(57)【要約】  【課題】優れた曲げ強度を発現し、かつ強度の異方性が小さい炭素繊維強化熱可塑性樹脂成形品を提供する。  【解決手段】少なくとも熱可塑性樹脂と炭素繊維とからなり、該炭素繊維の繊維長分布が下記の特徴を満足し、かつ成形品の略平面部のＡＳＴＭ  Ｄ７９０に基づく曲げ強度が、その実質的に同じ部位における最大値を示す方向での曲げ強度をＳMaxとし、その最小値を示す方向での曲げ強度をＳMinとしたとき、ＳMax／ＳMinの値が１．３以下である略平面部を有することを特徴とする成形品。  繊維長分布；１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の炭素繊維数が全炭素繊維数の１０％以上              で、かつ２．０ｍｍ以上の炭素繊維数が全炭素繊維数の５％以上であるこ              と。  【選択図】図２
2005239806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、熱可塑性樹脂と炭素繊維とからなり、該炭素繊維の繊維長分布が次の条件を満足し、かつ成形品の略平面部のＡＳＴＭ  Ｄ７９０に基づく曲げ強度が、その実質的に同じ部位における最大値を示す方向での曲げ強度をＳMaxとし、その最小値を示す方向での曲げ強度をＳMinとしたとき、ＳMax／ＳMinの値が１．３以下である略平面部を有することを特徴とする成形品。
繊維長分布；１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の炭素繊維数が全炭素繊維数の１０％以上、              かつ２．０ｍｍ以上の炭素繊維数が全炭素繊維数の５％以上であること。
【請求項２】
ＳMax／ＳMinの値が１．３以下である略平面部が、成形品の略平面部の３０％以上の面積を占めることを特徴とする請求項１に記載の成形品。
【請求項３】
成形品中の炭素繊維の重量平均繊維長が、１．５〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の成形品。
【請求項４】
ＳMinが、３００ＭＰａ以上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成形品。
【請求項５】
略平面部の中心厚みでの炭素繊維の配向度が、４５〜９０°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成形品。
【請求項６】
炭素繊維とガラス繊維の両繊維を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の成形品。
【請求項７】
長繊維状炭素繊維の表面に熱可塑性樹脂を溶融、被覆し、芯鞘構造にしたストランドを所定長さに切断して得たペレット、または炭素繊維を切断したチョップド糸に熱可塑性樹脂を溶融、混練し、所定長さに切断して得たペレットを射出成形して所定形状の成形品を得ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の成形品の製造方法。
【請求項８】
炭素繊維とマトリックス樹脂をそれぞれ直接、成形機に供給し、射出成形することによって請求項１〜６のいずれかに記載の成形品を製造することを特徴とする成形品の製造方法。
【請求項９】
用途が自動車、航空機、二輪車、自転車の部品、または部材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成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂成形品の改良に関する。さらに詳しくは、成形品中の炭素繊維の繊維長や繊維分布を改良し、成形品の強度異方性を低減し、強度に優れる成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化複合材料は、軽量で優れた力学特性を有するために、スポーツ用品用途、航空宇宙用途、一般産業用途に広く用いられている。
【０００３】
これらの繊維強化複合材料に使用される強化繊維は、その使用用途によって様々な形態で成形品を強化している。これらの強化繊維には、アルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、アラミド繊維やＰＢＯ繊維などの有機繊維、シリコンカーバイド繊維などの無機繊維や炭素繊維などが使用されているが、比強度、比剛性、軽量性のバランスの観点から炭素繊維、その中でも安価なコストを実現できる点でポリアクリロニトリル系炭素繊維が好適に用いられる。これらの繊維が連続状態あるいは不連続状態で成形品を強化しているが、とりわけ不連続繊維強化の成形品は射出成形など生産性の良い製造手段があり、電気・電子機器や構造用部材などに使用されている。不連続繊維強化成形品はその強化繊維の強化方向が重要となり、強化繊維の配向方向が偏ってしまうと、成形品強度に偏りが生じてしまい、構造部材などには適用しにくい成形品となる。
