(57)【要約】本発明の目的は、熱可塑性樹脂をマトリックスとし、導電性繊維で補強された複合材料の製造方法を提供することにある。本発明の目的は、空隙率が小さく、曲げ強度、曲げ弾性率などの機械特性の良好な複合材料を製造する方法を提供することにある。  本発明は、（１）導電性繊維に熱可塑性樹脂を付着させる工程（Ａ）および（２）該繊維にマイクロ波を照射し発熱させ、該繊維中に該樹脂を含浸させる工程（Ｂ）を含む、導電性繊維に熱可塑性樹脂が含浸した複合材料の製造方法である。
2008056755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）導電性繊維に熱可塑性樹脂を付着させる工程（Ａ）および
（２）該繊維にマイクロ波を照射し発熱させ、該繊維中に該樹脂を含浸させる工程（Ｂ）を含む、導電性繊維に熱可塑性樹脂が含浸した複合材料の製造方法。
【請求項２】
工程（Ａ）において、溶融状もしくは粉末状の熱可塑性樹脂を付着させる請求項１記載の方法。
【請求項３】
工程（Ｂ）において、外部加熱手段を併用して該樹脂を含浸させる請求項１記載の方法。
【請求項４】
工程（Ａ）の前に、導電性繊維を開繊する工程（Ｆ−１）を含む請求項１記載の方法。
【請求項５】
工程（Ａ）の前に、導電性繊維にマイクロ波を照射し該繊維を加熱する工程（Ｆ−２）を含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
工程（Ｂ）の後、該樹脂を加圧する工程（Ｄ）を含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
工程（Ｂ）の後、溶融させた樹脂を冷却固化させる工程（工程Ｃ）を含む請求項１記載の方法。
【請求項８】
導電性繊維が炭素繊維である請求項１記載の方法。
【請求項９】
導電性繊維は、ストランド、一方向（ＵＤ）シート、織物および不織布からなる群より選ばれる形態を有する請求項１記載の方法。
【請求項１０】
熱可塑性樹脂が、芳香族ポリカーボネート樹脂である請求項１記載の方法。
【請求項１１】
芳香族ポリカーボネート樹脂のメルトボリュームレート（ＭＶＲ値）が７０ｃｍ３／１０分以下である請求項９記載の方法。
【請求項１２】
導電性繊維および熱可塑性樹脂を含有し、空隙率が２．６％以下の複合材料。
【請求項１３】
導電性繊維は実質的に切れ目がない請求項１２記載の複合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料およびその製造方法に関する。本発明は、マイクロ波による加熱で樹脂を繊維に含浸させ、強度に優れた複合材料を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性樹脂をマトリックスとする繊維強化複合材料（以下“ＦＲＴＰ”と称する場合がある）は広く知られている。ＦＲＴＰは、通常、分散ペレット、一方向ペレット、単一ストランド、一方向シート（ＵＤシート）、織物または不織布の形態の強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグである。プリプレグは、射出成形、プレス成形、インモールド成形またはフィラメントワインディング成形などにより、構造部材、各種部品などに加工される。
しかし、ＦＲＴＰを製造するには以下の点に留意する必要がある。即ち、熱可塑性樹脂は、一般的に高粘度であるため繊維への付着量は多くかつ不均一になりやすく、熱可塑性樹脂を繊維の一本一本へ含浸させるのは難しい。また、熱可塑性樹脂の加熱により生成したガスが外部に散逸しにくく、繊維と樹脂との密着性が不十分となりやすい。
図５に外部加熱を用いた溶融法による連続繊維の含浸装置の一例を示す（カッコ内の数値は図５中の符号を示す）。この装置は、溶融された熱可塑性樹脂（１２）が収容された槽（１１）を有し、連続繊維束（１）を槽（１１）に浸漬して連続繊維束（１）に溶融樹脂（１２）を含浸させるように構成されている。その際、ピンチローラー（１４）によって加熱（外部加熱）することにより熱可塑性樹脂の粘度を低下させ、繊維束に熱可塑性樹脂が含浸しやすいようにしている。
