(57)【要約】  熱可塑性樹脂中に強化繊維束を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形材料であって、第一構成要素（Ｉ）が表面に配置されるように第一構成要素（Ｉ）および第二構成要素（ＩＩ）が積層されている繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。力学特性と複雑形状成形性に優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を提供する。  第一構成要素（Ｉ）：熱伝導率（λ１）が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるシート状物  第二構成要素（ＩＩ）：密度と比熱の積（Ｂ２）が１．７×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ以上である繊維強化熱可塑性樹脂シート状物
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂中に強化繊維束を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形材料であって、第一構成要素（Ｉ）が表面に配置されるように第一構成要素（Ｉ）および第二構成要素（ＩＩ）が積層されている繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
第一構成要素（Ｉ）：熱伝導率（λ１）が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるシート状物
第二構成要素（ＩＩ）：密度と比熱の積（Ｂ２）が１．７×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ以上である繊維強化熱可塑性樹脂シート状物
【請求項２】
前記第一構成要素（Ｉ）の空隙率が５％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項３】
前記強化繊維束の切断角度（θ）が３°以上３０°以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項４】
前記第二構成要素（ＩＩ）に含まれる強化繊維束のアスペクト比（Ａ２）が１０以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項５】
前記第一構成要素（Ｉ）の繊維重量含有率（Ｗｆ１）が２０重量％以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項６】
前記第一構成要素（Ｉ）および前記第二構成要素（ＩＩ）の総量に対する前記第二構成要素（ＩＩ）の割合が５０〜９５体積％であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項７】
前記第一構成要素（Ｉ）に含まれる強化繊維束の平均繊維長（Ｌｆ１）が８ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項８】
前記第二構成要素（ＩＩ）に含まれる強化繊維束の平均繊維長（Ｌｆ２）が３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項９】
前記第二構成要素（ＩＩ）の繊維重量含有率（Ｗｆ２）が５０重量％以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項１０】
前記第二構成要素（ＩＩ）に含まれる強化繊維束の平均繊維数（ｎ２）が５００本以上であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項１１】
前記第一構成要素（Ｉ）と前記第二構成要素（ＩＩ）の積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）ｍ／（Ｉ）］である（但し、ｍは正の整数）ことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項１２】
前記第一構成要素（Ｉ）または前記第二構成要素（ＩＩ）を構成する強化繊維が、炭素繊維またはガラス繊維であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項１３】
前記第一構成要素（Ｉ）を構成する樹脂および前記第二構成要素（ＩＩ）を構成する樹脂が、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂の群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【請求項１４】
積層方向の厚みが１ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、力学特性と複雑形状成形性に優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）は比強度・比剛性に優れており、近年、自動車部材向けのＣＦＲＰの開発も活発化している。【０００３】
ＣＦＲＰの自動車への適用例としては、航空機やスポーツ材料で実績のある熱硬化性樹脂を用いたプリプレグ、レジントランスファーモールディング（ＲＴＭ）、フィラメントワインディング（ＦＷ）による部材が上市されている。一方、熱可塑性樹脂を用いたＣＦＲＰは、高速成形が可能で、リサイクル性に優れることから、量産車向け材料として注目されている。その中でもプレス成形は生産性が高く、複雑な形状や大面積の成形にも対応できることから、金属成形の代替としての期待が高まっている。【０００４】
