WO2013108811A1 - 繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物、成形材料ならびにプリプレグ - Google Patents

繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物、成形材料ならびにプリプレグ Download PDF

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佐野健太郎
平野啓之
本間雅登
土谷敦岐
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Definitions

  • the present invention relates to a fiber reinforced polypropylene resin composition, a molding material suitable for injection molding, and a prepreg useful for obtaining a fiber reinforced composite material.
  • a composition comprising a reinforcing fiber and a thermoplastic resin is lightweight and has excellent mechanical properties, it is widely used in sports equipment applications, aerospace applications, and general industrial applications.
  • Reinforcing fibers used in these fiber-reinforced thermoplastic resin compositions include metal fibers such as aluminum fibers and stainless fibers; organic fibers such as aramid fibers and PBO fibers; and inorganic fibers such as silicon carbide fibers; and carbon fibers. Etc. are used. From the viewpoint of the balance between specific strength, specific rigidity and lightness, carbon fibers are preferred, and among them, polyacrylonitrile-based carbon fibers are particularly preferably used.
  • a method for producing a prepreg a method in which a reinforcing fiber substrate obtained by arranging continuous reinforcing fibers in one direction or by woven processing is impregnated with a resin is generally used.
  • a molded product obtained by molding a prepreg using this continuous reinforcing fiber can provide excellent mechanical properties, but it is not suitable for molding complex shapes because the reinforcing fiber is used as a continuous body. For this reason, molded articles using discontinuous reinforcing fibers have also been proposed.
  • Another aspect of the present invention is to provide a prepreg that can be molded into a complicated shape such as a three-dimensional shape when performing press molding of the prepreg, and that has excellent mechanical properties and water resistance. To do.
  • (10) The molding material according to (9), wherein the component (d) is contained in an amount of 0.01 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the component (b) and the component (c).
  • (11) From a polymer in which the component (d) is a monomer unit selected from ⁇ -pinene, ⁇ -pinene, dipentene and d-limonene, and a hydrogenated terpene resin obtained by hydrogenating the polymer.
  • the molding material according to (9) or (10) which is a selected resin.
  • (12) The molding material according to any one of (9) to (11), wherein the glass transition temperature of the component (d) is 30 to 100 ° C.
  • the carbodiimide-modified polyolefin (a) can be produced, but the carbodiimide group-containing compound (B) serving as the skeleton of the carbodiimide-modified polyolefin (a) Since the number of bonded portions with the polyolefin resin (A) is reduced, the reinforcing properties and dispersibility of the reinforcing fibers in the molding material are lowered.
  • copolymerizable copolymer components such as ⁇ -olefin, conjugated diene and non-conjugated diene may be copolymerized.
  • Acid-modified polypropylene and neutralized product of acid-modified polypropylene are flexible while having many functional groups in one molecule, and since the skeleton is the same polypropylene as the matrix resin, the compatibility with the matrix resin is high. It is preferable because it is easy to improve adhesiveness.
  • the terpene resin (d) is a terpene monomer homopolymer or a copolymer of a terpene monomer and an aromatic monomer.
  • the polymerization is usually performed in an organic solvent in the presence of a Friedel-Crafts type catalyst.
  • the molding material of this aspect can be prepared by kneading the composite and the polypropylene resin component by, for example, a technique such as injection molding or press molding. From the viewpoint of handling property of the molding material, it is important that the composite and the polypropylene resin component are not separated until the molding is performed, and the shape as described above is maintained. When this composite and this polypropylene resin component are separated, the shape (size, aspect ratio), specific gravity, and mass are completely different between this composite and this polypropylene resin component. In addition, classification may be performed at the time of material transfer in the molding process, resulting in variations in the mechanical properties of the obtained molded product, fluidity being lowered, mold clogging, or blocking in the molding process.
  • the molding material composed of the components (a) to (d) has been described as an example, but in addition to the components (a) to (d), the component ( In the case of containing e), it is preferable that the above-mentioned component (e) is contained in the polypropylene resin component.
  • reference numeral 4 in FIGS. 3 to 11 is component (a) + component (b) + component (e).
  • the molding material of this aspect can be used in a continuous long form depending on the molding method.
  • a thermoplastic yarn prepreg it can be wound around a mandrel while heating to obtain a roll-shaped molded product.
  • molded products include liquefied natural gas tanks.
  • a unidirectional thermoplastic prepreg as described in detail in the third preferred embodiment shown later can be produced by heating a plurality of molding materials of this embodiment in one direction and fusing them. Is possible.
  • the reinforcing fibers may be oriented or randomly dispersed in the in-plane direction, but are preferably randomly dispersed from the viewpoint of suppressing variation in mechanical properties of the molded product. .
  • the two points X and Y in the prepreg are determined so that the linear distance XY is the longest in the plane of the prepreg.
  • each dividing point excluding both ends XY when the straight line XY is divided into 10 or more equal parts is taken as a thickness measurement point.
  • the average value of the thickness in each measurement point be the thickness of a prepreg.
  • ⁇ 0 ° bending test of molded products> In accordance with ASTM D790 (1997), a support span was set to 100 mm using a three-point bending test jig (indenter 10 mm, fulcrum 10 mm), and bending strength was measured under test conditions of a crosshead speed of 5.3 mm / min. .
  • “Instron” (registered trademark) universal testing machine 4201 type manufactured by Instron) was used.
  • the dry samples and the water absorption samples prepared according to the method described in the above ⁇ Preparation of dry sample and water absorption sample> were used, 10 test pieces were each tested, and the average value was calculated.
  • CDI-PP1 A carbodiimide-modified polypropylene (hereinafter abbreviated as CDI-PP1) was obtained.
  • the obtained CDI-PP1 had an MFR (230 ° C., 2.16 kg load) of 130 g / 10 min. According to IR analysis, the reaction rate was 100% because the maleic acid peak had disappeared, and the carbodiimide group content was 27 mmol / 100 g.
  • Reference Example 18 By mixing 10% by weight of carbodiimide group-modified polypropylene CDI-PP2 prepared according to Reference Example 5 and 90% by weight of unmodified polypropylene (PP2), pressing at 200 ° C. under 3 MPa, and then cooling.
  • a polypropylene resin sheet (hereinafter referred to as resin sheet-5) having a length of 1000 mm, a width of 1000 mm, and a thickness of 0.05 mm was produced.
  • Comparative Example 3 Except that CDI-PP1 was changed to 10 parts by mass as component (a), pellets were obtained and evaluated for molding in the same manner as in Comparative Example 2.
  • Table 3 shows the content (calculated value) of the carbodiimide group contained in the resin component in the pellet and the result of the characteristic evaluation.
  • Example 26 A molding material was obtained and evaluated for molding in the same manner as in Example 22 except that (s) -3 (acid-modified polypropylene) was used instead of (s) -1 as the polyfunctional compound.
  • the characteristic evaluation results are shown in Table 4.
  • Comparative Example 8 A molding material was obtained and evaluated for molding in the same manner as in Comparative Example 7 except that CDI-PP1 was changed to 16 parts by mass as the component (a). The characteristic evaluation results are shown in Table 6.
  • Comparative Example 12 A prepreg was obtained in the same manner as in Example 41 except that (s) ′-1 (polybutene) having no functional group was used as a sizing agent instead of the polyfunctional compound (s) -1, and molding evaluation was performed. Was done. The characteristic evaluation results are shown in Table 8.
  • the obtained tape-shaped prepreg was cut to a length of 30 cm, and placed on a 30 cm ⁇ 30 cm mold so that the carbon fibers in the prepreg were aligned in one direction, and the temperature was 200 ° C. and the pressure was 30 MPa. It was press-molded for a minute and cooled to 50 ° C. while maintaining the pressure to obtain a flat plate-shaped product having a thickness of 3 mm.
  • the bending strength of the dry sample and the bending strength of the water absorption sample were evaluated. The evaluation results are shown in Table 9.
  • Comparative Example 16 The CF-1 obtained in Reference Example 7 was used as it was without adhering a sizing agent.
  • the component (a) was 4.7 parts by mass of CDI-PP1, and the component (b) was 47.3 parts by mass of PP2.
  • a prepreg was obtained in the same manner as in Example 54 except that it was used, and molding evaluation was performed. The characteristic evaluation results are shown in Table 10.

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Abstract

 カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)、ポリプロピレン樹脂(b)および強化繊維(c)を含有する繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物であって、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量が、マトリックス樹脂成分100gに対し、0.0005~140mmolであり、かつ前記強化繊維(c)が多官能化合物(s)によりサイジング処理されている繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物、およびそれを用いた成形材料およびにより、力学特性および耐水劣化性に優れた成形品を得ることができる。

Description

繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物、成形材料ならびにプリプレグ
 本発明は、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物、射出成形に適した成形材料、ならびに繊維強化複合材料を得るために有用なプリプレグに関する。
 強化繊維と熱可塑性樹脂からなる組成物は、軽量で優れた力学特性を有するために、スポーツ用品用途、航空宇宙用途および一般産業用途に広く用いられている。これらの繊維強化熱可塑性樹脂組成物に使用される強化繊維としては、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維;アラミド繊維やPBO繊維などの有機繊維;およびシリコンカーバイド繊維などの無機繊維;や炭素繊維などが使用されている。比強度、比剛性および軽量性のバランスの観点からは炭素繊維が好適であり、その中でもポリアクリロニトリル系炭素繊維が特に好適に用いられる。
 強化繊維と熱可塑性樹脂からなる組成物を成形するにあたり、前もって強化繊維と熱可塑性樹脂を組みあわせた成形材料やプリプレグを製造し、それを用いて成形を行うことが一般に広く行われている。
 とりわけ、ペレット状に加工した成形材料は、射出成形やスタンピング成形などの経済性、生産性に優れた成形法に適用でき、工業材料として有用である。近年では、ペレット状の成形材料に関して、マトリックス樹脂と強化繊維の配置を制御することによる高性能化も検討されている。
 また、プリプレグは、積層時の取扱い性が良好なことから、プリプレグを積層したプリフォームをプレス成形(加圧力の下で脱泡し賦形する成形方法)する成形法も広く行われている。
 プリプレグの製造方法としては、連続した強化繊維を一方向に配列させるか、織物加工することにより得られた強化繊維基材に、樹脂を含浸して製造する方法が一般的である。この連続強化繊維を用いたプリプレグを成形して得られる成形品は、優れた力学特性が得られる反面、強化繊維が連続体のまま使用されるために、複雑な形状を成形するには不向きであるため、不連続な強化繊維を用いた成形品も提案されている。
 近年、繊維強化熱可塑性複合材料の注目度が大きくなり、また用途も多岐に細分化されるようになってきた。そして、力学特性に優れた成形品が要求されるようになり、また工業的にもより高い経済性および生産性が必要になってきた。例えばより軽量性および経済性が求められるようになり、マトリックス樹脂として軽量なポリオレフィン樹脂、とりわけポリプロピレン樹脂が使用されるようになってきた。
 しかしながら、ポリプロピレン樹脂は強化繊維との界面接着性に乏しく、力学特性に優れた成形品を得ることが困難であった。中でも、強化繊維として炭素繊維のような表面の反応性が乏しい繊維を用いた場合は、力学特性に優れた成形品を得ることが特に困難であった。そこで、炭素繊維の表面改質やサイジング処理、変性ポリプロピレンの添加によるマトリックス樹脂の改質により、炭素繊維とポリプロピレンの界面接着性を向上させようとする試みがなされている。
 特許文献1には、低分子量の熱可塑性重合体と連続した強化繊維からなる複合体に、高分子量の熱可塑性樹脂が接するように配置されてなる成形材料が開示されている。この成形材料では、連続した強化繊維束への含浸には低分子量体、マトリックス樹脂には高分子量体を使い分けることで、経済性、生産性と力学特性の両立を図っている。また、この成形材料を射出成形法による成形をおこなうと、得られた成形品は、強化繊維の繊維長を従来よりも上げることができ、良好な力学特性と、優れた外観品位を合わせ持つことができると提示されている。
 特許文献2には、強化繊維を束状に分散させることで、より等方的な特性が得られるシート材料が提案されている。また、特許文献3には、炭素繊維を均一分散させることにより、力学特性に優れたシート材料が提案されている。
