(57)【要約】【課題】炭素繊維に対するマトリックス樹脂、特にポリオレフィン系樹脂の含侵性を改善し、力学特性及び成形性に優れる炭素繊維熱可塑性樹脂複合材を製造することができる方法を提供することを目的とする。【解決手段】炭素繊維を収束剤で処理する工程（１）、収束剤で処理した炭素繊維を裁断する工程（２）、裁断した炭素繊維を水系溶媒に分散させる工程（３）、水系溶媒に分散させた炭素繊維を抄造する工程（４）、抄造した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含侵させる工程（５）を含む炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法において、収束剤として、ポリオレフィン（Ａ）に親水性高分子（Ｂ）を（Ａ）：（Ｂ）＝１００：１〜１００：５００（質量比）の割合で結合させてなる重合体（Ｃ）を用いることにより、力学特性及び成形性に優れる炭素繊維熱可塑性樹脂複合材を製造することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維を収束剤で処理する工程（１）、収束剤で処理した炭素繊維を裁断する工程（２）、裁断した炭素繊維を水系溶媒に分散させる工程（３）、水系溶媒に分散させた炭素繊維を抄造する工程（４）、抄造した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含侵させる工程（５）を含み、
前記収束剤が、ポリオレフィン（Ａ）に親水性高分子（Ｂ）を（Ａ）：（Ｂ）＝１００：１〜１００：５００（質量比）の割合で結合させてなる重合体（Ｃ）であることを特徴とする、炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
【請求項２】
前記ポリオレフィン（Ａ）が、プロピレンとプロピレン以外のα−オレフィンとの共重合体であるプロピレン−α−オレフィン共重合体である、請求項１に記載の炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
【請求項３】
前記ポリオレフィン（Ａ）が、プロピレン−ブテン共重合体であり、前記親水性高分子（Ｂ）がポリエーテル樹脂である、請求項１又は２に記載の炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
【請求項４】
前記工程（２）において裁断された炭素繊維が、繊維長２〜１５ｍｍの繊維を含むものである、請求項１〜３の何れか１項に炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
【請求項５】
前記工程（２）において裁断された炭素繊維が、繊維長２〜１５ｍｍの繊維（炭素繊維（ａ））と繊維長２ｍｍ未満の繊維（炭素繊維（ｂ））を含むものであり、
前記工程（３）において分散された炭素繊維が、前記炭素繊維（ａ）を３０質量％以上１００質量％未満、及び前記炭素繊維（ｂ）を０質量％より大きく７０質量％以下含むものである、請求項１〜４の何れか１項に炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイジング処理された炭素繊維を熱可塑性樹脂の補強材として用いた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維束とは、炭素からなる単繊維が複数まとまった形態をなしているものであり、熱可塑性樹脂等の補強材として用いられるものである。熱可塑性樹脂の補強材として用いられる場合、炭素繊維束は、３〜１５ｍｍ長に切断されたチョップの形態や、長繊維ペレットの形態、或いは連続炭素繊維束を、一方向や複数方向に配置し、樹脂を含侵させたシート状の材料であるプリプレグの形態などで提供される。
【０００３】
炭素繊維束を配合した材料の成形性や力学的特性を向上させるには、炭素繊維の分散状態の均一性、マトリックス樹脂の炭素繊維への含侵性が重要である。そこで、マトリックス樹脂に適合性のあるサイジング剤（収束剤）を例えば０．２〜０．５質量％程度表面に付与するサイジング処理により収束した炭素繊維束が一般的に用いられている。ここで、マトリックス樹脂として用いられる熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂などがよく用いられているが、最近、リサイクル性、経済性の面からポリオレフィン系樹脂が用いられているケースが増えてきている。特にポリプロピレン樹脂は、近年注目されている樹脂である。
【０００４】
しかしながら、ポリオレフィン系樹脂は、基本的に極性基を持たないため、炭素繊維への含侵性や分散性が非常に悪く、成形時の金型への賦形性の悪化、外観不良が発生することが多い。そのため、特開平６−１０７４４２号公報（特許文献１）、特開平３−６５３１１号公報（特許文献２）にあるように、酸変性ポリプロピレンを必須成分とする樹脂、あるいはポリイミン樹脂をサイジング剤で炭素繊維をサイジング処理することで分散性や含侵性を改善する方法が知られているが、十分な効果は得られていない。
【０００５】
また、炭素繊維を均一に分散させる方法として、湿式抄紙機を用いる方法が知られているが、特開平１０−１６２８３８号公報（特許文献３）、特開２００３−２９３２６４号公報（特許文献４）にあるように、抄紙工程における初期の分散性が十分でなかったり、抄紙工程の中から後期では分散した繊維同士の絡みによる再凝集により分散性が悪くなってしまい、流動性が低下し、成形性が悪化することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１０７４４２号公報
【特許文献２】特開平３−６５３１１号公報
【特許文献３】特開平１０−１６２８３８号公報
【特許文献４】特開２００３−２９３２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、炭素繊維に対するマトリックス樹脂（特にポリオレフィン系樹脂）の含侵性を改善し、力学特性及び成形性に優れる炭素繊維熱可塑性樹脂複合材を製造することができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の要旨は、炭素繊維を収束剤で処理する工程（１）、収束剤で処理した炭素繊維を裁断する工程（２）、裁断した炭素繊維を水系溶媒に分散させる工程（３）、水系溶媒に分散させた炭素繊維を抄造する工程（４）、抄造した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含侵させる工程（５）を含む炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法において、収束剤として、ポリオレフィン（Ａ）に親水性高分子（Ｂ）を（Ａ）：（Ｂ）＝１００：１〜１００：５００（質量比）の割合で結合させてなる重合体（Ｃ）を用いることにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造時のプレス圧力が低くかつ流動性が良好で、成形時の金型への賦形性及び力学的に優れた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法について以下詳細に説明するが、本発明の趣旨に反しない限り、これらの内容に限定されるものではない。
なお、本発明において炭素繊維熱可塑性樹脂複合材とは、少なくとも炭素繊維と、マトリックス樹脂となる熱可塑性樹脂の２種類を含有した成形体を意味するものとする。
