JP6707225B2 - 炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、軽量化、高強度、リサイクル可能の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂を製造する方法を提供することに関する。
従来ポリプロピレン樹脂は、熱可塑性樹脂としてその成形加工性の良さと軽量性、機械的強度、剛性等に優れた物性を有し、繊維、フィルム、プラスチックス等として広範囲に使用されている。特に、プラスチックス分野では、成形品がボトル、シート、容器、日用品、自動車内装材、機械部品、電気・電子材料、建材、土木材、各種工業用品等に広く活用されている。
また、ポリプロピレン樹脂は、更にガラス繊維または炭素繊維を混合して熱可塑性複合材にする事に依り、機械的強度や耐熱性等の諸特性が改善され、一層高級な用途に使用されて来ている。特に、ガラス繊維が安価であるので、これで強化された複合材が大量に使用されている。一方、炭素繊維は高強度であるがあまりにも高価格であるために、ＡＢＳ樹脂との複合材として特殊用途に少量にしか使用されて来なかった。
また、ポリプロピレン樹脂は、更にガラス繊維または炭素繊維を混合して熱可塑性複合材にする事に依り、機械的強度や耐熱性等の諸特性が改善され、一層高級な用途に使用されて来ている。特に、ガラス繊維が安価であるので、これで強化された複合材が大量に使用されている。一方、炭素繊維は高強度であるがあまりにも高価格であるために、ＡＢＳ樹脂との複合材として特殊用途に少量にしか使用されて来なかった。
近年、土木・建築、自動車産業、新幹線車両業、宇宙航空産業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於いては、構成材料の機械的強度の改善による一層の軽量化・省エネルギー化をはじめ、耐食性、電気特性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善が求められている。
本発明者らは、先の先行発明として特許文献１、特許文献２および特許文献３に示される様に、ポリエステル樹脂で末端にカルボキシル基を保有する中分子量体を反応押出法を採用し、エポキシ樹脂系結合剤（鎖延長剤、増粘剤とも称す）および触媒に依り、ポリエステル同士を反応させて数分以下の短時間で高分子量化する高生産性を実現し、コンパクトで安価な設備を使用する反応押出法による製造法を提供した。しかしながら、ポリエステルの溶融張力の増大による成形加工性については画期的な進歩があったが、一方機械的物性の改善については、当初に本発明で期待されていた効果は殆ど見られなかった。
また、本発明者は、特許文献４および特許文献５に示される様に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に回収炭素繊維・６ｍｍ長の１５および３０重量％をエポキシ樹脂系結合剤（鎖延長剤）および触媒の存在下に二軸押出機で反応押出法にて反応させて、回収炭素繊維強化・改質ぺっと樹脂とし、それらの機械的強度を引張強度で約２倍から２．４倍および曲げ弾性率で約４倍から６．８倍に大幅改善している。また、本発明者は、特許文献６では、ラージトウのＰＡＮ系レーヨンを原糸とした安価な新品炭素繊維・６ｍｍ長（ＺＯＬＴＥＫ社製）を使用し、同様にしてＺＯＬＴＥＫ炭素繊維強化・改質ペット樹脂とし、それらの機械的強度を引張強度で約３倍から４倍および曲げ弾性率で約６倍から１０倍に一層大幅に改善している。
しかしながら、ペット樹脂は、その比重１．３５がポリプロピレンの比重０．９０に比べると約４割も重いので、高強度ではあるが軽量化には適しないことが指摘された。
また、本発明者は、特許文献４および特許文献５に示される様に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に回収炭素繊維・６ｍｍ長の１５および３０重量％をエポキシ樹脂系結合剤（鎖延長剤）および触媒の存在下に二軸押出機で反応押出法にて反応させて、回収炭素繊維強化・改質ぺっと樹脂とし、それらの機械的強度を引張強度で約２倍から２．４倍および曲げ弾性率で約４倍から６．８倍に大幅改善している。また、本発明者は、特許文献６では、ラージトウのＰＡＮ系レーヨンを原糸とした安価な新品炭素繊維・６ｍｍ長（ＺＯＬＴＥＫ社製）を使用し、同様にしてＺＯＬＴＥＫ炭素繊維強化・改質ペット樹脂とし、それらの機械的強度を引張強度で約３倍から４倍および曲げ弾性率で約６倍から１０倍に一層大幅に改善している。
しかしながら、ペット樹脂は、その比重１．３５がポリプロピレンの比重０．９０に比べると約４割も重いので、高強度ではあるが軽量化には適しないことが指摘された。
土木・建築、自動車産業、新幹線車両業、航空宇宙産業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於ける構成材料の機械的強度の改善による一層の軽量化・省エネルギー化をはじめ、耐食性、電導性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善をすることが求められている。特に、本発明は、強度の不足している合成木材の強度改善による住宅屋外の構造物、高層建築の軽量化資材、沿岸高速道路の高強度・耐食資材、海洋構築物の耐食・高強度資材などの耐食資材、自動車用途等の用途開発を目的とする。
本発明は、軽量で強度の改善された炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂を製造する方法を提供することを目的とする。即ち、本発明は、ポリプロピレン（Ａ）および（Ｂ）、改質剤（Ｃ）および（Ｄ）、展着剤（Ｅ）を加熱混合して反応押出させることに依り、改質ポリプロピレン樹脂を製造し、炭素繊維（Ｆ）と溶融混合して炭素繊維強化・ポリプロピレン樹脂を製造する方法を提供するものである。
本発明は、更に詳しくは下記の製造方法を提供するものである。
