(57)【要約】【課題】  軽量で高剛性、高衝撃性の熱可塑性樹脂成形品および熱可塑性樹脂組成物を提供することにある。【解決手段】  芳香族ポリアミドを含有する熱可塑性樹脂（Ａ）を４０〜８０質量％、炭素繊維（Ｂ）を２０〜６０質量％含有する熱可塑性樹脂組成物であって、炭素繊維（Ｂ）が、下記（ｉ）〜（iii）を満足するものである熱可塑性樹脂組成物。（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺が実質的に無く、（ii）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２であり、（iii）ストランド弾性率が２３０〜５００ＧＰａである。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ弾性率が３５０００ＭＰａ以上であって、比重が１．４以下である熱可塑性樹脂成形品。
【請求項２】
比弾性率が２５０００ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂成形品。
【請求項３】
芳香族ポリアミドを含有する熱可塑性樹脂（Ａ）を４０〜７０質量％、炭素繊維（Ｂ）を３０〜６０質量％含有する熱可塑性樹脂組成物であって、炭素繊維（Ｂ）が、下記（ｉ）〜（iii）を満足するものである熱可塑性樹脂組成物。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺が実質的に無く、
（ii）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２であり、
（iii）ストランド弾性率が２３０〜５００ＧＰａである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量性および剛性が必要な樹脂成形品および樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属部品の樹脂化は様々な分野で行われてきており、特にノートパソコン筺体や競技用自転車などの分野においては、マグネシウム合金等の金属に替わりうる剛性、耐衝撃性と軽量性が要求されるようになってきている。高剛性、高耐衝撃性の樹脂成形品を得るためには、一般に、繊維強化材によって補強された樹脂が用いられ、特に軽量化のためには、炭素繊維が補強材として用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、ナイロン６等の熱可塑性樹脂に炭素繊維を配合することによって、軽量で剛性のある材料が記載されている。しかしながら、同文献に記載されている熱可塑性樹脂成形品の曲げ弾性率は、たかだか３００００ＭＰａ弱程度であり、さらに高剛性の材料が求められていた。
【特許文献１】特開２００１−１８１５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、剛性、耐衝撃性等の機械的特性に優れ、なおかつ軽量性に優れる熱可塑性樹脂成形品および熱可塑性樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、曲げ弾性率が３５０００ＭＰa以上であって、比重が１．４以下である熱可塑性樹脂成形品に関するものであり、比弾性率が２５０００ＭＰａ以上である熱可塑性樹脂成形品に関するものであり、また、芳香族ポリアミドを含有する熱可塑性樹脂（Ａ）を４０〜７０質量％、炭素繊維（Ｂ）を３０〜６０質量％含有する熱可塑性樹脂組成物であって、炭素繊維（Ｂ）が、下記（ｉ）〜（iii）を満足するものである熱可塑性樹脂組成物に関するものである。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺が実質的に無く、
（ii）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２であり、
（iii）ストランド弾性率が２３０〜５００ＧＰａである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の熱可塑性樹脂成形品は低比重であるために軽量であり、さらに高剛性、耐衝撃性を有する。従って、これらの特性が要求されるパソコン筺体や自転車部品に好適に用いることができ、特にノートパソコンや競技用などの自転車用部品に好適な材料である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の熱可塑性樹脂成形品は、曲げ弾性率が３５０００ＭＰa以上である。なお、本発明において、曲げ弾性率とは、ＩＳＯ１７８により測定したものである。
曲げ弾性率が、３５０００ＭＰa以上の場合に、剛性が十分となり、パソコン筺体、自転車用部品として好ましい。