プレス成形に用いる中間基材は、不連続強化繊維を用いたシート状の材料が主流である。代表的なものとして、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）、ガラスマットサーモプラスチック（ＧＭＴ）がある（特許文献１、特許文献２）。いずれの中間基材も金型キャビティ内で材料が流動して充填される、いわゆるフロースタンピング成形に用いられ、比較的長い強化繊維がチョップドストランド状および／またはスワール状になって熱可塑樹脂中に分散した形態をとる。単糸数が多い繊維束からなるため、成形の際の流動性には優れるが成形品の力学特性に劣る傾向がある。【０００５】
力学特性に優れるものとして、モノフィラメント状に分散した不連続強化繊維からなる熱可塑性樹脂構成要素（Ｉ）および（ＩＩ）が互いに積層されたプレス成形用中間基材（特許文献３）や熱可塑性樹脂をマトリックスとする連続ガラス繊維シートとガラス短繊維シートの積層体であるプレス成形用強化スタンパブルシート（特許文献４）がある。いずれも力学特性には優れるが流動性に劣る。【０００６】
力学特性と流動性の両立を図ったものとして、繊維長や濃度パラメータの異なるシートからなる多層構造の成形材料（特許文献５）がある。表層シートを長繊維化することで力学特性を、内層シートを短繊維化することで流動性を高めている。また、マット構造の異なるスキン層とコア層からなる成形材料（特許文献６）がある。スキン層を熱伝導率の低い強化繊維、コア層を炭素繊維からなるシートにすることで力学特性と流動性を高めている。このように力学特性と成形の際の流動性をバランス良く両立させるための改善が進められているが、さらなる力学特性と流動性の向上が要求されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１４１５０２号公報
【特許文献２】特開２００３−８０５１９号公報
【特許文献３】特開２０１４−２８５１０号公報
【特許文献４】特開平６−４７７３７号公報
【特許文献５】特許第５９８５０８５号公報
【特許文献６】特許第５８４３０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記要求に鑑み、力学特性と成形時の流動性に優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討した結果、上記課題を解決することができる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を発明するに至った。すなわち、本発明は、以下の構成からなる。
［１］  熱可塑性樹脂中に強化繊維束を含む繊維強化熱可塑性樹脂成形材料であって、第一構成要素（Ｉ）が表面に配置されるように第一構成要素（Ｉ）および第二構成要素（ＩＩ）が積層されている繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
第一構成要素（Ｉ）：熱伝導率（λ１）が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下であるシート状物  
第二構成要素（ＩＩ）：密度と比熱の積（Ｂ２）が１．７×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ以上である繊維強化熱可塑性樹脂シート状物  
［２］  前記第一構成要素（Ｉ）の空隙率が５％以上であることを特徴とする、前記繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［３］  前記強化繊維束の切断角度（θ）が３°以上３０°以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［４］  前記第二構成要素（ＩＩ）における強化繊維束のアスペクト比（Ａ２）が１０以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［５］  前記第一構成要素（Ｉ）の繊維重量含有率（Ｗｆ１）が２０重量％以上であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［６］  前記第一構成要素（Ｉ）および前記第二構成要素（ＩＩ）の総量に対する前記第二構成要素（ＩＩ）の割合が５０〜９５体積％であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［７］  前記第一構成要素（Ｉ）に含まれる強化繊維束の平均繊維長（Ｌｆ１）が８ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［８］  前記第二構成要素（ＩＩ）に含まれる強化繊維束の平均繊維長（Ｌｆ２）が３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［９］  前記第二構成要素（ＩＩ）の繊維重量含有率（Ｗｆ２）が５０重量％以下であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［１０］  前記第二構成要素（ＩＩ）に含まれる強化繊維束の平均繊維数（ｎ２）が５００本以上であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［１１］  前記第一構成要素（Ｉ）と前記第二構成要素（ＩＩ）の積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）ｍ／（Ｉ）］である（但し、ｍは正の整数）ことを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［１２］  前記第一構成要素（Ｉ）または前記第二構成要素（ＩＩ）を構成する強化繊維が、炭素繊維またはガラス繊維であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［１３］  前記第一構成要素（Ｉ）を構成する樹脂および前記第二構成要素（ＩＩ）を構成する樹脂がポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂の群から選択される少なくとも１つを含むことを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