この方法において繊維近傍の樹脂の粘度を下げ、繊維との密着性を上げるためには、繊維近傍の樹脂の温度を上げる必要がある。しかしこの方法では、熱は樹脂→樹脂と繊維との界面→繊維という順で伝播されるため、界面の温度を上げるためには樹脂全体の温度を上げる必要があり、結果として樹脂全体を高温に曝す事になり樹脂全体を熱劣化させる。
また、樹脂と繊維との密着性を向上させ、ＦＲＴＰの機械特性を改良する方法について種々の提案がされている。例えば下記のものが例示される。
特許文献１には、繊維束を溶剤中で曲面に沿わせて張力を掛けながら連続的に引き取り、該繊維束を押し拡げる工程と、かかる押し拡げられた繊維束を乾燥する工程と、乾燥した繊維束列に溶融樹脂を含浸させる工程とからなるプリプレグシートの連続製造方法が提案されている。かかる方法は溶剤残留の問題を解決すると共に、乾式法で行う際の繊維束の押し拡げの不十分さを解決するものである。しかし、この方法は、樹脂と繊維との量比のコントロールが難しく、十分な密着性が得られるとはいい難い。
特許文献２には、一方向に平行に拡開されたシート状連続炭素繊維に、マトリックス樹脂とは異なり、かつマトリックス樹脂と相容性を有する樹脂の溶液を含浸させ、かかる溶液を乾燥することなくマトリックス樹脂たるシート状樹脂を貼着するプリプレグの製造方法が開示されている。かかる方法は、糊剤としてマトリックス樹脂と相容性を有する樹脂溶液を使用するので、残留する溶剤が複合材料の性能を劣化させるという欠点がある。
特許文献３には、一方向に平行に拡開されたシート状連続炭素繊維を、溶融状態の熱可塑性樹脂フィルムに加圧して含浸させるプリプレグの製造方法が提案されている。かかる方法も未だ十分な密着性が得られているとはいい難い。
特許文献４には、流動性プラスチックを多数の分流で繊維材料に対して垂直に噴射して衝突させる繊維強化プラスチックを連続的に製造する方法が提案されている。かかる方法を熱可塑性樹脂において適用するには、溶融樹脂では粘度が高すぎることから、溶液または分散液とすることが必要である。かかる方法も残留する溶剤の問題を十分に解決するものとはいえない。
特許文献５には、織物を強化材とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとするプリプレグにおいて織物のサイジング剤を溶剤で洗浄除去し、次いで乾燥してから、熱可塑性樹脂フィルムを積層し、加熱された状態でプレスすることを特徴とするプリプレグの製造方法が開示されている。しかし、かかる方法においても未だ樹脂と織物の密着性は十分とはいえない。
特許文献６には、ポリプロピレンをマトリックス樹脂とする繊維強化されたプリプレグを加熱溶融してスタンピング成形を行う際に、マトリックス樹脂中に誘電損失係数を向上させる添加物を混入し、プリプレグの加熱溶融をマイクロ波により行う積層成形方法が開示されている。しかしかかる方法は、マトリックス樹脂中の添加剤がマイクロ波により加熱され、繊維およびその近傍の樹脂を選択的に加熱することができない。従って、繊維に近接する樹脂を希望の溶融粘度まで下げるためにマトリックス樹脂全体を高温に加熱する必要があることからマトリックス樹脂全体が熱劣化する恐れがある。
【特許文献１】特開昭５７−５６２２０号公報
【特許文献２】特開昭５８−１６２３１７号公報
【特許文献３】特開昭５９−１４９２４号公報
【特許文献４】特開昭６１−２８６１０７号公報
【特許文献５】特開昭６３−５４４４１号公報
【特許文献６】特開昭６４−３４７３３号公報
【発明の開示】
【０００３】