【０００８】
本発明の熱可塑性樹脂成形品の曲げ弾性率の下限値は、３５５００ＭＰa以上が好ましく、３６０００ＭＰa以上がより好ましく、３６５００ＭＰa以上がさらに好ましく、３７０００ＭＰa以上が特に好ましい。
また、この曲げ弾性率の上限値は、特に制限されないが、５００００ＭＰa以下が好ましく、４８０００ＭＰa以下であることが特に好ましい。
【０００９】
また、本発明の熱可塑性樹脂成形品の比重は、１．４以下である。比重が１．４以下の場合に、軽量化が十分となる傾向にあり、パソコン筺体、自転車用部品として好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形品の比重の上限値は、１．４以下が好ましく、１．３９以下が特に好ましい。また、この比重の下限値は、特に制限されないが、１．２以上が好ましく、１．２３以上が特に好ましい。
【００１０】
本発明の熱可塑性樹脂成形品の比弾性率は、２５０００ＭＰa以上である。ここで、比弾性率とは、曲げ弾性率を比重で除した値である。熱可塑性樹脂成形品の比弾性率が２５０００ＭＰa以上の場合に、軽量で高い剛性を発現する傾向にあり、パソコン筺体、自転車用部品として好ましい。
【００１１】
本発明の熱可塑性樹脂成形品の比弾性率の下限値は、２５５００ＭＰａ以上が好ましく、２６０００ＭＰａ以上がより好ましく、２６５００ＭＰa以上がさらに好ましく、２７０００ＭＰa以上が特に好ましい。
また、この比弾性率の上限値は、特に制限されないが、４００００ＭＰａ以下が好ましく、３５０００ＭＰａ以下が特に好ましい。
【００１２】
本発明の熱可塑性樹脂成形品の耐衝撃性は、特に制限されないが、ノッチなしシャルピー衝撃試験による衝撃強度が６０ｋＪ／ｍ２以上であることが好ましい。熱可塑性樹脂成形品のノッチなしシャルピー衝撃強度が６０ｋＪ／ｍ２以上である場合に、パソコン筺体、自転車用部品として好ましい。このシャルピー衝撃強度の下限値は、７０ｋＪ／ｍ２以上がより好ましく、８０ｋＪ／ｍ２以上が特に好ましい。
また、このシャルピー衝撃強度の上限値は、特に制限されないが、５００ｋＪ／ｍ２以下が好ましく、３００ｋＪ／ｍ２以下がより好ましく、１５０ｋＪ／ｍ２以下が特に好ましい。
【００１３】
このような物性を有する熱可塑性樹脂成形品は、芳香族ポリアミドを含有する熱可塑性樹脂（Ａ）を４０〜７０質量％、炭素繊維（Ｂ）を３０〜６０質量％含有する熱可塑性樹脂組成物であって、炭素繊維（Ｂ）が、下記（ｉ）〜（iii）を満足するものである熱可塑性樹脂組成物を成形することによって製造することができる。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺が実質的に無く、
（ii）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２であり、
（iii）ストランド弾性率が２３０〜５００ＧＰａである。
【００１４】
芳香族ポリアミドを含有する熱可塑性樹脂（Ａ）の含有量は、熱可塑性樹脂組成物全量中４０〜７０質量％である。この（Ａ）成分の含有量が４０質量％以上の場合に、熱可塑性樹脂組成物を押出す際に、安定してストランドを押出すことができる傾向にあるため、好ましい。また、（Ａ）成分の含有量が７０質量％以下の場合に、十分な剛性が得られる傾向にあるため、好ましい。
【００１５】
（Ａ）成分の含有量の下限値は、４５質量％以上がより好ましく、５０質量％以上が特に好ましい。また、（Ａ）成分の含有量の上限値は、６５質量％以下がより好ましく、６０質量％以下が特に好ましい。
【００１６】
芳香族ポリアミドの含有量は、特に制限されないが、主成分であること、すなわち、（Ａ）成分全量中５０質量％以上であることが好ましい。芳香族ポリアミドの含有量が５０質量％以上の場合に、剛性が高くなる傾向にある。芳香族ポリアミドの含有量の下限値は、６０質量％以上がより好ましく、７０質量％以上が特に好ましい。また、芳香族ポリアミドの含有量の上限値は、特に制限されず、（Ａ）成分全量が芳香族ポリアミドであってもよい。
【００１７】
芳香族ポリアミドとは、芳香族成分を含有するポリアミドであり、例えば、芳香族ジカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分からなる全芳香族ポリアミド、ジカルボン酸成分とジアミン成分のどちらか一方が芳香族化合物を含有する成分である半芳香族ポリアミドが挙げられる。
【００１８】