［１４］  積層方向の厚みが１ｍｍ以上であることを特徴とする、前記いずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、力学特性と複雑形状成形性に優れる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の積層構成を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の積層構成を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を構成する強化繊維束の切断角度を説明するための模式図である。
【図４】本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を構成する強化繊維束の切断角度を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は図１のように構成要素（Ｉ）と構成要素（ＩＩ）が積層されたものである。構成要素（Ｉ）と構成要素（ＩＩ）は一体化されていても、一体化されていなくてもよい。構成要素（Ｉ）と構成要素（ＩＩ）は強化繊維と熱可塑性樹脂からなる。
【００１３】
構成要素（Ｉ）と構成要素（ＩＩ）は構成要素（Ｉ）が表面になるように積層することがよい。図２の積層順序を［構成要素（Ｉ）／構成要素（ＩＩ）／構成要素（Ｉ）］のように表記する場合に、内部が構成要素（ＩＩ）となる積層構成がより好ましい。ここで、各構成要素の積層枚数は何枚でも構わない。繊維強化熱可塑性樹脂成形材料全体に対する構成要素（ＩＩ）の割合は５０体積％以上が好ましく、６０体積％以上がより好ましく、７５体積％以上がさらに好ましい。また９５体積％以下が好ましく、９０体積％以下がより好ましく、８５体積％以下がさらに好ましい。
【００１４】
構成要素（Ｉ）の熱伝導率λ１（ＪＩＳ  Ｒ１６１１（ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率）に準拠）は０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下がよく、０．１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下が好ましく、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下がより好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の流動性を高めることができる。また構成要素（Ｉ）の熱伝導率は０．０１Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば現実的に達成可能である。
【００１５】
構成要素（Ｉ）の空隙率は５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、１５％以上がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の冷却速度を遅延し流動性を高めることができる。また構成要素（Ｉ）の空隙率は７０％以下であれば現実的に達成可能である。空隙率の導出方法は後述する。
【００１６】
構成要素（ＩＩ）の密度（ＪＩＳ  Ｋ７２２２：２００５（発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の求め方）に準拠）と比熱（ＪＩＳ  Ｒ１６１１（ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率）に準拠）の積Ｂ２は１．７×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ以上がよく、２×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ以上が好ましく、２．５×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ以上がより好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の冷却速度を遅延し流動性を高めることができる。また構成要素（ＩＩ）の密度と比熱の積は５×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ以下であれば現実的に達成可能である。
【００１７】
構成要素（Ｉ）の繊維重量含有率Ｗｆ１は２０重量％以上が好ましく、３０重量％以上がより好ましく４０重量％以上がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の力学特性を高めることができる。また構成要素（Ｉ）の繊維体積含有率Ｗｆ１が８０重量％以下であれば現実的に達成可能である。
【００１８】
構成要素（ＩＩ）の繊維重量含有率Ｗｆ２は５０重量％以下が好ましく、４０重量％以下がより好ましく、３０重量％以下がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の流動性を高めることができる。また構成要素（ＩＩ）の繊維体積含有率Ｗｆ２が５重量％以上であれば現実的に達成可能である。