【０００４】
また近年、様々な分野で繊維強化複合材料が使用されるようになり、その力学特性の向上は必須となっている。特に自動車などの構造部材で使用するためには、強度はもちろんのこと、強度の低異方性や生産性などが要求されるようになってきている。
【０００５】
そこで従来、成形品内の強化炭素繊維のアスペクト比を小さくして成形品中の炭素繊維の配向の異方性を低減する技術が提案されているが（例えば、特許文献１参照）、炭素繊維のアスペクト比を小さくするために、強度が低くなってしまう面で不利である。
【０００６】
さらには、強化ガラス繊維の配向性を規定して強度異方性や寸法安定性を向上する技術が提案されているが（例えば、特許文献２参照）、強化繊維がガラス繊維であるために、成形品の強度や剛性の面で炭素繊維強化成形品よりも不利である。
【特許文献１】特開平４−８７５９号公報（第１頁）
【特許文献２】特開平６−１１４８６９号公報（第２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
炭素繊維はガラス繊維に比較して脆く、混練時に繊維の折損を起こしやすいため、これまで長繊維化がなかなか進められてこなかった。炭素繊維強化成形品の繊維長を長くすることができれば、炭素繊維の高い力学特性を生かして構造材として活用することが可能と考えられる。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、成形品中の炭素繊維の繊維長や繊維分布を改良し、成形品の強度異方性を低くし、強度に優れる成形品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】
【０００９】
本発明は、上記の目的を達成するため、以下の構成を採用する。すなわち、
（１）少なくとも、熱可塑性樹脂と炭素繊維とからなり、該炭素繊維の繊維長分布が次の特徴を満足し、かつ成形品の略平面部のＡＳＴＭ  Ｄ７９０に基づく曲げ強度が、その実質的に同じ部位における最大値を示す方向での曲げ強度をＳMaxとし、その最小値を示す方向での曲げ強度をＳMinとしたとき、ＳMax／ＳMinの値が１．３以下である略平面部を有することを特徴とする成形品。
【００１０】
繊維長分布；１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の炭素繊維数が全炭素繊維数の１０％以上、              かつ２．０ｍｍ以上の炭素繊維数が全炭素繊維数の５％以上であること。
【００１１】
（２）ＳMax／ＳMinの値が１．３以下である略平面部が、成形品の略平面部の３０％以上の面積を占めることを特徴とする前記（１）に記載の成形品。
【００１２】
（３）成形品中の炭素繊維の重量平均繊維長が１．５〜５ｍｍであることを特徴とする前記（１）〜（２）のいずれかに記載の成形品。
【００１３】
（４）ＳMinが３００ＭＰａ以上であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の成形品。
【００１４】
（５）略平面部の中心厚みでの炭素繊維の配向度が、４５〜９０°であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の成形品。
【００１５】
（６）炭素繊維とガラス繊維の両繊維を含むことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の成形品。
【００１６】
（７）長繊維状炭素繊維の表面に熱可塑性樹脂を溶融、被覆し、芯鞘構造にしたストランドを所定長さに切断して得たペレット、または炭素繊維を切断したチョップド糸に熱可塑性樹脂を溶融、混練し、所定長さに切断して得たペレットを射出成形して所定形状の成形品を得ることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の成形品の製造方法。
【００１７】
（８）炭素繊維とマトリックス樹脂を直接、成形機に供給し射出成形することによって前記請求項１〜６のいずれかに記載の成形品を製造することを特徴とする成形品の製造方法。
【００１８】
（９）用途が自動車、航空機、二輪車、自転車の部品、または部材であることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の成形品。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の成形品は、優れた曲げ強度を発現し、かつ強度の異方性が小さい炭素繊維強化熱可塑性樹脂成形品とすることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