【００１１】
本発明の炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の製造方法（以下、「本発明の製造方法」と略す場合がある。）は、炭素繊維を収束剤で処理する工程（１）、収束剤で処理した炭素繊維を裁断する工程（２）、裁断した炭素繊維を水系溶媒に分散させる工程（３）、水系溶媒に分散させた炭素繊維を抄造する工程（４）、抄造した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含侵させる工程（５）を含むものである。そして、工程（１）で使用する収束剤（以下、「本発明に係る収束剤」と略す場合がある。）が、ポリオレフィン（Ａ）に親水性高分子（Ｂ）を（Ａ）：（Ｂ）＝１００：１〜１００：５００（質量比）の割合で結合させてなる重合体（Ｃ）であることを特徴とする。
前述のようにポリオレフィン系樹脂は、リサイクル性、経済性の面に優れる一方、炭素繊維への含侵性や分散性が悪く、炭素繊維とポリオレフィン系樹脂の複合材は外観不良が発生する場合があった。本発明者らは、炭素繊維をサイジングする収束剤として、ポリオレフィンに親水性高分子を結合させた重合体であって、ポリオレフィンと親水性高分子の質量比が１００：１〜１００：５００の割合である重合体を用いることにより、マトリックス樹脂、特にポリオレフィン系樹脂との親和性を改善し、力学特性及び成形性に優れる炭素繊維熱可塑性樹脂複合材を製造することができることを見出したのである。特に本発明によって製造される炭素繊維熱可塑性樹脂複合材は、従来のものに比べて、高温（８０℃）強度に優れる特徴を有する。
以下、本発明に係る収束剤、並びに炭素繊維を収束剤で処理する工程（１）、収束剤で処理した炭素繊維を裁断する工程（２）、裁断した炭素繊維を水系溶媒に分散させる工程（３）、水系溶媒に分散させた炭素繊維を抄造する工程（４）、及び抄造した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含侵させる工程（５）の詳細について説明する。
【００１２】
［Ｉ］収束剤（サイジング剤）
本発明に係る収束剤は、ポリオレフィン（Ａ）に親水性高分子（Ｂ）を結合させてなる重合体（Ｃ）であり、ポリオレフィン（Ａ）と親水性高分子（Ｂ）の質量比が１００：１〜１００：５００の割合である重合体（Ｃ）であれば、その他については特に限定されないが、ポリオレフィン（Ａ）と親水性高分子（Ｂ）の質量比は、好ましくは１００：１〜１００：３００、より好ましくは１００：１〜１００：１００である。上記範囲内であれば、マトリックス樹脂との親和性をより確保し易くなる。
以下、本発明に係る収束剤を構成するポリオレフィン（Ａ）、親水性高分子（Ｂ）等について説明する。
【００１３】
［Ｉ−１］ポリオレフィン（Ａ）
ポリオレフィン（Ａ）の種類は、特に限定されず、反応性基を有さないもの（以下、「ポリオレフィン（Ａ１）」と略す場合がある。）であっても、或いは反応性基を有するもの（以下、「ポリオレフィン（Ａ２）」と略す場合がある。）であってもよい。
［Ｉ−１−１］反応性基を有しないポリオレフィン（Ａ１）
ポリオレフィン（Ａ１）としては、公知の各種ポリオレフィン及び変性ポリオレフィンを用いることができ、例えばエチレン又はプロピレンの単独重合体、エチレンとプロピレンとの共重合体、エチレン又は／及びプロピレンとその他コモノマーとの共重合体が挙げられる。コモノマーとしては、例えばブテン−１、ペンテン−１、ヘキセン−１、ヘプテン−１、オクテン−１、シクロペンテン、シクロヘキセン、及びノルボルネンなどの炭素数２以上のα−オレフィンコモノマーが挙げられ、α−オレフィンコモノマーとしては、好ましくは炭素数２〜８のα−オレフィンコモノマー、より好ましくは炭素数２〜６のα−オレフィンコモノマーが挙げられる。
【００１４】
若しくは、これらα−オレフィンコモノマー同士２種類以上の共重合体も用いることができる。またα−オレフィンモノマーと酢酸ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルなどのコモノマーとの共重合体、芳香族ビニルモノマーと共役ジエンモノマーとから選ばれる２種以上のモノマーの共重合体の水素添加体等も用いることができる。なお単に共重合体という場合はランダム共重合体であってもブロック共重合体であってもよい。またポリオレフィン（Ａ１）は直鎖状であっても分岐状であってもよい。
【００１５】
ポリオレフィン（Ａ１）として具体的には、例えばポリエチレン、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−ブテン共重合体、プロピレン−ヘキセン共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、塩素化エチレン−プロピレン共重合体、塩素化プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）の水素添加体（ＳＥＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）の水素添加体（ＳＥＰＳ）等が挙げられる。好ましくはプロピレン単独重合体又はプロピレンとプロピレン以外のα−オレフィンとの共重合体であり、これらは塩素化されていてもよい。より好ましくは、プロピレン単独重合体、エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体、塩素化ポリプロピレン、塩素化エチレン−プロピレン共重合体、又は塩素化プロピレン−ブテン共重合体である。さらに好ましくは、プロピレン単独重合体、エチレン−プロピレン共重合体、プロピレン−ブテン共重合体である。
【００１６】
ポリオレフィン（Ａ１）は、ＧＰＣ（Ｇｅｌ  Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）で測定し各々のポリオレフィンの検量線で換算した重量平均分子量Ｍｗが１０００〜５０００００であることが好ましい。下限値のより好ましい値は１００００、更に好ましくは３００００、特に好ましくは５００００である。上限値のより好ましい値は３０００００、さらに好ましくは２５００００、特に好ましくは２０００００である。Ｍｗが下限値より高いほどべたつき度合いが小さくなり基材への密着性が増す傾向があり、また上限値より低いほど粘度が低くなり樹脂分散体の調製が容易になる傾向がある。なおＧＰＣ測定は、オルトジクロロベンゼンなどを溶媒として、市販の装置を用いて従来公知の方法で行われる。
【００１７】
［Ｉ−１−２］反応性基を有するポリオレフィン（Ａ２）
ポリオレフィン（Ａ２）としては、ポリオレフィン（Ａ１）に、例えばカルボン酸基、ジカルボン酸無水物基、及びジカルボン酸無水物モノエステル基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基などの反応性基を結合させたものが挙げられる。特にカルボン酸基、ジカルボン酸無水物基、及びジカルボン酸無水物モノエステル基からなる群より選ばれる少なくても１種を有するポリオレフィンが好ましい。これらのカルボン酸誘導体基は、反応性が高く親水性高分子と結合が容易なだけでなく、これらの基を有する不飽和
化合物も多くポリオレフィンへ共重合もしくはグラフト反応させることも容易である
【００１８】
［Ｉ−２］親水性高分子（Ｂ）