 特許文献4には、強化繊維が特定の繊維長と特定の二次元配向角を有し、特定の厚みを有するプリプレグおよびプリフォームが提案されており、このプリプレグを用いることにより、複雑形状に成形可能で、かつ等方性と力学特性に極めて優れた成形品を得ることができることが開示されている。また、特許文献5には、プリプレグ層の全面に強化繊維となす角度の絶対値が2~25°の範囲内の直線状の切込を有し、実質的にすべての強化繊維が前記切込により分断され、前記切込により分断された強化繊維の繊維長さが10~100mmの範囲内であるプリプレグが提案されており、複雑な形状への形状追従性に優れ、短時間成形可能であるとともに、その成形品は構造材に適用可能な優れた力学物性、その低バラツキ性、優れた寸法安定性を有することが開示されている。特許文献4、特許文献5のいずれにも、ポリプロピレン樹脂をマトリックス樹脂として使用する場合に、酸変性ポリプロピレンを併用した例が提示されている。
 特許文献6には、多官能化合物によりサイジング処理された炭素繊維と、テルペン樹脂を用いたポリプロピレン樹脂組成物を開示されており、該樹脂組成物は成形性および界面接着性に優れ、曲げ特性や耐衝撃性に優れた成形品を得ることができることが提示されている。
 特許文献7、特許文献8には、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを添加することによりマトリックス樹脂を改質し、炭素繊維とポリプロピレンの界面接着性を向上することが提示されている。
 また、特許文献9には、更なる力学特性向上のため、ポリカルボジイミド基で変性したポリオレフィン樹脂を添加することにより、マトリックス樹脂を改質し、炭素繊維の分散性を向上し、曲げ特性や耐衝撃性に優れた成形品を得ることができることが提示されている。
特開平10-138379号公報 特許第2507565号公報 特開平6-99431号公報 特開2010-235779号公報 特開2009-286817号公報 特開2010-248482号公報 特開2009-114435号公報 特開2005-213478号公報 国際公開第2009/069649号
 以上に示したように、繊維強化ポリプロピレン樹脂の改質検討は近年盛んに行なわれており、材料の高性能化に伴い、その用途も拡大しているが、それに伴いこれまで問題としていなかった課題も顕在化してきた。例えば、自動車の外板など、屋外での使用が多く長期間風雨にさらされる可能性がある用途においては、優れた力学特性に加え、耐水劣化性が求められるが、従来技術により改質されたポリプロピレン樹脂を用いた繊維強化ポリプロピレン樹脂では、満足される耐水劣化性が得られないという問題がある。しかしながら、繊維強化ポリプロピレン樹脂の耐水劣化性に関しては、母材であるポリプロピレン樹脂にほとんど吸水性がないためか、これまでに研究された例は少なく、繊維強化ポリプロピレン樹脂の耐水劣化性を向上するための検討は、ほとんど行なわれていない。
 本発明は、ポリプロピレン樹脂をマトリックスとした際に、強化繊維とマトリックス樹脂との界面接着性が良好であり、力学特性に優れた成形品を製造でき、かつ、耐水劣化性に優れた成形品を製造できる繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物を提供することを課題とする。
 また、本発明の別の態様は、射出成形を行う際に強化繊維の成形品中への分散が良好であり、強化繊維とマトリックス樹脂との接着性に優れ、力学特性に優れた成形品を製造でき、かつ、耐水劣化性に優れた成形品を製造できる成形材料を提供することを課題とする。
 また、本発明の別の態様は、プリプレグのプレス成形を行う際に、3次元形状などの複雑形状に成形可能であり、さらに力学特性および耐水劣化性に優れたプリプレグを提供することを課題とする。
 さらに、本発明の別の態様は、力学特性に極めて優れた成形品を製造でき、かつ、耐水劣化性に優れた成形品を製造できるプリプレグを提供することを課題とする
 本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、次の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物を見出した。
(1)カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)、ポリプロピレン樹脂(b)および強化繊維(c)を含有し、かつ、前記強化繊維(c)が多官能化合物(s)によりサイジング処理されている繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物であって、以下の条件(I)または(II)を満たす繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物:
(I) 繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中のマトリックス樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量が、マトリックス樹脂成分100gに対し、0.0005~140mmolである;
(II) 成分(b)と成分(c)の合計を100質量部として、成分(a)を0.01~50質量部、成分(b)を20~99質量部、成分(c)を1~80質量部含有する。
(2)前記カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)100gに含まれるカルボジイミド基の含有量が1~200mmolである、(1)に記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
(3)強化繊維(c)が炭素繊維である、(1)~(2)のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
(4)前記多官能化合物(s)が、3官能以上の官能基を有する化合物である、(1)~(3)のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
(5)前記多官能化合物(s)における官能基が、エポキシ基、カルボキシル基、アミノ基およびヒドロキシル基から選択される少なくとも1種である、(1)~(4)のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
(6)前記多官能化合物(s)が、脂肪族エポキシ樹脂である、(1)~(5)のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
(7)前記多官能化合物(s)が、ポリエチレンイミンである、(1)~(6)のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
(8)前記炭素繊維のX線光電子分光法で測定される表面酸素濃度比O/Cが0.05~0.5である、(3)に記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
(9)(1)~(8)に記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物を含む成形材料であって、成分(a)、成分(b)、成分(c)および成分(s)に加えて、テルペン樹脂(d)をさらに含有し、成分(c)および成分(d)を含有する複合体に、成分(a)および成分(b)を含有するポリプロピレン樹脂成分が接着しており、成分(d)のSP値が6.5~9であり、かつ、成分(d)のSP値が成分(s)のSP値よりも低い成形材料。
(10)前記成分(d)を、成分(b)と成分(c)の合計100質量部に対して0.01~25質量部含有している、(9)に記載の成形材料。
(11)前記成分(d)が、α-ピネン、β-ピネン、ジペンテンおよびd-リモネンから選択される単量体単位を含む重合体および該重合体が水素添加処理された水素化テルペン樹脂から選ばれた樹脂である、(9)または(10)に記載の成形材料。
(12)前記成分(d)のガラス転移温度が30~100℃である、(9)~(11)のいずれかに記載の成形材料。
(13)前記成分(d)の数平均分子量が500~5000である、(9)~(13)のいずれかに記載の成形材料。
(14)前記成分(d)の190℃における溶融粘度が、0.05~1Pa・sである、(9)~(13)のいずれかに記載の成形材料。
(15)成分(e)として、エラストマーを、成分(b)と成分(c)の合計100質量部に対して0.01~30質量部さらに含有する、(9)~(14)のいずれかに記載の成形材料。
(16)前記成分(e)がオレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマーおよびアミド系エラストマーから選択される少なくとも1種である(15)に記載の成形材料。
(17)前記成分(e)のSP値が6.5~9.5である、(15)または(16)に記載の成形材料。
(18)前記成分(e)がエチレン-α-オレフィン共重合体である、(17)または(18)に記載の成形材料。
(19)前記成形材料において、成分(c)および成分(d)を含有する複合体の空隙率が20%以下である、(9)~(18)のいずれかに記載の成形材料。
(20)前記成分(c)が軸心方向にほぼ平行に配列されており、かつ、該成分(c)の長さが成形材料の長さと実質的に同じである、(9)~(19)のいずれかに記載の成形材料。
(21)前記複合体が芯構造であり、少なくとも成前記成分(a)および成分(b)を含有するポリプロピレン樹脂成分が該複合体の周囲を被覆した芯鞘構造である、(9)~(20)のいずれかに記載の成形材料。
(22)前記成形材料が長繊維ペレットである、(9)~(21)のいずれかに記載の成形材料。
(23)前記長繊維ペレットの長さが1~50mmである、(9)~(22)のいずれかに記載の成形材料。
(24)(1)~(8)のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物からなるプリプレグであって、強化繊維(c)が強化繊維基材であるプリプレグ。
(25)(24)に記載のプリプレグであって、プリプレグはシート状であり、強化繊維基材を構成する強化繊維が不連続繊維であるプリプレグ。
(26)前記強化繊維(c)が、プリプレグの面内方向においてランダム分散している、(25)に記載のプリプレグ。
(27)前記強化繊維基材が、繊維長10mmを越える強化繊維が0~50質量%、繊維長2~10mmの強化繊維が50~100質量%、および、繊維長2mm未満の強化繊維が0~50質量%から構成されている、(26)に記載のプリプレグ。
(28)前記強化繊維基材を構成する強化繊維の二次元配向角の平均値が10~80度である、(27)に記載のプリプレグ。
(29)前記強化繊維基材を構成する強化繊維の繊維長の分布が少なくとも2つのピークを有し、一方のピークが繊維長5~10mmの範囲にあり、もう一方のピークが2~5mmの範囲にある、(28)に記載のプリプレグ。
(30)プリプレグの引張強度σが50~1000MPaである、(27)~(29)のいずれかに記載のプリプレグ。
(31)前記引張強度σが、測定方向における最大引張強度σMaxと最小引張強度σMinとの関係において、σMax≦σMin×2である、(27)~(30)のいずれかに記載のプリプレグ。
(32)(24)に記載のプリプレグであって、強化繊維基材を構成する強化繊維が実質的に連続繊維であるプリプレグ。
(33)強化繊維基材を構成する強化繊維が、一方向に引き揃えられている、(32)に記載のプリプレグ。
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物を用いて製造した成形品は、強化繊維とポリプロピレン樹脂との界面接着性が良好であり、力学特性に優れ、かつ、耐水劣化性に優れたものとなる。
 本発明の成形材料は、高い力学特性および耐水劣化性に加えて、成形を行う際の強化繊維の成形品中への分散性が良好である。
 本発明のプリプレグは、強化繊維が不連続である場合には、高い力学特性、耐水劣化性に加えて、プレス成形を行う際に3次元形状などの複雑形状に成形が可能である。
 また、本発明のプリプレグは、強化繊維が実質的に連続である場合には、耐水劣化性に加えて、曲げ特性などの力学特性に極めて優れた成形品を製造できる。
 本発明の樹脂組成物、成形材料およびプリプレグは、プロピレン樹脂を用いているため、軽量性に優れた成形品を製造できる。本発明の樹脂組成物、成形材料およびプリプレグを使用することにより、耐水劣化性に優れた複雑形状の部材を、要求性能に合わせて設計・製造することができる。本発明の樹脂組成物、成形材料およびプリプレグは、電気・電子機器、OA機器、家電機器、ロボット、二輪車または自動車の部品、内部部材、航空機の部材、部品および筐体などの幅広い産業分野に適用できる。
多官能化合物(s)によりサイジング処理された強化繊維(c)とテルペン樹脂(d)からなる複合体の形態の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、軸心方向断面の形状の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、軸心方向断面の形状の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、軸心方向断面の形状の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、軸心方向断面の形状の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、直交方向断面の形状の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、直交方向断面の形状の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、直交方向断面の形状の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、直交方向断面の形状の一例を示す概略図 本発明の成形材料の好ましい態様の、直交方向断面の形状の一例を示す概略図 不連続繊維プリプレグにおける強化繊維の分散状態の一例を示す模式図 不連続繊維プリプレグの二次元配向角測定用の焼き飛ばし治具の一例を示す模式図 抄紙基材の製造装置の一例を示す模式図
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物は、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)、ポリプロピレン樹脂(b)、強化繊維(c)を含有する。そして、本発明では、強化繊維(c)は多官能化合物(s)によりサイジング処理されている必要がある。本発明においては、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)と、多官能化合物(s)によりサイジング処理された強化繊維(c)を併用することが、耐水劣化性を得るために重要である。まず、これらの構成要素について説明する。
 <カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)>
 カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)は、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)と、カルボジイミド基含有化合物(B)とを反応させることにより得られる。具体的には、両者を溶融混練するなどの方法が挙げられる。
 以下に、溶融混練する場合の例を示す。カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)と、カルボジイミド基含有化合物(B)とを溶融混練する方法としては、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)とカルボジイミド基含有化合物(B)を同時に、または逐次的に、たとえばヘンシェルミキサー、V型ブレンダー、タンブラーブレンダー、リボンブレンダーなどに装入して混練した後、単軸押出機、多軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサーなどで溶融混練する方法が例示できる。これらのうちでも、多軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサーなどの混練性能に優れた装置を使用すると、各成分がより均一に分散および反応した重合体組成物を得ることができるため好ましい。
 押出機を用いて溶融混練を行う場合、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)とカルボジイミド基含有化合物(B)は、予め混合した後にホッパーから供給しても良いし、一部の成分をホッパーから供給し、ホッパー部付近から押出機先端の間の任意の部分に設置した供給口よりその他の成分を供給しても良い。
 上記各成分を溶融混練する際の温度は、混合する各成分の融点のうち、最も高い融点以上とする。具体的には、好ましくは150~300℃、より好ましくは200~280℃、さらに好ましくは230~270℃の範囲で溶融混練を行う。
 本発明で用いるカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)は190℃または230℃での流動性に優れるものである。カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)の190℃または230℃、2.16Kg荷重におけるメルトフローレート(MFR)は、好ましくは0.01~400g/10分、より好ましくは0.1~300g/10分、さらに好ましくは1~200g/10分の範囲である。このような範囲にあると、強化繊維の補強性や分散性に優れ、好ましい。
 カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)を製造するにあたり、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)中のカルボジイミド基と反応する基のモル数と、カルボジイミド基含有化合物(B)のモル数の比を、1:0.2~1.6、好ましくは1:0.4~1.3、さらに好ましくは1:0.7~1.1を満たす配合比にすることで、ポリオレフィン樹脂(A)とカルボジイミド基含有化合物(B)の反応効率が高く、かつ、流動性に優れるカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)が得られる点で好ましい。
 また、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)は、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)100gに対し、カルボジイミド基の含有量が、好ましくは1~200mmol、より好ましくは5~150mmol、さらに好ましくは10~100mmolである。カルボジイミド基含有量が少なすぎると、強化繊維の補強効果や、耐水劣化性の向上効果が小さい。また、カルボジイミド基含有量が多すぎると、耐水劣化性は良好であるものの、成形加工性が低下したり、強化繊維の補強効果や分散性の向上効果がそれほど上がらず経済的でなくなる。かかる観点で、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)を製造する際には、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)中のカルボジイミド基の含有量が上記範囲となるように、カルボジイミド基含有化合物(B)の配合量を調整するのが良い。
 さらに、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)を製造するにあたり、ポリオレフィン樹脂(A)中のカルボジイミド基と反応する基と、カルボジイミド基含有化合物(B)中のカルボジイミド基との反応の制御も重要である。ポリオレフィン樹脂(A)中のカルボジイミド基と反応する基と、カルボジイミド基含有化合物(B)中のカルボジイミド基との反応の進行度合いは、例えば、以下の方法により調査することが可能である。
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)、および反応により得られたカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)の熱プレスシートをそれぞれ作成した後に、赤外吸収分析装置を用いて赤外線吸収を測定する。得られたチャートから、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)およびカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)中のカルボジイミド基と反応する基のピークに起因する吸収帯(無水マレイン酸を用いた場合は、1790cm-1)の吸光度の、反応前後の吸光度を比較して、下記式を用いて反応率を計算できる。
反応率(%) = X/Y × 100
  X=反応前(A)のカルボジイミド基と反応する基の吸光度-反応後(a)のカルボジイミド基と反応する基の吸光度
  Y=反応前(A)のカルボジイミド基と反応する基の吸光度
 カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)について、上記方法で求めた反応率は、好ましくは40~100%、より好ましくは60~100%、さらに好ましくは80~100%の範囲にある。
 また、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)は、上記のようにカルボジイミド基含有化合物(B)のカルボジイミド基(N=C=N)が、ポリオレフィン樹脂(A)中のカルボジイミド基と反応する基と反応することで製造されるが、ポリオレフィンと結合しているカルボジイミド基の残基が強化繊維と相互作用し、補強性や分散性に寄与する。このカルボジイミド残基量は、IR測定で2130から2140cm-1にあるN=C=N基の収縮振動に起因するピークの大きさとして捉えることが可能である。
 カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)は、2種以上のカルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)を含んでいてもよく、2種以上のカルボジイミド基含有化合物(B)を含んでいてもよい。
 また、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)には、本発明の目的を損なわない範囲で、公知のプロセス安定剤、耐熱安定剤、耐熱老化剤等を添加することも可能である。
 <カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)>
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)は、ポリオレフィンに、カルボジイミド基と反応する化合物を導入することにより得ることができる。
 カルボジイミド基と反応する化合物としては、カルボジイミド基との反応性を有する活性水素を持つ基を有する化合物が挙げられ、具体的には、カルボン酸、アミン、アルコール、チオール等から由来する基を持つ化合物である。これらの中では、カルボン酸から由来する基を持つ化合物が好適に用いられ、中でも特に不飽和カルボン酸および/またはその誘導体が好ましい。また、活性水素を持つ基を有する化合物以外でも、水などにより容易に活性水素を有する基に変換される基を有する化合物も好ましく使用することができる。具体的にはエポキシ基、グリシジル基を有する化合物が挙げられる。本発明において、カルボジイミド基と反応する化合物は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 カルボジイミド基と反応する化合物として不飽和カルボン酸および/またはその誘導体を用いる場合、カルボン酸基を1以上有する不飽和化合物、無水カルボン酸基を1以上有する不飽和化合物およびそれらの誘導体を挙げることができる。不飽和基としては、ビニル基、ビニレン基、不飽和環状炭化水素基などを挙げることができる。具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ノルボルネンジカルボン酸、ビシクロ[2,2,1]ヘプト-2-エン-5,6-ジカルボン酸などの不飽和カルボン酸、またはこれらの酸無水物あるいはこれらの誘導体(例えば酸ハライド、アミド、イミド、エステルなど)が挙げられる。誘導体の具体的な例としては、塩化マレニル、マレニルイミド、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ビシクロ[2,2,1]ヘプト-2-エン-5,6-ジカルボン酸無水物、マレイン酸ジメチル、マレイン酸モノメチル、マレイン酸ジエチル、フマル酸ジエチル、イタコン酸ジメチル、シトラコン酸ジエチル、テトラヒドロフタル酸ジメチル、ビシクロ[2,2,1]ヘプト-2-エン-5,6-ジカルボン酸ジメチル、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート、メタクリル酸アミノエチルおよびメタクリル酸アミノプロピルなどを挙げることができる。
 これらの中で、無水マレイン酸、(メタ)アクリル酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ビシクロ[2,2,1]ヘプト-2-エン-5,6-ジカルボン酸無水物、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、グリシジルメタクリレート、メタクリル酸アミノプロピルが好ましい。さらには、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ビシクロ[2,2,1]ヘプト-2-エン-5,6-ジカルボン酸無水物などのジカルボン酸無水物であることが特に好ましい。カルボジイミド基と反応する化合物としては、無水マレイン酸が最も好ましい。
 カルボジイミド基と反応する化合物をポリオレフィンに導入する方法としては、種々の方法を採用することが可能であるが、例えば、ポリオレフィン主鎖にカルボジイミド基と反応する化合物をグラフト共重合する方法や、オレフィンとカルボジイミド基と反応する化合物をラジカル共重合する方法等を例示することができる。以下に、グラフト共重合する場合とラジカル共重合する場合に分けて、具体的に説明する。
 <グラフト共重合>
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)は、ポリオレフィン主鎖に対し、カルボジイミド基と反応する化合物をグラフト共重合することによって得ることが可能である。
 ポリオレフィン主鎖として用いられるポリオレフィンは、炭素数2~20の脂肪族α-オレフィン、環状オレフィン、非共役ジエン、芳香族オレフィンを主成分とする重合体であり、好ましくは炭素数2~10のα-オレフィン、さらに好ましくは2~8のα-オレフィンを主成分とする重合体である。ポリオレフィン主鎖の主成分となるこれらのオレフィンは、1種単独でも2種以上使用してもよい。ここで、主成分となるとは、ポリオレフィン中の当該モノマー単位の含有量が、通常50モル%以上であり、好ましくは60モル%以上、さらに好ましくは70モル%以上である。前記主成分となるオレフィンとして、エチレン、プロピレン、1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、1-オクテン、テトラシクロドデセン、ノルボルネンおよびスチレンを好ましく用いることができ、この中でもプロピレンが特に好ましい。また、これらはアイソタクチック構造、シンジオタクチック構造の両者ともに使用可能であり、立体規則性についても特段の制限はない。