【００２１】
本発明で用いる炭素繊維としては、例えば、ポリアクリロニトリル繊維を原料とするＰＡＮ系、石炭タールや石油ピッチを原料とするピッチ系（内部構造により等方性、メソフェーズなどがある。）、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セルロース系、炭化水素などを原料とする気相成長系などがある。またこれらの黒鉛繊維でも良い。またこれらに、ニッケル、イッテルビウム、金、銀、銅などの金属を、メッキ法（電解、無電解）、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、イオンプレーティング法、蒸着法などにより少なくとも１層以上被覆してなる金属被覆炭素繊維でも良い。また、これらを２種類以上ブレンドして構成しても良い。なかでも、強度と弾性率などの力学的特性とコストとのバランスに優れるＰＡＮ系炭素繊維がとりわけ好ましい。
【００２２】
さらに成形品中の炭素繊維が繊維長分布をもち、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の炭素繊維数が全炭素繊維数の１０％以上で、かつ２．０ｍｍ以上の炭素繊維数が全炭素繊維数の５％以上であることを特徴とする。１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の繊維長の炭素繊維数は、より好ましくは全炭素繊維数の１２％以上であり、さらに好ましくは１５％以上である。１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の繊維長の炭素繊維数の上限としては９０％未満である。１．０ｍｍ以上２．０ｍｍの繊維長の炭素繊維数が９０％以上になると、繊維のウキなどによる成形品の表面外観不良が生じる場合がある。２．０ｍｍ以上の繊維長の炭素繊維数は、より好ましくは全炭素繊維数の８％以上であり、さらに好ましくは１４％以上である。２．０ｍｍ以上の繊維長の炭素繊維数の上限としては９０％未満である。２．０ｍｍ以上の繊維長の炭素繊維数が９０％以上になると、繊維のウキなどによる成形品の表面外観不良が生じる場合がある。また２．０ｍｍ以上の炭素繊維とは、上限としては特に制限はないが、１０ｍｍ以下であれば、本発明の効果を発揮できる。１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満の炭素繊維数が全炭素繊維数の１０％未満の場合は、補強効果が低い部位が生じてしまい、強度の異方性が強くなってしまうため不適である。また２．０ｍｍ以上の炭素繊維数が全炭素繊維数の５％未満の場合も同様に強度の異方性が強くなり、かつ強度が十分に発揮できないため不適である。
【００２３】
さらに成形品の略平面部のＡＳＴＭ  Ｄ７９０に基づく曲げ強度が、その実質的に同じ部位における最大値を示す方向での曲げ強度をＳMaxとし、その最小値を示す方向での曲げ強度をＳMinとすると、ＳMax／ＳMinの値が１．３以下である略平面部を有することを特徴とする。より好ましくはＳMax／ＳMinの値が１．２５以下、さらに好ましくはＳMax／ＳMinの値が１．１５以下である。ＳMax／ＳMinの値が１．３を超える場合は、成形品強度に異方性が強く現れてくることとなり、成形品としての使用用途が限られてしまうなど不具合が生じる。なお、ＳMax／ＳMinの値の最小値は１．０であり、この場合、強度の異方性がない等方性となり、成形品としては好ましい。
【００２４】
ここで成形品の略平面部の実質的に同じ部位での曲げ強度とは、以下に記載する２種類の方法［評価Ａ］、［評価Ｂ］のいずれか一方の方法で評価するものである。また、成形品の略平面部とは、例えば成形品の裏表に凹凸のない厚みが一定の平面部分が存在する場合はその部分を意味し、成形品の裏表に凹凸のない厚みが一定の平面部分が存在しない場合には、成形品の任意の部分を選択し、その部分の表面凹凸が成形品厚みに対して１／１０以下のレベルである場合に平面部分とみなし、その部分のことをいう。例えば、射出成形品において、表面は凹凸がないが、裏面にボス、リブなどの凹凸が形成されている成形品の場合、そのボス、リブの凹凸がその部分の成形品厚みの１／１０以下であった場合は略平面部となる。また実質的に同じ部位とは、成形品において形状、比重、繊維配向、力学特性などの特徴が同等レベルとみなせる部位のことであり、例えば射出成形品においては、ゲートに対して対象となる成形品部位のことである。
