量含有率のバラツキを表す指標として、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の切断面にある分散パラメータを測定し、次の 4段階で評価した。〇〇と〇が合格であり、 △と Xが不合格である。

〇〇：分散パラメータが 2 0 %未満である。

〇：分散パラメータが 2 0 %以上 2 5 %未満である。

Δ ：分散パラメータが 2 5 %以上 3 0 %未満である。

X ：分散パラメータが 3 0 %以上である。

( 3 ) 配向パラメータ（f p ) 評価方法

繊維強化熱可塑性榭脂成形体の一部を切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面を、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の表面から 1 0 0 の深さまで研磨し観察用試験片を作成する。

また、成形材料を一部切り出し、切り出した試験片をェポキシ樹脂中に包埋し、成形材料表面を成形材料の表面から 1 00 μπιの深さまで研磨し観察用試験片を作成する。

繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の観察用試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に 400本の炭素繊維を選び出す。炭素繊維の研磨面は一般的に楕円形となっており、この楕円の長軸方向を繊維の配向方向とする。次に、角度の基準とする基準直線を任意に 1本設定し、基準直線に対する選び出した炭素繊維の配向方向のなす角度（以下、配向角度 a i と略す。）を全て測定する。配向角度 a iは、基準直線に対して反時計回りの方向の角度を測定した、 0° 以上 1 8 0° 未満の角度のこととする。この配向角度 a iを用いて、次式により繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向パラメータ（f p) を求める。 f p - 2 X∑ (c o s 2 a i /4 00) 一 1

• a i ：測定した配向角度（i = l、 2、 3、 · · ·、 400)

また、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の「配向パラメータ」の測定用試験片としては、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の端部を避け、できるだけ中央近辺で、ボス、リブ、およぴ成形体の厚み変化がない部分を用いた。

炭素繊維のランダム配置の指標として、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向パラメータ（f P) を測定し、以下の 4段階で評価した。〇〇と〇が合格であり、 △と Xが不合格である。

〇〇： f p;^ 「一0. 1 5≤ f p≤ 0. 1 5」である。

〇： f pが「一 0. 2 5≤ f pく一 0. 1 5」、あるいは「0. 1 5く f p≤ 0.

2 5」である。

Δ ： f p力 S 「一 0. 3 5≤ f pく一 0. 2 5」、あるいは「0. 2 5く f p≤ 0.

3 5」である。

X : £ 1)カ「ー 1 ^：£ ₁₎くー0. 3 5」、あるいは「0. 3 5く f p≤ 1」である。

(4) 配向角度分布の評価方法

繊維強化熱可塑性樹脂成形体の一部を切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、繊維強化熱可塑性樹脂成形体表面を、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の表面から 1 00 /zmの深さまで研磨し観察用試験片を作成する。

また、成形材料を一部切り出し、切り出した試験片をエポキシ樹脂中に包埋し、成形材料表面を、成形材料の表面から 1 00 の深さまで研磨し観察用試験片を作成する。

繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の観察用試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に 400本の炭素繊維を選び出す。炭素繊維の研磨面は一般的に楕円形となっており、この楕円の長軸方向を繊維の配向方向とする。次に、角度の基準とする基準直線を任意に 1本設定し、基準直線に対する選び出した炭素繊維の配向方向のなす角度（以下、配向角度 a i と略す。）を全て測定する。配向角度 a iは、基準直線に対して反時計回りの方向の角度を測定した、 0° 以上 1 80° 未満の角度のこととする。この配向角度 a iの 30° 刻みの相対度数は、次式により求める。

• a i ：測定した配向角度 .（ i = l、 2、 · ·、 400)

• N 0〜 30 ： 0 配向角度 a iく 30の炭素繊維の本数（ i = 1、 2、 · ·、 4 00)

•N30〜60： 30≤配向角度 CK iく 60の炭素繊維の本数（ i = 1、 2、 · ·、

400)

•N60〜9 Q : 60 配向角度 a iく 90の炭素繊維の本数（ i = 1、 2、 · .、 400)

·Ν 90〜： ί 20： 90 配向角度 a i < 1 20の炭素繊維の本数（ i = 1、 2、··、 400)

•N1 20〜1 50 : 120 配向角度 a i < 1 50の炭素繊維の本数（ i = 1、 2、 · · 、 400)