【００１９】
構成要素（Ｉ）と構成要素（ＩＩ）が積層された繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の厚みは１ｍｍ以上が好ましく、１．５ｍｍ以上がより好ましく、２ｍｍ以上がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の力学特性と流動性を高めることができる。また繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の厚みが１０ｍｍ以下であれば現実的に達成可能である。
【００２０】
構成要素（Ｉ）に含まれる強化繊維束（Ｉ）の平均繊維数ｎ１は５，０００本以下が好ましく、１，０００本以下がより好ましく、５００本以下がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の力学特性を高めることができる。また強化繊維束（Ｉ）の平均繊維数ｎ１が１０本以上であれば現実的に達成可能である。平均繊維数の導出方法は後述する。
【００２１】
構成要素（ＩＩ）に含まれる強化繊維束（ＩＩ）の平均繊維数ｎ２は５００本以上が好ましく、１，０００本以上がより好ましく、５，０００本以上がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の流動性を高めることができる。また強化繊維束（ＩＩ）の平均繊維数ｎ２が５０，０００本以下であれば現実的に達成可能である。本発明における繊維束は、予め集束された状態であることが好ましい。ここで予め集束された状態とは、例えば、繊維束を構成する単糸同士の交絡による集束した状態や、繊維束に付与されたサイジング剤による集束した状態、繊維束の製造工程で含有される撚りによって集束した状態を指す。
【００２２】
構成要素（Ｉ）に含まれる強化繊維束（Ｉ）のアスペクト比Ａ１は平均繊維長Ｌｆ１（ｍｍ）と平均繊維束幅Ｄ１（ｍｍ）の比（Ａ１＝Ｌｆ１／Ｄ１）で表され、アスペクト比Ａ１は２以上が好ましく、２０以上がより好ましく、１００以上がより好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の力学特性を高めることができる。また強化繊維（Ｉ）のアスペクト比Ａ１が２００以下であれば現実的に達成可能である。平均繊維長Ｌｆ１（ｍｍ）と平均繊維束幅Ｄ１（ｍｍ）の導出方法は後述する。
【００２３】
構成要素（ＩＩ）に含まれる強化繊維束（ＩＩ）のアスペクト比Ａ２は平均繊維長Ｌｆ２（ｍｍ）と平均繊維束幅Ｄ２（ｍｍ）の比（Ａ２＝Ｌｆ２／Ｄ２）で表され、アスペクト比Ａ２は１０以下が好ましく、７以下がより好ましく、３以下がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の流動性を高めることができる。また強化繊維束（Ｉ）のアスペクト比Ａ２が０．１以上であれば現実的に達成可能である。平均繊維長Ｌｆ２（ｍｍ）と平均繊維束幅Ｄ２（ｍｍ）の導出方法は後述する。
【００２４】
構成要素（Ｉ）に含まれる強化繊維束（Ｉ）の平均繊維長Ｌｆ１は８ｍｍ以上が好ましく、１２ｍｍ以上がより好ましく、１５ｍｍ以上がさらに好ましい。また強化繊維束（Ｉ）の平均繊維長Ｌｆ１は１００ｍｍ以下が好ましく、７５ｍｍ以下がより好ましく、５０ｍｍ以下がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の力学特性を高めることができる。
【００２５】
構成要素（ＩＩ）に含まれる強化繊維束（ＩＩ）の平均繊維長Ｌｆ２は３ｍｍ以上が好ましく、５ｍｍ以上がより好ましく、７ｍｍ以上がさらに好ましい。また強化繊維束（ＩＩ）の平均繊維長Ｌｆ２は２０ｍｍ以下が好ましく、１５ｍｍ以下がより好ましく、１０ｍｍ以下がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の力学特性と流動性を高めることができる。
【００２６】
構成要素（Ｉ）の平均繊維長Ｌｆ１（ｍｍ）と構成要素（ＩＩ）の平均繊維長Ｌｆ２（ｍｍ）の比Ｑ（＝Ｌｆ１／Ｌｆ２）の下限は１以上が好ましく、２以上がより好ましく、３以上がさらに好ましい。またＱの上限は２０未満が好ましく、１０未満がより好ましく、５未満がさらに好ましい。この範囲であれば繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の力学特性と流動性を高めることができる。
【００２７】
また、強化繊維の毛羽立ちを防止したり、強化繊維束の集束性を向上させたり、マトリックス樹脂との接着性を向上する等の目的でサイジング剤が付与されていても構わない。サイジング剤としては、特に限定されないが、エポキシ基、ウレタン基、アミノ基、カルボキシル基等の官能基を有する化合物が使用でき、これらは１種または２種以上を併用してもよい。後述する本発明における部分分繊繊維束の製造工程中におけるいずれかのタイミングで付与されるサイジング剤に関しても、同等のものを使用できる。
【００２８】
本発明において使用する繊維束は、予め集束された状態であることが好ましい。ここで予め集束された状態とは、例えば、繊維束を構成する単糸同士の交絡による集束した状態や、繊維束に付与されたサイジング剤による集束した状態、繊維束の製造工程で含有されてなる撚りによる集束した状態を指す。
【００２９】