 グラフト変性に用いるポリオレフィンの密度は、通常、0.8~1.1g/cm、好ましくは0.8~1.05g/cm、さらに好ましくは0.8~1g/cmである。ASTM D1238による190℃または230℃、2.16kg荷重におけるポリオレフィンのメルトフローレート(MFR)は、通常0.01~500g/10分、好ましくは0.05~300g/10分、さらに好ましくは0.1~100g/10分である。ポリオレフィンの密度およびMFRがこの範囲にあれば、変性後のグラフト共重合体の密度およびMFRも同程度となることからハンドリングしやすい。
 また、グラフト変性に用いられるポリオレフィンの結晶化度は、通常2%以上、好ましくは5%以上、さらに好ましくは10%以上である。結晶化度がこの範囲にあれば、変性後のグラフト共重合体のハンドリングに優れる。
 グラフト変性に用いられるポリオレフィンのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定した数平均分子量(Mn)は、好ましくは5,000~500,000、さらに好ましくは10,000~100,000である。数平均分子量(Mn)がこの範囲にあれば、ハンドリングに優れる。なお、数平均分子量は、エチレン系ポリオレフィンにおいては、コモノマー量が10モル%未満であればポリエチレン換算、10モル%以上であればエチレン-プロピレン換算(エチレン含有量70モル%を基準)で求めることが可能である。また、数平均分子量は、プロピレン系ポリオレフィンにおいては、コモノマー量が10モル%未満であればポリプロピレン換算、10モル%以上であればプロピレン-エチレン換算(プロピレン含有量70モル%を基準)で求めることが可能である。
 上記のようなポリオレフィンの製造は、従来から公知のいずれの方法によっても行うことができる。例えば、チタン触媒、バナジウム触媒、メタロセン触媒などを用いて重合することができる。また、ポリオレフィンは、樹脂およびエラストマーのいずれの形態でもよく、アイソタクチック構造、シンジオタクチック構造の両者ともに使用可能であり、立体規則性についても特段の制限はない。市販の樹脂をそのまま利用することも可能である。
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)をグラフト共重合により得る場合には、上記のグラフト主鎖となるポリオレフィンに、カルボジイミド基と反応する化合物、および必要に応じてその他のエチレン性不飽和単量体等をラジカル開始剤の存在下、グラフト共重合する。
 カルボジイミド基と反応する化合物をポリオレフィン主鎖にグラフトさせる方法については特に限定されず、溶液法、溶融混練法等、公知のグラフト重合法を採用することができる。
 <ラジカル共重合>
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)は、オレフィンとカルボジイミド基と反応する化合物をラジカル共重合することによっても得ることが可能である。オレフィンとしては、上述のグラフト主鎖となるポリオレフィンを形成する場合のオレフィンと同一のものを採用することが可能である。また、カルボジイミド基と反応する化合物も上述の通りである。
 オレフィンとカルボジイミド基と反応する化合物をラジカル共重合させる方法については特に限定されず、公知のラジカル共重合法を採用することができる。 
 グラフト共重合およびラジカル共重合などのいずれの共重合方法を採用する場合であっても、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)は、次のような条件を満たすものが良い。
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)中におけるカルボジイミド基と反応する基の含有量は、好ましくは0.1~10質量%、より好ましくは0.1~3質量%、さらに好ましくは0.1~2質量%である。カルボジイミド基と反応する基の含有量が上記範囲を超えて過剰となると、カルボジイミド基と反応する基がカルボジイミド基含有化合物(B)により架橋されて、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)を製造することが困難となる場合がある。またカルボジイミド基と反応する基の含有量が上記範囲以下であると、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)の製造は可能であるものの、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)の骨格となるカルボジイミド基含有化合物(B)とポリオレフィン樹脂(A)との結合部分が少なくなるため、成形材料における強化繊維の補強性や分散性が低くなる。
 ポリオレフィン共重合体(A)の架橋を防止するためには、ポリオレフィン樹脂(A)の数平均分子量が低いこと、また、(カルボジイミド基と反応する基のモル数)/(ポリオレフィン共重合体(A)分子鎖のモル数)のモル比が小さいことが好ましい。これは即ち、ポリオレフィン樹脂(A)の一つの分子鎖上にカルボジイミド基と反応する基が複数でなく、なるべく単数で存在している場合には、カルボジイミド基含有化合物(B)のカルボジイミド基(N=C=N)が、ポリオレフィン樹脂(A)のカルボジイミド基と反応する基と反応する際、架橋およびゲル化することなく結合できることを意味している。
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)の数平均分子量(Mn)と、カルボジイミド基と反応する基の含有量とを制御することにより、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)の製造において架橋が起こって製造安定性が低下することを防止でき、かつ、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)を用いて繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物とした場合に強化繊維の補強性や分散性を十分に向上させることができる。即ち、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)は、以下の式(1)を満足していることが好ましい。
0.1<Mn/{(100-M)×f/M}<6     (1)
式中、
f :カルボジイミド基と反応する基の分子量(g/mol)
M :カルボジイミド基と反応する基の含有量(wt%)
Mn:カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)の数平均分子量
である。
 また、架橋させないという製造安定性の観点から、さらに好ましくは以下の式(2)を満足する範囲であり、最も好ましくは式(3)を満足する範囲である。
0.3<Mn/{(100-M)×f/M}<4     (2)
0.5<Mn/{(100-M)×f/M}<2.5   (3)。
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)の数平均分子量(Mn)とカルボジイミド基と反応する基の関係が上記範囲にあると、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)を製造する際、架橋することなく安定して製造することが可能となる。
 また、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)をグラフト重合により得る場合には、グラフト主鎖となるポリオレフィンが、線状低密度ポリエチレンのようなエチレン含有量の多い樹脂であると、エチレン-ブテン共重合体のようなα-オレフィン共重合量の多い樹脂に比較すると製造時に架橋しやすい傾向がある。そのため、エチレン含有量の多い樹脂をグラフト主鎖として用いて、かつ架橋を抑制して製造するためには、カルボジイミド基と反応する基が、ポリオレフィン樹脂(A)の一つの分子鎖上になるべく単数で存在するよう調整することが好ましい。
 また、グラフト主鎖となるポリオレフィンが、ポリプロピレンのような熱分解により低分子量化しやすい樹脂である場合には、架橋による高粘度化の現象は起こりにくい。そのため、熱分解しやすい樹脂をグラフト主鎖として用いる場合には、カルボジイミド基と反応する基が、ポリオレフィン樹脂(A)の一つの分子鎖上に複数存在しても、高粘度化せずにカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)を製造できる場合がある。
 カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)のASTM D1238による荷重2.16kg、190℃または230℃におけるメルトフローレート(MFR)は、好ましくは0.01~500g/10分、より好ましくは0.05~300g/10分である。上記範囲にあると、強化繊維の補強性や分散性の向上効果に優れたカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)が得られる。
 また、カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂(A)の密度は、好ましくは0.8~1.1g/cm3、より好ましくは0.8~1.05g/cm3、さらに好ましくは0.8~1g/cm3である。
 <カルボジイミド基含有化合物(B)>
 カルボジイミド基含有化合物(B)は、好ましくは下記一般式(4)で示される繰り返し単位を有するポリカルボジイミドである。
  -N=C=N-R-     (4)
 〔式中、Rは2価の有機基を示す〕
 ポリカルボジイミドの合成法は、特に限定されるものではないが、例えば有機ポリイソシアネ-トを、イソシアネ-ト基のカルボジイミド化反応を促進する触媒の存在下で反応させることにより、ポリカルボジイミドを合成することができる。
 カルボジイミド基含有化合物(B)のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求めたポリスチレン換算数平均分子量(Mn)は、好ましくは400~500,000、より好ましくは1,000~10,000、さらに好ましくは2,000~4,000である。数平均分子量(Mn)がこの範囲にあると、強化繊維の補強性や分散性の向上効果に優れたカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)が得られるため好ましい。
 カルボジイミド基含有化合物(B)には、モノカルボジイミドを添加してもよく、単独または複数のカルボジイミド基含有化合物を混合して使用することも可能である。
 なお、市販のカルボジイミド基含有化合物をそのまま使用することも可能である。市販のカルボジイミド基含有化合物としては、日清紡績株式会社製 カルボジライト(登録商標)HMV-8CAやカルボジライト(登録商標)LA1、ラインケミー社製 スタバクゾール(登録商標)Pやスタバクゾール(登録商標)P400などが挙げられる。
 カルボジイミド基含有化合物(B)および得られたカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)におけるカルボジイミド基含有量は、13C-NMR、IR、滴定法等により測定でき、カルボジイミド当量として把握することが可能である。13C-NMRでは130から142ppm、IRでは2130~2140cm-1のピ-クを観察する。
 13C-NMR測定は、たとえば次のようにして行われる。すなわち、試料0.35gをヘキサクロロブタジエン2.0mlに加熱溶解させる。この溶液をグラスフィルター(G2)で濾過した後、重水素化ベンゼン0.5mlを加え、内径10mmのNMRチューブに装入する。そして日本電子製GX-500型NMR測定装置を用い、120℃で13C-NMR測定を行う。積算回数は、10,000回以上とする。
 IR測定は、例えば、次のようにして行われる。すなわち、試料を250℃、3分で熱プレスしてシ-トを作製した後に、赤外分光光度計(日本分光製、FT-IR 410型)を用いて透過法で、該シートの赤外吸収スペクトルを測定する。測定条件は、分解能を2cm-1、積算回数を32回とする。
 透過法での赤外吸収スペクトルは、ランベルト・ベールの法則で示されるように、サンプル厚みに反比例し、吸光度そのものがサンプル中のカルボジイミド基の濃度をあらわすものではない。そのため、カルボジイミド基含有量を測定するためには、測定するサンプルの厚みを揃えるか、内部標準ピークを用いてカルボジイミド基のピーク強度を規格化する必要がある。
 IR測定によりカルボジイミド変性ポリオレフィン(a)のカルボジイミド基含有量を測定する場合には、あらかじめカルボジイミド基の濃度が既知のサンプルを用いて、IR測定を行ない、2130~2140cm-1に現われるピークの吸光度と内部標準ピークの吸光度の比を用いて検量線を作成しておき、サンプルの測定値を検量線に代入し、濃度を求める。
 内部標準ピークとしては、ポリプロピレン骨格に由来するピークを用いても良いし、あらかじめ内部標準物質をサンプル中の濃度が一定となるように混合し、測定に用いても良い。
 <ポリプロピレン樹脂(b)>
 本発明で用いるポリプロピレン樹脂(b)は、いわゆる、未変性のポリプロピレン樹脂であり、プロピレンの単独重合体またはプロピレンとα-オレフィン、共役ジエンおよび非共役ジエンなどから選ばれる少なくとも1種との共重合体が挙げられる。
 α-オレフィンとしては、例えば、エチレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ヘキセン、4,4ジメチル-1-ヘキセン、1-ノネン、1-オクテン、1-ヘプテン、1-ヘキセン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン等のプロピレンを除く炭素数2~12のα-オレフィンが挙げられる。共役ジエンまたは非共役ジエンとしては、ブタジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1,5-ヘキサジエン等が挙げられる。これらその他の単量体は、1種類または2種類以上を選択して使用することができる。
 ポリプロピレン樹脂(b)の骨格構造としては、プロピレンの単独重合体、プロピレンと前記その他の単量体の1種類または2種類以上を含むランダム共重合体あるいはブロック共重合体等を挙げることができる。例えば、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、プロピレン・1-ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・1-ブテン共重合体などが好適なものとして挙げられる。また、ポリプロピレン樹脂(b)には、本発明の効果を阻害しない範囲で、上記以外の共重合成分を含んでも良い。
 <強化繊維(c)>
 本発明に用いられる強化繊維(c)としては、特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維などの高強度、高弾性率繊維が使用できる。これらは1種または2種以上を併用してもよい。中でも、PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などの炭素繊維を用いるのが好ましい。得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、PAN系炭素繊維がさらに好ましい。また、導電性を付与する目的では、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。
 さらに炭素繊維としては、X線光電子分光法により測定される繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度比[O/C]が0.05~0.5であるものが好ましく、より好ましくは0.08~0.4であり、さらに好ましくは0.1~0.3である。表面酸素濃度比が0.05以上であることにより、炭素繊維表面の官能基量を確保でき、熱可塑性樹脂とより強固な接着を得ることができる。また、表面酸素濃度比の上限には特に制限はないが、炭素繊維の取扱い性および生産性のバランスから0.5以下とすることが例示できる。
 炭素繊維の表面酸素濃度比は、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求める。まず、溶剤で炭素繊維表面に付着しているサイジング剤などを除去した炭素繊維束を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、試料チャンバー中を1×10Torrに保つ。X線源としてA1Kα1、2を用い、測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせる。C1sピーク面積をK.E.として1191~1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。O1sピーク面積をK.E.として947~959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。表面酸素濃度比は、上記O1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出する。X線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルES-200を用い、感度補正値を1.74とする。
 表面酸素濃度比[O/C]を0.05~0.5に制御する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、電解酸化処理、薬液酸化処理および気相酸化処理などの手法をとることができ、中でも電解酸化処理が好ましい。
 また、強化繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、得られる成形品の力学特性と表面外観の観点から、1~20μmの範囲内であることが好ましく、3~15μmの範囲内であることがより好ましい。強化繊維束とした場合の単糸数には、特に制限はなく、100~350,000本の範囲内、とりわけ1,000~250,000本の範囲内で使用することが好ましい。また強化繊維の生産性の観点からは、単糸数が多いものが好ましく、20,000~100,000本の範囲内で使用することが好ましい。
 <強化繊維基材>
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中の強化繊維(c)は、強化繊維基材の形態で含まれていても良い。強化繊維基材とは、強化繊維をシート状、布帛状またはウェブ状などの形態に加工したものを意味する。強化繊維間に樹脂の含浸する空隙を有していれば、その形態や形状には特に制限はなく、例えば、強化繊維が、有機繊維、有機化合物あるいは無機化合物と混合されていたり、強化繊維同士が他の成分で目留めされていたり、強化繊維が樹脂成分と接着されていたりしてもよい。
 強化繊維基材の好ましい形態としては、チョップドストランドを不織布状に加工したチョップドストランドマット、強化繊維を実質的に単繊維分散させ、不織布状にした強化繊維不織布、連続繊維を一方向に引き揃えた束、連続繊維からなる布帛、連続繊維からなる布帛に多数の切り込みを入れ、樹脂の含浸を容易にした基材などが挙げられる。
 強化繊維の二次元配向を容易にする観点からは、乾式法や湿式法で得られる不織布形態で、強化繊維が十分に開繊され、かつ強化繊維同士が有機化合物で目留めされた基材が好ましい形状として例示できる。また、成形品の力学特性の観点からは、強化繊維基材を構成する強化繊維(c)は連続繊維であることが好ましい。
 本発明では、強化繊維(c)は多官能化合物(s)によりサイジング処理されている必要がある。
 <多官能化合物(s)>
 多官能化合物(s)としては、特に限定されないが、エポキシ基、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシ基等の官能基を1分子中に2個以上有する化合物が使用できる。これらは1種または2種以上を併用してもよい。官能基が1分子中に2個未満である化合物を用いた場合、強化繊維とマトリックス樹脂との接着性および耐水劣化性が低くなる。したがって、官能基の数は、1分子中に2個以上であることが必須であり、さらに好ましくは、3個以上である。すなわち、多官能化合物としては、3官能以上の官能基を有する化合物を用いるのが良い。
 具体的な多官能化合物としては、多官能エポキシ樹脂、ポリエチレンイミン、酸変性ポリプロピレン、酸変性ポリプロピレンの中和物、アミノエチル化アクリルポリマー、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
 多官能エポキシ樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、マトリックス樹脂との接着性を発揮しやすい脂肪族エポキシ樹脂が好ましい。通常、エポキシ樹脂はエポキシ基を多数有すると、架橋反応後の架橋密度が高くなるために、靭性の低い構造になりやすい傾向にある。そのため、サイジング剤として、強化繊維とマトリックス樹脂間に存在させても、もろいために剥離しやすく、繊維強化複合材料の強度発現しないことがある。しかし、脂肪族エポキシ樹脂は、柔軟な骨格のため、架橋密度が高くとも靭性の高い構造になりやすい。強化繊維とマトリックス樹脂間に存在させた場合、柔軟で剥離しにくいため、繊維強化複合材料の強度を向上しやすく好ましい。また、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)と併用した場合に、耐水劣化性にも優れるものとなる。
 脂肪族エポキシ樹脂の具体例としては、例えば、ジグリシジルエーテル化合物では、エチレングリコールジグリシジルエーテルおよび、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテルおよび、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4-ブタンジオールジグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、ポリテトラメチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。また、ポリグリシジルエーテル化合物では、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、アラビトールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパングリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、脂肪族多価アルコールのポリグリシジルエーテル等が挙げられる。
 脂肪族エポキシ樹脂の中でも、好ましくは、反応性の高いグリシジル基を多数有する脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物である。この中でも、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールグリシジルエーテルがさらに好ましい。脂肪族のポリグリシジルエーテル化合物は、柔軟性、架橋密度およびマトリックス樹脂との相溶性のバランスがよく、効果的に接着性を向上することから好ましい。
 ポリエチレンイミンも、マトリックス樹脂との接着性を発揮しやすいため好ましい。ポリエチレンイミンは骨格が柔軟であり、強化繊維とマトリックス樹脂間に存在させた場合、柔軟で剥離しにくいため、繊維強化複合材料の強度を向上しやすく好ましい。また、ポリエチレンイミンは水溶性であるため、水溶液として強化繊維に付与することにより、強化繊維表面に均一に付与することが容易である。
 酸変性ポリプロピレンおよび酸変性ポリプロピレンの中和物としては、例えば、プロピレンなどの主として炭化水素から構成される高分子主鎖と、不飽和カルボン酸により形成されるカルボキシル基、または、その金属塩、アンモニウム塩を含む側鎖とを有するものが挙げられる。高分子主鎖は、プロピレンと不飽和カルボン酸とを共重合させたランダム共重合体でもよいし、プロピレンに不飽和カルボン酸をグラフトしたグラフト共重合体でもよい。また、α-オレフィン、共役ジエン、非共役ジエンなどの共重合可能な共重合成分を共重合してもよい。酸変性ポリプロピレンおよび酸変性ポリプロピレンの中和物は、1分子中に多数の官能基を有しながら柔軟であり、さらに骨格がマトリックス樹脂と同様のポリプロピレンであることから、マトリックス樹脂との相溶性がよく、接着性を向上しやすく好ましい。
 不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、シトラコン酸、アリルコハク酸、メサコン酸、グルタコン酸、ナジック酸、メチルナジック酸、テトラヒドロフタル酸、メチルテトラヒドロフタル酸等を挙げることができる。特にマレイン酸、アクリル酸またはメタクリル酸が共重合反応させやすいことから好ましい。プロピレンとの共重合またはプロピレンへのグラフト共重合に使用する不飽和カルボン酸は1種のみでもよいし、2種以上の不飽和カルボン酸を使用しても良い。また、酸変性ポリプロピレンの中和物は、少なくとも一部のカルボキシル基が、Na、K、Li、Mg、Zn、Ca、Cu、Fe、Ba、Alなどの金属陽イオンまたはアンモニウムイオンで中和されていることが好ましい。
 また、官能基を2つ以上有するために、酸変性ポリプロピレンまたは酸変性ポリプロピレンの中和物1g当たり、オキシカルボニル基量が0.05~5ミリモル当量であることが好ましい。より好ましくは0.1~4ミリモル当量、さらに好ましくは0.3~3ミリモル当量である。上記のようなオキシカルボニル基の含有量を分析する手法としては、中和物の場合は、ICP発光分析で塩を形成している金属種の検出を定量的に行う方法が挙げられる。また、IR、NMRおよび元素分析等を用いてカルボニル炭素の定量をおこなう方法が挙げられる。オキシカルボニル基量が0.05ミリモル当量未満では、接着性を発揮しにくい傾向にあり、5ミリモル当量を越えると酸変性ポリプロピレンまたは酸変性ポリプロピレンの中和物がもろくなることがある。
 ここで、強化繊維(c)が多官能化合物(s)によりサイジング処理されているとは、強化繊維(c)の表面に多官能化合物(s)が付着していることを示す。多官能化合物をサイジング剤として、強化繊維に付与することで、添加量が少量であっても効果的に強化繊維表面の接着性およびコンポジット総合特性を向上させることができる。