本発明は、第１に（Ａ）ポリプロピレン系樹脂１００重量部、（Ｂ）ポリプロピレン系粉体樹脂１０〜３０重量部、（Ｃ）有機不飽和酸化合物０．１〜３重量部、（Ｄ）有機過酸化物０．０１〜０．５０重量部、（Ｅ）展着剤０．０１〜１重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、（Ｆ）炭素繊維５〜１５０重量部と溶融混合させることに依りＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）を１〜４０ｇ／１０分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第１に（Ａ）ポリプロピレン系樹脂１００重量部、（Ｂ）ポリプロピレン系粉体樹脂１０〜３０重量部、（Ｃ）有機不飽和酸化合物０．１〜３重量部、（Ｄ）有機過酸化物０．０１〜０．５０重量部、（Ｅ）展着剤０．０１〜１重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、（Ｆ）炭素繊維５〜１５０重量部と溶融混合させることに依りＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）を１〜４０ｇ／１０分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第２に（Ａ）ポリプロピレン系樹脂１００重量部、（Ｂ）ポリプロピレン系粉体樹脂１０〜３０重量部、（Ｃ）有機不飽和酸化合物０．１〜３重量部、（Ｄ）有機過酸化物０．０１〜０．５０重量部、（Ｅ）展着剤０．０１〜１重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、（Ｆ）炭素繊維５〜１５０重量部および（Ｇ）分子内に２個以上のエポキシ基を有し、且つ重量平均分子量２．０００〜１０，０００の重量平均分子量を有する多官能エポキシ化合物からなる結合剤０．１〜２重量部、（Ｈ）結合反応触媒０．０１〜１重量部、と溶融混合させることに依りＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）を０．５〜１０ｇ／１０分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第３に前記のポリプロピレン系樹脂（Ａ）およびポリプロピレン系粉体樹脂（Ｂ）が、ＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）が０．５〜１０ｇ／１０分であり、ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマー、またはそれらの回収された成形品の再循環物からなる群から選択される一種類以上であることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第４に前記の有機不飽和酸化合物（Ｃ）が、無水マレイン酸を含有することを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第５に前記の有機過酸化物（Ｄ）が、クミルジパーオキサイトを含有することを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第６に前記の展着剤（Ｅ）が、流動パラフィンを含有することを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第７に前記の炭素繊維（Ｆ）が、フィラメント数５０，０００本以上、比重１．５〜２．２、繊維径７〜１８μｍ、引張強度５８０〜４，２００ＭＰａ、引張弾性率３５〜２５０ＧＰａ、伸び０．３〜３％、炭素含有率９５％以上を有し、ラージトウ方式で高速度に製造された炭素繊維を含有することを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第８に前記の結合剤（Ｇ）が、分子内に２個以上のエポキシ基を有し、且つ重量平均分子量２．０００〜１０，０００の重量平均分子量を有する多官能エポキシ化合物を含有することを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明は、第９に前記の結合反応触媒（Ｈ）が、アルカリ金属のカルボン酸塩、アルカリ土類金属のカルボン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩または炭酸水素塩、またはアルカリ土類金属の炭酸塩または炭酸水素塩からなる群から選択される一種類以上を含有することを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法を提供するものである。
本発明によれば、ポリプロピレン系樹脂を改質剤（不飽和有機酸化合物と有機過酸化物の触媒）で改質することにより、従来困難であった炭素繊維との密着性を画期的に改善し、複合材の機械的強度も大幅に向上させることが出来た。更に、大量生産とコストダウンが進行しているラージトウ方式の炭素繊維（ＺＯＬＴＥＫチョップ）と改質ポリプロピレン系樹脂から成る複合体を反応押出法により、大量生産できることを実証した。この新素材は、軽量で、高強度で、リサイクルも可能であるので、更になる改善により将来の自動車用途の巨大市場に使用されるものと期待される。耐食性、耐熱性、伝熱性、導電性、耐油性、耐候性等の諸物性にも優れる。また、現在、航空機の組立時に副生する回収炭素繊維および将来航空機機体が大量にスクラップされると予想される時の炭素繊維強化エポキシ樹脂複合材からの再生炭素繊維なども使用することが出来る。
以下、本発明について詳細に説明する。
［（Ａ）成分のポリプロピレン系樹脂］
本発明における主原料としての（Ａ）成分のポリプロピレン系樹脂は、ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマーまたはそれらの回収された成形品の再循環物を使用する事ができる。強度の大きい炭素繊維強化複合材を望む場合は、ポリプロピレン・ホモポリマーを選択する。耐衝撃強度の大きい炭素繊維強化複合材を望む場合は、ポリプロピレン・ブロックコポリマーを選択する。本発明においては、Ｄ成分の有機過酸化物の触媒作用により、分子切断による分子量低下が起るので、主原料としては分子量が大きくＭＦＲの小さいグレードを選択することが好ましい。即ち、ＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）が０．５〜１０ｇ／１０分であることが好ましい。中空成形グレードが好ましい、主原料につき、その配合量は、１００重量部とする。
［（Ａ）成分のポリプロピレン系樹脂］
本発明における主原料としての（Ａ）成分のポリプロピレン系樹脂は、ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマーまたはそれらの回収された成形品の再循環物を使用する事ができる。強度の大きい炭素繊維強化複合材を望む場合は、ポリプロピレン・ホモポリマーを選択する。耐衝撃強度の大きい炭素繊維強化複合材を望む場合は、ポリプロピレン・ブロックコポリマーを選択する。本発明においては、Ｄ成分の有機過酸化物の触媒作用により、分子切断による分子量低下が起るので、主原料としては分子量が大きくＭＦＲの小さいグレードを選択することが好ましい。即ち、ＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）が０．５〜１０ｇ／１０分であることが好ましい。中空成形グレードが好ましい、主原料につき、その配合量は、１００重量部とする。