芳香族ジカルボン酸成分としては、特に制限されず、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸等が挙げられる。また、芳香族ジアミン成分としては、特に制限されず、例えば、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン等があげられる。脂肪族ジカルボン酸としては、特に制限されず、例えば、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、デカンジカルボン酸等が挙げられる。脂肪族ジアミンとしては、特に制限されず、例えば、ジアミノヘキサン等が挙げられる。
芳香族ポリアミドの中でも、半芳香族ポリアミドが好ましく、その中でも、メタキシレンジアミン成分とアジピン酸成分からなるポリアミドが特に好ましい。
【００１９】
（Ａ）成分は、芳香族ポリアミドを必須成分として含有するものであるが、芳香族ポリアミド以外の熱可塑性樹脂を含有してもよい。
（Ａ）成分に含有される芳香族ポリアミド以外の熱可塑性樹脂としては、特に制限されず、ポリドデカノアミド（ナイロン１２）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６，６）、ポリヘキサメチレンアゼラミド（ナイロン６，９）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６，１０）、ポリヘキサメチレンドデカノアミド（ナイロン６，１２）、ポリカプラミド（ナイロン６）、ナイロン１２系エラストマー等の脂肪族ポリアミド樹脂；ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリフェニレンエーテル、ポリアセタール、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。
【００２０】
炭素繊維（Ｂ）の含有量は、熱可塑性樹脂組成物全量中３０〜６０質量％である。この（Ｂ）成分の含有量が、３０質量％以上の場合に十分な剛性が得られる傾向にあるため、好ましい。また、（Ｂ）成分の含有量が６０質量％以下の場合に、熱可塑性樹脂を押出す際に安定してストランドを押出すことができる傾向にあるため、好ましい。
【００２１】
（Ｂ）成分の含有量の下限値は、３５質量％以上がより好ましく、４０質量％以上が特に好ましい。また、（Ｂ）成分の含有量の上限値は、５５質量％以下がより好ましく、５０質量％以下が特に好ましい。
【００２２】
炭素繊維（Ｂ）は、下記（ｉ）〜（iii）を満足するものである。
（ｉ）単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺が実質的に無く、
（ii）単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）が１．００〜１．０２であり、
（iii）ストランド弾性率が２３０〜５００ＧＰａである。
【００２３】
炭素繊維（Ｂ）が上記（ｉ）〜（iii）を満足する場合に、得られる炭素繊維強化熱可塑性樹脂の剛性が十分となる傾向にある。
ここで、単繊維表面の皺は、電子顕微鏡で単繊維表面を観察し、繊維方向に溝があるか無いかを判定したものであり、単繊維の繊維断面の長径と短径との比は、電子顕微鏡度で単繊維の断面を観察して評価したものである。
【００２４】
単繊維の表面に単繊維の長手方向に延びる皺が実質的に無い場合に、特にマトリックス樹脂として芳香族ポリアミドを組み合わせることにより、高い剛性が発現する。
ここで、単繊維の円周長さ２μｍの範囲における最高部と最低部の高低差（皺深さ）としては、特に制限されないが、９０ｎｍ以下が好ましく、７０ｎｍ以下がより好ましく、５０ｎｍ以下が特に好ましい。
【００２５】
単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）は、１．００〜１．０２である。
単繊維の繊維径としては、特に制限されないが、７μｍ以下が好ましく、６．５μｍ以下が特に好ましい。
熱可塑性樹脂組成物中の単繊維の平均繊維長としては、特に制限されないが、３ｍｍ以下が好ましく、１．５ｍｍ以下がより好ましく、１ｍｍ以下がさらに好ましく、０．５ｍｍ以下が特に好ましい。樹脂組成物中の単繊維の平均繊維長が３ｍｍ以下の場合に、熱可塑性樹脂組成物の成形時の流動性が良好となる傾向にあり、パソコン筐体や自転車部品等の複雑な形状の成形品を成形することができる傾向にある。
【００２６】
炭素繊維（Ｂ）のストランド弾性率は、２３０〜５００ＧＰａである。ここで、ストランド弾性率およびストランド強度とは、炭素繊維単繊維３０００〜９００００本よりなる連続繊維束にエポキシ樹脂を含浸硬化させて作製されたストランドの弾性率および強度をいい、ストランド試験片をＪＩＳ  Ｒ７６０１に準拠して引張り試験に供して得られた値である。
【００２７】
ストランド弾性率の下限値は、２５０ＧＰａ以上が好ましく、２７０ＧＰａ以上が特に好ましい。また、ストランド弾性率の上限値は、成形品の耐衝撃性の面から、３７０ＧＰａ以下が好ましく、３５０ＧＰａ以下が特に好ましい。