 上記効果を得るためには、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中において、サイジング剤は強化繊維とマトリックス樹脂の界面に存在することが好ましい。よって、多官能化合物(s)は、強化繊維(c)の周囲全体に付着し、強化繊維を被覆している状態が好ましいと考えられる。しかしながら、仮に強化繊維の一部分に被覆されていない部分が存在しても、周囲の被覆されている部分において十分な接着性を有していれば、本発明の効果を発現することがある。
 サイジング剤付着量は、強化繊維のみの質量に対して、0.01質量%以上10質量%以下が好ましく、0.05質量%以上5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以上2質量%以下付与することがさらに好ましい。0.01質量%未満では、サイジング剤の未付着部の割合が多くなるためか、接着性向上効果が現れにくく、10質量%を越えると、マトリックス樹脂の物性低下させることがある。
 また、サイジング剤には、ビスフェノール型エポキシ化合物、直鎖状低分子量エポキシ化合物、ポリエチレングリコール、ポリウレタン、ポリエステル、乳化剤あるいは界面活性剤など他の成分を粘度調整、耐擦過性向上、耐毛羽性向上、集束性向上、高次加工性向上等の目的で加えてもよい。
 強化繊維(c)へサイジング剤を付与する工程は、特に限定されるものではなく、例えば強化繊維の製造工程、強化繊維の強化繊維基材への加工工程等の製造・加工の途中で付与しても良いし、製造された強化繊維や加工された強化繊維基材に別途サイジング剤処理を行っても良い。
 サイジング剤の付与手段としては、特に限定されるものではないが、例えばローラーを介してサイジング液に浸漬する方法、サイジング液の付着したローラーに接する方法、サイジング液を霧状にして吹き付ける方法などがある。また、バッチ式、連続式いずれでもよいが、生産性がよくバラツキが小さくできる連続式が好ましい。この際、強化繊維に対するサイジング剤有効成分の付着量が適正範囲内で均一に付着するように、サイジング液濃度、温度、糸条張力などをコントロールすることが好ましい。また、サイジング剤付与時に強化繊維を超音波で加振させることはより好ましい。
 サイジング剤付与後の乾燥温度および乾燥時間は、サイジング剤の付着量によって調整する。サイジング剤の付与に用いる溶媒を完全に除去し、乾燥に要する時間を短くし、かつ、サイジング剤の熱劣化を防止する観点から、乾燥温度は、150℃以上350℃以下であることが好ましく、180℃以上250℃以下であることがより好ましい。
 サイジング剤に使用する溶媒は、水、メタノール、エタノール、ジメチルホルムアミド、ジメリルアセトアミド、アセトン等が挙げられるが、取扱いが容易で防災の観点から水が好ましい。従って、水に不溶、もしくは難溶の化合物をサイジング剤として用いる場合には、乳化剤または界面活性剤を添加し、水分散して用いるのが良い。乳化剤または界面活性剤としては、具体的には、スチレン-無水マレイン酸共重合体、オレフィン-無水マレイン酸共重合体、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリアクリル酸ソーダ等のアニオン系乳化剤、ポリビニルイミダゾリン等のカチオン系乳化剤、ノニルフェノールエチレンオキサイド付加物、ポリビニルアルコール、ポリオキシエチレンエーテルエステル共重合体、ソルビタンエステルエチルオキサイド付加物等のノニオン系乳化剤等を用いることができる。相互作用の小さいノニオン系乳化剤が多官能化合物の接着性効果を阻害しにくく好ましい。
 また本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物は、前記の必須成分(a)、(b)、(c)および(s)に加えて、本発明の目的を損なわない範囲で、充填剤や添加剤を含有しても良い。充填剤も添加剤も、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物、および繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物から得られる成形品の各種特性を改良するために用いる成分のことを指す。充填剤とは、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中で、マトリックス樹脂に相溶せずに存在する、強化繊維以外の固形成分を意味する。また、添加剤とはマトリックス樹脂以外のマトリックス樹脂に相溶する成分を意味する。
 充填剤としては、無機充填剤および有機充填剤が挙げられる。無機充填剤の例としては、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、亜硫酸カルシウム、タルク、マイカ、クレー、ドロマイト、塩基性炭酸マグネシウム等が挙げられる。また、有機充填剤の例としては、粒子状の熱硬化樹脂、木粉、コルク粉、籾殻粉、精製パルプ、ワラ、紙、綿、レーヨン、スフ、セルロースおよびヤシ殻粉等が挙げられる。
 添加剤の例としては、含浸助剤、エラストマー、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、あるいは、カップリング剤が挙げられる。
 本発明の第一の発明では、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中のマトリックス樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量は、マトリックス樹脂成分100gに対し、0.0005~140mmolとする必要があり、好ましくは0.001~100mmol、さらに好ましくは0.01~60mmolである。カルボジイミド基の含有量がマトリックス樹脂成分100gに対し0.0005mmolに満たないと、耐水劣化性を得ることができず、得られる成形品の力学特性も低い。また、カルボジイミド基の含有量がマトリックス樹脂成分100gに対し140mmolよりも多い場合は、カルボジイミド基の含有量に対する強度向上効果がそれほど上がらず経済的でなくなる。
 ここで、マトリックス樹脂成分とは、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中の強化繊維および充填剤以外の、有機物からなる成分を示す。例えば、本発明に必須の構成成分としては、成分(a)、成分(b)および成分(s)の混合物がマトリックス樹脂成分となる。また、本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物が必須の成分に加えて、有機物からなる添加剤を含む場合には、有機物からなる添加剤も含めてマトリックス樹脂成分と定義する。
 なお、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中のマトリックス樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量は、用いた原料の組成から計算することもできる。また、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物から求める場合には、マトリックス樹脂成分を溶解させて分離し、前述したように、IR、13C-NMR、滴定法などにより測定することができる。
 また、本発明の第二の発明では、繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中における各成分の含有量について、成分(b)と成分(c)の合計を100質量部とした場合に、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)は、0.01~50質量部、ポリプロピレン樹脂(b)は、20~99質量部、多官能化合物(s)によりサイジング処理された強化繊維(c)は1~80質量部である必要がある。繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中における各成分の含有量をこの範囲内で用いることでも、本発明の効果を達成することができる。カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)は、好ましくは0.05~30質量部、さらに好ましくは0.1~20質量部である。ポリプロピレン樹脂(b)は、好ましくは30~95質量部、さらに好ましくは50~90質量部である。サイジング処理された強化繊維(c)は、好ましくは5~70質量部、さらに好ましくは10~50質量部である。
 カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)が0.01質量部未満では、耐水劣化性を得ることができず、得られる成形品の力学特性も低い。また、50質量部よりも多い場合は、カルボジイミド変性ポリオレフィンの含有量に対する成形品の力学特性向上効果がそれほど上がらず経済的でなくなる。
 多官能化合物によりサイジング処理された強化繊維(c)が1質量部未満では、得られる成形品の力学特性が不十分となる場合があり、80質量部を超えると成形加工の際の流動性の低下や、強化繊維へのマトリックス樹脂成分の含浸が不十分となり、結果的に力学特性の低下がおこる場合がある。
 また、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)は、該変性ポリオレフィン100g含まれる、カルボジイミド基の含有量が、好ましくは1~200mmol、より好ましくは5~150mmol、さらに好ましくは10~100mmolである。
 もちろん、第一の発明と第二の発明の両方の条件を満たすようにすれば、本発明の効果をより一層高く発現することができる。
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物は、ペレット状成形材料、シート状成形材料、プリプレグなどの成形材料として好適に用いることができる。成形材料の態様は様々であり、成形性、力学特性および取り扱い性などの観点から選択することができる。特に限定するものではないが、以下に成形材料の特に好ましい態様について詳細に説明する。
 なお、本発明のプリプレグは、本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物からなるプリプレグであって、強化繊維(c)が強化繊維基材であるものである。すなわち、本発明のプリプレグは、成分(a)および成分(b)を含有するポリプロピレン樹脂組成物が、強化繊維基材に含浸している。プリプレグとしては、強化繊維基材に樹脂が完全に含浸したものに加え、樹脂が強化繊維基材に完全に含浸されていない状態で一体化した樹脂半含浸基材(セミプレグ:以下、半含浸プリプレグと称することもある)も含むものとする。プリプレグはシート状であることが好ましい。
 また、本明細書では、特に断らない限り、繊維あるいは繊維を含む用語(例えば“繊維方向”等)において、繊維とは強化繊維を表すものとする。
 <第一の好ましい態様 成形材料>
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物の使用方法の好ましい態様のひとつとして、以下の成形材料を例示する。すなわち、第一の好ましい態様は、成分(a)、成分(b)、成分(c)、成分(s)に加えて、テルペン樹脂(d)を含有する成形材料であり、成分(c)、成分(d)を含有する複合体に、成分(a)、成分(b)を含有するポリプロピレン樹脂成分が接着している。さらに、成分(d)のSP値が6.5~9であり、かつ、成分(d)のSP値が多官能化合物(s)のSP値よりも低い。
 本発明においては、カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)と、多官能化合物によりサイジング処理された強化繊維(c)を併用することが、耐水劣化性を得るために重要であるが、テルペン樹脂(d)を含有することにより、成形時の繊維分散性が良好となる。まず、これらの構成要素について説明する。
 <テルペン樹脂(d)>
 テルペン樹脂(d)とは、テルペン単量体の単独重合体、もしくは、テルペン単量体と芳香族単量体等との共重合体である。重合は、通常、有機溶媒中で、フリーデルクラフツ型触媒存在下で行われる。
 テルペン樹脂(d)は、溶融粘度が低い熱可塑性重合体である。テルペン樹脂(d)は、少なくとも成分(a)および成分(b)からなるポリプロピレン樹脂成分(以下、少なくとも成分(a)および成分(b)からなるポリプロピレン樹脂成分を、本ポリプロピレン樹脂成分と称する)よりも溶融粘度が低いことにより、射出成形やプレス成形などの最終形状への成形工程において、溶融した成形材料の粘度を下げ、成形性を向上することが可能であるので好ましい。この際、テルペン樹脂(d)は、本プロピレン樹脂成分との相溶性が良いことから、効果的に成形性を向上することができる。
 テルペン樹脂としては、テルペン単量体の重合体、もしくは、テルペン単量体と芳香族単量体の共重合体等が挙げられる。テルペン単量体としては、α-ピネン、β-ピネン、ジペンテン、d-リモネン、ミルセン、アロオシメン、オシメン、α-フェランドレン、α-テルピネン、γ-テルピネン、テルピノーレン、1,8-シネオール、1,4-シネオール、α-テルピネオール、β-テルピネオール、γ-テルピネオール、サビネン、パラメンタジエン、カレン等の単環式モノテルペンが挙げられる。また、芳香族単量体としては、スチレン、α-メチルスチレン等が挙げられる。
 中でも、単量体単位としてα-ピネン、β-ピネン、ジペンテンおよびd-リモネンから選択された単量体単位を含むテルペン樹脂が、ポリプロピレン樹脂との相溶性がよく好ましく、さらに、これらの単量体の単独重合体がより好ましい。また、このようなテルペン樹脂を水素添加処理して得られた水素化テルペン樹脂が、より本ポリプロピレン樹脂成分との相溶性がよくなるため好ましい。
 また、テルペン樹脂(d)のガラス転移温度は、30~100℃であることが好ましい。これは、本発明の成形材料の取扱性を良好にするためである。ガラス転移温度が30℃未満であると、成形加工時にテルペン樹脂(d)が半固形、もしくは液状になり、定量的に材料投入できないことがある。また、ガラス転移温度が100℃を越えると、成形加工時のテルペン樹脂(d)の固化が早く、成形性を向上できないことがある。
 また、テルペン樹脂(d)の数平均分子量は、500~5000であることが好ましい。数平均分子量が500未満では、テルペン樹脂の機械強度が低いために、成形品の機械特性が低くなることがある。また、数平均分子量が5000を超えると、テルペン樹脂の粘度が上がり、成形性を向上できないことがある。本発明の成形材料を用いて成形加工や混練などを行う際に、成分(d)の数平均分子量を低くすることで、成分(d)が成分(a)、成分(b)、成分(c)および成分(d)の混合物内を流動し、移動しやすくなる。なお、数平均分子量の測定はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。
 ここで、テルペン樹脂(d)は、成形材料の成形性を効果的に向上させるために、本ポリプロピレン樹脂成分と相溶する必要がある。本ポリプロピレン樹脂成分のSP値は、用いる成分(a)および成分(b)の種類や配合比によるが、通常8~9程度であることから、テルペン樹脂(d)のSP値は、6.5~9.5であることを必要とする。より好ましくは、7.5~9である。SP値が6.5~9.5の範囲以外では、マトリックス樹脂である本ポリプロピレン樹脂成分と相溶しにくい傾向にあり、成形性が向上しにくい。
 ここで、SP値とは、溶解度パラメータであり、2成分のSP値が近いほど溶解度が大となることが経験的に知られている。SP値の決定法は幾種類か知られているが、比較においては同一の決定法を用いればよい。具体的には、Fedorsの方法を用いることが望ましい(参照 SP値基礎・応用と計算、2005年3月31日 第1版、発行者 谷口彰敏、発行 株式会社情報機構、66~67頁)。
 また、テルペン樹脂(d)のSP値は、多官能化合物(s)のSP値よりも低いことを必要とする。テルペン樹脂(d)のSP値が多官能化合物のSP値よりも高い場合には、テルペン樹脂(d)のSP値が本プロピレン樹脂成分のSP値よりも多官能化合物(s)のSP値に近くなり、強化繊維(c)表面に付与した多官能化合物(s)がテルペン樹脂(d)と置き換わるために、界面接着性を向上できない。
 ここで、本態様の成形材料においては、多官能化合物(s)によりサイジング処理された強化繊維(c)とテルペン樹脂(d)からなる複合体が形成されている。この複合体の形態は図1に示すようなものであり、強化繊維束(c)の各単繊維間にテルペン樹脂(d)が満たされている。すなわち、テルペン樹脂(d)の海に、多官能化合物(s)によりサイジング処理された強化繊維(c)が島のように分散している状態である。
 本態様の成形材料を射出成形すると、射出成形機のシリンダー内で溶融混練された、テルペン樹脂(d)が、本プロピレン樹脂成分に拡散することにより、多官能化合物(s)によりサイジング処理された強化繊維(c)が本プロピレン樹脂成分に分散することを助け、同時に本プロピレン樹脂成分が多官能化合物(s)によりサイジング処理された強化繊維(c)に含浸することを助ける。すなわち、テルペン樹脂(d)は、いわゆる含浸助剤および分散助剤としての役割を持つ。
 テルペン樹脂(d)を強化繊維(c)に付与する工程としては、特に限定されないが、繊維束に油剤、サイジング剤あるいはマトリックス樹脂を付与するような公知の方法を用いることができる。具体的な例として、加熱した回転するロールの表面に、溶融したテルペン樹脂(d)の一定厚みの被膜をコーティングし、このロール表面に多官能化合物(s)によりサイジング処理された強化繊維(c)を接触させながら走らせることで、繊維束の単位長さ当たりに所定量のテルペン樹脂(d)を付着させる方法を挙げることができる。ロール表面へのテルペン樹脂(d)のコーティングに関しては、リバースロール、正回転ロール、キスロール、スプレイ、カーテン、押出などの公知のコーティング装置の概念を応用することで実現できる。ロール上へのコーティング装置に関しては、原崎勇次著「コーティング装置と操作技術入門」(総合技術センター)等の著作に詳しく記述されている。
 テルペン樹脂(d)の含浸工程では、テルペン樹脂(d)が溶融する温度において、テルペン樹脂(d)の付着した強化繊維(c)に対して、ロールやバーで張力をかける、拡幅と集束を繰り返す、圧力や振動を加えるなどの操作を行うことによって、テルペン樹脂(d)を強化繊維(c)の繊維束内部まで含浸するようにする。具体的な例として、加熱された複数のロールやバーの表面に繊維束を接触するように通して拡幅などを行う方法を挙げることができる。
 テルペン樹脂(d)の溶融粘度は、190℃において0.05~1Pa・sであることが好ましい。より好ましくは0.1~0.5Pa・sである。溶融粘度が0.05Pa・s未満では、テルペン樹脂の機械強度が低いために、成形品の機械特性が低下することがある。また、溶融粘度が5Pa・sを越えると、テルペン樹脂の粘度が上がり、成形性を向上できないことがあり、本態様の成形材料を用いて成形加工や混練などを行う際に、成分(d)の溶融粘度を低くすることで、成分(d)が成分(a)、(b)、(c)および(d)の混合物内を流動し、移動しやすくするためである。
 成形材料中におけるテルペン樹脂(d)の含有量は、成分(b)と成分(c)の合計を100質量部とした場合に、0.01~25質量部が好ましい。より好ましくは0.5~20質量部、さらに好ましくは1~15質量部である。テルペン樹脂(d)が0.01質量部未満では、強化繊維の分散性が不十分となる場合があり、25質量部を超えると成形品の力学特性を低下させる場合がある。
 また、本態様の成形材料は、成分(a)~(d)に加えてエラストマー(e)を含有していることも好ましい。本発明において、エラストマーとは、一般的にガラス転移温度が室温より低い重合体であって、分子間の一部が共有結合・イオン結合・ファンデルワールス力・絡み合い等により、互いに拘束されている重合体である。
 エラストマー(e)としては、オレフィン系エラストマー、スチレン系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマー、アミド系エラストマー等が挙げられる。オレフィン系エラストマーとしては、具体的には、エチレン-α-オレフィン共重合体、エチレン-プロピレン-エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン-プロピレン-ヘキサジエン共重合体などのエチレン-プロピレン非共役ジエン3元共重合体等が挙げられる。また、スチレン系エラストマーとしては、具体的には、スチレン-ブタジエン、スチレン-イソプレン-スチレン、スチレン-ブタジエン-スチレン、スチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン、スチレン-エチレン-プロピレン-スチレンのランダム共重合体、およびブロック共重合体、該ブロック共重合体の水素添加物、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体等が挙げられる。中でも、オレフィン系エラストマーとしてエチレン-α-オレフィン共重合体は、ポリプロピレンとの相溶性がよいために、効果的に耐衝撃性を向上でき好ましい。これらのエラストマーは1種または2種以上を選択し用いることができる。
 また、本ポリプロピレン樹脂成分のSP値は、用いる成分(a)および成分(b)の種類や配合比によるが、通常8~9程度であることから、エラストマー(e)のSP値としては、6.5~9.5であることが好ましく、7~9であるとより好ましい。成分(e)のSP値が6.5~9.5の範囲以外では、本ポリプロピレン樹脂成分と相溶しにくい傾向にあり、射出成形やプレス成形などの最終形状への成形工程において、溶融した成形材料の粘度が増加傾向にあるため、成形性が低下することがある。
 エラストマー(e)を含有させる場合、成分(e)の含有量は、成分(b)と成分(c)の合計を100質量部とした場合に、好ましくは0.01~30質量部、より好ましくは0.5~20質量部、さらに好ましくは1~15質量部である。エラストマー(e)が30質量部を超えると、成形品の力学特性を低下させる場合がある。
 本態様の成形材料は、成分(c)と成分(d)を含有する複合体(以下、単に複合体と称する)に、本ポリプロピレン樹脂成分が接着している。成形材料の好ましい態様としては、図2に示すように、成分(c)が成形材料の軸心方向にほぼ平行に配列され、かつ、成分(c)の長さは成形材料の長さと実質的に同じ長さである。
 ここで言う、「ほぼ平行に配列されて」いるとは、強化繊維束の長軸の軸線と、成形材料の長軸の軸線とが、同方向を指向している状態を示し、軸線同士の角度のずれが、好ましくは20°以下であり、より好ましくは10°以下であり、さらに好ましくは5°以下である。また、「実質的に同じ長さ」とは、例えばペレット状の成形材料において、ペレット全長の50%以下の長さの強化繊維の含有量が、強化繊維中の30質量%以下であることを言う。さらに、ペレット全長の50%以下の長さの強化繊維の含有量は20質量%以下であることが好ましい。なお、ペレット全長とはペレットの強化繊維配向方向の長さである。強化繊維(c)が成形材料と実質的に同じ長さを持つことで、成形材料を用いて得られる成形品中の強化繊維長を長くすることができるため、優れた力学特性を得ることができる。
 図3~6は、本態様の成形材料の軸心方向断面の形状の例を模式的に表したものであり、図7~10は、本態様の成形材料の直交方向断面の形状の例を模式的に表したものである。成分(c)と成分(d)を含有する複合体に、本ポリプロピレン樹脂成分が接着しているとは、図3~10に示すように、成分(c)と成分(d)を含有する複合体3と本ポリプロピレン樹脂成分4とが、互いに接していることを言う。成形材料の断面の形状は、本複合体に、本ポリプロピレン樹脂成分が接着していれば図に示されたものに限定されないが、好ましくは図3~5に示されるように、軸心方向断面において、本複合体が芯材となり、本ポリプロピレン樹脂成分で層状に挟まれて配置されている構成が好ましい。また図7~9に示されるように、直交方向断面において、本複合体を芯に対して、本ポリプロピレン樹脂成分が周囲を被覆するような芯鞘構造に配置されている構成が好ましい。図11に示されるような複数の本複合体を、本ポリプロピレン樹脂成分が被覆するように配置する場合、本複合体の数は2~6程度が望ましい。
 本複合体と、本ポリプロピレン樹脂成分の境界付近で部分的に、本ポリプロピレン樹脂成分が本複合体の一部に入り込み、本複合体中のテルペン樹脂(d)と相溶しているような状態、あるいは強化繊維に含浸しているような状態になっていてもよい。
 成形材料の軸心方向は、ほぼ同一の断面形状を保ち、連続であればよい。成形方法によってはこのような連続の成形材料をある長さにカットしてもよい。
 本態様の成形材料は、例えば射出成形やプレス成形などの手法により、本複合体と本ポリプロピレン樹脂成分を混練して、最終的な成形品を作製できる。成形材料の取扱性の点から、本複合体と、本ポリプロピレン樹脂成分は、成形が行われるまでは分離せず、前述したような形状を保っていることが重要である。本複合体と、本ポリプロピレン樹脂成分が分離した場合、本複合体と本ポリプロピレン樹脂成分では、形状(サイズ、アスペクト比)、比重および質量が全く異なるため、成形までの材料の運搬時、取り扱い時および成形工程での材料移送時に分級し、得られる成形品の力学特性にバラツキを生じたり、流動性が低下して金型詰まりを起こしたり、成形工程でブロッキングする場合がある。
 そのため、図7~9に例示されるように、本ポリプロピレン樹脂成分が本複合体の周囲を被覆するように配置されていること、すなわち、本複合体が芯構造であり、本ポリプロピレン樹脂成分が本複合体の周囲を被覆した芯鞘構造とすることが好ましい。このような配置であれば、本複合体が本ポリプロピレン樹脂成分により被覆されることにより強固に複合化し、取扱い性に優れた材料を得ることができる。
 前述したように、強化繊維(c)は、テルペン樹脂(d)および一部の本ポリプロピレン樹脂成分によって完全に含浸されていることが望ましいが、現実的にそれは困難であり、複合体にはある程度の空隙が存在する場合が多い。特に、複合体における成分(c)の含有率が大きい場合には空隙が多くなるが、ある程度の空隙が存在する場合でも含浸および繊維分散促進の効果は示される。ただし、複合体の空隙率が20%を超えると、含浸および繊維分散促進の効果が小さくなるので、空隙率は20%以下が好ましい。より好ましい空隙率の範囲は15%以下である。なお、空隙率は、複合体をASTM D2734(1997)試験法により測定するか、または成形材料の断面において、複合体部分を観察し、複合体部の全面積と空隙部の全面積とから次式を用いて算出することができる。
空隙率(%)=空隙部の全面積/(複合体部の全面積+空隙部の全面積)×100。
 なお、ここまで、本態様の成形材料の形状として、成分(a)~(d)からなる成形材料を例に挙げて説明をしたが、成分(a)~(d)に加えて、成分(e)を含有させる場合については、本ポリプロピレン樹脂成分に、上述の成分(e)が含有されることが好ましい。この場合、例えば、図3~11の符号4は、成分(a)+成分(b)+成分(e)となる。
 本態様の成形材料は、好ましくは1~50mmの範囲の長さに切断して用いられる。この長さにすることにより、成形時の流動性および取扱性を十分に高めることができる。このように適切な長さに切断された成形材料としてとりわけ好ましい態様は、射出成形用の長繊維ペレットが例示できる。ここで、長繊維ペレットとは、ペレット状の成形材料において、前述のように、強化繊維(c)の長さが成形材料の長さと実質的に同じ長さを有するものを言う。