［（Ｂ）成分のポリプロピレン系粉体樹脂］
（Ｂ）成分は、微量の（Ｃ）成分の有機不飽和酸化合物０．１〜３重量部および（Ｄ）成分の有機過酸化物０．０１〜０．５０重量部を均一分散させる助材としての役割を持つ。ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマーまたはそれらの回収された成形品の再循環物を粉体状態で使用する事ができる。ＭＩも、０．５〜１０ｇ／１０分であることが好ましい。助材につき、その配合量は、１０〜３０重量部とする。
（Ｂ）成分は、微量の（Ｃ）成分の有機不飽和酸化合物０．１〜３重量部および（Ｄ）成分の有機過酸化物０．０１〜０．５０重量部を均一分散させる助材としての役割を持つ。ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマーまたはそれらの回収された成形品の再循環物を粉体状態で使用する事ができる。ＭＩも、０．５〜１０ｇ／１０分であることが好ましい。助材につき、その配合量は、１０〜３０重量部とする。
［（Ｃ）成分の有機不飽和酸化合物］
（Ｃ）成分は、無水マレイン酸およびその誘導体を使用できるが、無水マレイン酸であることが好ましい。その役割は、（Ｄ）成分の有機過酸化物がポリプロピレンを攻撃して分子鎖にラジカルを発生させた時に反応して、ポリプロピレンにカルボキシル基を賦与して止まり、本来無極性のポリプロピレンを改質ことにある。その配合量は、０．１〜３重量部であり、０．２〜１重量部が好ましい。０．１重量部以下では、ポリプロピレン系樹脂の改質効果が不充分である。３重量部を越えると反応押出時に未反応物が残留すると共に揮発して人体への障害を引き起こす恐れがあるからである。
（Ｃ）成分は、無水マレイン酸およびその誘導体を使用できるが、無水マレイン酸であることが好ましい。その役割は、（Ｄ）成分の有機過酸化物がポリプロピレンを攻撃して分子鎖にラジカルを発生させた時に反応して、ポリプロピレンにカルボキシル基を賦与して止まり、本来無極性のポリプロピレンを改質ことにある。その配合量は、０．１〜３重量部であり、０．２〜１重量部が好ましい。０．１重量部以下では、ポリプロピレン系樹脂の改質効果が不充分である。３重量部を越えると反応押出時に未反応物が残留すると共に揮発して人体への障害を引き起こす恐れがあるからである。
［（Ｄ）成分の有機過酸化物］
（Ｄ）成分の有機過酸化物は、樹脂のメルトフロー改質剤、マレイン化剤およびグラフト化剤として多種類の物、例えば日油（株）のパーヘキサ・シリーズ（ＨＣ、Ｃ、２２、２５Ｂなど）、パーブチル・シリーズ（Ｃ、Ｄ、Ｐなど）、パークミル・シリーズ（Ｄなど）が使用できる。市販品のジクミルジパーオキサイト（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を好適に使用することができた。
配合量は、０．０１〜０．５０重量部である。０．０１重量部以下では、ポリプロピレン系樹脂の改質効果が不充分である。０．５０重量部以上では、ポリプロピレン系樹脂の低分子量化が過剰に進行してしまう。
（Ｄ）成分の有機過酸化物は、樹脂のメルトフロー改質剤、マレイン化剤およびグラフト化剤として多種類の物、例えば日油（株）のパーヘキサ・シリーズ（ＨＣ、Ｃ、２２、２５Ｂなど）、パーブチル・シリーズ（Ｃ、Ｄ、Ｐなど）、パークミル・シリーズ（Ｄなど）が使用できる。市販品のジクミルジパーオキサイト（Ａｌｄｒｉｃｈ製）を好適に使用することができた。
配合量は、０．０１〜０．５０重量部である。０．０１重量部以下では、ポリプロピレン系樹脂の改質効果が不充分である。０．５０重量部以上では、ポリプロピレン系樹脂の低分子量化が過剰に進行してしまう。
［（Ｅ）成分の展着剤］
（Ｅ）成分の展着剤の役割は、微量の（Ｃ）成分の有機不飽和酸化合物の微粉０．１〜３重量部および（Ｄ）成分の有機過酸化物の微粉０．０１〜０．５０重量部を（Ｂ）成分のポリプロピレン系粉体樹脂の表面に均一付着させる役割を持つ。流動パラフィンが好適である。パラフィンオイル、石油ワックスなども使用できる。配合量は、０．０１〜１重量部である。
（Ｅ）成分の展着剤の役割は、微量の（Ｃ）成分の有機不飽和酸化合物の微粉０．１〜３重量部および（Ｄ）成分の有機過酸化物の微粉０．０１〜０．５０重量部を（Ｂ）成分のポリプロピレン系粉体樹脂の表面に均一付着させる役割を持つ。流動パラフィンが好適である。パラフィンオイル、石油ワックスなども使用できる。配合量は、０．０１〜１重量部である。
［（Ｆ）成分の炭素繊維］
本発明における（Ｆ）成分の炭素繊維は、高強度のＰＡＮ系工業製品を使用する事が好ましい。最優先候補としては、米国ＺＯＬＴＥＫ社のラージトウ（ＬＴ：フィラメント数５０，０００本）を高速焼成して量産できる安価な炭素繊維チョップ（米国・ＺＯＬＴＥＫ社のＬＴ−ＰＡＮ系炭素繊維「Ｐａｎｅｘ３５」６ｍｍ長）が特に好ましい。第２優先としては、東レ（株）の航空機機体用の高性能炭素繊維「トレカ」Ｔ５００、Ｔ６００、Ｔ７００シリーズも使用できる。また、産業用途のカットファイバーのＴ００８シリーズ、Ｔ０１０シリーズ、ＴＳ１２−００６（カット長３〜１２ｍｍ）も原料として使用できるが、高価である。一方、「トレカ」ミルドファイバーのＭＬＤシリーズ（繊維長３０〜１５０μｍ）なども原料として使用できるが、複合材の強度は小さい。他方、一般的にこれらの炭素繊維工業製品は、カルボキシル基の含有量が比較的多く存在する。
第３優先として、（株）クレハおよび大阪ガスケミカル（株）のピッチ系炭素繊維の工業製品も使用することが出来る。これらは比較的に官能基の含有量が多いが、強度がかなり小さい。成形品の強度に等方性の利点を持つので、精密成形分野では、好ましく使用できる。
代表的な工業製品の炭素繊維の仕様を、ガラス繊維と比較して表１に示した。炭素繊維は、大量生産でコストダウン出来れば、安価なガラス繊維に比べても軽量化、高強度、リサイクル性の長所が大いに発揮出来るものと想定できる。