強化繊維の種類としては制限がないが、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維が好ましい。なかでも炭素繊維が好ましい。炭素繊維としては、特に限定されないが、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が力学特性の向上、繊維強化樹脂の軽量化効果の観点から好ましく使用でき、これらは１種または２種以上を併用しても良い。中でも、得られる繊維強化樹脂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。
【００３０】
強化繊維の単繊維径は０．５μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましく、４μｍ以上がさらに好ましい。また、強化繊維の単繊維径は２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。強化繊維のストランド強度は３．０ＧＰａ以上が好ましく、４．０ＧＰａ以上がより好ましく、４．５ＧＰａ以上がさらに好ましい。強化繊維のストランド弾性率は２００ＧＰａ以上が好ましく、２２０ＧＰａ以上がより好ましく、２４０ＧＰａ以上がさらに好ましい。強化繊維のストランド強度または弾性率がそれぞれ、この範囲であれば、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の力学特性を高めることができる。
【００３１】
図３や図４に示すように、ランダムマットを構成する強化繊維束の切断角度θは３°以上が好ましく、４°以上がより好ましく、５°以上がさらに好ましい。この範囲であれば、安定的に繊維束を切断できる。また、３０°以下が好ましく、２５°以下がより好ましく、１５°以下がさらに好ましい。この範囲であれば、成形の際の良好な流動性と成形品の高い力学特性を実現できる。なお、切断角度θは０°〜９０°の範囲の値で表される。
【００３２】
熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリーレンスルフィド樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリスルホン樹脂が好ましく用いられ、また、これらの樹脂の前駆体である環状のオリゴマーも好ましく用いられる。なお、樹脂に柔軟性を付与する目的として、添加剤を加えても良い。
【実施例】
【００３３】
以下実施例を用いて本発明の詳細を説明する。各種測定方法、計算方法および評価方法は以下のとおりである。【００３４】
＜繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の繊維体積含有率Ｖｆ１、Ｖｆ２の測定方法＞
約２ｇの繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を切り出し、その質量Ｗｃ０を測定した。その後、サンプルを５００℃に加熱した窒素雰囲気中（酸素濃度１％以下）の電気炉の中で１時間加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばした。室温まで冷却してから、残った炭素繊維Ｗｃ１の質量を測定し、下記式より導出した。
Ｖｆ１、Ｖｆ２（体積％）＝（Ｗｃ１／ρｆ）／｛Ｗｃ１／ρｆ＋（Ｗｃ０−Ｗｃ１）／ρｒ｝×１００
ρｆ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
ρｒ：熱可塑性樹脂の密度（ｇ／ｃｍ３）【００３５】
＜空隙率の導出方法＞
シート状物の空隙率は、嵩密度ρ０（ＪＩＳ  Ｋ７２２２：２００５（発泡プラスチック及びゴム−見掛け密度の求め方）に準拠）および真密度ρ１（構成材の密度）を用いて下記式から導出した。
空隙率＝（１−ρ０／ρ１）×１００
ρ０：嵩密度（ｇ／ｃｍ３）
ρ１：真密度（ｇ／ｃｍ３）＝｛ρｆ×Ｖｆ１＋ρｒ×（１００−Ｖｆ１）｝／１００【００３６】
＜繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の１束あたりの平均繊維数ｎ１、ｎ２の測定方法＞
繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を５００℃に加熱した窒素雰囲気中（酸素濃度１％以下）の電気炉の中で１時間加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばし、繊維マットを取り出した。得られた繊維マットから繊維束を４０束ピックアップし、１束の重量Ｗｆ（ｍｇ）を秤量し、下記式から１束当たりの平均繊維数ｎ１、ｎ２を導出した。
ｎ１、ｎ２＝Ｗｆ／（ρｆ×πｒ２×Ｌｆ）×１０６
ρｆ：強化繊維の密度（ｇ／ｃｍ３）
ｒ：繊維径（μｍ）
Ｌｆ：平均繊維長（ｍｍ）【００３７】
＜平均繊維長Ｌｆ１、Ｌｆ２の測定方法＞
繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を５００℃に加熱した窒素雰囲気中（酸素濃度１％以下）の電気炉の中で１時間加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばし、繊維マットを取り出した。得られた繊維マットから繊維束を４０束ピックアップし、１束の繊維束長手方向で最も長い繊維長の平均値を求めて平均繊維長Ｌｆ１、Ｌｆ２とした。【００３８】
＜平均繊維束幅Ｄ１、Ｄ２の測定方法＞
繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を５００℃に加熱した窒素雰囲気中（酸素濃度１％以下）の電気炉の中で１時間加熱してマトリックス樹脂等の有機物を焼き飛ばし、繊維マットを取り出した。得られた繊維マットから繊維束を４０束ピックアップし、１束の繊維直交方向で最も大きい幅の平均値を求めて平均繊維束幅Ｄ１、Ｄ２とした。【００３９】
＜曲げ強度の測定および判定方法＞