 また、本態様の成形材料は、連続した長尺の形態でも、成形法によっては使用可能である。例えば、熱可塑性ヤーンプリプレグとして、加熱しながらマンドレルに巻き付け、ロール状成形品を得たりすることができる。このような成形品の例としては、液化天然ガスタンクなどが挙げられる。また本態様の成形材料を、複数本一方向に引き揃えて加熱し、融着させることにより、後に示す第三の好ましい態様に詳細に記載したような、一方向熱可塑性プリプレグを作製することも可能である。
 <第二の好ましい態様 不連続繊維プリプレグ>
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物の使用方法の好ましい態様のひとつとして、以下のプリプレグを例示する。すなわち、第二の好ましい態様は、上述した繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物からなるプリプレグであって、強化繊維(c)は強化繊維基材として含有され、プリプレグ中の強化繊維(c)が不連続であるプリプレグである。第二の好ましい態様においては、強化繊維(c)が不連続繊維であることが、プレス成形において、複雑形状への賦形性を得るために重要である。ここで、不連続繊維とは、100mm未満の繊維長さを持つ強化繊維を指す。
 不連続繊維を用いたプリプレグにおける強化繊維基材の好ましい形態としては、連続繊維からなる布帛に多数の切り込みを入れ、樹脂の含浸を容易にした基材や、チョップドストランドを不織布状に加工したチョップドストランドマット、強化繊維を実質的に単繊維分散させ、不織布状にした強化繊維不織布などが挙げられる。強化繊維の二次元配向を容易にする観点から、乾式法や湿式法で得られる不織布形態で、強化繊維が十分に開繊され、かつ強化繊維同士が有機化合物で目留めされた基材が好ましい基材として例示できる。
 不連続繊維を用いたプリプレグでは、プリプレグの取扱い性の観点から、ポリプロピレン樹脂は、強化繊維基材に含浸していることが好ましい。その含浸率は好ましくは30~100%であり、より好ましくは40~100%であり、さらに好ましくは50~100%である。含浸率が好ましい範囲であれば、取扱い性や成形性に優れたプリプレグとなる。
 含浸率の測定方法としては、特に制限はなく、例えば以下に示す簡便な方法で測定することができる。まず、プリプレグの断面観察を行い、顕微鏡写真から空隙の総面積を計算して強化繊維基材の面積で除する方法、プリプレグの23℃での厚みh0とそれをプレス成形した後の23℃での厚みhc0との比(hc0/h0)から求める方法、また各材料の使用割合から求めた理論密度とプリプレグの嵩密度との比から求める方法などが例示できる。ここでは、プリプレグの厚み方向断面を観察して、断面における空隙部分の面積と断面全体の面積とを測定して算出する方法を具体的に説明する。すなわち、プリプレグをエポキシなどの熱硬化性樹脂で包埋し、プリプレグの断面端部にあたる面を研磨し、幅500~1000μm程度の範囲を光学顕微鏡または電子顕微鏡で観察し、コントラスト比において、樹脂が含浸している部位と、樹脂が含浸していない部位の面積を求め、次式により樹脂含浸率を算出する方法である。
・樹脂含浸率(%)=100×(樹脂が含浸している部位の総面積)/(プリプレグの観察部位の断面積)。
 また、プリプレグの嵩密度は、プリプレグの23℃での体積と、質量から求めることができる。プリプレグの好ましい嵩密度は0.8~1.5であり、より好ましくは0.9~1.4、さらに好ましくは1.0~1.3である。嵩密度が好ましい範囲であれば、得られる成形品が十分な軽量性を確保することができる。同様に、プリプレグの目付としては好ましくは10~500g/mであり、より好ましくは30~400g/mであり、さらに好ましくは100~300g/mである。
 本態様のプリプレグにおいて、強化繊維は、面内方向において、配向していても、ランダム分散していても良いが、成形品の力学特性のバラツキを抑える観点から、ランダム分散していることが好ましい。
 ここで、強化繊維がランダム分散している場合、強化繊維基材に含まれる強化繊維の繊維長としては、繊維長10mmを越える強化繊維が0~50質量%、繊維長2~10mmの強化繊維が50~100質量%、および、繊維長2mm未満の強化繊維が0~50質量%から構成されることが好ましい。10mmより長い強化繊維が50質量%を越えると、積層工程ないし成形工程での厚み膨張が大きくなり取扱い性を損なう場合がある。また、2mm未満の強化繊維が50質量%を越えると、得られる成形品の力学特性が低下する場合があるばかりか、プリプレグまたはそれを積層して得られるプリフォームに十分な強度が確保できずに成形性を損なう場合がある。これらの観点から、強化繊維基材は、繊維長3~8mmの強化繊維を80~100質量%を含有することが好ましい。また、繊維長の分布が少なくとも2つのピークを有し、一方のピークが繊維長5~10mmの範囲内にあり、もう一方のピークが2~5mmの範囲内にある強化繊維が、より好ましい。繊維長の分布をより好ましい範囲とすることで、力学特性を確保する強化繊維と、積層工程ないし成形工程でのプリフォームの取扱い性を確保する強化繊維とを併用でき、両方の特性を容易に両立することができる。
 強化繊維の繊維長の測定方法としては、例えば、強化繊維基材から直接強化繊維を摘出する方法や、プリプレグの樹脂のみを溶解する溶剤を用いて溶解させ、残った強化繊維を濾別して顕微鏡観察により測定する方法がある(溶解法)。樹脂を溶解する溶剤がない場合には、強化繊維が酸化減量しない温度範囲において樹脂のみを焼き飛ばし、強化繊維を分別して顕微鏡観察により測定する方法(焼き飛ばし法)などがある。測定は、強化繊維を無作為に400本選び出し、その長さを1μm単位まで光学顕微鏡にて測定し、繊維長を測定することができる。なお、強化繊維基材から直接強化繊維を摘出する方法と、プリプレグから焼き飛ばし法や溶解法で強化繊維を摘出する方法とを比較した場合、条件を適切に選定することで、得られる結果に特別な差異を生じることはない。
 また、強化繊維が面内方向にランダム分散している場合、強化繊維はチョップドストランドマットのように束で分散していても、単繊維分散していても良いが、成形品の等方性をより高める観点から、実質的に単繊維分散していることが好ましい。
 ここで、単繊維がランダム分散している状態について、繊維の配向を二次元配向角で整理することができる。二次元配向角としては、本発明における、強化繊維単糸(i)と該強化繊維単糸(i)と交差する強化繊維単糸(j)とで形成される二次元配向角について図面を用いて説明する。図12は本発明のプリプレグの一例の強化繊維のみを面方向から観察した場合の、強化繊維の分散状態を表した模式図である。強化繊維単糸5に着目すると、強化繊維単糸5は強化繊維単糸6~11と交差している。ここで交差とは、観察した二次元平面において着目した強化繊維単糸(i)が他の強化繊維単糸(j)と交わって観察される状態のことを意味する。ここで実際のプリプレグにおいて、強化繊維5と強化繊維6~11が必ずしも接触している必要はない。二次元配向角は交差する2つの強化繊維単糸が形成する2つの角度のうち、0度以上90度以下の角度12と定義する。
 具体的にプリプレグから二次元配向角の平均値を測定する方法には特に制限はないが、例えば、プリプレグの表面から強化繊維の配向を観察する方法が例示できる。この場合プリプレグ表面を研磨して繊維を露出させることで、より強化繊維を観察しやすくなるため好ましい。また、プリプレグに透過光を利用して強化繊維の配向を観察する方法が例示できる。この場合プリプレグを薄くスライスすることで、より強化繊維を観察しやすくなるため好ましい。さらに、プリプレグをX線CT透過観察して強化繊維の配向画像を撮影する方法も例示できる。X線透過性の高い強化繊維の場合には、強化繊維にトレーサ用の繊維を混合しておく、あるいは強化繊維にトレーサ用の薬剤を塗布しておくと、より強化繊維を観察しやすくなるため好ましい。
 また、上記方法で測定が困難な場合には、強化繊維の構造を崩さないように樹脂を除去した後に強化繊維の配向を観察する方法が例示できる。例えば図13(a)に示すように、プリプレグを2枚のステンレス製メッシュに挟み、プリプレグが動かないようにネジなどで固定してから樹脂成分を焼き飛ばし、得られる強化繊維基材(図13(b))を光学顕微鏡または電子顕微鏡で観察して測定することができる。
 二次元配向角の平均値は、以下の手順I、IIで測定する。
I.無作為に選択した強化繊維単糸(i)(図12における強化繊維単糸5)に対して交差している全ての強化繊維単糸(j)(図1における強化繊維単糸6~11)との二次元配向角を測定し、平均値を求める。強化繊維単糸(i)に交差する強化繊維単糸(j)が多数の場合には、強化繊維単糸(j)を無作為に20本選び測定してもよい。
II.上記Iの測定を別の強化繊維単糸に着目して合計5回繰り返し、その平均値を二次元配向角の平均値とする。
 強化繊維の二次元配向角の平均値は、10~80度が好ましく、より好ましくは20~70度であり、さらに好ましくは30~60度であり、理想的な角度である45度に近づくほど好ましい。二次元配向角の平均値が10度未満または80度より大きいと、強化繊維が束状のまま多く存在していることを意味しており、単繊維分散したプリプレグと比較すると、二次元の等方性に劣る場合がある。
 二次元配向角を理想的な角度に近づけることは、強化繊維基材を製造する際に、強化繊維を分散させ、かつ平面的に配置することで達成できる。強化繊維の分散を高めるために、乾式法では、開繊バーを設ける方法やさらに開繊バーを振動させる方法、さらにカードの目をファインにする方法や、カードの回転速度を調整する方法などが例示できる。湿式法では、強化繊維を分散させる際の攪拌条件を調整する方法、濃度を希薄化する方法、溶液粘度を調整する方法、分散液を移送させる際に渦流を抑制する方法などが例示できる。
 また強化繊維を平面的に配置するために、乾式法では、強化繊維を集積する際に、静電気を用いる方法、整流化したエアを用いる方法、コンベアの引取速度を調整する方法などが例示できる。湿式法では、超音波などで分散した強化繊維の再凝集を防止する方法、濾過速度を調整する方法、コンベアのメッシュ径を調整する方法、コンベアの引取速度を調整する方法などが例示できる。
 これらの方法は、特に限定されるものではなく、強化繊維基材の状態を確認しながら、その他の製造条件を制御することでも達成できる。特に湿式法で強化繊維基材を製造する場合には、例えば図14に例示するような抄紙基材の製造装置を用いる方法が例示できる。投入繊維の濃度を増やすことで、得られる強化繊維基材の目付を増やすことができる。さらに、分散液の流速(流量)とメッシュコンベアの速度を調整することでも目付を調整することができる。例えば、メッシュコンベアの速度を一定にして、分散液の流速を増やすことで得られる強化繊維基材の目付を増やすことができる。逆にメッシュコンベアの速度を一定にして、分散液の流速を減らすことで、得られる強化繊維基材の目付を減らすこともできる。さらには、分散液の流速に対して、メッシュコンベアの速度を調整することで、繊維の配向をコントロールすることも可能である。例えば、分散液の流速にたいして、メッシュコンベアの速度を速くすることで、得られる強化繊維基材中の繊維の配向がメッシュコンベアの引き取り方向に向きやすくなる。このように各種パラメータを調整し、強化繊維基材の製造が可能である。
 強化繊維基材へマトリックス樹脂を含浸させることによりプリプレグを製造する方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。含浸は、加圧および/または加熱により行われることが好ましく、加圧と加熱の両方が同時に行われることが好ましい。加圧および/または加熱は、マトリックス樹脂を強化繊維基材に接触させた状態で行うことができる。例えば、マトリックス樹脂の布帛、不織布またはフィルムを2枚用意し、強化繊維基材の上下両面に配置し、プレス装置により両面から加圧および/または加熱を行う方法が挙げられる。
 プリプレグの厚み23℃での厚みh0は、積層してプリフォーム化する工程での取扱い性の観点から、0.03~1mmであることが好ましく、より好ましくは0.05~0.8mmであり、さらに好ましくは0.1~0.6mmである。h0が0.03mm未満ではプリプレグが破ける場合があり、1mmを越えると賦形性が低下する場合がある。
 厚みの測定部位については、プリプレグにおいて2点X、Yを、該プリプレグの面内において直線距離XYが最も長くなるように決定する。次に該直線XYを10等分以上した際の両端XYを除く各分割点を厚みの測定点とする。各測定点における厚みの平均値をプリプレグの厚みとする。
 プリプレグは、引張強度σが高いほど、高速かつ経済性に優れた積層工程および成形工程に供することができる。プリプレグの引張強度σは、積層工程での取扱い性を確保するため、50MPa以上であることが好ましい。50MPa未満では積層時、または成形時の操作においてプリプレグが破けるなどの問題が発生する場合がある。σの上限については特に制限はないが、1000MPa以下が一般的に例示できる。
 また、プリプレグの等方性の指標として、引張強度σが、測定方向による最大引張強度σMaxと最小引張強度σMinとの関係において、σMax≦σMin×2を満たすことが好ましく、より好ましくはσMax≦σMin×1.8であり、さらに好ましくはσMax≦σMin×1.5である。σMaxとσMinの違いが小さい、すなわち、引張強度σの等方性が高いほど、積層工程での経済的負荷を削減することができる観点から好ましい。
 プリプレグの引張強度は、プリプレグから試験片を切り出し、ISO527-3法(1995)に従い引張特性を測定して求める。試験片は、プリプレグの任意の方向を0度方向とし、0度、+45度、-45度、90度方向の4方向について測定する。それぞれの方向について測定数はn=5以上とし、各方向について、それぞれ測定結果の平均値をその方向の引張強度とする。各測定方向での引張強度のうち、最大値をσMaxとし、最小値をσMinとする。
 <第三の好ましい態様 連続繊維プリプレグ>
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物の好ましい態様のひとつとして、以下のプリプレグを例示する。すなわち、第三の好ましい態様は、上述した繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物からなるプリプレグであって、強化繊維(c)は強化繊維基材であり、強化繊維基材を構成する強化繊維が実質的に連続繊維であるプリプレグである。ここで言う連続繊維とは100mm以上の繊維長さを持つ強化繊維を指す。また、「実質的に連続繊維」とは、強化繊維基材において、連続繊維の含有量が、強化繊維中の90質量%以上であることを言う。
 この態様においては、強化繊維が実質的に連続繊維であることが、極めて優れた力学特性を発現するために重要である。プリプレグを構成する強化繊維基材は、実質的に連続繊維であれば、その形態や形状に特に制限はなく、例えば、連続繊維束を一方向に引き揃えたものでも良いし、連続繊維からなる織物、いわゆる強化繊維クロスでもよい。比較的樹脂の含浸が容易で、連続生産が可能である観点から、連続繊維束を一方向に引き揃えたものが好ましい形状として例示できる。
 本発明の連続繊維を用いたプリプレグにおいて、プリプレグの取扱い性の観点から、ポリプロピレン樹脂は強化繊維に含浸していることが好ましい。その含浸率は好ましくは30~100%であり、より好ましくは40~100%であり、さらに好ましくは50~100%である。含浸率が好ましい範囲であれば、取扱い性や成形性に優れたプリプレグとなる。
 このような連続繊維プリプレグは、軽量性、高強度、弾性率および耐衝撃性が要求されるような分野、例えば自動車部材などへ特に好適に用いられる。
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物、成形材料ならびにプリプレグは、各種公知の成形法によって最終的な形状の製品に加工できる。
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物、成形材料ならびにプリプレグを用いて得られる成形品の用途としては、例えば、「パソコン、ディスプレイ、OA機器、携帯電話、携帯情報端末、ファクシミリ、コンパクトディスク、ポータブルMD、携帯用ラジオカセット、PDA(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、シャーシ、内装部材、およびそのケース」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、各種車輪用軸受、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、およびステアリング部品」、「フード、ルーフ、ドア、フェンダ、トランクリッド、サイドパネル、リアエンドパネル、アッパーバックパネル、フロントボディー、アンダーボディー、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、およびボディー部品」、「バンパー、バンパービーム、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロ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」、および「モーター部品、CNGタンク、ガソリンタンク、燃料ポンプ、エアーインテーク、インテークマニホールド、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、各種配管、各種バルブなどの燃料系、排気系、および吸気系部品」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、ICレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、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バルブ、ラジエーターモーター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、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、バッテリートレイ、ATブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、プロテクター、ホーンターミナル、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、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、スカッフプレート、フェイシャー」、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、スポイラー、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。また、電気・電子機器用部材では、強化繊維に導電性を有する炭素繊維を使用した場合に、電磁波シールド性が付与されるためにより好ましい。
 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
(各種測定方法)
 まず、参考例、実施例および比較例において用いる各種特性の測定方法について説明する。
 (1)変性ポリプロピレンの諸物性測定
 <メルトフローレート(MFR)>
 ASTM D1238に従い、2.16kg荷重の下、230℃にて測定を実施した。
 <数平均分子量(Mn)>
 数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。測定装置としてWaters社製ゲル浸透クロマトグラフAlliance GPC-2000型を用い、以下のようにして測定した。分離カラムは、TSKgel GMH6-HTを2本およびTSKgel GMH6-HTLを2本使用した。カラムサイズはいずれも直径7.5mm、長さ300mmであり、カラム温度は140℃とした。移動相としては、酸化防止剤としてBHT(武田薬品)0.025質量%を添加したo-ジクロロベンゼン(和光純薬工業)を用い、1.0ml/分で移動させた。試料濃度は15mg/10mLとし、試料注入量は500マイクロリットルとし、検出器として示差屈折計を用いた。分子量は標準ポリスチレン換算にて算出した。標準ポリスチレンは、分子量がMw<1000およびMw>4×10については東ソー社製を用い、1000≦Mw≦4×10についてはプレッシャーケミカル社製を用いた。
 なお、無水マレイン酸変性ポリプロピレンの分子量測定においては、上記のように標準ポリスチレンで求めた分子量を、汎用較正法によりPPに換算した。換算に用いた、PSおよびPPのMark-Houwink係数は、文献(J. Polym. Sci., Part A-2, 8, 1803 (1970), Makromol. Chem., 177, 213 (1976))に記載の値を用いた。
 <カルボジイミド基含有量>
 カルボジイミド変性ポリプロピレン(a)のカルボジイミド基含有量は、試料を250℃、3分で熱プレスしてシ-トを作製した後に、赤外分光光度計(日本分光製、FT-IR 410型)を用いて、透過法で該シ-トの赤外吸収スペクトルを測定し、下記の検量線に代入して求めた。測定条件は、分解能を2cm-1、積算回数を32回とした。
 あらかじめ、後述のPP1(ポリプロピレン)に、所定の濃度でカルボジライト(登録商標)HMV-8CAを溶融混合し、上記と同様にIR測定用のサンプルを作成し、検量線作成に用いた。濃度の異なるそれぞれのサンプルの赤外吸収スペクトルを測定し、カルボジイミド基に由来する2120cm-1の吸光度を、内部標準ピークとしてポリプロピレン骨格に由来する1357cm-1(C-H変角振動)の吸光度で除することにより規格化し、検量線を作成した。
 (2)炭素繊維の諸物性測定
 <炭素繊維のストランド引張強度および引張弾性率の測定>
 炭素繊維束に下記組成の樹脂を含浸させ、130℃の温度で35分間硬化させた後、JIS R7601(1986年)に基づいて引張試験を行った。6本のストランドについて測定し、平均値でストランド引張強度と引張弾性率を求めた。
 [樹脂組成](かっこ内は、メーカー等)
・3,4-エポキシシクロヘキシルメチル-3,4-エポキシシクロヘキシルカルボキシレート(ERL-4221、ユニオンカーバイド社製)・・・・・・・・・100質量部
・3フッ化ホウ素モノエチルアミン(ステラケミファ(株)製)・・・・・3質量部
・アセトン(和光純薬工業(株)製)・・・・・・・・・・・・・・・・・4質量部。
 <O/Cの測定>
 炭素繊維の表面酸素濃度比は、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求めた。まず、炭素繊維束を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、試料チャンバー中を1×10Torrに保った。X線源としてA1Kα1、2を用い、測定した。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせた。C1sピーク面積を、K.E.として1191~1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。O1sピーク面積を、K.E.として947~959eVの範囲で直線のベースラインを引くことにより求めた。O1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比としてO/Cを算出した。X線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルES-200を用い、感度補正値を1.74とした。
 (3)テルペン樹脂の諸物性測定
<テルペン樹脂の数平均分子量測定>
 テルペン樹脂の数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて測定した。GPCカラムにはポリスチレン架橋ゲルを充填したものを用いた。溶媒にクロロホルムを用い、150℃にて測定した。分子量は標準ポリスチレン換算にて算出した。
<テルペン樹脂の溶融粘度測定>
 テルペン樹脂の溶融粘度は、粘弾性測定器にて測定した。40mmのパラレルプレートを用い、0.5Hzにて、190℃にて測定した。
<テルペン樹脂のガラス転移温度測定>
 テルペン樹脂のガラス転移温度は、示差熱走査熱量測定(DSC)にて測定した。アルミニウムサンプルパンを用いて、40℃/min昇温にて測定した。
 (4)強化繊維束とテルペン樹脂の複合体の諸物性測定
<複合体空隙率>
 ASTM D2734(1997)試験法に準拠して、複合体の空隙率(%)を算出した。複合体空隙率の判定は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:0~5%未満
B:5%以上20%未満
C:20%以上40%未満
D:40%以上。
 (5)繊維強化プロピレン樹脂組成物および成形材料を用いて得られた成形品の諸物性測定
<成形品の繊維分散性評価>
 100mm×100mm×2mmの成形品を成形し、表裏それぞれの面に存在する未分散強化繊維束の個数を目視でカウントした。評価は50枚の成形品について行い、その合計個数について繊維分散性の判定を以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:未分散強化繊維束が1個以下
B:未分散強化繊維束が1個以上5個未満
C:未分散強化繊維束が5個以上10個未満
D:未分散強化繊維束が10個以上。
 <成形品の曲げ試験>
 ASTM D790(1997)に準拠し、3点曲げ試験冶具(圧子10mm、支点10mm)を用いて支持スパンを100mmに設定し、クロスヘッド速度5.3mm/分の試験条件にて曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。試験機として、“インストロン”(登録商標)万能試験機4201型(インストロン社製)を用いた。試験片は、温度23℃、50%RHに調整された恒温恒湿室に24時間放置後に特性評価試験に供した。6個の成形品について測定し、平均値で曲げ強度を求めた。曲げ強度の判定は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:150MPa以上
B:130MPa以上150MPa未満
C:100MPa以上130MPa未満
D:100MPa未満。
 <成形品の熱水浸漬および吸水率の測定>
 モールドノッチ付きアイゾット衝撃試験用の試験片(厚み3.2mm)を用意し、減圧乾燥器にて、乾燥し、乾燥質量W1(g)を測定した。精製水を満たした恒温水槽を85℃に調整し、上記の乾燥した試験片を1週間浸漬し、吸水質量W2(g)を測定した。得られたW1とW2を用い、下記式に従い吸水率(%)を算出した。
(吸水率)=(W2-W1)/W1×100
吸水率は10個の試験片について測定し、その平均値を求めた。
 <成形品のアイゾット衝撃試験>