•N1 50〜 1 80 : 150≤配向角度ひ i < 1 80の炭素繊維の本数（ i = 1、 2、 · · 、 400)

'相対度数の最大値 = MAX (N0〜30、 N30〜60、 N60〜90、 N 9

0~120、 N 1 20〜： 150、 N1 50〜1 80) /400

'相対度数の最小値 =M I N (N0〜30、 N30〜60、 N60〜90、 N 9

0~120、 N1 20〜150、 N 1 50〜180) /400 また、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向角度分布の測定用試験片としては、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の端部を避け、できるだけ中央近辺で、ボス、リブ、および成形体の厚み変化がない部分を用いた。

繊維のランダム配向性の指標として、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向角度分布の相対度数の最大値を測定し、以下の 4段階で評価した。〇〇と〇が合格であり、厶と Xが不合格である。

〇〇：相対度数の最大値が 0. 1 7以上0. 2 3以下である。

〇：相対度数の最大値が 0. 23より大きく 0. 2 9以下である。

Δ ：相対度数の最大値が 0. 29より大きく 0. 3 5以下である。

X -:相対度数の最大値が 0. 3 5より大きい。

また、繊維のランダム配向性の指標として、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の配向角度分布の相対度数の最小値を測定し、以下の 4段階で評価した。〇〇と〇が合格であり、 △と Xが不合格である。

〇〇：相対度数の最小値が 0. 1 0以上0. 1 7以下である。

〇：相対度数の最小値が 0. 03以上 0. 1 0未満である。

△ ：相対度数の最小値が 0. 0 1以上 0. 0 3未満である。

X ：相対度数の最小値が 0以上 0. 0 1未満である。

(5) 炭素繊維の重量含有率の測定方法

繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料から 1 c m X 1 c mの試験片を切り出し、石英ガラス容器に投入する。この容器を 6 0°Cの温度で 24時間真空乾燥し、デシケータ内で室温まで冷却後、試験片と石英ガラス容器の合計重量 W 1 (g)、および石英ガラス容器の重量 WO (g) を秤量する。容器に試験片を入れた状態で、空気中、 5 00°Cの温度で 2時間加熱し、熱可塑性樹脂を焼き飛ばした後、窒素雰囲気中で室温まで冷却し、炭素繊維と石英ガラス容器の合計重量

W2 (g) を枰量する。以上の処理を経て、繊維強化熱可塑性樹脂成形体あるいは成形材料の炭素繊維の重量含有率（Wf ) を、次式により求める。

Wf = 1 0 0 X (W2 - wo) / (Wl -w 0 ) (単位：重量⁰ /₀)

測定数は n = 5とし、平均値を炭素繊維の重量含有率（W f ) とした。 (6) 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の密度測定方法

繊維強化熱可塑性樹脂成形体の密度（p c) は、 J I S K 71 12 (1 9 99) の 5に記載の A法（水中置換法）に従い測定した。繊維強化熱可塑性樹脂成形体から 1 cmX.l cmの試験片を切り出し、 60 °Cの温度で 24時間真空乾燥し、デシケータ内で室温まで冷却したものを試験片とした。浸積液には、エタノールを用いた。

(7) 繊維強化熱可塑性樹脂成形体の炭素繊維の体積含有率およびボイド率の評価方法

(5) で測定した繊維強化熱可塑性樹脂成形体の炭素繊維の重量含有率（Wf ) と、（6) で測定した繊維強化熱可塑性樹脂成形体の密度（p c) を用いて、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の炭素繊維の体積含有率（V f )、熱可塑性樹脂の体積含有率（Vr)、およぴポイド率（Vv) を次式により求める。

V f =Wf X p c/ f (単位：体積％)

V r = (100 -W f ) X c/p r (単位：体積％)

V v = 100 - (V f +V r ) (単位：体積。 /₀)

