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公開番号2025175077
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-28
出願番号2025148723,2021043084
出願日2025-09-09,2021-03-17
発明の名称成形材料および成形品
出願人東レ株式会社
代理人
主分類C08L 101/00 20060101AFI20251120BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】射出成形により複雑形状の部材に対する成形性が高いことに加えて、曲げ弾性率に優れる成形品が得られる樹脂組成物を提供する。
【解決手段】数平均繊維長が0.3mm以下である炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形材料であって、炭素繊維の単繊維直径が6.5～8.5μm、Raman分光法による結晶化パラメーターIv₁/Ig₁が0.25～0.60を満たす。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
数平均繊維長が０．３ｍｍ以下である炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形材料であって、炭素繊維の単繊維直径が６．５～８．５μｍ、Ｒａｍａｎ分光法による結晶化パラメーターＩｖ
１
／Ｉｇ
１
が０．２５～０．６０である成形材料。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記結晶化パラメーターＩｖ
１
／Ｉｇ
１
と炭素繊維の引張弾性率Ｅ（ＧＰａ）が式（１）の関係を満たす、請求項１に記載の成形材料。
Ｅ≧－１００×Ｉｖ
１
／Ｉｇ
１
＋４００・・・式（１）
【請求項３】
前記結晶化パラメーターＩｖ
１
／Ｉｇ
１
と炭素繊維の引張弾性率Ｅ（ＧＰａ）が式（２）の関係を満たす、請求項１、２のいずれかに記載の成形材料。
Ｅ≧２９０×（Ｉｖ
１
／Ｉｇ
１
）
－０．２３
・・・式（２）
【請求項４】
成形品の曲げ弾性率ＦＭ（ＧＰａ）、成形材料中の炭素繊維の質量含有率Ｗｆ（％）、および前記結晶化パラメーターＩｖ
１
／Ｉｇ
１
が式（３）の関係を満たす、請求項１～３のいずれかに記載の成形材料。
ＦＭ／Ｗｆ
０．５
≧－０．５×Ｉｖ
１
／Ｉｇ
１
＋６．５・・・式（３）
【請求項５】
炭素繊維の単繊維直径の変動係数が３～７％である、請求項１～４のいずれかに記載の成形材料。
【請求項６】
前記炭素繊維の繊維軸に垂直な断面における中心部の結晶化パラメーターＩｖ
１
／Ｉｇ
１
（＝ａ）と前記炭素繊維の繊維軸に垂直な断面における外周部の結晶化パラメーターＩｖ
２
／Ｉｇ
２
（＝ｂ）の比（ａ／ｂ）が０．８０～１．０５である、請求項１～５のいずれかに記載の成形材料。
【請求項７】
請求項１～６のいずれかに記載の成形材料を成形してなる成形品。
【請求項８】
曲げ弾性率ＦＭ（ＧＰａ）、比重γ、炭素繊維の質量含有率Ｗｆ（％）、および炭素繊維の単繊維直径ｄ（μｍ）が式（４）の関係を満たす、請求項７に記載の成形品。
ＦＭ／γ≧Ｗｆ
１．２
／ｄ
１．３
・・・式（４）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、射出成形に適した炭素繊維を含む成形材料であり、複雑形状の部材を成形可能であるうえに、曲げ弾性率が高い成形材料およびそれを用いた成形品に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
炭素繊維複合材料、特に炭素繊維強化プラスチックは優れた力学特性を示すために、従来はアルミニウムなどの軽金属が適用されていた部材を代替する軽量材料として近年幅広く使用されている。しかしながら、炭素繊維強化プラスチックは優れた力学特性を発現させるために連続繊維または不連続繊維でも数ｍｍ以上の長さの繊維の状態で使用されることが多く、その場合では複雑形状に賦形することが困難である問題があった。一方で、複雑形状への賦形性に優れる射出成形を、炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂に対して適用すると一般に成形品の曲げ弾性率が低く、軽金属の代替としては満足できる力学特性ではなかった。