 ASTM D256(1993)に準拠し、モールドノッチ付きアイゾット衝撃試験を行った。厚み3.2mmの試験片を用い、アイゾット衝撃強度(J/m)を測定した。試験片としては、上記<成形品の熱水浸漬および吸水率の測定>に記載の方法に従って調製した乾燥サンプルおよび吸水サンプルを用い、それぞれ10個の試験片について測定し、その平均値を算出した。アイゾット衝撃試験の判定は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:250J/m以上
B:200J/m以上250J/m未満
C:150J/m以上200J/m未満
D:150J/m未満。
 また、吸水サンプルの衝撃強度と乾燥サンプルの衝撃強度の比より、吸水時の強度保持率(%)を算出した。
(強度保持率)=(吸水サンプルの衝撃強度)/(乾燥サンプルの衝撃強度)×100
 強度保持率の判定は以下の基準で行ない、A~Bを合格とした。
A:90%以上
B:70%以上90%未満
C:50%以上70%未満
D:50%未満。
 <成形品の界面接着性評価>
 上記吸水サンプルについて、アイゾッド衝撃試験後の破断サンプルの破断面をSEM(走査型電子顕微鏡)にて観察し、強化繊維表面に樹脂成分の付着があるか否かを、任意の強化繊維を5本選択し、目視判定にておこなった。また判定は以下の基準でおこなった。
A:強化繊維表面のほぼ全ての領域(90%以上)に樹脂の付着が認められる
B:強化繊維表面の50%以上90%未満の領域に樹脂の付着が認められる
C:強化繊維表面に樹脂の付着が認められるのが50%未満である。
 (6)化合物のSP値算出方法
 各化合物のSP値は、化合物の分子式から、下記に示す式を用いて算出した。
σ(SP値)=(ΣEcoh/ΣV)1/2
 ここでEcohは凝集エネルギーのことであり、Vは分子のモル容積である。いずれの値も官能基に依存する定数として、Fedorsが提案しており、そのまま採用した。
 (7)プリプレグの諸物性測定
 <プリプレグ中の強化繊維の繊維質量含有率(Wf)>
 プリプレグの質量W1を測定したのち、該プリプレグを空気中500℃で1時間加熱し、樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量W2を測定し、次式により算出した。
・Wf(%)=100×W2/W1。
 <プリプレグに含まれる強化繊維長の評価>
 プリプレグを空気中500℃で1時間加熱し、マトリックス樹脂成分を焼き飛ばした。残った強化繊維を無作為に400本選び出し、その長さを1μm単位まで光学顕微鏡にて測定し、繊維長を測定した。さらに長さの範囲が0.25mm未満、0.25mm以上0.5mm未満、0.5mm以上0.75mm未満、というように0.25mm間隔で、強化繊維の度数をカウントし、繊維長分布を評価した。
 <プリプレグ中の強化繊維の二次元配向角の測定>
 図13に示すように、プリプレグを2枚のステンレス製メッシュ(2.5cm当たり50個のメッシュを有する平織形状)に挟み、プリプレグが動かないようにネジを調整して固定した。これを空気中500℃で1時間加熱し、樹脂成分を焼き飛ばした。ステンレス製メッシュを外し、得られた強化繊維基材を顕微鏡で観察し、無作為に強化繊維単糸(i)を1本選定し、該強化繊維単糸に交差する別の強化繊維単糸との二次元配向角を画像観察より測定した。配向角は交差する2つの強化繊維単糸とのなす2つの角度のうち、0°以上90°以下の角度(鋭角側)を採用した。選定した強化繊維単糸(i)1本あたり20個の二次元配向角を測定した。同様の測定を合計5本の強化繊維単糸を選定して行い、その平均値をもって二次元配向角とした。
 <プリプレグの厚み>
 23℃の測定条件下、プリプレグにおいて2点X、Yを直線距離XYが最も長くなるように決定し、該直線XYを10等分した際の両端XYを除く各分割点において厚みを測定し、その平均値をもってプリプレグの厚みとした。
 <プリプレグの樹脂含浸率>
 プリプレグの厚み方向断面を以下のように観察して測定した。プリプレグをエポキシ樹脂で包埋し、プリプレグの断面端部にあたる面を研磨し、プリプレグの厚み×幅500μmの範囲を、超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK-9500(コントローラー部)/VK-9510(測定部)((株)キーエンス製)を使用して拡大倍率400倍で撮影した。撮影画像において、樹脂が含浸している部位と、樹脂が含浸していない部位の面積を求め、次式により樹脂含浸率を算出した。
樹脂含浸率(%)=100×樹脂が含浸している部位の面積/(プリプレグの厚み×幅500μmの面積)。
 <プリプレグの引張強度σ、σMax、σMinの測定>
 プリプレグから試験片を切り出し、ISO527-3法(1995)に従い、引張特性を測定した。試験片は、プリプレグの任意の方向を0°方向とした場合に、0°、+45°、-45°、90°方向の4方向について、それぞれ切り出した試験片を作製した。それぞれの方向について5個ずつの試験片を測定し、平均値をその方向の引張強度とした。測定装置としては“インストロン(登録商標)”5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)を使用した。上記で測定した各方向の引張強度σのうち、最大値をσMax、最小値をσMinとした。
 (8)不連続繊維プリプレグを用いて得られた成形品の諸物性測定
<曲げ試験に用いる成形品の成形法>
 不連続繊維プリプレグを200mm×200mmに切りだして、120℃で1時間乾燥させた。このプリプレグを8枚積層し、温度200℃、圧力30MPaで5分間プレス成形し、圧力を保持したまま50℃まで冷却して厚み1.1mmの平板状の成形品を得た。
 <乾燥サンプルおよび吸水サンプルの調製>
 不連続繊維プリプレグを成形して得た成形品から、長さ50±1mm、幅25±0.2mmの曲げ試験片を切り出した。曲げ試験片を減圧乾燥器にて乾燥し、乾燥サンプルを得た。精製水を満たした恒温水槽を85℃に調整し、上記の乾燥した試験片を1週間浸漬し、吸水サンプルを得た。
 <成形品の曲げ試験>
 ASTM D790(1997)に準拠し、3点曲げ試験冶具を用いて曲げ強度を測定した。試験機として、“インストロン”(登録商標)万能試験機4201型(インストロン社製)を用いた。試験片は、上記<乾燥サンプルおよび吸水サンプルの調製>に記載の方法に従って調製した乾燥サンプルおよび吸水サンプルを用い、それぞれ10個の試験片について試験を行ない、その平均値を算出した。曲げ強度の判定は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:300MPa以上
B:270MPa以上300MPa未満
C:240MPa以上270MPa未満
D:240MPa未満。
 また、吸水サンプルの曲げ強度と乾燥サンプルの曲げ強度の比より、吸水時の強度保持率(%)を算出した。
(強度保持率)=(吸水サンプルの曲げ強度)/(乾燥サンプルの曲げ強度)×100
 強度保持率の判定は以下の基準で行ない、A~Bを合格とした。
A:95%以上
B:90%以上95%未満
C:80%以上90%未満
D:80%未満。
 (9)連続繊維プリプレグを用いて得られた成形品の諸物性測定
<0°曲げ試験に用いる成形品の成形法とサンプルの切り出し>
 連続繊維プリプレグを120℃で1時間乾燥させた。このプリプレグを30cm×30cmの金型に、強化繊維が一方向になるように引き揃えて敷き詰め、温度200℃、圧力30MPaで5分間プレス成形し、圧力を保持したまま50℃まで冷却して厚み3mmの平板状の成形品を得た。得られた一方向成形品を炭素繊維の方向と並行方向に、長さ130±1mm、幅25±0.2mmの0°曲げ試験片を切り出した。
 <乾燥サンプルおよび吸水サンプルの調製>
 上記方法により成形品から曲げ試験用の試験片を切り出し、減圧乾燥器にて乾燥し、乾燥サンプルを得た。精製水を満たした恒温水槽を85℃に調整し、上記の乾燥した試験片を1週間浸漬し、吸水サンプルを得た。
 <成形品の0°曲げ試験>
 ASTM D790(1997)に準拠し、3点曲げ試験冶具(圧子10mm、支点10mm)を用いて支持スパンを100mmに設定し、クロスヘッド速度5.3mm/分の試験条件にて曲げ強度を測定した。試験機として、“インストロン”(登録商標)万能試験機4201型(インストロン社製)を用いた。試験片は、上記<乾燥サンプルおよび吸水サンプルの調製>に記載の方法に従って調製した乾燥サンプルおよび吸水サンプルを用い、それぞれ10個の試験片について試験を行ない、その平均値を算出した。曲げ強度の判定は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:1250MPa以上
B:1150MPa以上1250MPa未満
C:1000MPa以上1150MPa未満
D:1000MPa未満。
 また、吸水サンプルの曲げ強度と乾燥サンプルの曲げ強度の比より、吸水時の強度保持率(%)を算出した。
(強度保持率)=(吸水サンプルの曲げ強度)/(乾燥サンプルの曲げ強度)×100
 強度保持率の判定は以下の基準で行ない、A~Bを合格とした。
A:95%以上
B:90%以上95%未満
C:80%以上90%未満
D:80%未満。
 (原料およびその調製)
 参考例、実施例および比較例において使用した原料を以下に示す。なお、特に断らない限りはいずれも市販品を使用した。
<ポリオレフィン>
 PP1  :ポリプロピレン(ランダムPP)
 (商品名F327、プライムポリマー社製、MFR(230℃)7g/10分)
 PP2  :ポリプロピレン(ブロックPP)
 (商品名J707G、プライムポリマー社製、MFR(230℃)30g/10分)
 PP3  :ポリプロピレン(ホモPP)
 (商品名J106G、プライムポリマー社製、MFR(230℃)15g/10分)
 <サイジング剤>
 (s)-1  :グリセロールトリグリシジルエーテル(官能基:エポキシ基、官能基数3)
 (s)-2  :ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ基、官能基数2)
        (ジャパンエポキシレジン(株)製 jER828)
 (s)-3  :酸変性ポリプロピレン(カルボキシル基、官能基数5)
        (丸芳化学(株)製 酸変性ポリプロピレンエマルション)
 (s)-4  :ポリグリセロールポリグリシジルエーテル(エポキシ基、官能基数5)
        (ナガセケムテックス(株)製 “デナコール”(登録商標)EX-521)
 (s)-5  :アミノエチル化アクリルポリマー(アミノ基、官能基数75)
       ((株)日本触媒製 “ポリメント”(登録商標)SK-1000)
 (s)-6  :ポリビニルアルコール(ヒドロキシル基、官能基数500)
      (和光純薬工業(株)製 ポリビニルアルコールMw22,000)
 (s)-7  :ポリエチレンイミン(アミノ基、官能基数28)
      (シグマ・アルドリッチ社製 ポリエチレンイミンMn1,200)
 (s)´-1 :ポリブテン(官能基なし、官能基数0)
       (日油(株)製 “エマウェット”(登録商標)200E)。
 <強化繊維>
 使用した炭素繊維は、後に示す参考例7-9に従い調製した。ガラス繊維は、
 GF-1  :ガラス繊維(日東紡績製240TEX、総単糸数 1600本)
 を使用した。
 <テルペン樹脂>
 (d)-1  :テルペン樹脂(ヤスハラケミカル(株)製“YSレジン”(登録商標)PX1250樹脂:主成分としてα-ピネンおよびβ-ピネンを用いて重合された重合体からなる樹脂)
 (d)-2  :水添テルペン樹脂(ヤスハラケミカル(株)製“クリアロン”(登録商標)P-105樹脂:主成分としてd-リモネンを用いて重合された重合体を水素添加反応された重合体からなる樹脂)。
 <エラストマー>
 (e)-1  :エチレン-α-オレフィン共重合体(住友化学(株)製CX5505)
 (e)-2  :スチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン共重合体(旭化成工業(株)製“タフテック”(登録商標)H1052)。
(カルボジイミド基と反応する基を有するポリオレフィン樹脂の製造)
 参考例1
 PP1(プライムポリマー社製、F327)100質量部に、無水マレイン酸(和光純薬社製、以下、MAHと略記)1質量部、2,5-ジメチル-2,5-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ヘキシン-3(日本油脂社製、商品名パーヘキシン(登録商標)25B)0.25質量部を混合し、二軸混練機(日本製鋼所製、TEX-30、L/D=40、真空ベント使用)を用いて、シリンダー温度220℃、スクリュ-回転数200rpm、吐出量80g/分にて押し出し、マレイン酸変性ポリプロピレン(以下、MAH-PP1と略記)を得た。得られたMAH-PP1をキシレンに溶解し、次いで得られたキシレン溶液をアセトンに注ぐことで、MAH-PP1を再沈させて精製した。無水マレイン酸のグラフト量をIRにて測定したところ0.7質量%であった。数平均分子量(Mn)はGPCにて測定したところ、Mn28,000であった。MAH-PP1について、Mn/{(100-M)×f/M}の値は、2.0である。
式中、
 f :無水マレイン酸の分子量98(g/mol)
 M :無水マレイン酸の含有量0.7(wt%)
 Mn:MAH-PP1の数平均分子量28,000
 である。
 参考例2
 参考例1におけるマレイン酸変性ポリプロピレンの製造において、MAHを0.05質量部、パーヘキシン25Bを0.02質量部とし、二軸混練機のシリンダー温度を260℃とした他は、参考例1と同様にしてマレイン酸変性ポリプロピレン(以下、MAH-PP2と略記)を得た。得られたMAH-PP2の無水マレイン酸のグラフト量をIRにて測定したところ0.03質量%であった。数平均分子量(Mn)はGPCにて測定したところ、Mn29,000であった。MAH-PP2について、Mn/{(100-M)×f/M}の値は、0.09である。
式中、
 f :無水マレイン酸の分子量98(g/mol)
 M :無水マレイン酸の含有量0.03(wt%)
 Mn:MAH-PP2の数平均分子量29,000
 である。
 参考例3
 PP3(プライムポリマー社製、J106G)100質量部、MAH 30質量部、ジクミルパーオキサイド(日本油脂社製、商品名パークミル(登録商標)D)5質量部を混合し、トルエン溶液中にて5時間の反応を行い、マレイン酸変性ポリプロピレン(以下、MAH-PP3と略記)を得た。得られたMAH-PP3の無水マレイン酸のグラフト量をIRにて測定したところ5.0質量%であった。数平均分子量(Mn)はGPCにて測定したところ、Mn18,000であった。MAH-PP3について、Mn/{(100-M)×f/M}の値は、10である。
式中、
 f :無水マレイン酸の分子量98(g/mol)
 M :無水マレイン酸の含有量5.0(wt%)
 Mn:MAH-PP2の数平均分子量18,000
 である。
 (カルボジイミド変性ポリプロピレンの製造)
 参考例4
 参考例1で製造したMAH-PP1を100質量部およびカルボジイミド基含有化合物(日清紡社製、商品名カルボジライト(登録商標)HMV-8CA、カルボジイミド基当量278、数平均分子量2500)を8.8質量部混合し、二軸混練機(日本製鋼所製、TEX-30、L/D=40、真空ベント使用)を用いてシリンダー温度250℃、スクリュ-回転数200rpm、吐出量80g/分にて押し出し、カルボジイミド変性ポリプロピレン(以下、CDI-PP1と略記)を得た。得られたCDI-PP1のMFR(230℃、2.16kg荷重)は130g/10分であった。IR分析によれば、マレイン酸ピークが消失していたことから反応率は100%であり、カルボジイミド基含有量は27mmol/100gであった。
 参考例5
 参考例4と同様に、参考例2で製造したMAH-PP2を100質量部およびカルボジイミド基含有化合物を0.25質量部混合し、二軸混練機を用いて押し出し、カルボジイミド変性ポリプロピレン(以下、CDI-PP2と略記)を得た。得られたCDI-PP2は、カルボジイミド基含有量が0.09mmol/100gであった。
 参考例6
 参考例4と同様に、参考例3で製造したMAH-PP3を100質量部およびカルボジイミド基含有化合物を150質量部混合し、二軸混練機を用いて押し出し、カルボジイミド変性ポリプロピレン(以下、CDI-PP3と略記)を得た。押し出した樹脂の様子は、ややゲル化を伴っていた。得られたCDI-PP3は、カルボジイミド基含有量が220mmol/100gであった。
 (炭素繊維の製造)
 参考例7
 ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を用いて、紡糸、焼成処理および表面酸化処理を行なうことによって、総単糸数12,000本の連続炭素繊維(以下、CF-1と略記)を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径:7μm
単位長さ当たりの質量:0.8g/m
比重:1.8
表面酸素濃度比 [O/C]:0.06
ストランド引張強度:4900MPa
引張弾性率:230GPa。
 参考例8
 ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を用いて、紡糸、焼成処理および表面酸化処理を行なうことによって、総単糸数12,000本の連続炭素繊維(以下、CF-2と略記)を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す
通りであった。
単繊維径:7μm
単位長さ当たりの質量:0.8g/m
比重:1.8
表面酸素濃度比 [O/C]:0.12
ストランド引張強度:4900MPa
引張弾性率:230GPa。
 参考例9
 ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を用いて、紡糸、焼成処理および表面酸化処理を行なうことによって、総単糸数12,000本の連続炭素繊維(以下、CF-3と略記)を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径:7μm
単位長さ当たりの質量:0.8g/m
比重:1.8
表面酸素濃度比 [O/C]:0.03
ストランド引張強度:4900MPa
引張弾性率:230GPa。
(強化繊維へのサイジング付与)
 参考例10
 サイジング剤を2質量%になるように水に溶解、または分散させたサイジング剤母液を調製し、参考例7~9で調製した強化繊維に、浸漬法によりサイジング剤を付与し、230℃で乾燥を行った。付着量は1.0質量%であった。
 (強化繊維基材の作製)
 参考例11
 参考例7で得られたCF-1をカートリッジカッターで長さ6mmにカットし、チョップド炭素繊維を得た。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質量%の分散液を作成し、この分散液と上記チョップド炭素繊維とから、図14の抄紙基材の製造装置を用いて、抄紙基材を製造した。製造装置は、分散槽としての容器下部に開口コックを有する直径1000mmの円筒形状の容器、分散槽と抄紙槽とを接続する直線状の輸送部(傾斜角30°)を備えている。分散槽の上面の開口部には撹拌機が付属し、開口部からチョップド炭素繊維および分散液(分散媒体)を投入可能である。抄紙槽は、底部に幅500mmの抄紙面を有するメッシュコンベアを備える槽であり、炭素繊維基材(抄紙基材)を運搬可能なコンベアをメッシュコンベアに接続している。抄紙は分散液中の炭素繊維濃度を0.05質量%としておこなった。抄紙により得られた炭素繊維基材は200℃の乾燥炉で30分間乾燥した。得られた炭素繊維基材(以下、基材-1と記載)の幅は500mm、目付は50g/mであった。
 参考例12
 参考例7で得られたCF-1をカートリッジカッターで長さ3mmおよび6mmにカットし、チョップド炭素繊維を得た。抄紙時に6mm長のチョップド炭素繊維と3mm長のチョップド炭素繊維を質量比で1:1に混合したチョップド炭素繊維を用いたこと以外は、参考例11と同様にして炭素繊維基材を作製した。得られた炭素繊維基材(以下、基材-2と記載)の幅は500mm、目付は50g/mであった。
 (強化繊維基材へのサイジング付与)
 参考例13
 サイジング剤を水に溶解、または分散させたサイジング剤母液を調製し、浸漬法により参考例11または参考例12で調製した強化繊維基材にサイジング剤を付与し、230℃で乾燥を行った。サイジング剤の付着量が強化繊維質量に対し1.0質量%となるようにサイジング剤母液の濃度を調整した。
 (樹脂シートの作製)
 参考例14
 参考例4に従い調製したカルボジイミド基変性ポリプロピレンCDI-PP1を10質量%および未変性ポリプロピレン(PP2)を90質量%となるように混合し、200℃、3MPaの条件でプレスし、次いで冷却することにより、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.05mmのポリプロピレン樹脂シート(以下、樹脂シート-1と記載)を作製した。
 参考例15
 参考例4に従い調製したカルボジイミド基変性ポリプロピレンCDI-PP1を5質量%および未変性ポリプロピレン(PP2)を95質量%となるように混合し、200℃、3MPaの条件でプレスし、次いで冷却することにより、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.05mmのポリプロピレン樹脂シート(以下、樹脂シート-2と記載)を作製した。
 参考例16
 参考例4に従い調製したカルボジイミド基変性ポリプロピレンCDI-PP1を20質量%および未変性ポリプロピレン(PP2)を80質量%となるように混合し、200℃、3MPaの条件でプレスし、次いで冷却することにより、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.05mmのポリプロピレン樹脂シート(以下、樹脂シート-3と記載)を作製した。
 参考例17
 参考例4に従い調製したカルボジイミド基変性ポリプロピレンCDI-PP1を30質量%および未変性ポリプロピレン(PP2)を70質量%となるように混合し、200℃、3MPaの条件でプレスし、次いで冷却することにより、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.05mmのポリプロピレン樹脂シート(以下、樹脂シート-4と記載)を作製した。
 参考例18
 参考例5に従い調製したカルボジイミド基変性ポリプロピレンCDI-PP2を10質量%および未変性ポリプロピレン(PP2)を90質量%となるように混合し、200℃、3MPaの条件でプレスし、次いで冷却することにより、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.05mmのポリプロピレン樹脂シート(以下、樹脂シート-5と記載)を作製した。
 参考例19
 参考例6に従い調製したカルボジイミド基変性ポリプロピレンCDI-PP3を10質量%および未変性ポリプロピレン(PP2)を90質量%となるように混合し、200℃、3MPaの条件でプレスし、次いで冷却することにより、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.05mmのポリプロピレン樹脂シート(以下、樹脂シート-6と記載)を作製した。
 参考例20
 参考例1に従い調製した酸変性ポリプロピレンMAH-PP1を10質量%および未変性ポリプロピレン(PP2)を90質量%となるように混合し、200℃、3MPaの条件でプレスし、次いで冷却することにより、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.05mmのポリプロピレン樹脂シート(以下、樹脂シート-7と記載)を作製した。
 参考例21
 参考例1に従い調製した酸変性ポリプロピレンMAH-PP1を20質量%および未変性ポリプロピレン(PP2)を80質量%となるように混合し、200℃、3MPaの条件でプレスし、次いで冷却することにより、長さ1000mm、幅1000mm、厚み0.05mmのポリプロピレン樹脂シート(以下、樹脂シート-8と記載)を作製した。
 (成形品の作製と評価)
 (樹脂組成物を用いた検討)
 実施例1
 多官能化合物として、(s)-1(グリセロールトリグリシジルエーテル)を用い、参考例7に従い得られたCF-1に、参考例10に従い、サイジング処理をした。得られた連続炭素繊維束を、カートリッジカッターにて長さ6.4mmにカットした。次に日本製鋼所(株)TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)を使用し、(a)成分として参考例1および参考例4に従い調製したCDI-PP1を3質量部および(b)成分としてPP2を80質量部混合し、メインホッパーから供給した。次いで、その下流のサイドホッパーから、(c)成分として、前記のカットした炭素繊維束を質量フィーダーにより20質量部となるように調整しながら供給し、バレル温度220℃、回転数150rpmで十分混練し、さらに下流の真空ベントより脱気を行った。溶融樹脂をダイス口(直径5mm)から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで切断してペレット状とした。
 用いた原料の組成から計算したペレット中のマトリックス樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量は、樹脂成分100gに対し、0.97mmolであった。
 次に押出工程で得られたペレット状の成形材料から、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:220℃、金型温度:60℃で特性評価用試験片(成形品)を成形した。
 得られた特性評価用試験片(成形品)を用いて、上記の成形品評価方法に従い、曲げ強度、乾燥サンプルのIzod衝撃強度、吸水率、吸水サンプルのIzod衝撃強度および吸水サンプルの界面接着性を評価した。評価結果を表1に示した。
 実施例2
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-2(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例3
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-3(酸変性ポリプロピレン)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例4
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-4(ポリグリセロールポリグリシジルエーテル)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例5
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-5(アミノエチル化アクリルポリマー)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例6
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-6(ポリビニルアルコール)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例7