• P c ：繊維強化熱可塑性樹脂成形体の密度

• β ί 炭素繊維の密度

• /o r :熱可塑性樹脂の密度

• Wf ：繊維強化熱可塑性樹脂成形体の炭素繊維の重量含有率

(8) 曲げ特性の測定方法

繊維強化熱可塑性樹脂成形体において、角度の基準となる基準直線を任意に 1 本設定する。この基準直線に対し、平行な方向おょぴ垂直な方向に、幅 1 5mm X長さ 80 mmの大きさの試験片をそれぞれ 5枚づっ（合計 10枚）切り出し、 60°Cの温度で 24時間真空乾燥した後、デシケータ内で室温まで冷却した。この大きさの曲げ特性評価用試験片が採取できない場合は、幅が 5 m m以上であり、幅と長さの比が 15Z80である試験片を作成した。試験片には、繊維強化熱可塑性榭脂成形体の端部を避け、できるだけ中央近辺で、ボス、リブ、および成形体の厚み変化がない部分を用いた。

この試験片を用い、 I S01 78法（1 993) に従い、 3点曲げ試験治具（圧子 10mm、支点 10 mm) を用いて、支点間距離を試験片厚みの 16 ± 1倍に設定し、試験速度 5 mmZ分で曲げ特性を測定した。測定数は n= 10とし、平均値 Pを曲げ強度とした。また、負荷荷重が 100〜200 Nの範囲における曲げ弾性率を測定し、測定数 _n = 10の平均値 Eを曲げ弾性率とした。なお、本実施例においては、試験機としてィンスト口ン社製の "ィンストロン" （登録商標）万能試験機 4201型を使用した。

また、測定数 n= 10の曲げ強度の平均値 Pおよび標準偏差 σを用い、曲げ強度の安定性を、次式を用いて求めた。

•曲げ強度の安定性 = 100 X σ/Ρ (単位：％)

(9) 成形材料の取り扱い性

成形材料を製造するために使用した熱可塑性樹脂および炭素繊維の合計重量 (Wa) を測定した。次に、得られた成形材料を、真空下、 80°Cの温度で、 2 4時間乾燥した。乾燥して得られた成形材料の重量（Wb) を測定し、成形材料製造工程での原料脱落の割合（Wc) を次式により求める。

Wc = 100 X (Wa - Wb) /W a (単位： %)

成形材料の取り扱い性の指標として、成形材料の製造工程における原料脱落量を測定し、以下の 2段階で評価した。〇が合格であり、 Xが不合格である。〇： Wcが 3%以下である。

X ： Wcが 3%より大きい。

下記の実施例および比較例に用いた原料は、以下のとおりである。

[A 1〜A 3原料]

アタリ口エトリル（AN) 99. 4モル⁰ /₀とメタクリル酸 0. 6モル⁰ /₀からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デュール 1 d、フィラメント数 1 2000のァクリル系繊維束を得た。得られたァクリル系繊維束を 240〜 280°Cの温度の空気中で、延伸比 1. 05で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中 300〜900°Cの温度領域での昇温速度を 200°C7分とし 10%の延伸を行なった後、 1 300 の温度まで昇温し焼成した。さらに浸積法によりサイジング剤を付与し、 1 20°Cの温度の加熱空気中で乾燥し PAN系炭素繊維を得た。 • A 1 : PAN系炭素繊維

総フィラメント数

単繊維直径

単位長さ当たりの質量

比重

引張強度

引張弾性率

サイジング種類

サイジング付着量

· A 2 ： PAN系炭素繊維

総フイラメント数 1 2000本

単繊維直径 7 j m

単位長さ当たりの質量 . 0. 8 g/m

比重 1. 8 g/ c m³

引張強度 4. 2 G P a

引張弾性率 230 GP a

サイジング種類ビスフヱノール A型ェポキシ樹脂サイジング付着量 2. 0重量％。

[B 1〜B 3原料]

· B 1 ：ナイロン 6樹脂

東レ（株）製、 "東レアミラン" (登録商標） CM 100

比重 1. 13

融点 210。C

• B 2 ：無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂

三井化学（株）製、 "ァドマー" （登録商標） QE 510

比重 0. 9 1

融点 1 60°C

• B 3 ：ポリプチレンテレフタラート榭脂

東レ（株）製、 "トレコン" （登録商標） 1200 S 融点 225 °C

(実施例 1 )

A 1 (炭素繊維）をカートリッジカッターで 6. 4 mmにカットし、チョップド炭素繊維（A1— 1) を得た。 B 1 (ナイロン 6樹脂）の繊維（単繊維繊度 3 d t e x) をカートリッジカッターで 5. Ommにカットし、チョップド樹脂繊維（B 1— 1) を得た。