本発明の目的は、熱可塑性樹脂をマトリックスとし、導電性繊維で補強された複合材料の製造方法を提供することにある。本発明の目的は、空隙率が小さく、曲げ強度、曲げ弾性率などの機械特性の良好な複合材料を製造する方法を提供することにある。本発明の目的は、熱可塑性樹脂と導電性繊維との密着性に優れた複合材料を製造する方法を提供することにある。本発明の目的は、マトリックス樹脂の分子量の低下、色相の悪化の少ない複合材料の製造方法を提供することにある。本発明の目的は、導電性繊維の損傷の少ない複合材料の製造方法を提供することにある。
本発明は、導電性繊維に熱可塑性樹脂を含浸させる際に、導電性繊維にマイクロ波を照射して加熱すると、熱可塑性樹脂の粘度が低下し、熱可塑性樹脂が該繊維に良好に含浸し、密着性も向上することを見出したことに基づく。
また、本発明は、マイクロ波による加熱は導電性繊維と熱可塑性樹脂との界面の近傍の局所に限られるため、熱可塑性樹脂全体を加熱する外部加熱方式に比べ、樹脂の劣化が抑制されることを見出したことに基づく。
また、マイクロ波による非接触加熱は、導電性繊維を加熱器に接触させる方法に比べ繊維の損傷が少ないことを見出したことに基づく。
また、導電性繊維に熱可塑性樹脂を含浸させる前に、導電性繊維にマイクロ波を照射して加熱すると、該繊維に付着している水分、不純物を効率よく除去でき、熱可塑性樹脂を該繊維に良好に含浸させることができることを見出したことに基づく。
本発明は、（１）導電性繊維に熱可塑性樹脂を付着させる工程（Ａ）および（２）該繊維にマイクロ波を照射し発熱させ、該繊維中に該樹脂を含浸させる工程（Ｂ）を含む、導電性繊維に熱可塑性樹脂が含浸した複合材料の製造方法である。
工程（Ａ）において、溶融状もしくは粉末状の熱可塑性樹脂を付着させることが好ましい。工程（Ｂ）において、加熱手段を併用して該樹脂を含浸させることが好ましい。工程（Ａ）の前に、導電性繊維を開繊する工程（Ｆ−１）を含むことが好ましい。工程（Ａ）の前に、導電性繊維にマイクロ波を照射し該繊維を加熱する工程（Ｆ−２）を含むことが好ましい。工程（Ｂ）の後、該樹脂を加圧する工程（Ｄ）を含むことが好ましい。工程（Ｂ）の後、溶融させた樹脂を冷却固化させる工程（工程Ｃ）を含むことが好ましい。導電性繊維は炭素繊維であることが好ましい。導電性繊維は、ストランド、一方向（ＵＤ）シート、織物および不織布からなる群より選ばれる形態を有することが好ましい。熱可塑性樹脂は、芳香族ポリカーボネート樹脂であることが好ましい。芳香族ポリカーボネート樹脂のメルトボリュームレート（ＭＶＲ値）が７０ｃｍ３／１０分以下であることが好ましい。
本発明は、導電性繊維および熱可塑性樹脂を含有し、空隙率が２．６％以下の複合材料を包含する。導電性繊維は実質的に切れ目がないことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、マイクロ波炉の概略図である。
図２は、図１で示されるマイクロ波炉を用い、ストランドを固定して３０〜７０Ｗのマイクロ波を誘導した際のマイクロ波の照射時間と検体表面温度との関係を示したグラフである。なお、表中のＦＷＤはマイクロ波装置の発信出力、ＲＥＷは吸収されずに戻ってきた出力を表す。またＣＦ（炭素繊維）は、東邦テナックス製、ＨＴＡ−１２Ｋ（商品名）を用いた。ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）は、帝人化成（株）製ＣＭ１０００（商品名）を用いた。
図３は、図１で示される装置を用い、ストランドを１〜４ｍ／ｍｉｎのスピードで引き取りながらマイクロ波を誘導した際のマイクロ波照射時間と検体表面温度との関係を示したグラフである。なお、表中のＦＷＤはマイクロ波装置の発信出力、ＲＥＷは吸収されずに戻ってきた出力を表す。
図４は、実施例で用いた工程の概略図である。
図５は、比較例で用いた工程の概略図である。
【符号の説明】
【０００５】
１    導電性繊維の連続繊維束
２    ガイドローラー
３    開繊装置
４    マイクロ波発信機（マグネトロン）
５    マイクロ波アイソレーター
６    パワーモニター