［評価Ａ］
同じ手法で実質的に同じ成形品を複数個作製して、同じ部位から角度を変更して試験片を少なくとも各５枚以上切り出す。得られた試験片の曲げ強度を評価して、最も低い値２つを除外した値の平均値をもって試験片の曲げ強度とする。
【００２５】
ここでいう同じ手法とは、得られる成形品の形状、重量、比重、繊維配向や力学特性などの特徴が極めて一定であるルーチン的な手法のことであって、例えば同じ材料を用いて、同じ条件にて行う射出成形やプレス成形、オートクレーブ成形、ＲＴＭ成形などである。また、ここでいう同じ部位というのは、上記同じ手法で複数個成形した特徴が同一とみなせる成形品に対して、１つ目の成形品から任意の角度θ１で試験片を取り出した場合、２つ目の成形品における１つ目の成形品と同じ場所のことであり、この場所において角度θ１とは異なる角度θ２で試験片を切り出すことをいう。[評価Ａ]は同じ成形品が少なくとも５個以上使用可能な場合に適用される評価法である。
［評価Ｂ］
同じ成形品より、ゲートに対して対象な部位を成形品上の実質的に同じ部位とみなす。ただし、ウエルド部分は除く。該部位より角度を変更して試験片を少なくとも各５枚以上切り出す。得られた試験片の曲げ強度を評価して、最も低い値２つを除外した値の平均値をもって試験片の曲げ強度とする。[評価Ｂ]は成形品が４個以下しか使用できない場合に適用される評価法である。  また、本発明の成形品はＳMax／ＳMinの値が１．３以下である略平面部が、成形品の略平面部の３０％以上の面積を占めるものであれば、全体の異方性が低い成形品として好ましい。より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは７０％以上である。ＳMax／ＳMinの値が１．３以下である略平面部が占める上記面積の上限としては、特に制限はない。１００％であれば、異方性の極めて低い成形品として好ましい。  さらに本発明における成形品は、炭素繊維の重量平均繊維長が１．５〜５ｍｍであれば、成形品の外観も良好で、強度異方性も低いものとなり好ましい。より好ましくは２．０〜４．５ｍｍである。
【００２６】
ここで、重量平均繊維長の測定方法は、成形品内の炭素繊維のみを、無作為に少なくとも４００本以上抽出し、その長さを１μｍ単位まで光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡にて測定してその平均長さを算出することにより行う。炭素繊維の抽出方法としては、成形品の一部を切り出し、マトリックス樹脂を溶解させる溶媒によりマトリックス樹脂を十分溶解させた後、濾過などの公知の操作により炭素繊維と分離することができる。マトリックス樹脂を溶解する溶媒が無い場合は、成形品の一部を切り出し、マトリックス樹脂を加熱炉にて焼却除去して炭素繊維を取り出す手法を用いることができる。なお、無作為に抽出する測定炭素繊維数を４００本以上とすれば、算出される炭素繊維の重量平均繊維長の値にはほぼ変化はなくなる。また、成形品のＳMinの値が３００ＭＰａ以上であれば構造部材として使用できうるレベルとなるため好ましい。より好ましくは３２０ＭＰａ以上であり、さらに好ましくは３５０ＭＰａ以上である。Ｓｍｉｎの値の上限は特にないが、５００ＭＰａ以下であれば、本発明の効果を十分発揮しうる。  さらに本発明の成形品は、成形品の略平面部の中心厚みでの炭素繊維の配向度が、４５〜９０°であることが好ましいものである。
【００２７】
ここで配向度とは、成形品中の炭素繊維の配向角度をもとにしたパラメータであり、以下の手法により評価する。成形品の略平面の一部を切り出し、研磨を行い観察用試験片を作製する。表面から２００μｍ以下の深さ部分を研磨して得た該試験片を光学顕微鏡にて観察し、無作為に４００本の炭素繊維を選び出す。角度の基準とする基準直線を任意に設定し、基準直線に対して選び出した炭素繊維の成す角度を全て測定する。角度は基準直線に対して鋭角を形成する部分を測定することとする。選び出した４００本の炭素繊維の成す角度の平均値をＰとする。同じ観察用試験片をさらに研磨し、成形品厚みの約半分の深さ部分まで研磨したところで同様に測定した基準直線と炭素繊維の成す角度の平均値をＱとした時に、ＰとＱの差の絶対値を中心厚みでの配向度とする。
【００２８】
異方性を低減させる観点から、中心厚みの配向度は４５〜９０°が好ましい。より好ましくは６０〜９０°である。中心厚みの配向度が９０°に近くなれば、表面の炭素繊維配向と異なる向きに繊維が配向するため、強度の異方性が低減するものと考えられる。
【００２９】
