(57)【要約】【課題】炭素繊維とガラス繊維とを含み、曲げ強度に優れる繊維強化熱可塑性樹脂組成物を提供することを目的とする。【解決手段】熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂１００重量部に対して炭素繊維を５〜２５重量部、ガラス繊維を２０〜７０重量部とを含み、かつ、炭素繊維とガラス繊維との総和が４０〜７５重量部となるように繊維強化熱可塑性樹脂組成物を構成することによって、得られた組成物の曲げ強度を効率的に高めることができる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂１００重量部に対して炭素繊維５〜２５重量部と、ガラス繊維２０〜７０重量部とを含み、かつ、炭素繊維とガラス繊維との総和が前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して４０〜７５重量部であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
【請求項２】
前記熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂１００重量部に対して前記炭素繊維８〜２０重量部と、前記ガラス繊維４８〜７０重量部とを含み、かつ、前記炭素繊維と前記ガラス繊維との総和が前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して６５〜７５重量部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組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂組成物に関し、特に繊維として炭素繊維及びガラス繊維を含む繊維強化熱可塑性樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形材料として熱可塑性樹脂を利用する場合に、強度を高める方法として、従来から繊維を配合する方法が知られている。繊維としては、例えば、炭素繊維やガラス繊維を挙げることができる。
【０００３】
本出願人は、特許文献１に示すように、炭素繊維強化樹脂からなる管状の芯材の外面に、その主成分樹脂がエチレン−アクリル酸共重合体である被覆樹脂層が設けられている樹脂被覆体を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１６８８７２号公報
【０００５】
ところで、炭素繊維を配合する場合は、比較的少量の配合でも強度を大きく高めることができるが、コストが高く、いわゆる、汎用製品の材料としては利用しにくいので、特許文献１に示すように、二層構造の一方の層のみに炭素繊維を配合するような、製品全体ではなく、その一部に利用することが多い。
【０００６】
一方、ガラス繊維は、熱硬化性樹脂に配合してＦＲＰに利用されたり、長尺のガラス繊維を熱可塑性樹脂で被覆した被覆材料として利用されたりしているが、炭素繊維に比べると強度の上昇の程度が小さく、強度を高めるためには大量に配合する必要があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者はかかる従来の問題点に鑑み鋭意研究の結果、熱可塑性樹脂に対して、炭素繊維とガラス繊維とを特定の割合で配合することによって、炭素繊維とガラス繊維とが相乗的に作用し、配合組成物の強度が著しく高まることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成としている。
すなわちこの発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂１００重量部に対して炭素繊維５〜２５重量部と、ガラス繊維２０〜７０重量部とを含み、かつ、炭素繊維とガラス繊維との総和が前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して４０〜７５重量部であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明において、前記熱可塑性樹脂と、熱可塑性樹脂１００重量部に対して前記炭素繊維８〜２０重量部と、前記ガラス繊維４８〜７０重量部とを含み、かつ、前記炭素繊維と前記ガラス繊維との総和が前記熱可塑性樹脂１００重量部に対して６５〜７５重量部であるようにすることが更に好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、炭素繊維とガラス繊維とを特定の割合で配合することによって、炭素繊維とガラス繊維とが相乗的に作用し、炭素繊維とガラス繊維の配合割合から想定される曲げ強度よりも著しく高めることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明を実施するための最良の形態について、具体的に説明する。
【００１２】
本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂と、炭素繊維とガラス繊維とを含むものである。
【００１３】
熱可塑性合成樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン等が使用される。
【００１４】
ガラス繊維としては、特に制限はないが、例えば、平均直径５〜２０μｍ、平均繊維長１００〜５００μｍのものを用いることができる。
【００１５】
炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、レーヨン系、リグニン系、フェノール系、ピッチ系、気相成長系炭素繊維などが挙げられる。また、炭素繊維の形状も特に制限はないが、例えば、平均直径１〜１０μｍ、平均繊維長１００〜５００μｍのものを用いることができる。
【００１６】
次に本発明の実施形態について、実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１７】
〔実施例１〕
熱可塑性樹脂として、ポリエチレンテレフタレート樹脂（以下、「ＰＥＴ樹脂」）と、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維７．７重量部、ガラス繊維４６．２重量部を含み、全繊維量５３．９重量部である混合物を作製した。具体的には、ＰＥＴ樹脂に炭素繊維のみ配合したペレット状配合物（株式会社中屋敷技研製、製品名：炭素繊維強化・改質ＰＥＴ樹脂）と、ＰＥＴ樹脂にガラス繊維のみ配合したペレット状配合物（ポリプラスチック株式会社製、製品名ＦＲ−ＰＥＴ（Ｒ）ＧＦ−ＰＥＴ）と、ＰＥＴ樹脂からなるペレット状配合物（株式会社中屋敷技研製、製品名：改質ＰＥＴ樹脂、品番ＰＥＴ−ＨＭＷ）とをそれぞれ作製し、前記の配合比率となるように、それぞれのペレット状配合物を混合した混合物を得た。配合割合を表１に示す。以下、各実施例の配合割合は表１，表３、各比較例の配合割合は表２，表４に示す。
【００１８】
続いて、実施例１の混合物を原料とし、射出成形機を用いて、成形温度を２６０〜２８０℃に設定し、ＪＩＳ−Ｋ７１５２の熱可塑性プラスチック材料の射出成形試験片に基づく成形物を作製した。
【００１９】
〔実施例２〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維８．７重量部、ガラス繊維６５．２重量部、全繊維量７３．９重量部とした以外は同様にして、成形物を作製した。
【００２０】
〔実施例３〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維１６．７重量部、ガラス繊維５０重量部、全繊維量６６．７重量部とした以外は同様にして、成形物を作製した。
【００２１】
〔実施例４〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維２１．７重量部、ガラス繊維２２．８重量部、全繊維量４４．５重量部とした以外は同様にして、成形物を作製した。
【００２２】
〔実施例５〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維２４重量部、ガラス繊維３６重量部、全繊維量６０重量部とした以外は同様にして、成形物を作製した。
【００２３】
〔比較例１〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維５．３重量部とし、ガラス繊維を配合しなかった以外は同様にして成形物を作製した。
【００２４】
〔比較例２〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維１１．１重量部とし、ガラス繊維を配合しなかった以外は同様にして成形物を作製した。
【００２５】
〔比較例３〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維１７．６重量部とし、ガラス繊維を配合しなかった以外は同様にして成形物を作製した。
【００２６】
〔比較例４〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、炭素繊維４２．９重量部とし、ガラス繊維を配合しなかった以外は同様にして成形物を作製した。
【００２７】
〔比較例５〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、ガラス繊維１７．６重量部とし、炭素繊維を配合しなかった以外は同様にして成形物を作製した。
【００２８】
〔比較例６〕
実施例１において、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して、ガラス繊維８１．８重量部とし、炭素繊維を配合しなかった以外は同様にして成形物を作製した。
【００２９】
〔曲げ強度の測定〕
作製した成形物について、ＪＩＳ−Ｋ７１７１に基づく曲げ試験を実施した。各実施例及び各比較例の曲げ試験に基づく曲げ強度を表１及び表２の「実測値」の欄に示す。
【００３０】
〔検量線の作製〕
比較例１〜比較例４の曲げ強度に基づき、炭素繊維の配合量（ｘ）に対する曲げ強度（ｙ）の変化を最小二乗法により一定の傾きを有する一次関数からなる近似式１（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を求めた。その結果、ａ＝１．８９６、ｂ＝１３５．３となった。
【００３１】
比較例５及び比較例６の曲げ強度に基づき、ガラス繊維の配合量（ｘ）に対する曲げ強度（ｙ）の変化を一定の傾きを有する一次関数からなる近似式２（ｙ＝ｃｘ＋ｄ）を求めた。その結果、ｃ＝０．５４５、ｄ＝１５３．４となった。
【００３２】
〔曲げ強度の推定〕
前記二つの検量線を用いて、実施例１〜実施例５に対して炭素繊維のみを配合した時の曲げ強度に対して、ガラス繊維の配合により増加する曲げ強度を加算した値を想定値１として表１の「想定値１」の欄に表した。具体的には、近似式１において炭素繊維の配合量をｘに当てはめてｙ値を算出し、次にガラス繊維の配合量に近似式２のｃ値を乗じ、その和を想定値１とした。