水と界面活性剤（ナカライテクス（株）製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（商品名））からなる濃度 0. 1重量％の分散液を' 200リツトル作成し、この分散液に、 A 1— 1 (チョップド炭素繊維） 1 07 gと、 B l— 1 (チョップド榭脂繊維） 153 gを投入し、 1 0分間撹拌した後、長さ 400 mm X幅 40 Ommの抄紙面を有する大型角型シートマシン（熊谷理機工業株式会社製、 N 0. 2553 - 1 (商品名））に流し込み、吸引、脱泡して、長さ 40 Omm、幅 40 Ommの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率が 41重量％であった。

得られた成形材料を、真空下、 80°Cの温度で 24時間乾燥した。遠赤外線加熟炉で、窒素雰囲気下、 2枚の成形材料を 280°Cに予熱し、キヤビティー表面温度が 1 50。Cであり、厚み 1. 6 mm、縦 40 OmmX横 40 Ommの平板状のキヤビティーを有する金型に予熱した 2枚の成形材料を積層した状態で配置し (チャージ率 1 00%)、金型を閉じ、成形圧力 3 OMP aで加圧した。成形圧力が 3 OMP aに達してから 2秒後に成形圧力を除荷し、除荷が完了した直後に再び成形圧力 3 OMP aで加圧する操作を 2回行い、成形材料に含まれる空気を取り除いた。続いて 3 OMP aの加圧下、 2分間保持した後、金型を開き、脱型し、繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。

(実施例 2)

A 1— 1 (チョップド炭素繊維） 1 39 gと、 B 1— 1 (チョップド榭脂繊維） 1 33 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 400 mm, 幅 40 Ommの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 5 1重量。/。であつた。

また、実施例 1と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。図 3は、本発明の実施例 2で得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体の縦断面を示す光学顕微鏡写真である。

(実施例 3 )

A 1— 1 (チョップド炭素繊維） 1 9 3 gと、 B 1— 1 (チョップド榭脂繊維） 9 9 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1 と同様の方法で、長さ 4 0 0 m m、幅 4 0 0 mmの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 6 6重量％であつた。

また、実施例 1と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。

(実施例 4 )

A 1 (炭素繊維）をカートリッジカッターで 2 . O mmにカットし、チョップド炭素繊維（A 1— 2 ) を得た。 A 1— 2 (チヨップド炭素繊維） 1 3 9 gと、 B 1— 1 (チョップド樹脂繊維） 1 3 3 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 4 0 0 mm, 幅 4 0 0 mmの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 5 1重量。/。であった。

また、実施例 1と同様の方法で繊維強化熱可塑性榭脂成形体を得た。

(実施例 5 )

A 1 (炭素繊維）をカートリッジカッターで 1 2 · 7 mmにカットし、チヨップド炭素繊維. （ A 1— 3 ) を得た。 A 1— 3 (チョップド炭素繊維） 7 0 _gと、 B 1— 1 (チョップド榭脂繊維） 6 7 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 4 0 0 mm, 幅 4 0 0 mmの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 5 1重量。/。であった。

遠赤外線加熱炉で、窒素雰囲気下、 4枚の成形材料を 2 8 0 °Cに予熱し、平板状のキヤビティーを有する金型に予熱した 4枚の成形材料を積層した状態で配置すること以外は、実施例 1と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。 (実施例 6 )

B 1 (ナイロン 6樹脂）の繊維（単繊維繊度 3 d t e X ) をカートリッジカツターで 3 . 0 mmにカットし、チョップド樹脂繊維（B 1— 2 ) を得た。 A 1—

1 (チョップド炭素繊維） 1 3 9 gと、 B 1— 2 (チヨップド樹脂繊維） 1 3 3 gを分散容器内に投入した。ここで分散容器は、底面の直径 6 0 0 mm、高さ 6 0 0 mmの円柱形状をし、内容積が 2 0 0リツトルであり、側面から底面中心部に向け高速のエアーを導入するエアー吹き込み口があり、上面にフィルターを介しエアーを排出するエアー排出口があり、投入した原料を取り出せる脱着可能な底面を持つ容器を用いた。分散容器内に高速のエアーを導入し、 A 1— 1 (チヨップド炭素繊維）および B 1— 2 (チョップド樹脂繊維）を開織し、 1 0分間混合する。混合後、エアーの導入を止め、 A 1— 1 (チョップド炭素繊維）と B 1 一 2 (チョップド樹脂繊維）の混合物を分散容器の底面に堆積させた。分散容器の底面を取り外し、長さ 4 0 0 mm、幅 4 0 O mmにカツトし、成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 5 1重量％であった。