７    ＥＨチューナ
８    導波管
９    マイクロ波誘導による加熱用オーブン
１０  反射調整板（プランジャー）
１１  槽
１２  熱可塑性樹脂
１３  マイクロ波誘導炉
１４  ピンチローラー
１５  ねじり引き取り機ローラー
１６  カッター
１７  冷却部
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
〈複合材料の製造方法〉
本発明は、導電性繊維に熱可塑性樹脂が含浸した複合材料の製造方法である。
（導電性繊維）
本発明において導電性繊維（以下、繊維と呼ぶことがある）は、比抵抗が０．５Ω／ｃｍ〜１．０×１０−６Ω／ｃｍ程度の繊維が好ましい。例えば、炭素繊維、金属コート繊維、金属酸化物繊維、金属酸化物コート繊維、金属繊維などが挙げられる。なかでも炭素繊維は、強度に優れかつ軽量であるため好ましい。
導電性繊維の直径は、好ましくは６〜８μｍである。導電性繊維は、連続の繊維であることが好ましい。
導電性繊維は、ストランド、一方向（ＵＤ）シート、織物および不織布からなる群より選ばれる形態を有することが好ましい。
ストランドは、直径６〜８μｍの繊維が１１，０００〜２５，０００本、束になったものが好ましい。
（熱可塑性樹脂）
本発明において熱可塑性樹脂（以下、樹脂と呼ぶことがある）は、芳香族ポリカーボネート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、脂肪族ポリエステル樹脂、ビニル系熱可塑性樹脂、メタクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリオレフィン系樹脂、および熱可塑性ポリウレタンエラストマー、熱可塑性ポリエステルエラストマー等の熱可塑性エラストマー等が挙げられる。かかる熱可塑性樹脂は、目的に応じて単独でも、２種以上を混合して使用することもできる。これらの樹脂の中でも、耐熱性が良好であり、十分な靭性や強度を有し、かつ良好に溶媒に溶解する点において、芳香族ポリカーボネート樹脂が好適である。
芳香族ポリカーボネート樹脂は、通常、使用されるビスフェノールＡ型ポリカーボネート以外にも、他の二価フェノールを用いて重合された、高耐熱性または低吸水率の各種の芳香族ポリカーボネート樹脂であってもよい。
芳香族ポリカーボネート樹脂はいかなる製造方法によって製造されたものでもよく、界面重縮合の場合は通常一価フェノール類の末端停止剤が使用される。芳香族ポリカーボネート樹脂はまた３官能フェノール類を重合させた分岐ポリカーボネート樹脂であってもよく、更に脂肪族ジカルボン酸や芳香族ジカルボン酸、または二価の脂肪族または脂環族アルコールを共重合させた共重合ポリカーボネートであってもよい。
芳香族ポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量（Ｍ）は、好ましくは１．５×１０４〜４．０×１０４、より好ましくは１．５×１０４〜３．８×１０４である。芳香族ポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量（Ｍ）は塩化メチレン１００ｍｌにポリカーボネート樹脂０．７ｇを溶解した溶液から２０℃で求めた比粘度（ηｓｐ）を次式に挿入して求めたものである。
ηｓｐ／ｃ＝［η］＋０．４５×［η］２ｃ（但し［η］は極限粘度）
［η］＝１．２３×１０−４Ｍ０．８３
ｃ＝０．７
また、芳香族ポリカーボネート樹脂のメルトボリュームレート（ＭＶＲ値）は７０ｃｍ３／１０分以下が好ましく、２０ｃｍ３／１０分以下がより好ましく、１０ｃｍ３／１０分以下が最も好ましい。なお、上記のメルトボリュームレート（ＭＶＲ値）はＩＳＯ１１３３規格に準拠して、３００℃、１．２ｋｇ荷重にて測定を実施した値である。
本発明は、工程（Ａ）および工程（Ｂ）を含む複合材料の製造方法である。各工程の詳細について更に説明する。
（付着：工程（Ａ））