本発明における（Ｆ）成分の炭素繊維は、高強度のＰＡＮ系工業製品を使用する事が好ましい。最優先候補としては、米国ＺＯＬＴＥＫ社のラージトウ（ＬＴ：フィラメント数５０，０００本）を高速焼成して量産できる安価な炭素繊維チョップ（米国・ＺＯＬＴＥＫ社のＬＴ−ＰＡＮ系炭素繊維「Ｐａｎｅｘ３５」６ｍｍ長）が特に好ましい。第２優先としては、東レ（株）の航空機機体用の高性能炭素繊維「トレカ」Ｔ５００、Ｔ６００、Ｔ７００シリーズも使用できる。また、産業用途のカットファイバーのＴ００８シリーズ、Ｔ０１０シリーズ、ＴＳ１２−００６（カット長３〜１２ｍｍ）も原料として使用できるが、高価である。一方、「トレカ」ミルドファイバーのＭＬＤシリーズ（繊維長３０〜１５０μｍ）なども原料として使用できるが、複合材の強度は小さい。他方、一般的にこれらの炭素繊維工業製品は、カルボキシル基の含有量が比較的多く存在する。
第３優先として、（株）クレハおよび大阪ガスケミカル（株）のピッチ系炭素繊維の工業製品も使用することが出来る。これらは比較的に官能基の含有量が多いが、強度がかなり小さい。成形品の強度に等方性の利点を持つので、精密成形分野では、好ましく使用できる。
代表的な工業製品の炭素繊維の仕様を、ガラス繊維と比較して表１に示した。炭素繊維は、大量生産でコストダウン出来れば、安価なガラス繊維に比べても軽量化、高強度、リサイクル性の長所が大いに発揮出来るものと想定できる。
［（Ｇ）成分の結合剤］
本発明の（Ｇ）成分の結合剤は、重量平均分子量が１，０００〜３００，０００であることが好ましく、該分子内に２〜１００個のエポキシ基を含有する高分子型多官能エポキシ化合物を単独または２種類以上の混合体として使用することができる。高分子量の骨格を形成する樹脂にエポキシ環を含むグリシジル基をペンダント状に吊下げたものや分子内にエポキシ基を含むものの市販品、例えば、日油（株）の「マープルーフ」シリーズ、ＢＡＳＦジャパン（株）の「ジョンクリルＡＤＲ」シリーズを使用することができる。
（Ｇ）成分の多官能エポキシ化合物の配合量は、（Ａ）成分のポリエステル１００重量部に対して０．１〜５重量部である。それは、（（Ｂ）成分の増粘効果のある炭素繊維の種類と添加量に依っても大幅に異なる。一般的には、０．１重量部未満では分子量と溶融粘度の増加効果が不充分のため、成形加工性も不充分で成形品の基本物性や機械的特性が劣ることになる。２重量部を越えると逆に成形加工性が悪化し、樹脂の黄変・着色とゲルやフィッシュアイ（ＦＥ）が副生したりする。
本発明の（Ｇ）成分の結合剤は、重量平均分子量が１，０００〜３００，０００であることが好ましく、該分子内に２〜１００個のエポキシ基を含有する高分子型多官能エポキシ化合物を単独または２種類以上の混合体として使用することができる。高分子量の骨格を形成する樹脂にエポキシ環を含むグリシジル基をペンダント状に吊下げたものや分子内にエポキシ基を含むものの市販品、例えば、日油（株）の「マープルーフ」シリーズ、ＢＡＳＦジャパン（株）の「ジョンクリルＡＤＲ」シリーズを使用することができる。
（Ｇ）成分の多官能エポキシ化合物の配合量は、（Ａ）成分のポリエステル１００重量部に対して０．１〜５重量部である。それは、（（Ｂ）成分の増粘効果のある炭素繊維の種類と添加量に依っても大幅に異なる。一般的には、０．１重量部未満では分子量と溶融粘度の増加効果が不充分のため、成形加工性も不充分で成形品の基本物性や機械的特性が劣ることになる。２重量部を越えると逆に成形加工性が悪化し、樹脂の黄変・着色とゲルやフィッシュアイ（ＦＥ）が副生したりする。
［（Ｈ）成分の結合反応触媒］
本発明における（Ｈ）成分としての結合反応触媒は、（１）アルカリ金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩、（２）アルカリ土類金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩からなる群から選ばれた少なくとも一種類以上を含有する触媒である。有機酸塩としては、カルボン酸塩、酢酸塩等が使用できるが、カルボン酸塩の中で特にステアリン酸塩が好ましい。カルボン酸の金属塩を形成する金属としては、リチウム、ナトリウムおよびカリウムのようなアルカリ金属；マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムのようなアルカリ土類金属を使用できる。
この結合反応触媒としてのカルボン酸塩の配合量は（Ａ）成分のポリプロピレン１００重量部に対して０．０１〜１重量部である。特に、０．１〜０．５重量部であることが好ましい。０．０１重量部未満では触媒効果が小さく、共重合反応が未達となって分子量が充分増大しないことがある。１重量部を超えると局部反応によるゲル生成や加水分解の促進による溶融粘度の急上昇による押出成形機内のトラブルなどを惹起させる。
本発明における（Ｈ）成分としての結合反応触媒は、（１）アルカリ金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩、（２）アルカリ土類金属の有機酸塩、炭酸塩および炭酸水素塩からなる群から選ばれた少なくとも一種類以上を含有する触媒である。有機酸塩としては、カルボン酸塩、酢酸塩等が使用できるが、カルボン酸塩の中で特にステアリン酸塩が好ましい。カルボン酸の金属塩を形成する金属としては、リチウム、ナトリウムおよびカリウムのようなアルカリ金属；マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムおよびバリウムのようなアルカリ土類金属を使用できる。
この結合反応触媒としてのカルボン酸塩の配合量は（Ａ）成分のポリプロピレン１００重量部に対して０．０１〜１重量部である。特に、０．１〜０．５重量部であることが好ましい。０．０１重量部未満では触媒効果が小さく、共重合反応が未達となって分子量が充分増大しないことがある。１重量部を超えると局部反応によるゲル生成や加水分解の促進による溶融粘度の急上昇による押出成形機内のトラブルなどを惹起させる。
［配合方法、反応押出方法］
次に、本発明のポリプロピレン樹脂等を配合する方法に付いて説明する。各成分をタンブラーやヘンシェルミキサー等の混合機で混和させてから、トップフィード法として押出装置に供給する。加熱溶融する温度は、ポリプロピレンの融点以上の２２０℃から２４０℃であることが反応押出法の観点から望ましい。特に、２５０℃以下が好ましく、特に好ましくは２３０℃である。２５０℃を越えると炭素繊維の表面処理剤やサイジング剤の変質およびポリプロピレンの変色や熱分解が生じることがある。
上記の同時に混合する方法以外に、サイドフィード法として二軸押出装置に（Ａ）成分のポリロピレン、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分の混合物を供給して反応押出をしながら、二軸押出装置の出口部分に（Ｆ）成分の炭素繊維を注入する事に依り炭素繊維の切断を防いで複合材を生産することが出来る。炭素繊維がチョップ状の場合に適する。