(比較例 1 )

J S W製 T E X · 3 0 α型二軸押し出し機（スクリユー直径 3 O mm, バレル温度 2 7 0 °C、回転数 1 5.0 r p m) を用いて、 A 1— 1 (チヨップド炭素繊維）を水分率 0 . 0 5 %以下になるように十分乾燥した後、これをサイドホッパーから投入し、また B 1 (ナイロン 6樹脂）をメインホッパーから投入し、これらを十分混練し、シートダイスを介して厚み 0 . 8 mm、幅 3 0 O mmの基材を連続的に押し出し、冷却後、カッターで長さ 1 0 0 O mmに切断して、炭素繊維の重量含有率が 4 1重量％の成形材料を得た。

(比較例 2 )

A 2 (炭素繊維）をカートリッジカッターで 6 . 4 mmにカットし、チョップド炭素繊維（ A 2— 1 ) を得た。 A 2— 1 (チョップド炭素繊維） 1 7 4 gと、 B 1— 1 (チヨップド樹脂繊維） 1 1 1 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 4 0 0 mm、幅 4 0 0 mmの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 6 1重量％であった。

また、実施例 1と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。図 4は、比較例 2で得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体の縦断面を示す光学顕微鏡写真である。

(比較例 3 ) 比較例 1で得られた成形材料を長さ 7 mm、幅 7 mmにカットし、真空下、 8 0°Cにて 24時間乾燥させた後、スクリュー形状をフルフライト形状とした日本製鋼所（株）製 J 350 EIII を使用し、スクリユー回転数 60 r pm、シリンダー温度 280°C、射出速度 90 mm/ s e c,射出圧力 20 OMP a、背圧 0. 5MP a、金型温度 55°Cにて、厚み 1. 6 mm、縦 200 mm X横 200 mm の平板状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。炭素繊維の重量含有率は 41重量⁰/。であった。

(比較例 4 ) '

A 1 - 1 (チョップド炭素繊維） 70 gと、 B 1— 1 (チョップド樹脂繊維） 1 76 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 400 mm_v 幅 40 Ommの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 28重量％であつた。

また、実施例 1と同様の.方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。

(比較例 5 )

B 1 (ナイロン 6樹脂）のペレットを凍結粉砕後、得られた粉砕粒子を 14m e s h (開孔径 1. 18 mm) のふるいにより分級し、 14me s hのふるいを通過した粉砕粒子をさらに 60 me s h (開孔径 0. 25mm) のふるいにより分級し、 6 Om e s hのふるい上に残った粉砕粒子を採取し、 14〜60me s hの樹脂粒子（B 1— 2) を得た。 A 1— 1 (チ.ョップド炭素繊維） 139 gと、 B 1— 2 (樹脂粒子） 1 33 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 40 Omm, 幅 400 mmの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は、成形材料に樹脂粒子が脱落したため、 56重量％となった。

(実施例 7 )

B 2 (無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂）の繊維（単繊維繊度 3 d t _e x) をカートリッジカッターで 5. Ommにカットし、チョップド樹脂繊維（B 2— 1) を得た。 A 1— 1 (チョップド炭素繊維） 140 gと、 B 2— 1 (チヨップド樹脂繊維） 106 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 40 Omm, 幅 400 mmの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率が 57重量％であった。得られた成形材料を、真空下、 6 0°Cの温度で 24時間乾燥した。遠赤外線加熱炉で、窒素雰囲気下、 2枚の成形材料を 2 1 0°Cに予熱し、キヤビティー表面温度が 1 0 0°Cであり、厚み 1. 6mm、縦 4 0 OmmX横 4 0 Ommの平板状のキヤビティーを有する金型に予熱した 2枚の成形材料を積層した状態で配置した以外は実施例 1と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。

(実施例 8)

A 1— 1 (チョップド炭素繊維） 1 9 3 gと、 B 2— 1 '(チョップド樹脂繊維） 8 0 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 4 0 0 m m、幅 4 0 Ommの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 7 1重量％であつた。