工程（Ａ）は、導電性繊維に熱可塑性樹脂を付着させる工程である。樹脂は、加熱し溶融状態にするか、混在させやすい繊維状、粉体状またはフィルム状にして繊維表面に付着させることが好ましい。具体的には、工程（Ａ）は、溶融した樹脂を入れた槽中に導電性繊維を浸して行なうことができる。工程（Ａ）において、溶融状もしくは粉末状の熱可塑性樹脂を付着させることが好ましい。
（マイクロ波照射：工程（Ｂ））
工程（Ｂ）は、樹脂が付着した繊維にマイクロ波を照射し、繊維を発熱させ繊維中に樹脂を含浸させる工程である。繊維を加熱することにより、樹脂の粘度が下がり、樹脂が繊維中に含浸し易くなる。導電性繊維は、表面に各種の凹凸が存在するが、繊維が低粘度の樹脂と接触することにより、凹凸によるアンカー効果をその密着性に利用することができる。マイクロ波照射により、より均一かつ強固に繊維が樹脂によって被覆含浸されるようになる。
マイクロ波は、波長が１０ｃｍ以下の電波であるミリ波を含むマイクロ波である。このマイクロ波は炭素繊維を代表とする導電性繊維を加熱させ、高温になった熱可塑性樹脂を溶融させることが可能である。マイクロ波は、本発明において良好な内部加熱手段として使用される。
繊維の表面温度は、好ましくは２５０℃〜４８０℃、好ましくは２５０℃〜４００℃、より好ましくは３００℃〜３５０℃の範囲にする。繊維温度がこの範囲であると、樹脂を繊維に含浸させることが可能となる。マイクロ波照射により繊維を発熱せしめる時間は０．１〜１００秒程度の範囲が好ましく、より好ましくは０．２〜６０秒の範囲である。あまりに時間が長い場合には樹脂と繊維との界面の樹脂が熱劣化し、あまりに短い場合には所定の密着性が得られにくい。
工程（Ｂ）においては、マイクロ波照射による加熱に加えて、発熱器や熱媒体などの加熱手段を用いて繊維および樹脂を加熱することが好ましい。
工程（Ｂ）は、樹脂が付着した繊維を、加圧しながら行うことが好ましい。加圧は、捩じったり、絞ったりしながら行なうことができる。加圧することにより繊維周辺から繊維間に樹脂を供給することができる。
（開繊：工程（Ｆ−１））
本発明においては、工程（Ａ）の前に、工程（Ｆ−１）を行なうことが好ましい。工程（Ｆ−１）は、導電性繊維を開繊する工程である。導電性繊維のストランドは、直径７μｍ程度の導電性繊維１２，０００〜２４，０００本を束ねたものであり、幅広く開繊しておかないと樹脂が均一に含浸しにくい。開繊は、ローラーや空気の力を利用して導電性繊維の束が平らに５〜１０階層になるようにすることが好ましい。
（マイクロ波照射：工程（Ｆ−２））
本発明においては、工程（Ａ）の前に、工程（Ｆ−２）を行なうことが好ましい。工程（Ｆ−２）は工程（Ｆ−１）の後に行うことが好ましい。工程（Ｆ−２）は、導電性繊維にマイクロ波を照射し該繊維を加熱する工程である。工程（Ｆ−２）は、繊維を加熱して空隙の要因となる水分を取り除く工程である。表面温度が低く、水分量の多い導電性繊維を樹脂と混合した場合、水分の膨張により空隙を巻き込みやすく、樹脂の熱水分解劣化も起こりやすい。またマイクロ波を照射し加熱することにより、製品になってからの機械特性に悪影響を与える導電性繊維の収束剤も焼きとることもできる。
導電性繊維を熱板と接触させ加熱する従来法では、繊維を損傷する欠点があるのに対し、工程（Ｆ−２）のマイクロ波照射による加熱は無接触で繊維を損傷する恐れがない。
マイクロ波による加熱は、樹脂温度より高く加熱することが好ましい。具体的には、樹脂が溶融した芳香族ポリカーボネート樹脂の場合、導電性繊維の表面温度を３３０〜３８０℃にすることが好ましい。
（加圧：工程（Ｄ））
工程（Ｂ）の後、工程（Ｄ）を行なってもよい。工程（Ｄ）は、樹脂を加圧する工程である。工程（Ｄ）は、工程（Ｂ）のマイクロ波加熱の余熱を利用して、低粘度の樹脂に圧力をかけ、繊維中への含浸をさらに進める工程である。繊維をローラーで絞っても良いし、捩じっても良い。捩じりながら連続的に引き取ることで繊維と樹脂に圧力がかかり、ボイドや樹脂の収縮で発生する気泡に樹脂が供給される。