反応押出装置としては、単軸押出機、二軸押出機、それらの組合せの二段押出機等を使用することができる。単軸押出機は、安価であり、炭素繊維が粉体状か短い場合に適する。二軸押出機は、高価であるが、チョップ状炭素繊維をサイドフィードする場合に適する。
次に、本発明のポリプロピレン樹脂等を配合する方法に付いて説明する。各成分をタンブラーやヘンシェルミキサー等の混合機で混和させてから、トップフィード法として押出装置に供給する。加熱溶融する温度は、ポリプロピレンの融点以上の２２０℃から２４０℃であることが反応押出法の観点から望ましい。特に、２５０℃以下が好ましく、特に好ましくは２３０℃である。２５０℃を越えると炭素繊維の表面処理剤やサイジング剤の変質およびポリプロピレンの変色や熱分解が生じることがある。
上記の同時に混合する方法以外に、サイドフィード法として二軸押出装置に（Ａ）成分のポリロピレン、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分、（Ｄ）成分の混合物を供給して反応押出をしながら、二軸押出装置の出口部分に（Ｆ）成分の炭素繊維を注入する事に依り炭素繊維の切断を防いで複合材を生産することが出来る。炭素繊維がチョップ状の場合に適する。
反応押出装置としては、単軸押出機、二軸押出機、それらの組合せの二段押出機等を使用することができる。単軸押出機は、安価であり、炭素繊維が粉体状か短い場合に適する。二軸押出機は、高価であるが、チョップ状炭素繊維をサイドフィードする場合に適する。
本発明の高強度・軽量の複合体の用途例としては、当面は住宅の屋外デッキ資材および海洋構築物資材が想定される。特に、米国と欧州における住宅の屋外デッキ資材は年間２６０万トンに達する。従来は、天然木材に依存して来たが、南洋材や南米材の資源枯渇に直面して回復の見通しが無い。現在、木粉／ポリエチレンと木粉／ポリプロピレンの合成木材が使用されている。しかしながら、天然木材の高い強度（曲げ弾性率６〜１４ＧＰａ）に比べると、木粉／ポリエチレン（１〜３ＧＰａ）と木粉／ポリプロピレン（約５ＧＰａ）の合成木材の強度が弱すぎる。しかしながら、北米の合成木材の市場は約６９万トン（２０１３年）で木粉／ポリエチレン８３パーセント、木粉／ポリプロピレン９％、木粉／塩化ビニル７％、その他１％とされている。
本発明の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂は、固体成形体の強度が大きい（ＺＯＬＴＥＫ３０％で曲げ弾性率１６ＧＰａ）ので、合成木材への添加に依る強度アップが期待されている。
本発明の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂は、固体成形体の強度が大きい（ＺＯＬＴＥＫ３０％で曲げ弾性率１６ＧＰａ）ので、合成木材への添加に依る強度アップが期待されている。
次に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。本発明のポリプロピレンおよび炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂についての評価方法は以下の通りである。
（１）ＭＦＲメルトフローレート（別称メルトインデックス（ＭＩ））の測定法
ＪＩＳ Ｋ７２１０（ＩＳＯ １１３３、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８）の条件に従い、温度２３０℃、荷重２．１６ｋｇの条件で測定した。但し、樹脂は予め８０℃×２時間、熱風乾燥または真空乾燥したものを使用した。なお、樹脂メーカーのカタログ値は、ＭＩを採用している。しかしながら、温度と荷重が同一条件の場合には、ＭＦＲとＭＩの数値が同一となるので、本発明ではＭＦＲに統一する。
（２）比重の測定法
ＪＩＳ Ｋ７１１２のＡ法（水中置換法）に従い、樹脂ペレットまたは成形体の小片についてアルコールを液体として測定した。または、ＪＩＳ Ｋ７２２２の寸法測定法でも測定した。
（３）機械的強度の測定法
［１］試作ペレットが１Ｋｇ以下の少量の場合は小型試験片を作成して実施した。
例えば、住友重機械工業（株）製の射出成形機ＳＥ１８ＤＵＺ（型締め圧１８トン、スクリュー径１６ｍｍ）を使用し、成形温度２７０℃、金型温度３５℃、冷却時間１５〜２０秒の条件で成形した。
試験片の形状：引張試験片 ＪＩＳ Ｋ７１６２ ５Ａ型（厚み２ｍｍ）
曲げ試験片 短冊型 ８０ｍｍ×１０ｍｍ（厚み４ｍｍ）
［２］試作ペレットが多量の場合（３Ｋｇ以上）は多目的試験片を作成して実施した。
試験片の形状：ＩＳＯ ２０７５３、ＪＩＳ Ｋ７１３９ Ａ１型
全長さ１２０ｍｍ、厚み４ｍｍ、チャック部幅２０ｍｍ、くびれ部幅１０ｍｍ、
同その長さ８０ｍｍ（Ｚランナー方式）
引張試験：引張強度は、試験速度２ｍｍ／分にて実施し、３〜５点の平均値で評価した。ヤング率は、最大荷重の２５％と７５％の直線回帰により算出した（ＪＩＳ Ｋ７０７３ほか）。
曲げ試験：曲げ強度は、３点曲げを試験速度５ｍｍ／分にて実施し、３〜５点の平均値で評価した。曲げ弾性率は、最大荷重の２５％と７５％の直線回帰により算出した（ＪＩＳ Ｋ７０７４ほか）。
（４）炭素繊維の酸性官能基量およびカルボキシル基量の測定法
ＪＩＳ Ｋ ００７０に準じ、Ｂｏｅｈｍ法で測定した。炭素繊維のサンプルに水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウムを個々に加え、電位差自動測定装置を使用して塩酸溶液を用いて逆滴定をした。全酸性官能基量（全酸量）を水酸化ナトリウム添加後の塩酸溶液による逆滴定で、また強酸性官能基量（カルボキシル基量）を炭酸水素ナトリウム添加後の塩酸溶液による逆滴定で測定した。なお、弱酸性官能基量（フェノール系水酸基量）は、全酸量―カルボキシル基量から求めた。
（１）ＭＦＲメルトフローレート（別称メルトインデックス（ＭＩ））の測定法
ＪＩＳ Ｋ７２１０（ＩＳＯ １１３３、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８）の条件に従い、温度２３０℃、荷重２．１６ｋｇの条件で測定した。但し、樹脂は予め８０℃×２時間、熱風乾燥または真空乾燥したものを使用した。なお、樹脂メーカーのカタログ値は、ＭＩを採用している。しかしながら、温度と荷重が同一条件の場合には、ＭＦＲとＭＩの数値が同一となるので、本発明ではＭＦＲに統一する。
（２）比重の測定法