本発明の成形品は、炭素繊維にアルミニウム繊維やステンレス繊維などの金属繊維、アラミド繊維やＰＢＯ繊維などの有機繊維、シリコンカーバイド繊維などの無機繊維やガラス繊維、麻をハイブリッドさせて補強しても構わない。特にガラス繊維はコスト面で有利なため、強度や剛性が目的範囲となるならば、混合して使用することが可能である。
【００３０】
また、本発明の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、液晶ポリエステル等のポリエステルや、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンなどのポリオレフィンや、スチレン系樹脂や、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチレンメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン、ポリケトン（ＰＫ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、（ノボラック型などの）フェノールフェノキシ樹脂、フッ素樹脂、さらにポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系、フッ素系などの熱可塑エラストマーなどや、これらの共重合体、変性体、あるいは２種類以上ブレンドした樹脂などであってもよい。また、さらに耐衝撃性向上のために、上記熱可塑性樹脂にその他のエラストマーあるいはゴム成分を添加した樹脂であってもよい。特に、スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリオレフィン樹脂、液晶性樹脂およびフェノール系樹脂から選ばれる少なくとも１種を好ましい熱可塑性樹脂として採用することができる。さらに好ましくはポリアミド樹脂を用いた場合であって、成形品強度を高めることができる。
【００３１】
また、本発明の成形品は射出成形により成形されることが好ましい。射出成形は成形サイクルあるいは複雑形状の成形などの有利な面から、生産性が高く低コスト化を実現しうる手法である。
【００３２】
さらに本発明の成形品の強度を効果的に発現させるために、炭素長繊維成形材料を使用することが好ましい。ここで炭素長繊維成形材料とは連続する炭素繊維束をマトリックス樹脂の溶融浴を通過させながら樹脂を含浸させて引き取り、その後切断することにより得られるもので、その材料長がそのまま繊維長となる。一方、炭素短繊維成形材料とは、長さ３〜１２ｍｍ程度のチョップド炭素繊維をマトリックス樹脂と押し出し機中で溶融混練し、ストランド状で押し出した後に切断して得られるものであり、材料中の繊維長は０．３ｍｍ程度になる。炭素長繊維成形材料は炭素短繊維成形材料に比べて成形品にした場合に炭素繊維長を長くすることが可能である。
【００３３】
成形品中の繊維長を長くする手法としては、炭素繊維とマトリックス樹脂を直接、成形機に供給し射出成形する手法（ダイレクト成形）を用いることもできる。射出成形では上記炭素短繊維成形材料や炭素長繊維成形材料を成形機に供給するのが通常であるが、炭素繊維とマトリックス樹脂を直接、成形機に供給することで繊維の折損を最小限に抑えることができる。また、成形材料作製の中間プロセスを経ないため、低コスト化にもつながる。
【００３４】
また本発明の成形品を射出成形にて作製する場合には、以下のようにできるだけ繊維長を長くする条件で行うのが好ましい。スクリューは通常は供給部、圧縮部、計量部よりなり、混練程度を最も軽くするフルフライト形状が好ましく、一部ニーディング部分を入れるなどして、混練のレベルを調節して使用しても構わない。繊維長を長く保つために、できるだけニーディング部分を少なくしたスクリューを用いて成形することで繊維折損を抑えることができる。またシリンダーとスクリューのクリアランスも繊維長に大きく影響し、クリアランスを大きくすることで、混練を軽くすることができ、繊維の折損を抑えることができる。さらにノズル径の大きさも繊維長に影響しており、ノズル径が小さいと、溶融した成形材料が通過する際に高い剪断がかかり、繊維を折損してしまう。ノズル径を大きくすることでも繊維長を長くすることができる。また金型なランナーを大きくすることでも剪断を抑えることができ、繊維長を長くすることが可能となる。さらにホットランナーにすること、あるいは金型を温調を適切にすることで、流動樹脂の粘度を低くでき、繊維の折損を抑えることができる。
【００３５】