親水性高分子（Ｂ）とは、２５℃の水に１０質量％の濃度で溶解させたときに不溶分が１質量％以下となる高分子を意味するものとする。親水性高分子（Ｂ）としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、特に限定されず用いることができ、合成高分子、半合成高分子、天然高分子のいずれも用いることができる。反応性基を有していてもよい。
【００１９】
合成高分子としては、例えばポリ（メタ）アクリル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂等が挙げられる。
天然高分子としては、例えばコーンスターチ小麦デンプン、かんしょデンプン、馬鈴薯デンプン、タピオカデンプン、米デンプン等のデンプン、ふのり、寒天、アルギン酸ソーダなどの海藻、アラビアゴム、トラガントゴム、こんにゃくなどの植物粘質物、にかわ、カゼイン、ゼラチンなどの動物性タンパク、プルラン、デキストリン等の発酵粘質物等が挙げられる。
半合成高分子としては、特に限定されないが例えばカルボキシルデンプン、カチオンデンプン、デキストリンなどのデンプン質、ビスコース、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース等が挙げられる。
【００２０】
中でも好ましくは、親水性度合いの制御がしやすく、特性も安定している合成高分子である。より好ましくはポリ（メタ）アクリル樹脂などのアクリル系樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、及びポリビニルピロリドン樹脂、ポリエーテル樹脂である。これらは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。親水性の高いポリエーテル樹脂が最も好ましい。
【００２１】
ポリエーテル樹脂としては、環状アルキレンオキサイドまたは環状アルキレンイミンを開環重合することで得られるものが挙げられる。ポリオレフィン（Ａ）との結合方法は特に限定されないが、例えば、反応性基を有するポリオレフィン（Ａ２）中で環状アルキレンオキサイドを開環重合する方法、開環重合等により得られたポリエーテルポリオールやポリエーテルアミンなどの反応性基を有する親水性高分子を、反応性基を有するポリオレフィン（Ａ２）と反応する方法、等が挙げられる。
【００２２】
ポリエーテルアミンは、ポリエーテル骨格を有する樹脂の片末端又は両末端に、反応性基としての１級アミノ基を有する化合物である。ポリエーテルポリオールはポリエーテル骨格を有する樹脂の両末端に、反応性基としての水酸基を有する化合物である。
親水性を示すポリアルキレンオキサイドやポリアルキレンイミンとして好ましくは、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンイミンが挙げられる。
【００２３】
又はポリエーテルアミンとしては、ハンツマン社製ジェファーミンＭシリーズ、Ｄシリーズ、ＥＤシリーズなどを使用してもよい。
本発明に用いる親水性高分子（Ｂ）は、ポリオレフィン（Ａ）との結合前に、これと反応しうる反応性基を１以上有しているのが好ましい。反応性基としては、例えばカルボン酸基、ジカルボン酸無水物基、及びジカルボン酸無水物モノエステル基、水酸基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基などが挙げられるが、好ましくは少なくともアミノ基を有する。アミノ基はカルボン酸基、無水カルボン酸基、グリシジル基、イソシアネート基など多種の反応性基と反応性が高いのでポリオレフィンと親水性高分子を結合させることが容易である。アミノ基は１級、２級、３級のいずれでもよいが、より好ましくは１級アミノ基である。
【００２４】
反応性基は１以上あればよいが、より好ましくは反応性基を１つのみ有する。反応性基が２以上あると、ポリオレフィン（Ａ）と結合させる際に３次元網目構造となりゲル化してしまう可能性がある。
ただし反応性基を複数有していても、他より反応性の高い反応性基が１つのみであればよい。例えば複数の水酸基と、それより反応性の高い１つのアミノ基を有する親水性高分子は好ましい例である。ここで反応性とはポリオレフィン（Ａ）の有する反応基との反応性である。
【００２５】
親水性高分子（Ｂ）は、重合体（Ｃ）に十分な親水性を付与するためには高分子である必要があり、ＧＰＣで測定しポリスチレンの検量線で換算した重量平均分子量Ｍｗが２００以上のものであることが好ましい。下限値は好ましくは３００、より好ましくは５００である。但し重量平均分子量Ｍｗが２０００００以下であることが好ましい。上限値のより好ましい値は１０００００であり、さらに好ましくは１００００である。Ｍｗが下限値より高いほど重合体（Ｃ）の親水性が増し分散粒子径が小さくなり安定に分散する傾向にあり、また上限値より低いほど粘度が低く樹脂分散体を調製しやすい傾向にある。なおＧＰＣ測定は、ＴＨＦなどを溶媒として、市販の装置を用いて従来公知の方法で行われる。
【００２６】
ポリオレフィン（Ａ）に結合している親水性高分子（Ｂ）の量は、ポリオレフィン（Ａ）１ｇ当たり０．０１〜５ｍｍｏｌ、即ち０．０１〜５ｍｍｏｌ／ｇの範囲にあることが好ましい。より好ましい下限値は０．０５ｍｍｏｌ／ｇであり、さらに好ましくは０．１ｍｍｏｌ／ｇであり、特に好ましくは０．１５ｍｍｏｌ／ｇである。より好ましい上限値は１ｍｍｏｌ／ｇであり、更に好ましくは０．８ｍｍｏｌ／ｇであり、特に好ましくは０．５ｍｍｏｌ／ｇであり、最も好ましくは０．３ｍｍｏｌ／ｇである。下限値より高いほど重合体（Ｃ）の親水性が増し分散粒子径が小さくなり安定に分散する傾向にあり、上限値より低いほど、基材である結晶性のポリオレフィンに対する密着性が増す傾向にある。
【００２７】
［Ｉ−３］重合体（Ｃ）
重合体（Ｃ）は、ポリオレフィン（Ａ）と親水性高分子（Ｂ）を結合させてなるものであるが、ポリオレフィン（Ａ）と親水性高分子（Ｂ）の結合方法は特に限定されない。例えば、
ポリオレフィン（Ａ）存在下で親水性モノマーを重合して、ポリオレフィン（Ａ）に結合した親水性高分子（Ｂ）を形成する方法（Ｒ１）、予め重合した親水性高分子（Ｂ）をポリオレフィン（Ａ）に結合させる方法（Ｒ２）が挙げられ、ポリオレフィンや親水性高分子の種類及び組合せ、目的とする重合体（Ｃ）の特性等に応じて適宜選択することができる。以下、重合体（Ｃ）の製造方法（Ｒ１）、重合体（Ｃ）の製造方法（Ｒ２）として、より具体的に説明する。
【００２８】
重合体（Ｃ）は、ＧＰＣで測定しポリスチレンの検量線で換算した重量平均分子量Ｍｗが１０００以上のものであることが好ましい。下限値は好ましくは１００００、より好ましくは３００００である。但し、重量平均分子量Ｍｗが３０００００以下であることが好ましい。上限値のより好ましい値は２５００００であり、さらに好ましくは２０００００である。なおＧＰＣ測定は、ＴＨＦなどを溶媒として、市販の装置を用いて従来公知の方法で行われる。
【００２９】
［Ｉ−３−１］重合体（Ｃ）の製造方法（Ｒ１）
本方法では、ポリオレフィン存在下で、親水性ラジカル重合性不飽和化合物（親水性モノマー）を重合することでポリオレフィンに結合した親水性高分子（Ｂ）を得る。親水性モノマーの重合方法は、例えば付加重合、縮合重合、開環重合などを用いることができる。このとき重合後に親水性高分子を形成しうる範囲であれば、疎水性ラジカル重合性不飽和化合物（疎水性モノマー）を共重合させてもよい。ポリオレフィンとしては、反応性基を有しないポリオレフィン（Ａ１）、又は反応性基を有するポリオレフィン（Ａ２）のどちらを用いてもよい。
【００３０】