ＪＩＳ Ｋ７１１２のＡ法（水中置換法）に従い、樹脂ペレットまたは成形体の小片についてアルコールを液体として測定した。または、ＪＩＳ Ｋ７２２２の寸法測定法でも測定した。
（３）機械的強度の測定法
［１］試作ペレットが１Ｋｇ以下の少量の場合は小型試験片を作成して実施した。
例えば、住友重機械工業（株）製の射出成形機ＳＥ１８ＤＵＺ（型締め圧１８トン、スクリュー径１６ｍｍ）を使用し、成形温度２７０℃、金型温度３５℃、冷却時間１５〜２０秒の条件で成形した。
試験片の形状：引張試験片 ＪＩＳ Ｋ７１６２ ５Ａ型（厚み２ｍｍ）
曲げ試験片 短冊型 ８０ｍｍ×１０ｍｍ（厚み４ｍｍ）
［２］試作ペレットが多量の場合（３Ｋｇ以上）は多目的試験片を作成して実施した。
試験片の形状：ＩＳＯ ２０７５３、ＪＩＳ Ｋ７１３９ Ａ１型
全長さ１２０ｍｍ、厚み４ｍｍ、チャック部幅２０ｍｍ、くびれ部幅１０ｍｍ、
同その長さ８０ｍｍ（Ｚランナー方式）
引張試験：引張強度は、試験速度２ｍｍ／分にて実施し、３〜５点の平均値で評価した。ヤング率は、最大荷重の２５％と７５％の直線回帰により算出した（ＪＩＳ Ｋ７０７３ほか）。
曲げ試験：曲げ強度は、３点曲げを試験速度５ｍｍ／分にて実施し、３〜５点の平均値で評価した。曲げ弾性率は、最大荷重の２５％と７５％の直線回帰により算出した（ＪＩＳ Ｋ７０７４ほか）。
（４）炭素繊維の酸性官能基量およびカルボキシル基量の測定法
ＪＩＳ Ｋ ００７０に準じ、Ｂｏｅｈｍ法で測定した。炭素繊維のサンプルに水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウムを個々に加え、電位差自動測定装置を使用して塩酸溶液を用いて逆滴定をした。全酸性官能基量（全酸量）を水酸化ナトリウム添加後の塩酸溶液による逆滴定で、また強酸性官能基量（カルボキシル基量）を炭酸水素ナトリウム添加後の塩酸溶液による逆滴定で測定した。なお、弱酸性官能基量（フェノール系水酸基量）は、全酸量―カルボキシル基量から求めた。
本発明の主たる構成要素である（Ａ）および（Ｂ）成分のポリプロピレン並びに（Ｆ）成分の炭素繊維については、それらの密着性を向上して強度をあげるために酸性官能基およびカルボキシル基を含有させることが好ましい。なお、炭素繊維には、大小はあるが酸性官能基およびカルボキシル基が含有されている。
（Ｆ）成分の炭素繊維の酸性官能基およびカルボキシル基の分析
炭素繊維１ｇを各２００ｃｃの三角フラスコに秤量し、０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液または炭酸水素ナトリウム水溶液の各５０ｍＬに浸漬させた。栓をしてからその２体を２４時間浸透機にかけた。各容器の上澄み液５ｍＬを０．０５ｍｏｌ／Ｌ塩酸水溶液で滴定し、全酸量とカルボキシル基量とを同定した。このＢｏｅｈｍ法に依る分析を焼成後の再生炭素繊維と新品炭素繊維についても実施し、その結果を比較して以下に示す。
カルボキシル基は、新品炭素繊維には極めて微量にしか存在しないが、約５００℃焼成後の再生炭素繊維には０．０３〜０．０５ｍｍｏｌ／ｇも存在し、電解酸化後の再生炭素繊維にはその２〜３倍の０．１０ｍｍｏｌ／ｇ にまで増加していた。
炭素繊維１ｇを各２００ｃｃの三角フラスコに秤量し、０．１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液または炭酸水素ナトリウム水溶液の各５０ｍＬに浸漬させた。栓をしてからその２体を２４時間浸透機にかけた。各容器の上澄み液５ｍＬを０．０５ｍｏｌ／Ｌ塩酸水溶液で滴定し、全酸量とカルボキシル基量とを同定した。このＢｏｅｈｍ法に依る分析を焼成後の再生炭素繊維と新品炭素繊維についても実施し、その結果を比較して以下に示す。
［改質ポリプロピレン系樹脂Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４の製造例］
［製造例１］Ａ成分としてポリプロピレン・ホモポリマーのペレット（中空グレード、ＭＦＲ０．５：曲げ弾性率１．８ＧＰａ、シャルピー衝撃強度９．０ＫＪ／ｍ２）１００重量部、Ｂ成分としてポリプロピレン・粉体（サンアロマー（株）製、ＭＦＲ０．３）２０重量部、Ｃ成分として無水マレイン酸（試薬１級）１重量部、Ｄ成分としてジクミルパーオキサイド（ＡＬＤＬＩＣＨ社製）０．１００重量部、Ｅ成分として流動パラフィン０．２重量部を使用した。
まず、ポリプロピレン・粉体Ｂをタンブラーに投入し、ついで流動パラフィンＥを追加して５分間攪拌してから微粉砕したジクミルパーオキサイドＤを入れて更に５分間攪拌した。次いで、やはり微粉砕した無水マレイン酸Ｃを入れて更に５分間攪拌した。最後に、ポリプロピレン・ホモポリマーのペレットＡを投入し、１０分間攪拌することにより、均一混合した。
東芝機械（株）製の単軸押出機（口径６５ｍｍ、Ｌ／Ｄ ３０、改造・１ベント式、改造・圧縮式スクリュー）を使用し、この押出機の７ブロックから成るシリンダーとダイスの設定温度を１７０〜２８０℃とした。前記のＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ成分の混合組成物を原料供給ホッパーに投入し、容量式計量フィーダーで計量しながら押出して反応押出を行うことにより、改質ポリプロピレン樹脂Ｐ１の製造を実施した。樹脂温度２４４℃、樹脂圧力１０ＭＰａであった。
ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットＰ１約２０Ｋｇを製造した。金型出口から水盤中へのストランドは弓なり状であり溶融張力が非常に低下していた。そのペレット形状は、円柱状で直径約２．５ｍｍ×長さ約３ｍｍであった。
［製造例１］Ａ成分としてポリプロピレン・ホモポリマーのペレット（中空グレード、ＭＦＲ０．５：曲げ弾性率１．８ＧＰａ、シャルピー衝撃強度９．０ＫＪ／ｍ２）１００重量部、Ｂ成分としてポリプロピレン・粉体（サンアロマー（株）製、ＭＦＲ０．３）２０重量部、Ｃ成分として無水マレイン酸（試薬１級）１重量部、Ｄ成分としてジクミルパーオキサイド（ＡＬＤＬＩＣＨ社製）０．１００重量部、Ｅ成分として流動パラフィン０．２重量部を使用した。
まず、ポリプロピレン・粉体Ｂをタンブラーに投入し、ついで流動パラフィンＥを追加して５分間攪拌してから微粉砕したジクミルパーオキサイドＤを入れて更に５分間攪拌した。次いで、やはり微粉砕した無水マレイン酸Ｃを入れて更に５分間攪拌した。最後に、ポリプロピレン・ホモポリマーのペレットＡを投入し、１０分間攪拌することにより、均一混合した。