ストランド強度の下限値は、特に制限されないが、４１００ＭＰａ以上が好ましく、４２００ＭＰａ以上がより好ましく、４３００ＭＰａ以上が特に好ましい。ストランド強度の上限値は、特に制限されないが、５０００ＭＰａ以下が好ましく、４９００ＭＰａ以下がより好ましく、４７００ＭＰａ以下が特に好ましい。
【００２８】
炭素繊維（Ｂ）は、ＰＡＮ系またはピッチ系の炭素繊維であり、例えば長繊維タイプや短繊維タイプのチョプドストランド、ミルドファイバーなどから選択して用いることができる。
また、炭素繊維（Ｂ）と熱可塑性樹脂との接着性を向上するために、炭素繊維（Ｂ）に表面酸化処理を行ってもよく、その場合、通電処理による表面酸化、オゾンなどの酸化性ガス雰囲気中での酸化処理をしても良い。さらに一般的に使用されるエポキシ系、ポリアミド系、ウレタン系、ポリエステル系等のサイジング剤を用いた表面付着処理を用いることも出来る。
【００２９】
炭素繊維（Ｂ）の形態は、特に制限されないが、数千から数十万本の炭素繊維の束、あるいは粉砕したミルド状の形態で用いられる。炭素繊維束については、連続繊維を直接使用するロービング法、あるいは所定長さにカットしたチョップドストランドを使用する方法を適用し、用いることが可能である。
【００３０】
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、前述の（Ａ）成分および（Ｂ）成分を基本構成成分とするものであるが、必要に応じて、各種フィラー、エラストマー(ゴム)、カーボンブラック、金属酸化物及びセラミックス等の粒状物、難燃剤、流動改質剤、帯電防止剤、離型剤、酸化防止剤等の添加剤を加えることができる。これらの添加剤の含有量は、特に制限されないが、本発明の熱可塑性樹脂組成物全量中３０質量％以下の範囲であることが好ましい。
【００３１】
熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、特に制限されず、従来の熱可塑性樹脂組成物の製造方法として一般に用いられる設備と方法により製造することができる。その内でも、溶融混練法が好ましい。溶融混練に用いる装置としては、特に制限されず、例えば、押出し機、バンバリーミキサー、ローラー、ニーダー等を挙げることができる。
【００３２】
押出機については、単軸押出機、二軸押出機があるが、短時間で混練を行うために二軸押出機であることが好ましい。
また炭素繊維の投入方法としては、特に制限されないが、混練による繊維長の低下を抑制することができることから、スクリューの中間から添加するサイドフィード法が好ましい。
【００３３】
熱可塑性樹脂組成物の成形方法は、特に制限されない。例えば、射出成形、押出成形による棒状、中空状、シート状への成形、真空成形、ブロー成形などが挙げられる。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。
【００３５】
（１）炭素繊維の評価方法
炭素繊維の評価については、次に述べる方法にしたがって測定した。
（１−１）表面の皺
本発明の炭素繊維表面の皺は、試料をＳＥＭ試料台に接着し、さらに金（Ａｕ）を約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、ＰＨＩＬＩＰＳ社製ＸＬ２０走査型電子顕微鏡により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で電子顕微鏡で表面を観察し、繊維方向に溝があるか無いかを判定した。
【００３６】
（１−２）断面形状の評価
炭素繊維の単繊維の繊維断面の長径と短径との比（長径／短径）は、以下のようにして決定した。内径１ｍｍの塩化ビニル樹脂製のチューブ内に測定用の炭素繊維束を通した後、これをナイフで輪切りにして試料を準備する。ついで、該試料を繊維断面が上を向くようにしてＳＥＭ試料台に接着し、さらに金（Ａｕ）を約１０ｎｍの厚さにスパッタリングしてから、ＰＨＩＬＩＰＳ社製ＸＬ２０走査型電子顕微鏡により、加速電圧７．００ｋＶ、作動距離３１ｍｍの条件で繊維断面を観察し、単繊維の繊維断面の長径および短径を測定し、長径÷短径で長径／短径の比率を求めた。
【００３７】
（１−３）ストランド物性評価
炭素繊維束のストランド強度および弾性率は、ＪＩＳ  Ｒ７６０１に準拠して測定した。
【００３８】
（２）熱可塑性樹脂成形品の評価方法
熱可塑性樹脂成形品の評価については、次に述べる方法にしたがって測定した。
（２−１）比重
ＩＳＯ１１８３に準拠して水中置換法により、成形品の比重を測定した。
（２−２）曲げ弾性率
ＩＳＯ１７８に準拠して曲げ試験を行い、曲げ弾性率を求めた。
（２−３）シャルピー衝撃強度
ＩＳＯ１７９に準拠して、ノッチなしのシャルピー衝撃強度を求めた。