具体的には、例えばポリオレフィン（Ａ）とパーオキサイドやアゾ化合物などラジカル重合開始剤の存在下、親水性ラジカル重合性不飽和化合物をグラフト重合しポリオレフィンとポリアクリルのグラフト共重合体とする方法がある。また特開２００１−２８８３７２号に記載されているように、ホウ素基、アルミニウム基のような１３族元素基を末端に有するポリオレフィン（Ａ２ｃ１）と酸素の存在下、親水性ラジカル重合性不飽和化合物を重合しポリオレフィンとポリアクリルのブロック共重合体とする方法がある。更に特開２００４−１３１６２０号や特開２００５−４８１７２号に記載されているように、ハロゲン原子を末端に有するポリオレフィン（Ａ２ｃ２）とハロゲン化銅、ハロゲン化ルテニウム等を用い、原子移動リビングラジカル法でプロピレン系重合体とポリアクリルのブロック共重合体とする方法がある。また特開２００１−９８１４０号に記載されているように、末端にメルカプト基を有するポリオレフィンの存在下、ラジカル開始剤と親水性ラジカル重合性不飽和化合物を重合しポリオレフィンとポリアクリルのブロック共重合体とする方法などがある。
【００３１】
親水性モノマーとしては、特に限定されないが、例えば（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸メトキシポリエチレングリコール、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチル四級化物、ビニルピロリドンなどが挙げられる。
共重合可能な疎水性モノマーとしては、例えば炭素原子数１〜１２のアルキル基、アリール基又はアリールアルキル基を有する（メタ）アクリル酸エステル系モノマーや、炭素原子数１〜１２の炭化水素基を有する重合性ビニルモノマーなどが挙げられる。
【００３２】
炭素原子数１〜１２のアルキル基を有する（メタ）アクリル酸エステル系モノマーとしては、例えば（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ｎ−プロピル、（メタ）アクリル酸イソプロピル、（メタ）アクリル酸ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸イソブチル、（メタ）アクリル酸ｔ−ブチル、（メタ）アクリル酸ヘキシル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸オクチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ノニル、（メタ）アクリル酸デシル、（メタ） アクリル酸ドデシル等が挙げられる。
【００３３】
炭素原子数１〜１２のアリール基又はアリールアルキル基を有する（メタ）アクリル酸エステル系モノマーとしては、例えば（メタ）アクリル酸フェニル、（メタ）アクリル酸トルイル、（メタ）アクリル酸ベンジル等が挙げられる。
炭素原子数１〜１２の炭化水素基を有する重合性ビニルモノマーとしては酢酸ビニルやスチレンモノマー等が挙げられる。
【００３４】
好ましくは、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸ブチルなどの（メタ）アクリル酸エステル類、酢酸ビニルが挙げられる。反応性界面活性剤や反応性乳化剤も、水性ラジカル重合性不飽和化合物として用いることができる。例えば、特開平４−５３８０２号公報、特開平４−５０２０４号公報に示されるアルキルプロペニルフェノールポリエチレンオキシド付加体、アルキルジプロペニルフェノールポリエチレンオキシド付加体及びそれらの硫酸エステルの塩が挙げられる。その中でも、アルキルプロペニルフェノールエチレンオキシド２０モル付加体、同３０モル付加体、同５０モル付加体（第一工業製薬製、アクアロンＲＮ−２０，ＲＮ−３０，ＲＮ−５０）及びアルキルプロペニルフェノールポリエチレンオキシド１０モル付加体の硫酸エステルアンモニウム塩、同２０モル付加体の硫酸エステルアンモニウム塩（第一工業製薬製、アクアロンＨＳ−１０，ＨＳ−２０）が用いられる。
【００３５】
または、ラジカル重合性不飽和化合物をラジカル重合開始剤の存在下で重合して高分子を形成するとともにポリオレフィンに結合させ、次いで親水性高分子（Ｂ）を変性することもできる。例えば（メタ）アクリル酸ｔ−ブチルを重合後に酸性下で加水分解しポリ（メタ）アクリル酸に変性する方法、又はこれを更に塩基で中和する方法、或いは酢酸ビニルを重合後にケン化してポリビニルアルコールに変性する方法などが挙げられる。
【００３６】
または、ラジカル重合性不飽和化合物をラジカル重合開始剤の存在下で重合して高分子を形成するとともにポリオレフィン（Ａ）に結合させ、次いで親水性高分子（Ｂ）と変性することもできる。例えば（メタ）アクリル酸ｔ−ブチルを重合後、酸性下で加水分解し、ポリ（メタ）アクリル酸に変性する方法、酢酸ビニルを重合後、ケン化してポリビニルアルコールに変性する方法などが挙げられる。共重合可能な疎水性ラジカル重合性不飽和化合物としては（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸ブチルなどの（メタ）アクリル酸エステル類、酢酸ビニルが挙げられる。この場合ポリオレフィン（Ａ）としては反応性基を結合してなるポリオレフィン（Ａ２）も用いうるが、通常は反応性基を有しないポリオレフィン（Ａ１）を用いる。
【００３７】
或いは、反応性基を有するポリオレフィン（Ａ２）を用い、この反応性基を開始末端として、親水性開環重合モノマー等を重合して親水性高分子（Ｂ）を得る方法がある。
親水性開環重合モノマーとしてはエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エチレンイミンなどが挙げられる。共重合可能な疎水性モノマーとしては、トリメチレンオキサイド、テトラヒドロフラン、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、ε−カプロラクトンなどが挙げられる。
【００３８】
反応方法については、本発明の要件を満たす重合体を製造できれば特に限定されず、いかなる方法であってもよい。例えば、溶液中で加熱攪拌して反応する方法、無溶媒で溶融加熱攪拌して反応する方法、押し出し機で加熱混練して反応する方法等が挙げられる。反応温度は、通常０〜２００℃の範囲であり、好ましくは３０〜１５０℃の範囲である。溶液中で製造する場合の溶媒としては、例えばトルエン、キシレン等の芳香族系炭化水素、ヘキサン、オクタン、デカン等の脂肪族系炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式脂肪族系炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素、クロルベンゼン等のハロゲン化炭化水素、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、メタノール、エタノール、ｎ − プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール等のアルコール類、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒類等が挙げられる。なかでも芳香族系炭化水素、脂肪族系炭化水素、及び脂環族系炭化水素が好ましく、より好ましくはトルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン、シクロペンタン、及びシクロヘキサンである。これらは１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３９】