ＪＩＳ  Ｋ７０７４（１９８８年）に準拠し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の曲げ強度を測定した。曲げ強度が２００ＭＰａ未満をＣ、２００ＭＰａ以上３５０ＭＰａ未満をＢ、３５０ＭＰａ以上をＡと判定した。【００４０】
＜繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の流動率Ｒの測定および判定方法＞
繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の流動率Ｒは下記手順に従って測定した。
（１）繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を寸法１００ｍｍ×１００ｍｍとなるように切り出した。
（２）ＩＲヒーターで繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を所定の温度で予熱し樹脂を溶融させた。
（３）所定温度に昇温したプレス盤に配置し、２０ＭＰａで３０秒間加圧した。
（４）得られた成形品の表面積Ｓ２（ｍｍ２）と、プレス前の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の表面積Ｓ１（ｍｍ２）を測定し、Ｓ２／Ｓ１×１００の式で求められる値を流動率Ｒ（％）とした。流動率Ｒが２００％未満をＣ、２００％以上３００％未満をＢ、３００％以上Ａと判定した。【００４１】
［使用原料］
・強化繊維束１（炭素繊維）
炭素繊維束（ＺＯＬＴＥＫ社製“ＰＸ３５”、単糸数５０，０００本）を用いた。
・強化繊維束２（ガラス繊維）
ガラス繊維束（日東紡績製２４０ＴＥＸ、単糸数１，６００本）を用いた。
・樹脂シート１（Ｎｙ６）
ポリアミド６樹脂（東レ（株）社製、“アミラン”（登録商標）ＣＭ１００１）からなるポリアミドマスターバッチを用いて、シートを作製した。
・樹脂シート２（ＰＰ）
未変性ポリプロピレン樹脂（プライムポリマー（株）社製、“プライムポリプロ”（登録商標）Ｊ１０６ＭＧ）９０質量％と、酸変性ポリプロピレン樹脂（三井化学（株）製、“アドマー”（登録商標）ＱＥ８００）１０質量％とからなるポリプロピレンマスターバッチを用いて、シートを作製した。【００４２】
［構成要素の製造方法］
繊維束を、ワインダーを用いて一定速度１０ｍ／分で巻き出し、１０Ｈｚで軸方向へ振動する振動拡幅ロールに通し、拡幅処理を施した後に、６０ｍｍ幅の幅規制ロールを通すことで６０ｍｍへ拡幅した拡幅繊維束を得た。【００４３】
得られた拡幅繊維束に対して、厚み０．２ｍｍ、幅３ｍｍ、高さ２０ｍｍの突出形状を具備する分繊処理用鉄製プレートを、強化繊維束の幅方向に対して３．５ｍｍ等間隔に並行にセットした分繊処理手段を準備した。この分繊処理手段を拡幅繊維束に対して、間欠的に抜き挿しし、部分分繊繊維束を得た。【００４４】
この時、分繊処理手段は一定速度１０ｍ／分で走行する拡幅繊維束に対して、３秒間分繊処理手段を突き刺し分繊処理区間を生成し、０．２秒間で分繊処理手段を抜き、再度突き刺す動作を繰り返し行なった。【００４５】
得られた部分分繊繊維束は、狙いの平均繊維数になるように分繊処理区間で繊維束が幅方向に対して分繊されており、少なくとも１つの分繊処理区間の少なくとも１つの端部に、単糸が交絡した絡合部が蓄積されてなる絡合蓄積部を有していた。続いて、得られた部分分繊繊維束を、ロータリーカッターへ連続的に挿入して繊維束を狙いの繊維長に切断、均一分散するように散布することにより、繊維配向が等方的である不連続繊維不織布を得た。【００４６】
樹脂シートを不連続繊維不織布の上下から挟み込み、プレス機で樹脂を不織布中に含浸させることにより、シート状の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。【００４７】
（参考例１）
上記製造方法により、表１に示すとおり、切断角度１０°、繊維長２０ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束２（ガラス繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート１（Ｎｙ６）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４９重量％、熱伝導率０．０７Ｗ／ｍ・Ｋ、空隙率５０％、０．４ｍｍ厚）を得た。【００４８】
（参考例２）
上記製造方法により、表１に示すとおり、切断角度１０°、繊維長２０ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート１（Ｎｙ６）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４０重量％、熱伝導率０．１Ｗ／ｍ・Ｋ、空隙率５０％、０．４ｍｍ厚）を得た。【００４９】
（参考例３）
上記製造方法により、表１に示すとおり、切断角度５０°、繊維長１０ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート１（Ｎｙ６）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率２２重量％、熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋ、空隙率３０％、０．３ｍｍ厚）を得た。【００５０】
（参考例４）
上記製造方法により、表１に示すとおり、切断角度３０°、繊維長１０ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート２（ＰＰ）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率１８重量％、熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋ、空隙率３０％、０．３ｍｍ厚）を得た。【００５１】