（冷却：工程（Ｃ））
工程（Ｄ）の後、工程（Ｃ）を行なうことが好ましい。工程（Ｃ）は、溶融させた樹脂を冷却固化させる工程である。工程（Ｂ）を経た後は、樹脂が冷却固化された複合材料が得られる。冷却は室温で放冷するものであっても、媒体を用いて強制的に冷却するものであってもよい。
（その他）
工程（Ｆ−１）〜工程（Ｃ）は、連続した繊維を用いて連続した工程であってもよく、またバッチ式の工程であってもよい。より好ましくは連続した工程である。また、炉内の温度コントロールが可能であれば複数のマイクロ波の炉を使用するのではなく工程（Ｆ−２）から工程（Ｄ）までを一つの炉内で実施しても良い。更に、工程（Ｆ−１）〜工程（Ｃ）は、かかる工程を繰り返すことにより熱可塑性樹脂の割合を増加させることもできる。工程（Ｆ−１）〜工程（Ｃ）までを同一チャンバーに入れ、減圧下で実施することもできる。
〈複合材料〉
本発明の複合材料は、導電性繊維および熱可塑性樹脂を含有し、空隙率が２．６％以下である。複合材料中の導電性繊維は実質的に切れ目がないことが好ましい。
導電性繊維および熱可塑性樹脂は前述の通りである。複合材料における導電性繊維の量は、１００重量％の複合材料中好ましくは３〜９０重量％、より好ましくは５〜７０重量％、更に好ましくは１０〜６０重量％である。
空隙率とは導電性繊維の比重（ａ）、樹脂の比重（ｂ）および導電性繊維の含有割合（ｃ）より計算した複合材料の理論比重（Ａ＝ａｃ＋ｂ（１−ｃ））と測定した複合材料の比重（Ｂ）を比較し、その比重が低くなった割合（（Ａ−Ｂ）／Ａ）を重量％で表したものであり、２．５％以下がより好ましく、２％以下がさらに好ましい。
【実施例】
【０００７】
以下、実施例により本発明を詳述する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、評価としては以下の項目について実施した。
（１）空隙率
導電性繊維の比重（ａ）、樹脂の比重（ｂ）および導電性繊維の含有割合（ｃ）より計算した複合材料の比重（Ａ＝ａｃ＋ｂ（１−ｃ））と測定した複合材料の比重（Ｂ）より、その比重が低くなった割合（（Ａ−Ｂ）／Ａ）（重量％）を算出した。
（２）曲げ強度
ＩＳＯ１７８に準拠して曲げ強度（ＭＰａ）を測定した。
（３）曲げ弾性率
ＩＳＯ１７８に準拠して曲げ弾性率（ＭＰａ）を測定した。
（４）分子量低下量（ΔＭｖ）の測定
各例で製造した複合材料からポリカーボネート樹脂を下記の方法で採取した。すなわち、複合材料をメチレンクロライドで溶解、濾過して、導電性繊維とポリカーボネート樹脂を分離した後、ポリカーボネート樹脂のメチレンクロライド溶液を乾燥してフィルム化することによりポリカーボネート樹脂を採取した。次に、その粘度平均分子量を本文記載の方法により測定した。原料のポリカーボネート樹脂パウダーの分子量から上記の分子量を差し引いた値をΔＭｖとして評価した。
（５）変色評価
各例で製造した複合材料から分子量低下量の測定と同様の方法でポリカーボネート樹脂を採取した。次に採取したポリカーボネート樹脂１０ｇを９０ｇのメチレンクロライドで溶解することにより調製した溶液を内寸の厚み１０ｍｍ、幅３６ｍｍ、深さ４２ｍｍのガラス製容器に入れて東京電色製のカラーアナライザーＴＣ−１８００ＭＫ−ＩＩを用いて透過光方式でｂ値を測定した。その数値より、同様の方法で測定した原料のポリカーボネート樹脂のｂ値を差し引いた値をΔｂ値として評価した。
実験例１
（マイクロ波照射による導電性繊維の加熱検討）
収束剤付き太さ７μｍの導電性繊維１２，０００本束（ストランド）に２．４５ＧＨｚのマイクロ波を照射誘導するためのマイクロ波炉を設計した。このマイクロ波炉を使用し、サーモトレーサーで温度分布が観察できるように改良し、炉内マイクロ波と繊維束走行方向との角度の検討、繊維束の入り口および出口のマイクロ波の漏れ防止のための出入り口のパイプの内部段差リング数と寸法の検討等を実施し、図１に示されるマイクロ波照射装置を作製した。