［Ｉ−３−２］重合体（Ｃ）の製造方法（Ｒ２）
本方法では、予め重合した親水性高分子（Ｂ）をポリオレフィン（Ａ）に結合させる。この場合、親水性高分子（Ｂ）としては［Ｉ−２］で挙げたものを用いることができる。具体的には、例えば、まず親水性モノマーを重合して親水性高分子とする際に分子内に不飽和二重結合を残しておき、次いでラジカル重合性開始剤を用いてポリオレフィン（Ａ）にグラフト重合させる方法がある。この場合ポリオレフィン（Ａ）としては反応性基を有するポリオレフィン（Ａ２）も用いうるが、通常は反応性基を有しないポリオレフィン（Ａ１）を用いる。
【００４０】
また、まず末端に反応性基を有する親水性高分子を重合し、次いでこれに反応性基を有
するポリオレフィン（Ａ２）を結合させる方法がある。末端に反応性基を有する親水性高分子は、開始剤や連鎖移動剤として反応性基を有する化合物を用いて親水性モノマーを重合することで得られる。もしくはエポキシ化合物等の親水性開環重合モノマーを開環重合することによっても得られる。
【００４１】
このとき用いうる親水性モノマーとしては、［Ｉ−３−１］で挙げた各種親水性モノマーを同様に用いうる。これらはいずれも、１種を単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。反応方法については、本発明の要件を満たす重合体を製造できれば特に限定されず、いかなる方法であってもよい。例えば、溶液中で加熱攪拌して反応する方法、無溶媒で溶融加熱攪拌して反応する方法、押し出し機で加熱混練して反応する方法等が挙げられる。反応温度は、通常０〜２００℃の範囲であり、好ましくは３０〜１５０℃の範囲である。溶液中で製造する場合の溶媒としては、［Ｉ−３−１］で挙げた溶媒を同様に用いることができる。
【００４２】
前述の内容のほか、本発明に係る収束剤については、特開２００７−２４６８７１号公報に記載されている重合体（Ｃ）の技術内容を適宜採用して用いることができる。
【００４３】
［Ｉ−４］収束剤の使用形態
本発明に係る収束剤は、炭素繊維をサイジングすることができれば、具体的な使用形態は特に限定されないが、水系溶媒を用いて水性樹脂分散体に調製した上で使用することが挙げられる。
【００４４】
水性樹脂分散体の調製方法は、特に限定されないが、例えば重合体（Ｃ）、水及び水以外の溶媒の混合した後、混合物から溶媒を除去する方法（以下、「混合法」と略す場合がある。）、重合体（Ｃ）が溶融する温度以上で溶融させた後に水を添加する方法（以下、「溶融法」と略す場合がある。）等が挙げられるが、粒子径の細かい水性樹脂分散体が調製しやすくなることから、混合法が好ましい。
【００４５】
混合法の場合、混合する際に必要に応じて加熱をしてもよい。温度は、通常３０〜１５０℃である。水性樹脂分散体における水以外の溶媒の比率は、最終的には通常５０％以下とする。好ましくは２０％以下とし、さらに好ましくは１０％以下とし、特に好ましくは１％以下とする。
【００４６】
混合法の中でも、重合体（Ｃ）に水以外の溶媒を加え、必要に応じ加熱して溶解させた後に水を添加する方法では、より粒径の細かい水性樹脂分散体が調製しやすくなり、好ましい。溶媒への溶解時、又は水の添加時の温度は、通常３０〜１５０℃である。また水以外の溶媒に一旦溶解する場合は、水を添加した後に溶媒を留去してもよい。水性樹脂分散体における水以外の溶媒の比率は上述の通りである。
【００４７】
混合法に用いられる水以外の溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族系炭化水素、ヘキサン、オクタン、デカン等の脂肪族系炭化水素、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂環式脂肪族系炭化水素、塩化メチレン、四塩化炭素、クロルベンゼン等のハロゲン化炭化水素、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール等のアルコール類、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−メトキシプロパノール、２−エトキシプロパノール、ジアセトンアルコール等の２以上
の官能基を持つ有機溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒類等が挙げられる。
【００４８】
中でも水に１質量％以上溶解する溶媒が好ましく、さらに好ましくは５質量％以上溶解するものであり、例えば、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、シクロヘキサノン、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、シクロヘキサノール、テトラヒドロフラン、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、２−ブトキシエタノール、２−メトキシプロパノール、２−エトキシプロパノール、ジアセトンアルコールが好ましい。
【００４９】
混合法又は溶融法において水を添加し水性樹脂分散体を製造する装置として、例えば撹拌装置付き反応釜、一軸または二軸の混練機等が挙げられる。その際の攪拌速度は装置の選択に伴い多少異なるが、通常１０〜１０００ｒｐｍの範囲である。
【００５０】
水性樹脂分散体における重合体（Ｃ）の濃度（複数の収束剤を含む場合は、複数の収束剤の総量）は、好ましくは５質量％以上、より好ましくは１０質量％以上、さらに好ましくは２０質量％以上である。また好ましくは７０質量％以下であり、より好ましくは６０質量％以下であり、更に好ましくは５０質量％以下であり、特に好ましくは４０質量％以下である。重合体（Ｃ）の量が少ないほど粘度が低く種々の塗布方法に適用でき使用しやすく、また分散体としての安定性も高い傾向にある。
【００５１】
水性樹脂分散体における重合体（Ｃ）の分散粒子径は、体積換算として粒子径が細かい方から累積で５０％の粒子径（５０％粒子径、５０％平均粒子径、又は体積平均粒子径とも略する。）を求めた場合、通常５０％粒子径で１０μｍ以下であり、好ましくは１μｍ以下である。また、５０％粒子径を０．５μｍ以下とすることができ、より好ましくは０．３μｍ以下、更に好ましくは０．２μｍ以下、最も好ましくは０．１μｍ以下とすることができる。同じく９０％粒子径を求めた場合、更に好ましくは９０％粒子径を１μｍ以下とすることができ、特に好ましくは０．５μｍ以下とすることができる。分散粒子径を小さくすることで、分散安定性を向上させ、凝集が起きにくく、より安定に分散できる。また、９０％粒子径と５０％粒子径の比が小さくなることは、粒度分布が狭くなることを意味し、結果として分散安定性が向上する傾向にある。
【００５２】
［ＩＩ］炭素繊維を収束剤で処理する工程（１）
本発明における「炭素繊維を収束剤で処理する工程（１）（以下、「本発明に係る工程（１）」と略す場合がある。）」は、前述した収束剤を用いてサイジング処理するものであれば、炭素繊維の種類や収束剤による処理方法等については特に限定されない。以下、炭素繊維の種類及び処理方法について説明する。
【００５３】
［ＩＩ−１］炭素繊維の種類