（参考例５）
上記製造方法により、表１に示すとおり、切断角度３０°、繊維長５ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート２（ＰＰ）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率２６重量％、熱伝導率０．２Ｗ／ｍ・Ｋ、空隙率１０％、０．２ｍｍ厚）を得た。【００５２】
（参考例６）
上記製造方法により、表１に示すとおり、切断角度１０°、繊維長２０ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束２（ガラス繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート２（ＰＰ）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率５５重量％、熱伝導率０．３Ｗ／ｍ・Ｋ、空隙率１％、０．２ｍｍ厚）を得た。【００５３】
（参考例７）
上記製造方法により、表１に示すとおり、切断角度１０°、繊維長２０ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート１（Ｎｙ６）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４０重量％、熱伝導率０．５Ｗ／ｍ・Ｋ、空隙率１％、０．２ｍｍ厚）を得た。【００５４】
（参考例８）
上記製造方法により、表２に示すとおり、切断角度３０°、繊維長１０ｍｍ、平均繊維数２０００本の強化繊維束２（ガラス繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート１（Ｎｙ６）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４９重量％、密度と比熱の積２×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ、２ｍｍ厚）を得た。【００５５】
（参考例９）
上記製造方法により、表２に示すとおり、切断角度５０°、繊維長１０ｍｍ、平均繊維数５００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート２（ＰＰ）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４６重量％、密度と比熱の積２×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ、２ｍｍ厚）を得た。【００５６】
（参考例１０）
上記製造方法により、表２に示すとおり、切断角度１０°、繊維長８ｍｍ、平均繊維数３０００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート１（Ｎｙ６）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４０重量％、密度と比熱の積１．９×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ、２ｍｍ厚）を得た。【００５７】
（参考例１１）
上記製造方法により、表２に示すとおり、切断角度１０°、繊維長２ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート１（Ｎｙ６）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４０重量％、密度と比熱の積１．９×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ、２ｍｍ厚）を得た。【００５８】
（参考例１２）
上記製造方法により、表２に示すとおり、切断角度１０°、繊維長３０ｍｍ、平均繊維数５００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート２（ＰＰ）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４６重量％、密度と比熱の積１．８×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ、２ｍｍ厚）を得た。【００５９】
（参考例１３）
上記製造方法により、表２に示すとおり、切断角度１０°、繊維長１０ｍｍ、平均繊維数１００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート２（ＰＰ）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率４６重量％、密度と比熱の積１．８×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ、２ｍｍ厚）を得た。【００６０】
（参考例１４）
上記製造方法により、表２に示すとおり、切断角度１０°、繊維長１０ｍｍ、平均繊維数１０００本の強化繊維束１（炭素繊維）からなる不連続繊維不織布と樹脂シート１（Ｎｙ６）からなる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の構成要素（繊維重量含有率６０重量％、密度と比熱の積１．５×１０６Ｊ／ｍ３・Ｋ、２ｍｍ厚）を得た。【００６１】
（実施例１）