また、実施例 7と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。

(実施例 9)

B 3 (ポリプチレンテレフタラート榭脂）の繊維（単繊維繊度 3 d t e x) をカートリッジカッターで 5. 0 mmに力ットし、チョップド樹脂繊維（ B 3— 1 ) を得た。 A 1— 1 (チョップド炭素繊維） 1 0 5 gと、 B 3— 1 (チョップド樹脂繊維） 1 7 9 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 4 0 Omm, 幅 4 0 0 mmの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率が 3 7重量。 /。であった。.

得られた成形材料を、真空下、 1 3 0°Cの温度で 2 4時間乾燥した。遠赤外線加熱炉で、窒素雰囲気下、 2枚の成形材料を 2 7 0°Cに予熱し、キヤビティー表面温度が 1 3 Q°Cの、厚み 1. 6 mm、縦 4 0 OmmX横 4 0 Ommの平板状のキヤビティーを有する金型に予熱した 2枚の成形材料を積層した状態で配置した以外は実施例 1と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。

(実施例 1 0 )

A 1— 1 (チョップド炭素繊維） 1 4 0 gと、 B 3— 1 (チョップド樹脂繊維） 1 5 3 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 4 0 0 mm, 幅 4 0 Ommの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 4 8重量％であつた o

また、実施例 9と同様の方法で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得た。 (比較例 6 )

A l - 1 (チョップド炭素繊維） 2 4 6 gと、 B 2— 1 (チョップド樹脂繊維） 5 3 gを分散液に投入すること以外は、実施例 1と同様の方法で、長さ 4 0 0 m m、幅 4 0 O mmの成形材料を得た。炭素繊維の重量含有率は 8 2重量％であつた。

上記の実施例 1〜 6と比較例 1〜 4の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を表 1に、実施例 1〜 6と比較例 1、 2、 4、 5の成形材料の評価結果の評価結果を表 2にまとめた。 "'

表 1に示した実施例 1〜6と比較例 1〜4の結果から、次のことが明らかである。すなわち、実施例 1の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例 1の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に比べて、力学特性に優れている。実施例 1の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例.3の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に比べて、等方性に優れている。また、実施例 1、 2、 3の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例 2の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に比べて、力学特性に優れている。また、実施例 1、 2、 3、 4、 5、 6の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例 4の繊維強化熱可塑性榭脂成形体に比べて、等方性に優れている。

表 2に示した実施例 1〜6と比較例 1、 2、 4、 5の結果から、次のことが明らかである。すなわち、実施例 1、 2、 3、 4、 5、 6の成形材料は、比較例 1、 4に比べて、等方性に優れている。また、実施例 1、 2、 3の成形材料は、比較例 2、 5に比べて、成形材料の取り扱い性に優れている。

上記の実施例 7〜 1 0と比較例 6の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の評価結果を表 3に、上記の実施例 7〜 1 0と比較例 6の成形材料の評価結果を表 4にまとめた。

表 3に示した実施例 7〜1 0と比較例 6の結果から、次のことが明らかである。すなわち、実施例 7、 8の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、比較例 6の繊維強化熱可塑性樹脂成形体に比べて、力学特性に優れている。また、実施例 7〜1 0の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、様々な種類の熱可塑性樹脂において、高い力学特性が得られることを示している。表 4に示した実施例 7〜 1 0と比較例 6の結果から、次のことが明らかである。すなわち、実施例 7、 8の成形材料は、比較例 6の成形材料に比べて、取り扱い性に優れている。また、実施例 7〜1 0の成形材料は、様々な種類の熱可塑性樹脂および炭素繊維において、等方性、および取り扱い性に優れた成形材料が得られることを示している。

(表 1) 繊維強化熱可塑性樹脂成形体

(表 2) 成形材料

(表 3 ) 繊維強化熱可塑性樹脂成形体

(表 4 ) 成形材料

産業上の利用可能性

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、単繊維状の炭素繊維が高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されているため、力学特性に優れ、さらに等方的な力学特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体とすることができ、電気 ·電子機器、 O A機器、家電機器、土木 ·建築、自動車、航空機の部品、構造部品および筐体などに有用である。