東芝機械（株）製の単軸押出機（口径６５ｍｍ、Ｌ／Ｄ ３０、改造・１ベント式、改造・圧縮式スクリュー）を使用し、この押出機の７ブロックから成るシリンダーとダイスの設定温度を１７０〜２８０℃とした。前記のＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ成分の混合組成物を原料供給ホッパーに投入し、容量式計量フィーダーで計量しながら押出して反応押出を行うことにより、改質ポリプロピレン樹脂Ｐ１の製造を実施した。樹脂温度２４４℃、樹脂圧力１０ＭＰａであった。
ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットＰ１約２０Ｋｇを製造した。金型出口から水盤中へのストランドは弓なり状であり溶融張力が非常に低下していた。そのペレット形状は、円柱状で直径約２．５ｍｍ×長さ約３ｍｍであった。
［製造例２］Ａ成分のポリプロピレン・ホモポリマーのペレット、Ｂ成分のポリプロピレン・粉体、Ｃ成分の無水マレイン酸およびＥ成分の流動パラフィンは、同一物で同一比率であるが、Ｄ成分のジクミルパーオキサイドの比率のみを０．０５０重量部と半減させて、製造例１と同様条件にて改質ポリプロピレン樹脂Ｐ２の製造を実施した。樹脂温度２４１℃、樹脂圧力１６ＭＰａであった。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットＰ２約２０Ｋｇを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはほぼ直線状であり溶融張力がかなり保持されていた。そのペレット形状は、円柱状で直径約２．５ｍｍ×長さ約３ｍｍであった。
［製造例３］Ａ成分のポリプロピレン・ホモポリマーのペレット、Ｂ成分のポリプロピレン・粉体、およびＥ成分の流動パラフィンは、同一物で同一比率であるが、Ｃ成分の無水マレイン酸の比率を２重量部に倍増させ、またＤ成分のジクミルパーオキサイドの比率を０．０７５重量部と製造例１および２の中間とし、製造例１と同様条件にて改質ポリプロピレン樹脂Ｐ３の製造を実施した。樹脂温度２３８℃、樹脂圧力１４ＭＰａであった。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットＰ３約２０Ｋｇを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはやや弓なり状であり溶融張力がかなり低下したが、水冷されたストランドは未改質のポリプロピレンとは異なり、無水マレイン酸の倍増添加で保水性が著しく改善された。そのペレット形状は、円柱状で直径約２．５ｍｍ×長さ約３ｍｍであった
［製造例４］Ａ成分としてポリプロピレン・ブロックコポリマーのペレット（中空グレード、ＭＦＲ０．７：曲げ弾性率１．１ＧＰａ、シャルピー衝撃強度９１ＫＪ／ｍ２）１００重量部、Ｂ成分としてポリプロピレン・粉体（サンアロマー（株）製、ＭＦＲ０．３）２０重量部、Ｃ成分として無水マレイン酸（試薬１級）２重量部、Ｄ成分としてジクミルパーオキサイド０．０７５重量部、Ｅ成分として流動パラフィン０．２重量部を使用した。
製造例１と同様条件にて改質ポリプロピレン樹脂Ｐ４の製造を実施した。樹脂温度２３８℃、樹脂圧力１６ＭＰａであった。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットＰ４約２０Ｋｇを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはやや弓なり状であり溶融張力がかなり低下したが、水冷されたストランドは未改質のポリプロピレンとは異なり、無水マレイン酸の倍増添加に依り保水性が著しく改善された。そのペレット形状は、円柱状で直径約２．５ｍｍ×長さ約３ｍｍであった。
製造例１と同様条件にて改質ポリプロピレン樹脂Ｐ４の製造を実施した。樹脂温度２３８℃、樹脂圧力１６ＭＰａであった。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して半透明白色樹脂ペレットＰ４約２０Ｋｇを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはやや弓なり状であり溶融張力がかなり低下したが、水冷されたストランドは未改質のポリプロピレンとは異なり、無水マレイン酸の倍増添加に依り保水性が著しく改善された。そのペレット形状は、円柱状で直径約２．５ｍｍ×長さ約３ｍｍであった。
［改質ポリプロピレン系樹脂Ｐ１〜Ｐ４とＺＯＬＴＥＫ製炭素繊維チョップ２３％とから成る炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＺＰ１〜４の製造例］
米国・ＺＯＬＴＥＫ社製のＰＡＮ系炭素繊維「Ｐａｎｅｘ３５」（６ｍｍ長チョップ：フィラメント数５０，０００本のＬａｒｇｅ Ｔｏｗから製造された。比重１．８１、引張強度４，１３７ＭＰａ、引張弾性率２４２ＧＰａ、破断伸度１．５％）を選択した。
［製造例５］原材料組成物をトップフィードするために、予め以下の操作で均一配合した。ポリエチレン袋に、ＺＯＬＴＥＫ６ｍｍチョップ３００ｇ（２３．１％）を入れ、流動パラフィン３ｇを加えて表面を濡らした。次いで、ポリプロピレン粉体２００ｇを加えて混合した。最後に、改質ポリプロピレンのペレットＰ１を８００ｇ（一方、比較例１の場合はポリプロピレン・ホモポリマーのペレットのみ）を加えて均一混合した。
テクノベル（株）製の同方向２軸押出機（口径１５ｍｍ、Ｌ／Ｄ ３０、１ベント式）を使用し、この押出機の４ブロックから成るシリンダーとダイスの温度を１６０〜２８０℃およびスクリュー回転数１５０〜２００ｒｐｍに設定した。前記の組成物をホッパーに投入し、容量式計量フィーダーを使用して、押出装置に安定して供給した。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットＺＰ１約１．２Ｋｇを製造した。樹脂圧力は、０．２ＭＰａでありやや低かった。金型出口から水盤中へのストランドは、太めであったが下方に弓なり状であり、溶融張力がやや低下傾向であった。ペレットの形状は、円柱状で直径約２．５ｍｍ×長さ約３ｍｍであった。また、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、２３ｇ／１０分であった。射出成形グレードに適する・
米国・ＺＯＬＴＥＫ社製のＰＡＮ系炭素繊維「Ｐａｎｅｘ３５」（６ｍｍ長チョップ：フィラメント数５０，０００本のＬａｒｇｅ Ｔｏｗから製造された。比重１．８１、引張強度４，１３７ＭＰａ、引張弾性率２４２ＧＰａ、破断伸度１．５％）を選択した。