参考例１を構成要素（Ｉ）、参考例８を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）／（ＩＩ）／（Ｉ）］（以下、［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］のように表記する）となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００６２】
（実施例２）
参考例１を構成要素（Ｉ）、参考例１０を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００６３】
（実施例３）
参考例１を構成要素（Ｉ）、参考例１１を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００６４】
（実施例４）
参考例２を構成要素（Ｉ）、参考例８を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００６５】
（実施例５）
参考例３を構成要素（Ｉ）、参考例８を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００６６】
（実施例６）
参考例４を構成要素（Ｉ）、参考例９を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２３０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００６７】
（実施例７）
参考例４を構成要素（Ｉ）、参考例１２を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２３０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００６８】
（実施例８）
参考例４を構成要素（Ｉ）、参考例１３を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２３０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００６９】
（実施例９）
参考例５を構成要素（Ｉ）、参考例９を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２３０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００７０】
（比較例１）
参考例６を構成要素（Ｉ）、参考例９を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２３０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００７１】
（比較例２）
参考例７を構成要素（Ｉ）、参考例８を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、流動率Ｒは表３に示す通りである。【００７２】
（比較例３）
参考例１を構成要素（Ｉ）、参考例１４を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（Ｉ）／（ＩＩ）２／（Ｉ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００７３】
（比較例４）
参考例１を構成要素（Ｉ）、参考例８を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（ＩＩ）／（Ｉ）２／（ＩＩ）］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４．４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００７４】
（比較例５）
参考例１を構成要素（Ｉ）として、積層構成が［（Ｉ）２０］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００７５】
（比較例６）
参考例８を構成要素（ＩＩ）として、積層構成が［（ＩＩ）２］となるように積層し、繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を得た。得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形材料を２８０℃で予熱し、４ｍｍ厚となるようにプレス機で成形した。得られた成形品の曲げ強度、成形材料の流動率Ｒは表３に示す通りである。【００７６】
【表１】
2019131125.tif 000003
【００７７】
【表２】
2019131125.tif 000004
【００７８】
【表３】
2019131125.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、自動車内外装、電気・電子機器筐体、自転車、航空機内装材、輸送用箱体など等に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００８０】
λ１：熱伝導率
Ｂ２：密度と比熱の積
θ：切断角度
Ａ１、Ａ２：アスペクト比
Ｗｆ１、Ｗｆ２：繊維重量含有率
Ｌｆ１、Ｌｆ２：平均繊維長
ｎ１、ｎ２：平均繊維数
Ｄ１、Ｄ２：平均繊維束幅
Ｑ：Ｌｆ１とＬｆ２の比
Ｖｆ１、Ｖｆ２：繊維体積含有率
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019131125.tif 000008
【図４】
2019131125.tif 000009
【国際調査報告】
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2019131125.tif 000012
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