成形条件については、シリンダー温度をマトリックス樹脂が分解しない範囲で高温にし、スクリュー回転数を低く、計量時間を短くし、背圧を低く設定する方が好ましい。シリンダー温度を上げることで、溶融樹脂の粘度が低下し、繊維にかかる剪断力が小さくなり、折損を抑えることができる。またスクリュー回転数を低く、計量時間を短くし、背圧を低く設定すると混練および剪断を極力小さくして成形することができ、繊維長の長い成形品が得られ、異方性が低く強度の高い成形品となる。成形品の強度異方性が低くなるのは、繊維長がある程度長いと（１ｍｍ以上）成形品内部では樹脂流れに繊維が抵抗して垂直方向に配向し、金型により瞬時に冷却されて固化する成形品表面では繊維は樹脂流れ方向に配向しており、その結果、繊維が一方向に強化された形態ではなく、各方向に強化された形態となり成形品の異方性が低くなっているものと思われる。
【００３６】
また本発明の成形品には、その用途に応じて更に（マイカ、タルク、カオリン、セリサイト、ベントナイト、ゾノトライト、セピオライト、スメクタイト、モンモリロナイト、ワラステナイト、シリカ、炭酸カルシウム、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラスマイクロバルーン、クレー、二硫化モリブデン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アンチモン、ポリリン酸カルシウム、グラファイト、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、ホウ酸亜鉛、ホウ酸亜カルシウム、ホウ酸アルミニウムウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、高分子などの）充填材、（金属系、金属酸化物系、カーボンブラック、グラファイト粉末などの）導電性付与材、（臭素化樹脂などの）ハロゲン系難燃剤、（三酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどの）アンチモン系難燃剤、（ポリリン酸アンモニウム、芳香族ホスフェート、赤燐などの）リン系難燃剤、（有ホウ酸金属塩、カルボン酸金属塩、芳香族スルホンイミド金属塩などの）有機酸金属塩系難燃剤、（硼酸亜鉛、亜鉛、酸化亜鉛、ジルコニウム化合物などの）無機系難燃剤、（シアヌル酸、イソシアヌル酸、メラミン、メラミンシアヌレート、メラミンホスフェート、窒素化グアニジンなどの）窒素系難燃剤、（ＰＴＦＥなどの）フッ素系難燃剤、（ポリオルガノシロキサンなどの）シリコーン系難燃剤、（水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの）金属水酸化物系難燃剤、またその他の難燃剤、（酸化カドミウム、酸化亜鉛、酸化第一銅、酸化第二銅、酸化第一鉄、酸化第二鉄、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化スズおよび酸化チタンなどの）難燃助剤、顔料、染料、滑剤、離型剤、相溶化剤、分散剤、（マイカ、タルク、カオリンなどの）結晶核剤、（リン酸エステルなどの）可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤、着色防止剤、紫外線吸収剤、流動性改質剤、発泡剤、抗菌剤、制振剤、防臭剤、摺動性改質剤、（ポリエーテルエステルアミドなどの）帯電防止剤等を添加しても構わない。
【００３７】
また本発明の成形品は強度の異方性が低く、強度が高いため、強度が高くかつ異方性の低さが求められる構造部材などに好適に用いることができる。特に自動車、航空機、二輪車、自転車などの部品、部材に好適に用いることができる。具体的にはモーター部品、オルタネーターターミナル、オルタネーターコネクター、ＩＣレギュレーター、ライトディヤー用ポテンショメーターベース、サスペンション部品、排気ガスバルブなどの各種バルブ、燃料関係、排気系または吸気系各種パイプ、エアーインテークノズルスノーケル、インテークマニホールド、各種アーム、各種フレーム、各種ヒンジ、各種軸受、燃料ポンプ、ガソリンタンク、ＣＮＧタンク、エンジン冷却水ジョイント、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、排気ガスセンサー、冷却水センサー、油温センサー、ブレーキパットウェアーセンサー、スロットルポジションセンサー、クランクシャフトポジションセンサー、エアーフローメーター、ブレーキバット磨耗センサー、エアコン用サーモスタットベース、暖房温風フローコントロールバルブ、ラジエーターモーター用ブラッシュホルダー、ウォーターポンプインペラー、タービンべイン、ワイパーモーター関係部品、ディストリビュター、スタータースィッチ、スターターリレー、トランスミッション用ワイヤーハーネス、ウィンドウオッシャーノズル、エアコンパネルスィッチ基板、燃料関係電磁気弁用コイル、ヒューズ用コネクター、バッテリートレイ、ＡＴブラケット、ヘッドランプサポート、ペダルハウジング、ハンドル、ドアビーム、プロテクター、シャーシ、