炭素繊維としては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、セルロース系炭素繊維、気相成長系炭素繊維、これらの黒鉛化繊維等が挙げられる。なお、ＰＡＮ系炭素繊維は、ポリアクリロニトリル繊維を原料とする炭素繊維であり、ピッチ系炭素繊維は、石油タールや石油ピッチを原料とする炭素繊維であり、セルロース系炭素繊維は、ビスコースレーヨンや酢酸セルロースなどを原料とする炭素繊維であり、気相成長系炭素繊維は、炭化水素などを原料とする炭素繊維である。このうち、強度と弾性率のバランスに優れる点で、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。
【００５４】
炭素繊維は、ガラス繊維、金属繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維等の高強度、及び高弾性率繊維等の少なくとも１種を含むのであってもよい。
【００５５】
炭素繊維は、単繊維が複数まとまった炭素繊維束となっているものであってもよい。炭素繊維束の単繊維の本数は、特に制限はないが、生産性の観点からは１２０００本以上が好ましく、４８０００本以上がさらに好ましい。単繊維の本数の上限については特に制限はないが、分散性や取り扱い性とのバランスも考慮して、６４００００本程度もあれば生産性と分散性、取り扱い性を良好に保つことができる。
【００５６】
発明に係る工程（１）に用いる炭素繊維は、炭素化処理を行ったものであっても、電解酸化処理を行って表面に酸素含有官能基を導入したものであっても、或いはあらかじめ他の収束剤が付与された状態のものであってもよい。
【００５７】
［ＩＩ−２］収束剤による処理方法
本発明に係る工程（１）における処理方法としては、収束剤を含んだ水性樹脂分散体を炭素繊維に接触させる方法が挙げられる。具体的には、水性樹脂分散体にロールの一部を浸漬させ表面転写した後、このロールに炭素繊維を接触させて水性樹脂分散体を付与するタッチロール方式、炭素繊維を直接水性樹脂分散体中に浸漬させる浸漬方式が挙げられる。炭素繊維への収束剤の付与量の調節は、水性樹脂分散体の濃度調整や絞り量調整によって行うことができる。
【００５８】
炭素繊維に水性樹脂分散体を接触させた後は乾燥を行う。乾燥方法は特に限定されないが、例えば熱風式乾燥機、パネルヒーター乾燥機、マッフル炉、ロール式乾燥機等を用いることができる。乾燥は、連続して炭素繊維を乾燥機に通す連続処理でも、或いは管状の部材に炭素繊維を巻きつけて、熱風乾燥機やパネル乾燥機に設置するバッチ処理であってもよい。均一な乾燥が可能であることから、連続処理が好ましい。
【００５９】
本発明に係る工程（１）は、収束剤の少なくとも１つとして本発明に係る収束剤を用いるものであれば、その他の収束剤を複数用いるものであってもよい。複数の収束剤を炭素繊維に付与する場合の処理方法も特に限定されないが、複数の収束剤を混合した水性樹脂分散体を炭素繊維に接触させるほか、１種類の収束剤を付与した炭素繊維に、次の収束剤を付与する方法等が挙げられる。
【００６０】
炭素繊維への収束剤の付与量は、目的とする炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の成形法や用途等によっても異なるが、炭素繊維に対して（複数の収束剤を炭素繊維に付与する場合は、複数の収束剤の総量）通常０．２質量％以上、好ましくは０．４質量％以上であり、通常５質量％以下、好ましく４質量％以下である。付与量が０．２質量％未満では炭素繊維の集束性が不足し、成形加工時の工程通過性に劣る傾向がある。一方、５質量％を超えると、炭素繊維の集束性が過剰になり、この場合も成形加工時の工程通過性に劣る傾向となる。
【００６１】
［ＩＩＩ］収束剤で処理した炭素繊維を裁断する工程（２）
本発明における「収束剤で処理した炭素繊維を裁断する工程（２）（以下、「本発明に係る工程（２）」と略す場合がある。）」は、収束剤で処理された炭素繊維を裁断するものであれば、裁断方法や炭素繊維の繊維長等については特に限定されない。以下、裁断方法及び炭素繊維の繊維長について説明する。
【００６２】
［ＩＩＩ−１］炭素繊維の裁断方法
本発明に係る工程（２）における炭素繊維の裁断方法としては、ギロチンカッター、ロータリーカッター方式等の公知の方法を適宜選択することができるが、ロータリーカッター方式が好ましい。
【００６３】
［ＩＩＩ−２］炭素繊維の繊維長
本発明に係る工程（２）によって調製する炭素繊維の繊維長は、特に限定されないが、通常０．１ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上であり、通常１５ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは８ｍｍ以下である。炭素繊維長２ｍｍ未満のもののみになると繊維の補強効果が低いことや抄紙工程中で基材が裂けるといった取扱い性に問題があり、一方で１５ｍｍを超えるもののみになると単繊維が分散しにくくなり、炭素繊維ウェブを作製した場合に摘み皺ができなくなる。これらのような炭素繊維により作製した炭素繊維ウェブから得られる炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の成形性や品質が低下する可能性がある。
【００６４】
本発明に係る工程（２）によって調製する炭素繊維は、１種類に限られず、繊維長の異なる２種類以上の炭素繊維を調製するものであってもよい。例えば、繊維長２〜１５ｍｍの繊維（炭素繊維（ａ））と繊維長２ｍｍ未満の繊維（炭素繊維（ｂ））を調製することが挙げられる。繊維（ａ）と繊維（ｂ）を混合した炭素繊維ウェブを用いると、炭素繊維（ａ）によって補強効果を確保できるとともに、炭素繊維（ｂ）によって抄紙する際の繊維の分散性が向上し、これらを混合した結果として成形性と力学特性がさらに向上した炭素繊維熱可塑性樹脂複合材を実現することができる。
【００６５】
［ＩＶ］裁断した炭素繊維を水系溶媒に分散させる工程（３）
本発明における「裁断した炭素繊維を水系溶媒に分散させる工程（３）（以下、「本発明に係る工程（３）」と略す場合がある。）」は、本発明に係る工程（２）を経た炭素繊維を分散させるものであれば、水系溶媒の種類や炭素繊維の配合量等については特に限定されない。以下、水系溶媒の種類及び炭素繊維の配合量について説明する。
【００６６】
［ＩＶ−１］水系溶媒の種類
本発明に係る工程（３）に使用する水系溶媒としては、通常の水道水、蒸留水、精製水等が挙げられる。また、これらの水系溶媒には、必要に応じて界面活性剤を混合してもよく、界面活性剤としては陽イオン型、陰イオン型、非イオン型、両性型の何れであってもよいが、その中でも非イオン性界面活性剤が好ましく、ポリオキシエチレンラウリルエーテルがより好ましい。水系溶媒中における界面活性剤の濃度は、通常は０．０００１質量％以上０．１質量％以下、好ましくは０．０００５質量％以上０．０５質量％以下である。
【００６７】
［ＩＶ−２］炭素繊維の配合量
本発明に係る工程（３）における炭素繊維の配合量は、水系溶媒１Ｌに対して、通常０．１ｇ以上、好ましくは０．３ｇ以上であり、通常１０ｇ以下、好ましくは５ｇ以下である。上記範囲内であると、炭素繊維が水系溶媒に効率よく分散し、均一に分散したスラリーを短時間で調製することができる。なお、分散させるには、必要に応じて撹拌を行ってもよい。
スラリーにおける固形分濃度（炭素繊維の含有量）は、通常０．０１質量％以上、好ましくは０．０３質量％以上であり、通常１質量％以下、好ましくは０．５質量％以下である。上記範囲内であることにより、抄造を効率よく行うことができる。スラリーの抄造は、スラリーから水を吸引して行うことができる。
【００６８】