【００３９】
実施例１
２軸押出機（池貝製作所製ＰＣＭ−３０）を用いて、メタキシレンジアミン成分とアジピン酸成分からなる半芳香族ポリアミド（三菱ガス化学（株）製ＭＸＤ６ナイロン、商品名「レニー６００７」）６０質量部を樹脂フィーダーから供給し、炭素繊維ＭＲ０６ＮＥ（三菱レイヨン（株）製チョップド炭素繊維：原糸として三菱レイヨン（株）製ＭＲ４０−１２Ｍ（繊維径６μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率２９５ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）４０質量部をサイドフィーダーから供給して、樹脂温度２８０℃の温度で溶融混練してペレットとした。ここで、押出機の中間に設けられたベント口より減圧し水分を除去した。
【００４０】
なお、ここで用いた炭素繊維ＭＲ０６ＮＥの単繊維を電子顕微鏡により観察した結果、長径／短径比は１．００であり、繊維方向に皺は見られなかった。
次いでこのペレットを１５０℃で２時間の熱風による乾燥をし、射出成形機（日本製鋼所（ＪＳＷ）製７５Ｔ射出成形機Ｊ７５ＳＳＩＩ）を用いて、樹脂温度２６０℃、金型温度８０℃の温度条件で試験片を成形した。成形品の評価結果を表１に示す。
【００４１】
実施例２
炭素繊維として、ＭＲ０６ＮＥの代わりに炭素繊維ＣＦ−１（原糸として三菱レイヨン（株）製ＨＲ４０−１２Ｍ（繊維径７μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率３９０ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）を用いること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
なお、ここで用いた炭素繊維ＣＦ−１の単繊維を電子顕微鏡により観察した結果、長径／短径比は１．００であり、繊維方向に皺は見られなかった。
【００４２】
比較例１
炭素繊維として、ＭＲ０６ＮＥの代わりに炭素繊維ＴＲ０６ＮＥ（三菱レイヨン（株）製チョップド炭素繊維：原糸として三菱レイヨン（株）製ＴＲ５０Ｓ−１２Ｌ（繊維径７μｍ、集束本数１２０００本、ＮＥサイズ処理品、ストランド弾性率２４０ＧＰａ）を使用し、繊維長さ６ｍｍにチョップしたもの）を用いること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
なお、ここで用いた炭素繊維ＴＲ０６ＮＥの単繊維を電子顕微鏡により観察した結果、長径／短径比は１．０８であり、繊維方向に皺が見られた。また、その皺の深さ（単繊維の円周長さ２μｍの範囲における最高部と最低部の高低差）は、１００ｎｍであった。
【００４３】
比較例２
メタキシレンジアミン成分とアジピン酸成分からなる半芳香族ポリアミドの代わりにナイロン６６（東レ（株）製、商品名「ＣＭ３００１Ｎ」）を用い、樹脂温度を３００℃とすること以外は、実施例１と同様の方法でペレットを得た。また、得られたペレットを用いて、樹脂温度を２９０℃とする以外は、実施例１と同様の方法で成形品を得た。評価結果を表１に示す。
【００４４】
比較例３
メタキシレンジアミン成分とアジピン酸成分からなる半芳香族ポリアミドの代わりにポリカーボネート（出光石油化学（株）製、商品名「タフロンＡ１７００」）を用い、樹脂温度を３００℃とすること以外は、実施例１と同様の方法でペレットを得た。また、得られたペレットを用いて、樹脂温度を３００℃とする以外は、実施例１と同様の方法で成形品を得た。評価結果を表１に示す。
【００４５】
比較例４
メタキシレンジアミン成分とアジピン酸成分からなる半芳香族ポリアミドと炭素繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、実施例１と同様の方法でペレットおよび成形品を得た。評価結果を表１に示す。
【００４６】
比較例５
メタキシレンジアミン成分とアジピン酸成分からなる半芳香族ポリアミドと炭素繊維の添加量を表１のように変更すること以外は、実施例１と同様の方法で溶融混練したが、押出しが不能であったため、熱可塑性樹脂組成物のペレットを得ることができなかった。
【００４７】
【表１】
2006001965.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の成形品は、軽量性と剛性が要求されるパソコン、液晶プロジェクター、テレビ、オーディオ機器、携帯電話などの電気機器用部品、自転車、自動車、鉄道車両等の車両、船舶、飛行機等の輸送機用部品、車椅子や松葉杖などの介護用品、ラジコンのシャーシなどのホビー用品、電動工具、登山用品などに使用することが可能であり、中でもパソコン筐体、自転車用部品として好適に使用することができる。