また、マイクロ波形に対して９０度で横切るターゲット方法であるため、繊維束がマイクロ波形を一度しか受けないので、炉内反射波を再度利用した。すなわち、炉内反射波を調節するため、反射調整板（１０）を移動し、炉内反射波が再度ターゲットに照射できる安定加熱同調位置を決定した。更にマイクロ波の発信出力（ＦＷＤ）を変え、戻ってきた反射波のパワー（ＲＥＶ）を測定して試験体が吸収したエネルギーと試験体の温度を記録した。その結果、導電性繊維は図２、図３に示すごとくマイクロ波照射により効率の良い温度上昇ができることが判明した。なお、予備加熱した２０℃〜３２０℃の芳香族ポリカーボネート樹脂を用いてマイクロ波加熱を同条件で実施したが発熱は無く徐々に温度が下がった。
実施例１
熱可塑性樹脂としてポリカーボネート樹脂パウダー（帝人化成（株）製、パンライトＬ−１２２５ＷＰ、粘度平均分子量：約２２，５００、ＭＶＲ値：１１ｃｍ３／１０分）を用いた。
導電性繊維として炭素繊維フィラメント（東邦テナックス製、ＨＴＡ−１２Ｋ（商品名）、フィラメント数：１２，０００本、フィラメント直径：７μｍ、繊度：８００ｇ／１，０００ｍ、引張強度：３．９２ＧＰａ）を使用した。
図４に示す装置を用いて以下の工程により、複合材料を製造した。カッコ内の数値は図中の符号を示す。
（開繊：工程（Ｆ−１））
ガイドローラー（２）を介して炭素繊維フィラメントを開繊した。ガイドローラー間の距離は６００ｍｍであり、炭素繊維の進行速度は約２０ｍｍ／ｓｅｃとした。
（マイクロ波照射：工程（Ｆ−２））
開繊した炭素繊維をマイクロ波誘導炉（１３）に通しマイクロ波照射を行った。約０．３秒間マイクロ波を照射した。このマイクロ波照射により炉内の炭素繊維の表面温度（赤外線式サーモトレーサーで測定）が３３０℃になるようにマイクロ波のパワーと炉内反射をプランジャー上下で調整した。
（付着：工程（Ａ））
次に炭素繊維の温度が下がらないうちに炭素繊維を槽（１１）に溜めた温度３００℃のポリカーボネート溶融樹脂（１２）中に浸漬した。浸漬した後、炭素繊維をピンチローラー（１４）でしごいた後、更にダイ出口で絞った。
（マイクロ波照射：工程（Ｂ））
その後、炭素繊維を、槽（１１）からフィラメント捩じり引き取り機ローラー（１５）までの空間に設置したマイクロ波誘導炉（１３）に通し、マイクロ波を照射した。表面温度が赤外線式サーモトレーサーで測定して３００℃になるように出力とプランジャー調節を行ない加熱した。表面温度は、サーモトレーサー（測定範囲約１０ｍｍ）を使用して、炉の入口から入口〜出口までの距離の約２／３の位置において測定した。
（加圧：工程（Ｄ））
その後、捩じりながら連続に引き取り、冷却しカッター（１６）で切断した。得られた複合材料は、その１００重量％中、炭素繊維を約１５重量％含有するものであった。
（試験片の成形）
得られた複合材料を７ｃｍに切断し、１２０℃で６時間乾燥して平行に１０本並べて３００℃、５ｋｇ／ｃｍ２の条件で５分間圧力をかけて熱プレスし、幅１０ｍｍ×長さ７０ｍｍ×厚み４ｍｍの試験片を成形した。その試験片を用いて機械強度の測定を行った。その結果を表１に示す。
実施例２
ポリカーボネート樹脂として、帝人化成（株）製ＣＭ−１０００（商品名）（パウダー、粘度平均分子量：約１６，０００、ＭＶＲ値：５０ｃｍ３／１０分）を用いる以外は実施例１と同様の方法で複合材料を作成し、実施例１と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。
実施例３
ガイドローラー（２）からピンチローラー（１４）までの空間に設置したマイクロ波誘導炉（１３）を通さない以外は実施例１と同様の方法で複合材料を作成し、実施例１と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。
実施例４