フレーム、アームレスト、ホーンターミナル、ステップモーターローター、ランプソケット、ランプリフレクター、ランプハウジング、ブレーキピストン、ノイズシールド、ラジエターサポート、スペアタイヤカバー、シートシェル、ソレノイドボビン、エンジンオイルフィルター、点火装置ケース、アンダーカバー、スカッフプレート、ピラートリム、プロペラシャフト、ホイール、フェンダー、フェイシャー、バンパー、バンパービーム、ボンネット、エアロパーツ、プラットフォーム、カウルルーバー、ルーフ、インストルメントパネル、スポイラーおよび各種モジュールなどの自動車、二輪車関連部品、部材および外板、ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブなどの航空機関連部品、部材および外板である。
【実施例】
【００３８】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、下記実施例は本発明を制限するものではない。ポリアミド６樹脂をマトリックスとして用いている。
［試料準備・測定・評価方法］
（１）長繊維成形材料
（Ａ）東レ（株）製「トレカ 」（登録商標）Ｔ７００ＳＣ・１２Ｋの連続した炭素繊維束を２００℃に加熱しながら開繊させ、十分溶融させたヤスハラケミカル（株）製 テルペンフェノール ＹＰ・９０２の一部または全量をギアポンプにて計量し、コーターを用いて炭素繊維束に塗布した。さらに、その炭素繊維束を、１８０℃に加熱された一直線上に上下交互に配置された１０個のロール（φ５０ｍｍ）間に通過させ、テルペンフェノールを炭素繊維束に十分含浸させた。続いて、ポリアミド６樹脂を単軸押出機にて、その先端に取り付けたクロスヘッドダイ中に十分混練された状態で押し出すと同時に、上記操作を経た炭素繊維束の連続糸も上記クロスヘッドダイ中に連続的に供給することによって、溶融したポリアミド６樹脂を炭素繊維束表面に被覆した。上記記載の方法により得られたストランドを、冷却後、カッターにて７ｍｍの長さに切断して芯鞘構造の炭素長繊維成形材料を得た。
【００３９】
（Ｂ）平均直径１３μｍ、６５０テックスのＥ−ガラス繊維束を用いて、上記と同様にしてガラス長繊維成形材料を得た。
（２）短繊維成形材料
ＪＳＷ製ＴＥＸ・３０α型ニ軸押し出し機（スクリュー直径３０ｍｍ、ダイス直径５ｍｍ、バレル温度２８０℃、回転数１５０ｒｐｍ）を用いて、東レ（株）製「トレカ 」（登録商標） Ｔ７００ＳＣ・１２Ｋの連続した炭素繊維束を６ｍｍ長にカットしたチョップド糸を水分率０．０５％以下になるように十分乾燥した後、これをサイドホッパーから投入し、また熱可塑性樹脂としてポリアミド６樹脂をメインホッパーから投入し、これらを十分混練した状態で不連続の炭素繊維を含有するガットを連続的に押し出し、これを冷却後、カッターで５ｍｍ長に切断して、炭素短繊維成形材料を得た。
（３）ダイレクト成形用炭素繊維チョップド糸
εーカプロラクタム３０重量％と、数平均分子量８００のポリエチレングリコールから得られるビスアミノプロピルポリエチレングリコールとアジピン酸のモル比１の塩７０重量％の割合で容量１リットルの重合缶に仕込み、内部を窒素置換後、２５０℃で１ＭＰａの加圧下、撹拌しながら２時間重合し反応を完結させた。重合終了後、加熱を停止し、重合缶下部から吐出したポリマーをシート状にし、５ｍｍ角程度にカットした。こうして得られた重合体を濃度６重量％の水溶液に調製し、含浸法により東レ（株）製「トレカ 」（登録商標）Ｔ７００ＳＣ・１２Ｋに付着せしめた後、カートリッジカッターを用いて、炭素繊維を６ｍｍ長にカットし、更にその後、熱風乾燥機で１９０℃で５分間乾燥してダイレクト成形用炭素繊維チョップド糸を得た。
（４）成形品作成
上記した成形材料を８０℃にて５時間以上真空中で乾燥させた後、スクリュー形状をフルフライト形状としたＪＳＷ製Ｊ３５０ＥＬIII射出成形機を使い、各種条件にて成形し、厚み３ｍｍ、縦１００ｍｍ×横２５０ｍｍ×高さ７０ｍｍの箱形容器成形品を得た。成形品を図１の斜視図に示す。
（４）曲げ試験
上記箱形容器成形品の略平面部（図１）より、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０に基づく曲げ強度を評価する試験片を切り出し、評価法Ａを用いて評価を行った。切り出し部位は、図２に示す部位（１）と部位（２）の２カ所を選択した。試験片は１水準につき、成形品４個を用い、例えば部位（１）であると曲げ試験片の切り出し方向を図に示す１〜４方向に、部位（２）であると曲げ試験片の切り出し方向を図に示す５〜８方向にというように、実質的に同じ部位で方向を４５°ずつ変えて４種類準備した。４種類の試験片のうち、曲げ強度が最も高いものをＳMax、最も低いものをＳMinとし、ＳMax／ＳMinの値を算出した。