本発明に係る工程（３）によって配合する炭素繊維は、１種類に限られず、繊維長の異なる２種類以上の炭素繊維を配合するものであってもよい。例えば、繊維長２〜１５ｍｍの繊維（炭素繊維（ａ））と繊維長２ｍｍ未満の繊維（炭素繊維（ｂ））を配合することが挙げられる。炭素繊維（ａ）と炭素繊維（ｂ）を配合する場合の炭素繊維全体における炭素繊維（ａ）の配合量は、通常３０質量％以上、好ましくは５０質量％以上であり、通常１００質量％未満、好ましくは９０質量％以下、より好ましくは７０質量％以下である
。一方、炭素繊維全体における炭素繊維（ｂ）の配合量は、通常０質量％より大きく、好ましくは１０質量％以上、より好ましくは３０質量％以上であり、通常７０質量％以下、好ましくは５０質量％以下である。炭素繊維（ａ）の配合量が３０質量％未満では、繊維の補強効果が小さくなり、力学的特性が低下する。上記範囲内とすることにより、品質が良好で成形性に優れた繊維熱可塑性樹脂複合材が実現することができるのである。
【００６９】
［Ｖ］水系溶媒に分散させた炭素繊維を抄造する工程（４）
本発明における「水系溶媒に分散させた炭素繊維を抄造する工程（４）（以下、「本発明に係る工程（４）」と略す場合がある。）」は、本発明に係る工程（３）を経た炭素繊維を抄造するものであれば、抄造方法等は特に限定されない。以下、抄造方法について説明する。
【００７０】
発明に係る工程（４）における抄造方法として、底部に抄紙面を有し水を底部から吸引することができる槽に、炭素繊維を分散させたスラリーを流し込み、水を吸引する方法が挙げられる。
抄紙面としては、例えば市販されているメッシュを用いることができ、具体的にはプラスチックワイヤーメッシュが挙げられる。
メッシュの目開き面積は、特に限定されず、本発明を実施することが出来ればよい。
【００７１】
本発明に係る工程（４）の後、得られる炭素繊維を引き取る工程を有してもよい。炭素繊維の引き取りは、ロールに巻き取って行うことができる。引取速度は１０ｍ／ｍｉｎ以上であることが好ましい。引取速度の上限は通常は、１００ｍ／ｍｉｎ以下である。
【００７２】
［ＶＩ］抄造した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含侵させる工程（５）
本発明における「抄造した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含侵させる工程（５）（以下、「本発明に係る工程（５）」と略す場合がある。）」は、本発明に係る工程（４）を経た炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸するものであれば、熱可塑性樹脂の種類や含浸方法等については特に限定されない。以下、熱可塑性樹脂の種類及び含浸方法について説明する。
【００７３】
［ＶＩ−１］熱可塑性樹脂の種類
含浸させる熱可塑性樹脂は、特に限定されないが、耐衝撃性に優れ、かつ成形が容易である熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン等のポリオレフィンや、ポリオキシメチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリメチレンメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、フェノール（ノボラック型）等や、これらの共重合体、変性体、及び２種類以上ブレンドした樹脂等が挙げられる。また、更に耐衝撃性向上のために、上記樹脂にエラストマー、もしくは、ゴム成分を添加した樹脂であってもよい。
【００７４】
［ＶＩ−２］含浸方法
本発明に係る工程（５）における熱可塑性樹脂の含侵方法としては、樹脂を加熱溶融して、抄造した炭素繊維に含浸させる方法（溶融含浸法）、粉末状の樹脂を流動床法や懸濁法によって抄造した炭素繊維に塗布・融着させる方法（パウダー法）、樹脂を溶液化し、抄造した炭素繊維に含浸後溶媒を除去する方法（溶液含浸法）等の何れの方法を用いてもよいが、溶融含浸法を用いることが好ましい。また、抄造した炭素繊維に熱可塑性樹脂を含浸させる際、抄造した炭素繊維は積層させてもよい。
【００７５】
本発明に係る工程（５）において、含浸させる熱可塑性樹脂の量は特に限定されないが
、炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の目付が、１００以上ｇ／ｍ２となるように含浸させることが好ましく、２００以上ｇ／ｍ２となるように含浸させることがより好ましい。一方、炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の目付が５０００以下ｇ／ｍ２となるように含浸させることが好ましい。１００ｇ／ｍ２未満であると工程中で基材が裂ける等の取り扱い性に不具合を生じるおそれがあり、５０００ｇ／ｍ２を超えると、炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の厚みが大きくなり巻き取りやカットが困難になり製造が困難である。
【００７６】
本発明に係る工程（５）は、炭素繊維熱可塑性樹脂複合材における炭素繊維が５質量％以上となるように含浸させることが好ましく、２０質量％以上となるように含浸させることがより好ましい。一方、炭素繊維熱可塑性樹脂複合材における抄造した炭素繊維が９０質量％以下となるように含浸させることが好ましく、８０質量％以下となるように含浸させることがより好ましい。また、炭素繊維熱可塑性樹脂複合材における熱可塑性樹脂が１０質量％以上となるように含浸させることが好ましく、２０質量％以上となるように含浸させることがより好ましい。一方、炭素繊維熱可塑性樹脂複合材における熱可塑性樹脂が９５質量％以下となるように含浸させることが好ましく、８０質量％以下となるように含浸させることがより好ましい。抄造した炭素繊維が５質量％未満であると強化繊維の効果が得られず、８０質量％を超えると、熱可塑性樹脂の含浸が困難になる場合がある。
【実施例】
【００７７】
次に実施例により本発明をさらに詳細に説明する。本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００７８】
＜収束剤（サイジング剤）の付着量＞
ＳＡＣＭＡ法ＳＲＭ１４−９０に準拠し、熱分解法により、サイジング処理（炭素繊維の収束剤による処理）後における炭素繊維の収束剤（サイジング剤）の付着量を測定した。
【００７９】
＜繊維体積含有率＞
曲げ試験用の試験片の密度をＪＩＳ  Ｋ７１１２に準じた方法にて算出をした。続いて、ＪＩＳ  Ｋ７０７５に準じて、バーナーを用いて熱可塑性樹脂を焼き飛ばし繊維質量含有率を算出した。最後に、得られた密度及び繊維質量含有率と、炭素繊維の密度から試験片のＶｆを算出した。
【００８０】
＜含浸性＞
得られた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材のボイド率をシート状の強化繊維材料への樹脂の含浸性の良否を表す指標とした。顕微鏡で観察し、ボイド率５％未満を○、ボイド率５％以上を×として評価した。
【００８１】
＜曲げ強度＞
得られた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材を湿式ダイヤモンドカッターにより長さ１００ｍｍ×幅２５．４ｍｍの寸法に切断して試験片を作製した。得られた試験片にて、万能試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ社製、製品名：Ｉｎｓｔｒｏｎ５５６５）と解析ソフト（製品名：Ｂｌｕｅｈｉｌｌ）を用い、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０準拠（圧子Ｒ＝５．０、Ｌ／Ｄ＝４０）し、室温（２３℃）と８０℃で３点曲げ試験を行い、曲げ強度を得た。物性保持率（％）は、（８０℃物性値／室温物性値）×１００で表した値で６０％以上を○、６０％以下を×として評価した。