【０００３】
炭素繊維を含有する熱可塑性樹脂の射出成形品の曲げ弾性率を高めるためには、主に炭素繊維の含有率を高める方法、炭素繊維の繊維長を長く残すような成形を行う方法、炭素繊維の引張弾性率を高める方法が一般的である。これらの方法はほぼ独立の効果を発現するためにそれぞれ検討が進んでいる。
【０００４】
炭素繊維の引張弾性率を高める方法では、市販の炭素繊維の中から単に引張弾性率の高い品種を選択している例が見受けられる。例えば、引張弾性率が２９５～３９０ＧＰａの炭素繊維と特定の芳香族アミドを組み合わせることで炭素繊維の含有率４０質量％のときに成形品の曲げ弾性率で３９ＧＰａに向上させている（特許文献１）。また、特定のポリアミド樹脂との組み合わせにおいて炭素繊維の引張弾性率を汎用の２４０ＧＰａ付近から２９０ＧＰａまで高める方法が提案されている（特許文献２）。また、ポリフェニレンスルフィド樹脂と引張弾性率が３９０～４５０ＧＰａの炭素繊維を用いることで、炭素繊維の含有率が３１質量％のときに成形品の曲げ弾性率で３７ＧＰａまで向上させている（特許文献３）。また、引張弾性率が８６０ＧＰａのピッチ系炭素繊維をポリアクリロニトリル系炭素繊維に組み合わせて使用する技術が提案されている（特許文献４）。なお、特に断りがない場合は、本明細書内で記載される成形品は、射出成形品のことを指す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００６－１９６５号公報
特開２０１８－１４５２９２号公報
特開２０１７－１９０４２６号公報
特開２０１９－２６８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、背景技術には次のような課題がある。
【０００７】
特許文献１では成形品の曲げ弾性率を向上させる効果は見られるものの、汎用の炭素繊維である引張弾性率２４０ＧＰａのものでは成形品の曲げ弾性率３２ＧＰａと、炭素繊維の引張弾性率が１．６倍になっても成形品の曲げ弾性率は１．２倍しか向上しない結果であり、効果が極めて小さいものであった。また、引張弾性率３７５ＧＰａの炭素繊維を用いた場合にはＲａｍａｎ分光法による結晶化パラメーターが小さな（炭素化温度が高い）ものであって単繊維直径が小さいためか、成形品の曲げ弾性率は３９ＧＰａであり、効果の小さいものであった。特許文献２では炭素繊維の引張弾性率が低く、炭素繊維の含有率が４５質量％のときに成形品の曲げ弾性率が３３ＧＰａから３５ＧＰａまでしか向上しないものであった。特許文献３ではＲａｍａｎ分光法による結晶化パラメーターが小さな（炭素化温度が高い）ものであって単繊維直径が小さいためか、炭素繊維の含有率３１質量％のときだけでなく、５６質量％まで高めたとしてもその使用量に対して成形品の曲げ弾性率は満足できる結果ではなかった。特許文献４では引張弾性率の高いピッチ系炭素繊維のみを用いたとしても成形品の曲げ弾性率は最大でも２９ＧＰａと満足できる結果ではなかった。
【０００８】
上述したように、炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形材料において、従来技術では汎用の引張弾性率の高い炭素繊維を用いる着想はあったものの、射出成形に適した炭素繊維について何ら示唆はなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の成形材料は、数平均繊維長が０．３ｍｍ以下である炭素繊維と熱可塑性樹脂とを含む成形材料であって、炭素繊維の単繊維直径が６．５～８．５μｍ、Ｒａｍａｎ分光法による結晶化パラメーターＩｖ
１
／Ｉｇ
１
が０．２５～０．６０であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の成形材料は、射出成形により複雑形状の部材に対する成形性が高いことに加えて、得られる成形品は曲げ弾性率に優れる。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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