【００３３】
前記二つの検量線を用いて、実施例１〜実施例５に対してガラス繊維のみを配合した時の曲げ強度に対して、炭素繊維の配合により増加する曲げ強度を加算した値を想定値２として表１の「想定値２」の欄に表した。具体的には、近似式２においてガラス繊維の配合量をｘに当てはめてｙ値を算出し、次に炭素繊維の配合量に近似式１のａ値を乗じ、その和を想定値２とした。
【００３４】
前記想定値１、想定値２のうち大きい方を想定値３として、表１の「想定値３」の欄に表した。
【００３５】
〔曲げ強度の強度比〕
実施例１〜実施例５の曲げ強度の実測値を、前記検量線を用いて算出した想定値３で除した値を表１の「強度比」の欄に表した。ここで、強度比の値が１よりも大きければ、炭素繊維とガラス繊維とを配合することによって相乗効果が生じて曲げ強度が上昇したものと考えられる。また、強度比が大きいほど、相乗効果が大きいと言える。
【００３６】
〔曲げ弾性率の測定〕
作製した成形物について、ＪＩＳ−Ｋ７１７１に基づく曲げ試験を実施した。各実施例及び各比較例の曲げ試験に基づく曲げ弾性率を表３及び表４の「実測値」の欄に示す。
【００３７】
〔検量線の作製〕
比較例１〜比較例４の曲げ弾性率に基づき、炭素繊維の配合量（ｘ）に対する曲げ弾性率（ｙ）の変化を最小二乗法により一定の傾きを有する一次関数からなる近似式３（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を求めた。その結果、ａ＝２６２．２、ｂ＝３４７４となった。
【００３８】
比較例５及び比較例６の曲げ弾性率に基づき、ガラス繊維の配合量（ｘ）に対する曲げ弾性率（ｙ）の変化を一定の傾きを有する一次関数からなる近似式４（ｙ＝ｃｘ＋ｄ）を求めた。その結果、ｃ＝５４．７８、ｄ＝４８０２となった。
【００３９】
〔曲げ弾性率の推定〕
前記二つの検量線を用いて、実施例１〜実施例５に対して炭素繊維のみを配合した時の曲げ弾性率に対して、ガラス繊維の配合により増加する曲げ弾性率を加算した値を想定値１として表１の「想定値１」の欄に表した。具体的には、近似式１において炭素繊維の配合量をｘに当てはめてｙ値を算出し、次にガラス繊維の配合量に近似式２のｃ値を乗じ、その和を想定値４とした。
【００４０】
前記二つの検量線を用いて、実施例１〜実施例５に対してガラス繊維のみを配合した時の曲げ弾性率に対して、炭素繊維の配合により増加する曲げ弾性率を加算した値を想定値２として表１の「想定値２」の欄に表した。具体的には、近似式２においてガラス繊維の配合量をｘに当てはめてｙ値を算出し、次に炭素繊維の配合量に近似式１のａ値を乗じ、その和を想定値５とした。
【００４１】
前記想定値４、想定値５のうち大きい方を想定値６として、表３の「想定値６」の欄に表した。
【００４２】
〔曲げ弾性率の弾性率比〕
実施例１〜実施例５の曲げ弾性率の実測値を、前記検量線を用いて算出した想定値６で除した値を弾性率比として表１の「弾性率比」の欄に表した。ここで、弾性率比の値が１よりも大きければ、炭素繊維とガラス繊維とを配合することによって相乗効果が生じて曲げ弾性率が上昇したものと考えられる。また、弾性率比が大きいほど、相乗効果が大きいと言える。
【００４３】
〔曲げ強度の評価〕
表１の「強度比」の欄に記載の通り、実施例１〜実施例５はいずれも１を超えた数値となっており、炭素繊維とガラス繊維とを配合することによって相乗効果が生じて曲げ強度が上昇したものと考えられる。理由は定かではないが、特に実施例２、実施例３においては想定値３よりも２割上昇しており、ＰＥＴ樹脂と、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して炭素繊維８〜２０重量部、ガラス繊維４８〜７０重量部を含み、かつ、炭素繊維とガラス繊維との総和が６５〜７５重量部となる組成物とすることによって、炭素繊維とガラス繊維との相乗効果により曲げ強度が顕著に上昇するものと考えられる。
【００４４】
〔曲げ弾性率の評価〕
表３の「弾性率比」の欄に記載の通り、実施例１〜実施例５はいずれも１を超えた数値となっており、炭素繊維とガラス繊維とを配合することによって相乗効果が生じて曲げ弾性率が上昇したものと考えられる。理由は定かではないが、特に実施例２〜実施例４においては想定値３よりも２割上昇していた。
【００４５】
〔曲げ強度と曲げ弾性率との評価〕
曲げ強度の「強度比」及び曲げ弾性率の「弾性率比」は、実施例１〜実施例５においては、同様な傾向であって、特に、実施例２、実施例３において、曲げ強度及び曲げ弾性率に対して、炭素繊維とガラス繊維とを特定の割合で配合することによる相乗効果が顕著に現れており、ＰＥＴ樹脂と、ＰＥＴ樹脂１００重量部に対して炭素繊維８〜２０重量部、ガラス繊維４８〜７０重量部を含み、かつ、炭素繊維とガラス繊維との総和がＰＥＴ樹脂１００重量部に対して６５〜７５重量部となる組成物とすることによって、炭素繊維とガラス繊維との相乗効果により曲げ強度及び曲げ弾性率が顕著に上昇するものと考えられる。
【００４６】
【表１】
2019214694.tif 000002
【００４７】
【表２】
2019214694.tif 000003
【００４８】
【表３】
2019214694.tif 000004
【００４９】
【表４】
2019214694.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、パイプ部材のＴ字状、Ｌ字状に連結するための連結部材等、軽量で、かつ、曲げ強度を必要とする部材として広く利用することができる。