本発明の成形材料は、単繊維状の炭素繊維と、単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなるため、取り扱い性に優れ、また炭素繊維が高含有率で含まれ、その繊維長が長く、かつ炭素繊維がランダムに配置されているため、力学特性おょぴその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体の成形に好適に用いられる。

本発明の製造方法は、前記成形材料を圧縮成形することにより、力学特性、およびその等方性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造するのに好適に用いられる。

本明細書で引用した全ての刊行物、特許おょぴ特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。

Claims

請求の範囲

1. 熱可塑性樹脂 20〜 6 5重量。 /₀と炭素繊維 35〜 80重量％からなる成形体であって、該炭素繊維が単繊維状であり、かつ該炭素繊維の重量平均繊維長 (Lw) が 0. 5〜1 0mmの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（f p) がー 0. 25〜0. 25の範囲である繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

2. 前記炭素繊維の本明細書中で定義される分散パラメータが 0〜 25%の範囲である請求の範囲 1記載の繊維強化熱可塑性榭脂成形体。

3. 前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される 3 0° 刻みの相対度数の最大値が 0. 29以下である請求の範囲 1または 2記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

4. 前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される 3 0° 刻みの相対度数の最小値が 0. 03以上である請求の範囲 1〜3のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

5. 前記炭素繊維の繊維長 1. Omm以上の炭素繊維本数が全炭素繊維本数の 30〜1 00 %の範囲である請求の範囲 1〜4のいずれかに記載の繊維強化熱

• 可塑性榭脂成形体。

6. 前記繊維強化熱可塑性樹脂成形体の本明細書中で定義されるボイド率が 5 %以下である請求の範囲 1〜 5のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

7. 前記繊維強化熱可塑性樹脂成形体の I S O 1 78に基づく曲げ強度が 3 50〜 1 1 00MP aの範囲である請求の範囲 1〜6のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

8. 前記繊維強化熱可塑性樹脂成形体の I S O 1 78に基づく曲げ強度における、曲げ強度の安定性が 1 0%以下である請求の範囲 1〜7のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体。

9. 熱可塑性樹脂繊維 20〜 6 5重量。 /₀と炭素繊維 35〜 80重量％からなる成形材料であって、単繊維状の炭素繊維と単繊維状の熱可塑性樹脂繊維からなり、該炭素繊維の重量平均繊維長（L w) が 1〜 15 mmの範囲であり、本明細書中で定義される該炭素繊維の配向パラメータ（f p) がー 0. 25〜0. 25 の範囲である成形材料。

10. 前記単繊維状の熱可塑性樹脂繊維が、少なくとも 2本以上の前記単繊維状の炭素繊維と接している請求の範囲 9記載の成形材料。

1 1. 前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される 30° 刻みの相対度数の最大値が 0. 29以下である請求の範囲 9または 10記載の成形材料。

1 2. 前記炭素繊維の配向角度度数分布において、本明細書中で定義される 30° 刻みの相対度数の最小値が 0. 03以上である請求の範囲 9〜1 1のいずれかに記載の成形材料。

1 3. 前記炭素繊維の本明細書中で定義される分散パラメータが 0〜25% の範囲にある請求の範囲 9〜 12のいずれかに記載の成形材料。

14. 前記炭素繊維の重量平均繊維長（Lw) と数平均繊維長（Ln) の比 (L w/L n) 、 1. 0〜2. 5の範囲にある請求の範囲 9〜 13のいずれかに記載の成形材料。

1 5. 請求の範囲 9〜 14のいずれかに記載の成形材料を、次の少なくとも (I) 〜 (V) の工程を含む圧縮成形法で成形する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。

( I) 成形材料に含まれる熱可塑性樹脂を加熱溶融する工程

(Π) 金型に成形材料を配置する工程

(ΙΠ) 金型で成形材料を加圧する工程

(IV) 金型内で成形材料を固化する工程

16. (ΙΠ) の工程において、成形材料への加圧を除荷し、再度成形材料を加圧する操作を、少なくとも 1回以上行う請求の範囲 15記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。

1 7. 前記圧縮成形での加圧力が 2〜4 OMP aである請求の範囲 1 5または 16記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。

1 8. 金型のキヤビティー内に配置する成形材料のチャージ率が 80%以上である請求の範囲 15〜1 7のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。