【００８２】
サイジング処理（炭素繊維の収束剤による処理）に使用する収束剤（として以下のものを使用した。
（Ａ−１）水性樹脂分散体：
ＡＰＴＯＬＯＫ  ＢＷ−５５５０（三菱化学（株）製）
ＡＰＴＯＬＯＫ  ＢＷ−５５５０は、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（ポリオレフィン（Ａ））とメトキシポリ（オキシエチレン／オキシプロピレン）−２−プロピルアミン（親水性高分子（Ｂ））を結合させた重合体を純水に分散させた水性樹脂分散体である。なお、詳細は以下である。
・無水マレイン酸変性ポリプロピレンとメトキシポリ（オキシエチレン／オキシプロピレン）−２−プロピルアミンの質量比：１０１：１５
・樹脂（重合体）の分子量：Ｍｗ１３５０００  Ｍｎ４８０００
・樹脂（重合体）の５０％粒子径：０．１５μｍ
・樹脂（重合体）の濃度：３０質量％
（Ｂ−１）水分散タイプのエポキシ化合物：エポキシ樹脂  Ｗ２８２１（三菱化学（株）製）
【００８３】
使用する炭素繊維束（原料）として以下のものを使用した。
ＰＡＮ系炭素繊維：
パイロフィル  ＴＲ５０Ｓ（三菱レイヨン（株）製）
【００８４】
使用する熱可塑性樹脂として以下のものを使用した。
ポリプロピレン：
ノバテックＰＰ  ＳＡ０６Ａ（日本ポリプロ（株）製）
【００８５】
＜炭素繊維束（ａ）、炭素繊維束（ｂ）の製造方法＞
炭素繊維束（原料）を開繊バーと炭素繊維幅規制バーとを複数回交互に通過させ、所定の炭素繊維幅とした後、所定の収束剤（サイジング剤）でサイジング処理を行った。サイジング処理を行うにあたって、収束剤（サイジング剤）濃度を調整した水性エマルジョン（収束剤の濃度：５．０質量％）を使用し、タッチロール方式にて、水性エマルジョンを付着させた。
【００８６】
＜タッチロール方式＞
水性エマルジョンの槽にタッチロールの一部を浸漬し、タッチロール表面に転写した後、タッチロール表面に炭素繊維束（原料）を接触させることにより、水性エマルジョンを付着させた。なお、２個のタッチロールを用い、炭素繊維束（原料）の表裏２面に対して実施した。
【００８７】
最後に、１５０℃に設定された熱風乾燥炉にサイジング処理された炭素繊維束を連続的に投入し乾燥させることにより、炭素繊維束（ａ）、（ｂ）を得た。
【００８８】
＜分散媒体（Ｃ１）＞
水と界面活性剤として水溶性高分子（住友精化（株）製、商品名：ＰＥＯ−８Ｚ）を混合し、濃度０．２５質量％の分散媒体を得た。分散媒体のＢ型粘度計で測定される粘度は１０ｍＰａ・ｓであった。
【００８９】
＜メッシュ（Ｄ１）＞
抄紙基材の製造に使用するメッシュ１０として、プラスチックワイヤーメッシュ（日本フィルコン（株）製、ＳＳ−４００（商品名））を使用した。
タイプ：２重織
メッシュの目開面積：０．０１ｍｍ２
メッシュの通気度：１５０ｃｍ３／ｃｍ２／ｓ
【００９０】
（実施例１）
炭素繊維束（ａ）をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維ＣＦ１を得た。炭素繊維束の分散・抄造には分散槽を用いた。６００ｍｍ×６００ｍｍ×６００ｍｍの分散槽の底面には、炭素繊維を分散した後、炭素繊維を捕集するためメッシュを配置した。さらに、メッシュのたるみを防止するため、メッシュの下部に、厚さ２０ｍｍの多孔板の上にメッシュの金網が取り付けてあるメッシュ補強を配置した。分散槽の側面のうち対向する側面に１５０ｍｍピッチで片側３個ずつ、計６個の流体導入口を、流体導入口から導入された流体が分散槽内で衝突するように、相対する流体導入口それぞれの軸方向中心線がほぼ一直線となるような位置に配置した。
【００９１】
ここで流体導入口のノズル径は直径０．９ｍｍとした。分散槽内に分散媒体を１６０リットル投入し、分散槽内に繊維束を２０ｇ投入し、続いて流体導入口からエアーを流量６リットル／分で１分間導入し、分散媒体中で強化繊維束を攪拌した後、流体導入口からのエアー導入を止め、強化繊維束が強化繊維の単位で分散したスラリーを調製した。流体導入口からのエアー導入を止めた直後に、分散媒体除去バルブを開き、スラリーから分散媒体を真空吸引により除去し、目付が６０ｇ／ｍ２の炭素繊維からなる抄紙基材を得た。
【００９２】
得られた抄紙基材を１００℃の温度で１時間乾燥した。１５０×１５０の抄紙基材とＰＰフィルムを積層し、２００℃のプレス熱盤内に投入し、２０ＭＰａで１０分間プレス成形し、炭素繊維強化熱可塑性樹脂プラスチックを得た。実施条件および得られた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の評価結果を、表１に示した。
【００９３】
（実施例２）
水性樹脂分散体（Ａ−１）でサイジング処理した炭素繊維束（ａ）をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維ＣＦ１を得た。また、水性樹脂分散体（Ａ−１）でサイジング処理した炭素繊維束（ｂ）をカートリッジカッターで１．３ｍｍにカットし、炭素繊維束ＣＦ２を得た。
炭素繊維束（ａ）の質量比を７０％、炭素繊維束（ｂ）の質量比を３０％として分散槽に投入した以外は実施例１と同様の方法で基材を得た。実施条件および得られた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の評価結果を、表１に示した。
【００９４】
（実施例３）
炭素繊維束（ａ）の質量比を５０％、炭素繊維束（ｂ）の質量比を５０％として分散槽に投入した以外は実施例２と同様の方法で基材を得た。実施条件および得られた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の評価結果を、表１に示した。
【００９５】
（比較例１）
エポキシ樹脂（Ｂ−１）でサイジング処理した炭素繊維束（ａ）をカートリッジカッターで６．４ｍｍにカットし、チョップド炭素繊維ＣＦ１を得た。また、エポキシ樹脂（Ｂ−１）でサイジング処理した炭素繊維束（ｂ）をカートリッジカッターで１．３ｍｍにカットし、炭素繊維束ＣＦ２を得た。
炭素繊維束（ａ）の質量比を７０％、炭素繊維束（ｂ）の質量比を３０％として分散槽に投入した以外は実施例１と同様の方法で基材を得た。実施条件および得られた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材の評価結果を、表１に示した。
【００９６】
【表１】
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【００９７】
表１から明らかなように、水性樹脂分散体（Ａ−１）でサイジング処理された炭素繊維束を抄造して作製した炭素繊維ウェブを用いることにより、品質、成形性に優れた炭素繊維熱可塑性樹脂複合材を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明において得られる炭素繊維熱可塑性樹脂複合材は、軽量で力学特性にすぐれており、また繊維種により電磁波シールド性や高耐熱性等の性質も付随可能であることから電気・電子機器部品、土木・建築用部品、自動車・二輪車用部品、航空機用部品等の各種用途に用いることができる。