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-7(ポリエチレンイミン)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例8
 多官能化合物として、(s)-1(グリセロールトリグリシジルエーテル)を用い、参考例8に従い得られたCF-2に、参考例10に従い、サイジング処理をした。得られた連続炭素繊維束を、カートリッジカッターにて長さ6.4mmにカットした。次に日本製鋼所(株)TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)を使用し、(a)成分として参考例1および参考例4に従い調製したCDI-PP1を3質量部および(b)成分としてPP2を80質量部混合し、メインホッパーから供給した。次いで、その下流のサイドホッパーから、(c)成分として、前記のカットした炭素繊維束を質量フィーダーにより20質量部となるように調整しながら供給し、バレル温度220℃、回転数150rpmで十分混練し、さらに下流の真空ベントより脱気を行った。溶融樹脂をダイス口(直径5mm)から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで切断してペレット状とした。
 次に押出工程で得られたペレット状の成形材料から、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:220℃、金型温度:60℃で特性評価用試験片(成形品)を成形した。
 得られた特性評価用試験片(成形品)を用いて、上記の成形品評価方法に従い、曲げ強度、乾燥サンプルのIzod衝撃強度、吸水率、吸水サンプルのIzod衝撃強度および吸水サンプルの界面接着性を評価した。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および評価結果を表1に示した。
 実施例9
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-2(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)を用いたこと以外は、実施例8と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例10
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-3(酸変性ポリプロピレン)を用いたこと以外は、実施例8と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例11
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-4(ポリグリセロールポリグリシジルエーテル)を用いたこと以外は、実施例8と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表1に記載した。
 実施例12、実施例13、実施例14、実施例15
 (a)成分としてCDI-PP1を順番にそれぞれ5質量部、10質量部、20質量部、40質量部に変更して用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表2に記載した。
 実施例16
 多官能化合物として、(s)-1(グリセロールトリグリシジルエーテル)を用い、参考例9に従い得られたCF-3に、参考例10に従い、サイジング処理をした。得られた連続炭素繊維束を、カートリッジカッターにて長さ6.4mmにカットした。次に日本製鋼所(株)TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)を使用し、(a)成分として参考例1および参考例4に従い調製したCDI-PP1を3質量部および(b)成分としてPP2を80質量部混合し、メインホッパーから供給した。次いで、その下流のサイドホッパーから、(c)成分として、前記のカットした炭素繊維束を質量フィーダーにより20質量部となるように調整しながら供給し、バレル温度220℃、回転数150rpmで十分混練し、さらに下流の真空ベントより脱気を行った。溶融樹脂をダイス口(直径5mm)から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで切断してペレット状とした。
 次に押出工程で得られたペレット状の成形材料から、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:220℃、金型温度:60℃で特性評価用試験片(成形品)を成形した。
 得られた特性評価用試験片(成形品)を用いて、上記の成形品評価方法に従い、曲げ強度、乾燥サンプルのIzod衝撃強度、吸水率、吸水サンプルのIzod衝撃強度および吸水サンプルの界面接着性を評価した。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および評価結果を表2に示した。
 実施例17
 (a)成分としてCDI-PP1の代わりに、参考例2および参考例5に従い調製したCDI-PP2を3質量部に変更して用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表2に記載した。
 実施例18
 (a)成分としてCDI-PP1の代わりに、参考例3および参考例6に従いCDI-PP3を3質量部に変更して用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表2に記載した。
 実施例19
 多官能化合物として、(s)-1(グリセロールトリグリシジルエーテル)を用い、GF-1 (ガラス繊維:日東紡績製240TEX、総単糸数 1600本)に参考例10に従い、サイジング処理をした。得られた連続ガラス繊維束を、カートリッジカッターにて長さ6.4mmにカットした。次に日本製鋼所(株)TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)を使用し、(a)成分として参考例1および参考例4に従い調製したCDI-PP1を10質量部および(b)成分としてPP2を80質量部混合し、メインホッパーから供給した。次いで、その下流のサイドホッパーから、(c)成分として、前記のカットしたガラス繊維束を質量フィーダーにより20質量部となるように調整しながら供給し、バレル温度220℃、回転数150rpmで十分混練し、さらに下流の真空ベントより脱気を行った。溶融樹脂をダイス口(直径5mm)から吐出し、得られたストランドを冷却後、カッターで切断してペレット状とした。
 次に押出工程で得られたペレット状の成形材料から、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:220℃、金型温度:60℃で特性評価用試験片(成形品)を成形した。
 得られた特性評価用試験片(成形品)を用いて上記の成形品評価方法に従い、曲げ強度、乾燥サンプルのIzod衝撃強度、吸水率、吸水サンプルのIzod衝撃強度および吸水サンプルの界面接着性を評価した。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および評価結果を表2に示した。
 比較例1
 参考例7で得られたCF-1に、サイジング剤を付着させずにそのまま使用した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表3に記載した。
 比較例2
 多官能化合物(s)-1の代わりに、サイジング剤として官能基を有さない(s)´-1(ポリブテン)を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表3に記載した。
 比較例3
 (a)成分としてCDI-PP1を10質量部に変更したこと以外は、比較例2と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表3に記載した。
 比較例4、比較例5
 (a)成分CDI-PP1の代わりに、参考例1に従い調製したMAH-PP1を3質量部あるいは10質量部に変更したこと以外は、実施例1と同様にしてペレットを得、成形評価を行なった。ペレット中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量(計算値)および特性評価結果を表3に記載した。
 <実施例1~実施例7、比較例1および比較例2の比較>
 ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用い、サイジング剤として多官能化合物を用いた実施例1~実施例7においては、力学特性に優れ、かつ吸水時でも衝撃強度の低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。
 一方、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用いても、サイジング剤を用いなかった比較例1や、官能基を有さないサイジング剤を用いた比較例2においては、力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に衝撃強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 サイジング剤の種類としては、実施例1および実施例4に示した3官能以上のエポキシ基を有する化合物、および実施例7に示したポリエチレンイミンが、特に力学特性および耐水劣化性に優れる傾向があった。
 <実施例1、実施例13~実施例16、比較例2、比較例3の比較>
 成分(a)であるカルボジイミド変性ポリプロピレンの含有量は、成分(b)と成分(c)の合計100質量部に対して、3~10質量部の範囲において、多いほど力学特性に優れる傾向があった。成分(a)の含有量が10~40質量部の範囲においては、力学特性は10質量部で極大値を取り、その後減少する傾向にあった。これは、成形品の繊維含有率の低下の影響であると考えられる。一方、耐水劣化性は、多官能化合物を用いた実施例においてはカルボジイミド基含有ポリプロピレンの質量部が多いほど吸水時の力学特性に優れる傾向があったが、官能基を有さないサイジング剤を用いた比較例2および比較例3においては、いずれも、吸水時に大幅に衝撃強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 <実施例1、実施例8、実施例16の比較>
 用いる炭素繊維の表面酸素濃度比O/Cは、0.01~0.12の範囲において、高いほど、得られた成形品が力学特性および耐水劣化性に優れる傾向があった。
 <実施例1、実施例17、実施例18の比較>
 実施例17について、CDI-PP2は、その原料であるMAH-PP2のMn/{(100-M)×f/M}の値が、0.09と低いために、カルボジイミド基含有量が0.09mmol/100gと低かった。実施例1と比較すると得られた成形品の力学特性には若干劣っていたが、吸水時の衝撃強度低下は少なく、耐水劣化性を有していた。
 実施例18について、CDI-PP3は、その原料であるMAH-PP3のMn/{(100-M)×f/M}の値が、10と高く、ゲル化をできるだけ抑制するためにカルボジイミド基含有化合物量を調整して製造したが、ややゲル化を伴うなど製造困難であった。また、実施例1と比較すると得られた成形品の力学特性には若干劣っていたが、吸水時の衝撃強度低下はほとんどなく、優れた耐水劣化性を有していた。
 <実施例1、実施例13、比較例4、比較例5の比較>
 サイジング剤として多官能化合物を用いたが、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用いず、代わりにマレイン酸変性ポリプロピレンを用いた比較例4および比較例5においては、曲げ強度、乾燥時の衝撃強度などの力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に衝撃強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 以上のように、実施例1~実施例19においては、力学特性に優れ、なおかつ吸水時でも強度低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。一方、比較例1~5においては、力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に衝撃強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 (芯鞘長繊維ペレット状の成形材料を用いた検討)
 実施例20
 130℃加熱されたロール上に、(d)テルペン樹脂として(d)-1テルペン樹脂を加熱溶融した液体の被膜を形成させた。ロール上に一定した厚みの被膜を形成するためキスコーターを用いた。このロール上を、参考例7に従い得られたCF-1に、参考例10に従い多官能化合物として、(s)-1(グリセロールトリグリシジルエーテル)を用いてサイジング処理をした連続炭素繊維束を接触させながら通過させて、連続炭素繊維束に(d)-1を、成分(b)と成分(c)の合計100質量部に対して1.0質量部となるように付着させた。次に、成分(d)が付着した連続炭素繊維束を、180℃に加熱された、ベアリングで自由に回転する、一直線上に配置された10本の直径50mmのロールの上下を、交互に通過させた。この操作により、(d)テルペン樹脂を繊維束の内部まで含浸させ、複合体を形成した。
 この連続した複合体を、日本製鋼所(株)TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)の先端に設置された電線被覆法用のコーティングダイ中に通し、押出機からダイ内に230℃で溶融させたポリプロピレン樹脂混合物((a)成分として参考例1および参考例4に従い調製したCDI-PP1を8質量部および(b)成分としてPP2を80質量部混合したもの)を吐出させて、前記複合体の周囲を被覆するように連続的に配置した。この際、サイジング処理をした炭素繊維束の含有率が、成分(b)と成分(c)の合計100質量部に対して20質量部(サイジング剤含む)になるようにプロピレン樹脂混合物量を調整した。得られた成形材料を冷却後、カッターで切断してペレット状の成形材料とした。
 用いた原料の組成から計算した成形材料中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量は、マトリックス樹脂成分100gに対し、2.42mmolであった。
 次に得られたペレット状の成形材料から、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:220℃、金型温度:60℃で特性評価用試験片(成形品)を成形した。
 得られた特性評価用試験片(成形品)を用いて、上記の成形品評価方法に従い、繊維分散性、曲げ強度、乾燥サンプルのIzod衝撃強度、吸水率、吸水サンプルのIzod衝撃強度および吸水サンプルの界面接着性を評価した。評価結果を表4に示した。
 実施例21
 (d)テルペン樹脂を3.0質量部に変更した以外は実施例20と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表4に記載した。
 実施例22
 (d)テルペン樹脂を5.0質量部に変更した以外は実施例20と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表4に記載した。
 実施例23
 (d)テルペン樹脂を10.0質量部に変更した以外は実施例20と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表4に記載した。
 実施例24
 (d)テルペン樹脂として(d)-1の代わりに(d)-2水添テルペン樹脂を用いた以外は実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表4に記載した。
 実施例25
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-2(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表4に記載した。
 実施例26
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-3(酸変性ポリプロピレン)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表4に記載した。
 実施例27
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-4(ポリグリセロールポリグリシジルエーテル)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表4に記載した。
 実施例28
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-7(ポリエチレンイミン)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表4に記載した。
 実施例29
 (c)強化繊維として、CF-1の代わりに参考例8に従い得られたCF-2を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表5に記載した。
 実施例30
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-4を用い、(c)強化繊維として、CF-1の代わりに参考例8に従い得られたCF-2を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表5に記載した。
 実施例31
 (e)エラストマーとして、(e)-1(エチレン-α-オレフィン共重合体)を10質量部用い、ポリプロピレン樹脂混合物に加えて吐出し、複合体の周囲を被覆するように連続的に配置した以外は実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価をおこなった。特性評価結果を表5に記載した。
 実施例32
 (e)エラストマーとして、(e)-2(スチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン共重合体)を10質量部用い、ポリプロピレン樹脂混合物に加えて吐出し、複合体の周囲を被覆するように連続的に配置した以外は実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価をおこなった。特性評価結果を表5に記載した。
 実施例33
 (a)成分としてCDI-PP1を4質量部に変更した以外は実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表5に記載した。
 実施例34
 (a)成分としてCDI-PP1を16質量部に変更した以外は実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表5に記載した。
 実施例35
 (a)成分としてCDI-PP1を24質量部に変更した以外は実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表5に記載した。
 実施例36
 (c)強化繊維として、CF-1の代わりに参考例9に従い得られたCF-3を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表5に記載した。
 実施例37
 (a)成分としてCDI-PP1の代わりに、参考例2および参考例5に従い調製したCDI-PP2を8質量部用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表6に記載した。
 実施例38
 (a)成分としてCDI-PP1の代わりに、参考例3および参考例6に従い調製したCDI-PP3を8質量部用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表6に記載した。
 実施例39
 (c)強化繊維として、CF-1の代わりにGF-1 (ガラス繊維:日東紡績製240TEX、総単糸数 1600本)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表6に記載した。
 実施例40
 テルペン樹脂を添加せず、参考例7に従い得られたCF-1に、参考例10に従い多官能化合物として、(s)-2を用いてサイジング処理をした連続炭素繊維束をそのまま、日本製鋼所(株)TEX-30α型2軸押出機(スクリュー直径30mm、L/D=32)の先端に設置された電線被覆法用のコーティングダイ中に通し、押出機からダイ内に230℃に溶融させたポリプロピレン樹脂混合物((a)成分として参考例1および参考例4に従い調製したCDI-PP1を8質量部および(b)成分としてPP2を80質量部混合したもの)を吐出させて、複合体の周囲を被覆するように連続的に配置した。この際、サイジング処理をした炭素繊維束の含有率が、成分(b)と成分(c)の合計100質量部に対して20質量部(サイジング含む)になるようにプロピレン樹脂混合物量を調整した。得られた成形材料を冷却後、カッターで切断してペレット状の成形材料とした。
 次に得られたペレット状の成形材料から、日本製鋼所(株)製J350EIII型射出成形機を用いて、シリンダー温度:220℃、金型温度:60℃で特性評価用試験片(成形品)を成形した。
 用いた原料の組成から計算した成形材料中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量は、マトリックス樹脂成分100gに対し、2.45mmolであった。
 得られた特性評価用試験片(成形品)を用いて、上記の成形品評価方法に従い、繊維分散性、曲げ強度、乾燥サンプルのIzod衝撃強度、吸水率、吸水サンプルのIzod衝撃強度および吸水サンプルの界面接着性を評価した。評価結果を表6に示した。
 比較例6
 参考例7で得られたCF-1を、サイジング剤を付着させずに20質量部用い、(d)テルペン樹脂として(d)-1を5.0質量部、(a)成分としてCDI-PP1を8質量部、(b)成分としてPP2を80質量部用いた以外は、実施例22と同様に成形材料の製造を試みたが、成形材料作製時に炭素繊維が毛羽立ち、ペレット状の成形材料を得ることができなかった。成形評価を試みたが、成形機内へのフィード性が不十分であり、安定して成形品を得ることができなかった。
 比較例7
 多官能化合物(s)-1の代わりに、サイジング剤として官能基を有さない(s)´-1(ポリブテン)を用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表6に記載した。
 比較例8
 (a)成分としてCDI-PP1を16質量部に変更した以外は、比較例7と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表6に記載した。
 比較例9
 (a)成分CDI-PP1の代わりに、参考例1に従い調製したMAH-PP1を8質量部用いたこと以外は、実施例22と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表6に記載した。
 比較例10
 参考例1に従い調製したMAH-PP1を16質量部に変更して用いた以外は比較例9と同様にして成形材料を得、成形評価を行なった。特性評価結果を表6に記載した。
 <実施例20~実施例40、比較例1の比較>
 ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用い、サイジング剤として多官能化合物を用い、さらにテルペン樹脂を用いた実施例20~実施例39においては、成形材料(長繊維ペレット)は取扱い性に優れ、また該成形材料を用いることで繊維分散性に優れ、かつ力学特性に優れ、吸水時でも衝撃強度の低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。また、実施例40では成形品の耐水劣化性は高いものの、繊維分散性が低かった。芯鞘長繊維ペレット状の成形材料に高い繊維分散性を与えるためには、テルペン樹脂を用いることが好ましいと考えられる。一方、比較例6においては、炭素繊維束にサイジング剤を付着させておらず、成形材料(長繊維ペレット)作製が不可能であった。
 テルペン樹脂の配合量としては、成分(b)と成分(c)の合計100質量部に対して1~5質量部の範囲においては配合量が多いほど強化繊維の分散性に優れた。
 <実施例22、実施例25~実施例28、比較例7および比較例8の比較>
 テルペン樹脂の配合量を成分(b)と成分(c)の合計100質量部に対して5質量部に固定して比較すると、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用い、サイジングとして多官能化合物を用いた実施例22および実施例25~実施例28においては、繊維分散性および力学特性に優れ、かつ吸水時でも衝撃強度の低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。一方、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用いても、官能基を有さないサイジング剤を用いた比較例7および比較例8においては、繊維分散性および力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に衝撃強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 サイジング剤の種類としては、実施例22および実施例27に示した3官能以上のエポキシ基を有する化合物、および実施例28に示したポリエチレンイミンが、特に力学特性および耐水劣化性に優れる傾向があった。
 <実施例22、実施例29、実施例36の比較>
 用いる炭素繊維の表面酸素濃度比O/Cは、0.01~0.12の範囲において、高いほど、得られた成形品が力学特性および耐水劣化性に優れる傾向があった。
 <実施例22、実施例37、実施例38の比較>
 実施例37について、CDI-PP2は、その原料であるMAH-PP2のMn/{(100-M)×f/M}の値が、0.09と低いために、カルボジイミド基含有量が0.09mmol/100gと低かった。実施例22と比較すると得られた成形品の力学特性には若干劣っていたが、吸水時の衝撃強度低下は少なく、耐水劣化性を有していた。
 実施例38について、CDI-PP3は、その原料であるMAH-PP3のMn/{(100-M)×f/M}の値が、10と高く、ゲル化をできるだけ抑制するためにカルボジイミド基含有化合物量を調整して製造したが、ややゲル化を伴うなど製造困難であった。また、実施例22と比較すると得られた成形品の力学特性には若干劣っていたが、吸水時の衝撃強度低下はほとんどなく、優れた耐水劣化性を有していた。
 <実施例22、実施例34、比較例9、比較例10の比較>