ガイドローラー（２）からピンチローラー（１４）までの空間に設置したマイクロ波誘導炉（１３）を通さない以外は実施例２と同様の方法で複合材料を作成し、実施例２と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。
比較例１
マイクロ波加熱の代わりに、ピンチローラー（１４）による加熱（外部加熱）を実施する（図５）以外は実施例１と同様の方法で複合材料を作成し、実施例３と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。
比較例２
マイクロ波加熱の代わりに、ピンチローラー（１４）による加熱（外部加熱）を実施する（図５）以外は実施例２と同様の方法で複合材料を作成し、実施例４と同様の評価を実施した。その結果を表１に示す。
比較例３
樹脂温度およびピンチローラー（１４）による加熱（外部加熱）実施後の赤外線式サーモトレーサーで測定した複合材料の表面温度を３８０℃とする以外は比較例１と同じ方法で複合材料を作成し、比較例１と同様の評価を実施した、その結果を表１に示す。
【表１】
2008056755.tif 000003
表１よりマイクロ波加熱を実施したものは外部加熱を実施したものに比べ、低空隙率、高強度であることが判る。
実施例５〜８
ポリカーボネート樹脂の代わりにポリブチレンテレフタレート樹脂としてＩＶ値が０．８６であるポリプラスチック（株）製５００ＦＰ、中粘度品を用い、切断したストランドの乾燥温度以外の温度設定をそれぞれ５０℃下げた以外は実施例１〜４と同じ方法で複合材料を作成し、実施例１〜４と同様の評価を実施した。その結果を表２に示す。
比較例４および５
ポリカーボネート樹脂の代わりにポリブチレンテレフタレート樹脂としてＩＶ値が０．８６であるポリプラスチック（株）製５００ＦＰ、中粘度品を用い、切断したストランドの乾燥温度以外の温度設定をそれぞれ５０℃下げた以外は比較例１、２と同じ方法で複合材料を作成し、比較例１、２と同様の評価を実施した。その結果を表２に示す。
【表２】
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発明の効果
本発明の製造方法によれば、残留歪が小さく、空隙率が小さく、曲げ強度、曲げ弾性率などの機械特性の良好な複合材料を製造することができる。本発明の製造方法によれば、マトリックス樹脂と導電性繊維との密着性に優れた複合材料を製造することができる。本発明の製造方法によれば、マトリックス樹脂の分子量の低下、色相の悪化を抑制することができる。本発明の製造方法は、マイクロ波照射により直接接触することなく導電性繊維を加熱するので、導電性繊維の損傷を抑制することができる。また、マトリックス樹脂にも余分な加熱をしなくてすむので、樹脂の劣化が少ない。
本発明の製造方法によれば、導電性繊維を低エネルギーで長期間高温に維持できる。また樹脂によっては、導電性繊維の周辺の樹脂温度が上昇するとマイクロ波を吸収しやすくなり、より樹脂の低粘度化が進み含浸しやすくなることもある。
本発明の複合材料は、熱可塑性樹脂をマトリックスとするので、マイクロ波照射により加熱することで、熱曲げなどの加工も可能であり、溶着加工にも利用できる。従って、板状の本発明の複合材料を製造し、目的に応じて種々の曲げ加工、切削加工などを行い、加工した成形体を金型内でインサート成形することができる。更に連続繊維を含有する複合材料をカットすることにより得られた長繊維の集合体は、射出成形、射出圧縮成形、押し出し圧縮成形、熱成形に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
本発明の複合材料は、成形材料として有用であり、宇宙航空分野、自動車等の一般産業分野において用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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