（５）繊維長および繊維長分布
成形品の一部を切り出し、ポリアミド６樹脂を溶解させるギ酸によりポリアミド６樹脂を十分溶解させた後、濾過により炭素繊維を分離した。分離した炭素繊維を、無作為に少なくとも４００本以上抽出し、その長さを１μｍ単位まで光学顕微鏡にて測定し、以下の式より重量平均繊維長を算出した。切り出し部位は部位（１）と部位（２）の２カ所選択した（図２）。
【００４０】
重量平均繊維長＝Σ（Ｌｉ×Ｗｉ／１００）
Ｌｉ：測定した繊維長さ（ｉ＝１，２，３，・・・ｎ）
Ｗｉ：繊維長さＬｉの繊維の重量分率
なお、無作為に抽出する測定炭素繊維数を４００本以上とすれば、算出される炭素繊維の重量平均繊維長の値にはほぼ変化はなくなる。
（６）繊維配向度
厚み３ｍｍの成形品の略平面の一部を切り出し、研磨を行い観察用試験片を作製した。該試験片の表面から２００μｍの深さ部分を光学顕微鏡にて観察し、無作為に４００本の炭素繊維を選び出した。角度の基準とする基準直線を任意に設定し、基準直線に対して選び出した炭素繊維の成す角度を測定した。角度は基準直線に対して鋭角を形成する部分を測定することとした。選び出した４００本の炭素繊維の成す角度の平均値をＰとして算出した。表面から１．５ｍｍの深さ部分で同様に測定した平均値をＱとし、ＰとＱの差の絶対値を中心厚みでの配向度とした。
［実施例１、２］
上記長繊維成形材料を射出成形機に供給して、成形条件を表１に記載の通り、変更して成形品を作成した。
［実施例３］
上記長繊維成形材料のかわりに、６ｍｍ長のダイレクト成形用炭素繊維チョップド糸とポリアミド６樹脂ペレットを、直接射出成形機に供給して成形品を作成した。
［実施例４］
炭素長繊維成形材料／ガラス長繊維成形材料＝９／１（重量比）で混合した成形材料を用いた以外は実施例１と同様にして成形品を作成した。
［比較例１〜２］
炭素長繊維成形材料を用いて、成形条件を、実施例１、２よりも繊維長が短くなるような条件に設定し、成形品を作成した。
［比較例３］
上記短繊維成形材料を用いた以外は、実施例１と同様にして成形品を作成した。
［比較例４］
上記ガラス長繊成形材料を用いた以外は実施例１と同様にして成形品を作成した。
【００４１】
以上の成形条件と評価結果を纏めると、次の表１〜表３となる。
【００４２】
【表１】
2005239806.tif 000003
【００４３】
【表２】
2005239806.tif 000004
【００４４】
【表３】
2005239806.tif 000005
【００４５】
表１〜表３の実施例、比較例より以下のことが明らかである。
実施例１〜４では成形品の曲げ強度異方性が極めて低減されており、最低値でも曲げ強度３００MPa以上ある成形品が得られている。ダイレクト成形用炭素繊維チョップド糸を直接射出成形機へ供給して成形した実施例３においても、成形品の強度異方性は低減されており、その長繊維化の効果が得られているのがわかる。いずれの成形品もその特性からそのまま構造部材として使用することが可能と思われる。切り出し部位（１）、（２）のいずれにおいても異方性が低い。対して比較例１〜３では成形品強度の異方性が強く、そのままでは構造部材などへの適用は困難である。さらに切り出し部位（１）、（２）のいずれにおいても異方性が高い。
【００４６】
実施例１、２および比較例１、２を見比べることにより成形品の繊維長分布や曲げ強度異方性が、スクリュー回転数を上げると繊維の折損が起こり、成形品の強度異方性が強くなっている。また、背圧を高くすることでも繊維の折損が起こり、異方性への影響が現れている。そのなかで実施例の整形条件では強度の異方性が低減されているのがわかる。
【００４７】
実施例１と比較例３との対比より、長繊維成形材料を使用することで成形品の繊維長分布や繊維長を長く保ち、曲げ強度異方性を低減させていることがわかる。
【００４８】
また、比較例４よりガラス繊維強化のみでは、成形品強度が炭素繊維強化成形品よりも劣ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例で使用した成形品の斜視図である。
【図２】図１の成形品上での曲げ試験片の切り出し方向を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
部位（１）
１：曲げ試験片の切り出し方向１
２：曲げ試験片の切り出し方向２
３：曲げ試験片の切り出し方向３
４：曲げ試験片の切り出し方向４
部位（２）
５：曲げ試験片の切り出し方向５
６：曲げ試験片の切り出し方向６
７：曲げ試験片の切り出し方向７
８：曲げ試験片の切り出し方向８
【図１】
2005239806.tif 000006
【図２】
2005239806.tif 000007