 サイジング剤として多官能化合物を用いたが、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用いず、代わりにマレイン酸変性ポリプロピレンを用いた比較例9および比較例10においては、繊維分散性、曲げ強度、乾燥時の衝撃強度などの力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に衝撃強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 以上のように、実施例20~実施例39においては、成形材料(長繊維ペレット)は取扱い性に優れ、また該成形材料を用いることで繊維分散性に優れ、かつ力学特性に優れ、吸水時でも衝撃強度の低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 (不連続繊維プリプレグおよび成形品の作製と評価)
 実施例41
 参考例11で得られた基材-1に、参考例13の方法に従い、サイジング剤として多官能化合物(s)-1を付与した。サイジング剤を付与した炭素繊維基材を1枚と、参考例14で得られた樹脂シート-1を2枚用い、樹脂シート/炭素繊維基材/樹脂シートとなるように積層し、230℃の温度で5MPaの圧力を2分間かけ、炭素繊維基材にマトリックス樹脂が含浸した幅500mm、長さ500mmのプリプレグを作製した。炭素繊維基材および樹脂シートの使用量は、強化繊維質量含有率が32.5%となるように調整した。用いた原料の組成から計算したプリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量は、マトリックス樹脂成分100gに対し、2.69mmolであった。
 得られたプリプレグについて、上記のプリプレグ評価方法に従い、強化繊維の繊維長割合、繊維長分布、二次元配向角、23℃における厚み、樹脂含浸率、引張強度σを評価した。評価結果を表7に示した。
 次に得られたプリプレグを上記<曲げ試験に用いる成形品の成形法>に従いプレス成形し、平板状の成形品を得た。得られた成形品について、上記の成形品評価方法に従い、乾燥サンプルの曲げ強度および吸水サンプルの曲げ強度を評価した。評価結果を表7に示した。
 実施例42
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-2(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表7に記載した。
 実施例43
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-3(酸変性ポリプロピレン)を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表7に記載した。
 実施例44
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-4(ポリグリセロールポリグリシジルエーテル)を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表7に記載した。
 実施例45
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-5(アミノエチル化アクリルポリマー)を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表7に記載した。
 実施例46
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-6(ポリビニルアルコール)を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表7に記載した。
 実施例47
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-7(ポリエチレンイミン)を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表7に記載した。
 実施例48
 樹脂シートとして、樹脂シート-1の代わりに参考例15に従い調製した樹脂シート-2を用い、炭素繊維基材および樹脂シートの使用量を強化繊維質量含有率が33.7%となるように調整したこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。プリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量および特性評価結果を表7に記載した。
 実施例49
 樹脂シートとして、樹脂シート-1の代わりに参考例16に従い調製した樹脂シート-3を用い、炭素繊維基材および樹脂シートの使用量を強化繊維質量含有率が30.0%となるように調整したこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。プリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量および特性評価結果を表7に記載した。
 実施例50
 樹脂シートとして、樹脂シート-1の代わりに参考例17に従い調製した樹脂シート-4を用い、炭素繊維基材および樹脂シートの使用量を強化繊維質量含有率が27.3%となるように調整したこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。プリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量および特性評価結果を表7に記載した。
 実施例51
 樹脂シートとして、樹脂シート-1の代わりに参考例18に従い調製した樹脂シート-5を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。プリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量および特性評価結果を表8に記載した。
 実施例52
 樹脂シートとして、樹脂シート-1の代わりに参考例19に従い調製した樹脂シート-6を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。プリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量および特性評価結果を表8に記載した。
 実施例53
 強化繊維基材として、基材-1の代わりに参考例12に従い調製した基材-2を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。プリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量および特性評価結果を表8に記載した。
 比較例11
 参考例11で得られた基材-1を、サイジング剤を付着させずにそのまま使用し、炭素繊維基材および樹脂シートの使用量を強化繊維質量含有率が32.6%となるように調整したこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。プリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量および特性評価結果を表8に記載した。
 比較例12
 多官能化合物(s)-1の代わりに、サイジング剤として官能基を有さない(s)´-1(ポリブテン)を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表8に記載した。
 比較例13
 樹脂シートとして、樹脂シート-1の代わりに参考例16に従い調製した樹脂シート-3を用い、炭素繊維基材および樹脂シートの使用量を強化繊維質量含有率が30.0%となるように調整したこと以外は、比較例12と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表8に記載した。
 比較例14
 樹脂シートとして、樹脂シート-1の代わりに参考例20に従い調製した樹脂シート-7を用いたこと以外は、実施例41と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。プリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量および特性評価結果を表8に記載した。
 比較例15
 樹脂シートとして、樹脂シート-1の代わりに参考例21に従い調製した樹脂シート-8を用い、炭素繊維基材および樹脂シートの使用量を強化繊維質量含有率が30.0%となるように調整したこと以外は、比較例14と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表8に記載した。
 <実施例41~実施例47、比較例11および比較例12の比較>
 ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用い、サイジング剤として多官能化合物を用いた実施例41~実施例47においては、力学特性に優れ、かつ吸水時でも曲げ強度の低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。一方、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用いても、サイジング剤を用いなかった比較例11や、官能基を有さないサイジング剤を用いた比較例12においては、力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に曲げ強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 サイジング剤の種類としては、実施例41および実施例44に示した3官能以上のエポキシ基を有する化合物、および実施例47に示したポリエチレンイミンが、特に力学特性および耐水劣化性に優れる傾向があった。
 <実施例41、実施例51、実施例52の比較>
 実施例51について、CDI-PP2は、その原料であるMAH-PP2のMn/{(100-M)×f/M}の値が、0.09と低いために、カルボジイミド基含有量が0.09mmol/100gと低く、実施例41と比較すると得られた成形品の力学特性には若干劣っていたが、吸水時の曲げ強度の低下は少なく、耐水劣化性を有していた。
 実施例52について、CDI-PP3は、その原料であるMAH-PP3のMn/{(100-M)×f/M}の値が、10と高く、ゲル化をできるだけ抑制するためにカルボジイミド基含有化合物量を調整して製造したが、ややゲル化を伴うなど製造困難であった。また、実施例41と比較すると得られた成形品の力学特性には若干劣っていたが、吸水時の曲げ強度の低下はほとんどなく、優れた耐水劣化性を有していた。
 <実施例41、実施例49、比較例14、比較例15の比較>
 サイジング剤として多官能化合物を用いたが、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用いず、代わりにマレイン酸変性ポリプロピレンを用いた比較例14および比較例15においては、力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に曲げ強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 以上のように、実施例41~実施例53においては、力学特性に極めて優れ、なおかつ吸水時でも強度低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。一方、比較例11~15においては、力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に曲げ強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
(連続繊維プリプレグおよび成形品の作製と評価)
 実施例54
 単軸押出機の先端部分に、連続した強化繊維束が通過可能な波状に加工したクロスヘッドダイを装着した。次いで、参考例7に従い得られたCF-1に、参考例10に従い、多官能化合物として、(s)-1(グリセロールトリグリシジルエーテル)を用いてサイジング処理をした連続炭素繊維束を、5m/分の速度でクロスヘッドダイに通して引きながら、押出機からダイ内に230℃に溶融させたポリプロピレン樹脂混合物((a)成分として参考例1および参考例4に従い調製したCDI-PP1を4.7質量部および(b)成分としてPP2を47.1質量部混合したもの)を吐出させて、連続繊維束に樹脂混合物を付着させ、さらに230℃に加熱しながらローラーでしごいて樹脂混合物を連続繊維束に含浸させた。溶融含浸物を60℃のニップローラーで冷却後巻き取り、一方向に引き揃えられた連続繊維束を含むテープ状のプリプレグを作成した。この際、プリプレグ中の炭素繊維の質量含有率が50.3%となるようにプロピレン樹脂混合物の供給量を調整した。
 用いた原料の組成から計算したプリプレグ中の樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量は、マトリックス樹脂成分100gに対し、2.42mmolであった。得られたプリプレグについて、樹脂含浸率を評価した。評価結果を表9に示した。
 次に得られたテープ状のプリプレグを30cmの長さに切り、30cm×30cmの金型に、プリプレグ中の炭素繊維が一方向になるように引き揃えて敷き詰め、温度200℃、圧力30MPaで5分間プレス成形し、圧力を保持したまま50℃まで冷却して厚み3mmの平板状の成形品を得た。得られた成形品について、上記の成形品評価方法に従い、乾燥サンプルの曲げ強度および吸水サンプルの曲げ強度を評価した。評価結果を表9に示した。
 実施例55
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-2(ビスフェノールA型エポキシ樹脂)を用いたこと以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表9に記載した。
 実施例56
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-3(酸変性ポリプロピレン)を用いたこと以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表9に記載した。
 実施例57
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-4(ポリグリセロールポリグリシジルエーテル)を用いたこと以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表9に記載した。
 実施例58
 多官能化合物として(s)-1の代わりに(s)-7(ポリエチレンイミン)を用いたこと以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表9に記載した。
 実施例59
 (a)成分としてCDI-PP1を2.4質量部、(b)成分としてPP2を48.2質量部に変更した以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表9に記載した。
 実施例60
 (a)成分としてCDI-PP1を9.0質量部、(b)成分としてPP2を44.9質量部に変更した以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表9に記載した。
 実施例61
 (a)成分としてCDI-PP1の代わりに、参考例2および参考例5に従い調製したCDI-PP2を4.7質量部用いたこと以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表9に記載した。
 実施例62
 (a)成分としてCDI-PP1の代わりに、参考例3および参考例6に従い調製したCDI-PP3を4.7質量部用いたこと以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表9に記載した。
 比較例16
 参考例7で得られたCF-1に、サイジング剤を付着させずにそのまま使用し、(a)成分としてCDI-PP1を4.7質量部、(b)成分としてPP2を47.3質量部用いた以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表10に記載した。
 比較例17
 多官能化合物(s)-1の代わりに、サイジング剤として官能基を有さない(s)´-1(ポリブテン)を用いたこと以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表10に記載した。
 比較例18
 (a)成分としてCDI-PP1を9.0質量部、(b)成分としてPP2を44.9質量部に変更した以外は、比較例17と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表10に記載した。
 比較例19
 (a)成分CDI-PP1の代わりに、参考例1に従い調製したMAH-PP1を4.7質量部用いたこと以外は、実施例54と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表10に記載した。
 比較例20
 MAH-PP1を9.0質量部、(b)成分としてPP2を44.9質量部に変更した以外は、比較例19と同様にしてプリプレグを得、成形評価を行なった。特性評価結果を表10に記載した。
 <実施例54~実施例58、比較例16および比較例17の比較>
 ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用い、サイジング剤として多官能化合物を用いた実施例54~実施例58においては、力学特性に極めて優れ、かつ吸水時でも曲げ強度の低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。一方、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用いても、サイジング剤を用いなかった比較例16や、官能基を有さないサイジング剤を用いた比較例17においては、力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に曲げ強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 サイジング剤の種類としては、実施例54および実施例57に示した3官能以上のエポキシ基を有する化合物、および実施例58に示したポリエチレンイミンが、特に力学特性および耐水劣化性に優れる傾向があった。
 <実施例54、実施例61、実施例62の比較>
 実施例61について、CDI-PP2は、その原料であるMAH-PP2のMn/{(100-M)×f/M}の値が、0.09と低いため、カルボジイミド基含有量が0.09mmol/100gと低く、実施例54と比較すると得られた成形品の力学特性には若干劣っていたが、吸水時の曲げ強度の低下は少なく、耐水劣化性を有していた。
 実施例62について、CDI-PP3は、その原料であるMAH-PP3のMn/{(100-M)×f/M}の値が、10と高く、ゲル化をできるだけ抑制するためにカルボジイミド基含有化合物量を調整して製造したが、ややゲル化を伴うなど製造困難であった。また、実施例54と比較すると得られた成形品の力学特性には若干劣っていたが、吸水時の曲げ強度の低下はほとんどなく、優れた耐水劣化性を有していた。
 <実施例54、実施例60、比較例19、比較例20の比較>
 サイジング剤として多官能化合物を用いたが、ポリカルボジイミド変性ポリプロピレンを用いず、代わりにマレイン酸変性ポリプロピレンを用いた比較例19および比較例20においては、力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に曲げ強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
 以上のように、実施例54~実施例62においては、力学特性に極めて優れ、なおかつ吸水時でも強度低下が少なく、耐水劣化性を有する成形品を得ることができた。一方、比較例16~20においては、力学特性に優れた成形品を得ることができるものの、吸水時に大幅に曲げ強度が低下し、耐水劣化性を有する成形品は得られなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 本発明の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物は、成形性に優れ、強化繊維とプロピレン樹脂との界面接着性が良好であるため、曲げ特性や耐衝撃特性に優れ、かつ、吸水時にも衝撃強度の低下が少ない繊維強化樹脂熱可塑成形品を得ることが可能である。また、本発明の成形材料は、上記の曲げ特性や耐衝撃特性、耐吸水劣化性に加えて、成形時の繊維分散性に優れる。さらに、本発明のプリプレグの第一の形態は、成形品の高い力学特性、耐吸水劣化性に加え、強化繊維が不連続繊維であるため、プレス成形を行う際に3次元形状などの複雑形状に成形が可能である。本発明のプリプレグの第二の形態は、強化繊維が実質的に連続繊維であるため、成形品の耐水劣化性に加え、曲げ特性などの力学特性に極めて優れる。
 本発明の樹脂組成物、成形材料およびプリプレグは、プロピレン樹脂を用いているため、軽量性に優れた成形品を得ることができる。これらを単独で、もしくは必要に応じて組み合わせて使用することにより、耐水劣化性に優れた複雑形状の部材を、要求性能に合わせて設計および製造することができる。本発明の樹脂組成物、成形材料およびプリプレグは、電気・電子機器、OA機器、家電機器、ロボット、二輪車または自動車の部品、内部部材、航空機の部材、部品および筐体などの幅広い産業分野に適用できる。
 1. 多官能化合物(s)によりサイジング処理された(c)強化繊維
 2. テルペン樹脂(d)
 3. 多官能化合物(s)によりサイジング処理された(c)強化繊維と(d)テルペン樹脂からなる複合体
 4. カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)、ポリプロピレン樹脂(b)からなるポリプロピレン樹脂成分
 5. 強化繊維単糸(i)
 6. 強化繊維単糸(j)
 7. 強化繊維単糸(j)
 8. 強化繊維単糸(j)
 9. 強化繊維単糸(j)
 10.強化繊維単糸(j)
 11.強化繊維単糸(j)
 12.二次元配向角
 13.ステンレスメッシュ
 14.プリプレグ
 15.強化繊維基材
 16.分散媒体
 17.攪拌機
 18.チョップド強化繊維
 19.分散槽
 20.開口コック
 21.抄造槽
 22.メッシュコンベア
 23.コンベア
 24.強化繊維基材
 t。 プリプレグ厚み方向
 *1.樹脂焼き飛ばし
 *2.吸引

Claims (15)

  1.  カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)、ポリプロピレン樹脂(b)および強化繊維(c)を含有し、かつ、前記強化繊維(c)が多官能化合物(s)によりサイジング処理されている繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物であって、以下の条件(I)または(II)を満たす繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物:
    (I) 繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物中のマトリックス樹脂成分に含まれるカルボジイミド基の含有量が、マトリックス樹脂成分100gに対し、0.0005~140mmolである;
    (II) 成分(b)と成分(c)の合計を100質量部として、成分(a)を0.01~50質量部、成分(b)を20~99質量部、成分(c)を1~80質量部含有する。
  2.  前記カルボジイミド変性ポリオレフィン(a)100gに含まれるカルボジイミド基の含有量が1~200mmolである、請求項1に記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
  3.  強化繊維(c)が炭素繊維である、請求項1~2のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
  4.  前記多官能化合物(s)における官能基が、エポキシ基、カルボキシル基、アミノ基およびヒドロキシル基から選択される少なくとも1種である、請求項1~3のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
  5.  前記多官能化合物(s)が、脂肪族エポキシ樹脂である、請求項1~4のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
  6.  前記多官能化合物(s)が、ポリエチレンイミンである、請求項1~5のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
  7.  前記炭素繊維のX線光電子分光法で測定される表面酸素濃度比O/Cが0.05~0.5である、請求項3に記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物。
  8.  請求項1~7に記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物を含む成形材料であって、成分(a)、成分(b)、成分(c)および成分(s)に加えて、テルペン樹脂(d)をさらに含有し、成分(c)および成分(d)を含有する複合体に、成分(a)および成分(b)を含有するポリプロピレン樹脂成分が接着しており、成分(d)のSP値が6.5~9であり、かつ、成分(d)のSP値が成分(s)のSP値よりも低い成形材料。
  9.  前記成分(d)が、α-ピネン、β-ピネン、ジペンテンおよびd-リモネンから選択される単量体単位を含む重合体および該重合体が水素添加処理された水素化テルペン樹脂から選ばれた樹脂である、請求項8に記載の成形材料。
  10.  前記複合体が芯構造であり、少なくとも成前記成分(a)および成分(b)を含有するポリプロピレン樹脂成分が該複合体の周囲を被覆した芯鞘構造である、請求項9に記載の成形材料。
  11.  請求項1~請求項7のいずれかに記載の繊維強化ポリプロピレン樹脂組成物からなるプリプレグであって、強化繊維(c)が強化繊維基材であるプリプレグ。
  12.  プリプレグはシート状であり、強化繊維基材を構成する強化繊維が不連続繊維である請求項11に記載のプリプレグ。
  13.  前記強化繊維基材が、繊維長10mmを越える強化繊維が0~50質量%、繊維長2~10mmの強化繊維が50~100質量%、および、繊維長2mm未満の強化繊維が0~50質量%から構成されており、強化繊維基材を構成する強化繊維の二次元配向角の平均値が10~80度である、請求項12に記載のプリプレグ。
  14.  強化繊維基材を構成する強化繊維が実質的に連続繊維である請求項11に記載のプリプレグ。
  15.  強化繊維基材を構成する強化繊維が、一方向に引き揃えられている、請求項14に記載のプリプレグ。
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