［製造例５］原材料組成物をトップフィードするために、予め以下の操作で均一配合した。ポリエチレン袋に、ＺＯＬＴＥＫ６ｍｍチョップ３００ｇ（２３．１％）を入れ、流動パラフィン３ｇを加えて表面を濡らした。次いで、ポリプロピレン粉体２００ｇを加えて混合した。最後に、改質ポリプロピレンのペレットＰ１を８００ｇ（一方、比較例１の場合はポリプロピレン・ホモポリマーのペレットのみ）を加えて均一混合した。
テクノベル（株）製の同方向２軸押出機（口径１５ｍｍ、Ｌ／Ｄ ３０、１ベント式）を使用し、この押出機の４ブロックから成るシリンダーとダイスの温度を１６０〜２８０℃およびスクリュー回転数１５０〜２００ｒｐｍに設定した。前記の組成物をホッパーに投入し、容量式計量フィーダーを使用して、押出装置に安定して供給した。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットＺＰ１約１．２Ｋｇを製造した。樹脂圧力は、０．２ＭＰａでありやや低かった。金型出口から水盤中へのストランドは、太めであったが下方に弓なり状であり、溶融張力がやや低下傾向であった。ペレットの形状は、円柱状で直径約２．５ｍｍ×長さ約３ｍｍであった。また、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、２３ｇ／１０分であった。射出成形グレードに適する・
［製造例６］前記の製造例５と同様な操作で実施した。但し、改質ポリプロピレンのペレットＰ２を８００ｇ使用した。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットＺＰ２約１．２Ｋｇを製造した。樹脂圧力は、０．４ＭＰａと倍増した。金型出口から水盤中へのストランドは直線状であり溶融張力がやや高い傾向であった。また、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、９．８ｇ／１０分であり、押出成形に適する。
［製造例７］前記の製造例５と同様な操作で実施した。但し、改質ポリプロピレンのペレットＰ３を８００ｇ使用した。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットＺＰ３約１．２Ｋｇを製造した。樹脂圧力は、０．３ＭＰａであった。金型出口から水盤中へのストランドは下方にやや弓なり状であり溶融張力がやや低い傾向であった。また、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、１６ｇ／１０分であり、射出成形に適する。
［製造例８］前記の製造例５と同様な操作で実施した。但し、改質ポリプロピレンのペレットＰ４を８００ｇ使用した。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットＺＰ３約１．２Ｋｇを製造した。樹脂圧力は、０．３ＭＰａであった。金型出口から水盤中へのストランドはほぼ直線状であり溶融張力がほぼ良好であった。また、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、１１ｇ／１０分であり、射出成形に適する。
以上の実施例２の結果を表２にまとめて示した。
以上の実施例２の結果を表２にまとめて示した。
［改質ポリプロピレン系樹脂Ｐ１〜Ｐ４とＺＯＬＴＥＫ製炭素繊維チョップ２３％とから成る炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＺＰ１〜４の物性評価］
前記の実施例２で製造した炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＺＰ１〜４の物性評価を、比較例１および２と共に実施した。厚み４．２ｍｍ×２０ｃｍ角のスベーサーと油圧式熱プレス機を使用し、各ペレットを２３０℃×７分間の熱プレス法により平板（４ｍｍ厚×２０ｃｍ角）を成形した。
電動ノコギリで巾１０ｍｍに裁断し、各種評価試験を実施した。その結果を表３に示した。製造例５のＺＰ１は、最高の機械的強度値を実証した。即ち、ＺＰ１の引張強度７１ＭＰａは、比較例１のブレンドの３．２倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの２．５倍である。また、曲げ弾性率８．５ＧＰａは、比較例１のブレンドの３．１倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの７．１倍である。また、その他のＺＰ２、ＺＰ３およびＺＰ４も、比較例１のブレンドと比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。
前記の実施例２で製造した炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＺＰ１〜４の物性評価を、比較例１および２と共に実施した。厚み４．２ｍｍ×２０ｃｍ角のスベーサーと油圧式熱プレス機を使用し、各ペレットを２３０℃×７分間の熱プレス法により平板（４ｍｍ厚×２０ｃｍ角）を成形した。
電動ノコギリで巾１０ｍｍに裁断し、各種評価試験を実施した。その結果を表３に示した。製造例５のＺＰ１は、最高の機械的強度値を実証した。即ち、ＺＰ１の引張強度７１ＭＰａは、比較例１のブレンドの３．２倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの２．５倍である。また、曲げ弾性率８．５ＧＰａは、比較例１のブレンドの３．１倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの７．１倍である。また、その他のＺＰ２、ＺＰ３およびＺＰ４も、比較例１のブレンドと比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。
実施例２の製造例５とほぼ同じ操作にて、ＺＯＬＴＥＫ炭素繊維（２３．１％）とポリプロピレン・ホモポリマーのブレンドを製造した。ポリエチレン袋に、ＺＯＬＴＥＫ６ｍｍチョップ３００ｇ（２３．１％）を入れ、流動パラフィン３ｇを加えて表面を濡らした。次いで、ポリプロピレン粉体２００ｇを加えて混合した。最後に、ポリプロピレン・ホモポリマーのペレット（実施例１の製造例１と同じもの）８００ｇを加えて均一混合した。ほぼ同じ操作にて２軸押出機で混練りした。実施例３と同様にして、熱プレス板（４ｍｍ厚×２０ｃｍ角）を成形し、また物性試験を実施した。
ポリプロピレン・ホモポリマーのペレット（実施例１の製造例１と同じもの）を、厚み４．２ｍｍ×２０ｃｍ角のスベーサーと油圧式熱プレス機を使用し、熱プレス板（４ｍｍ厚×２０ｃｍ角）を成形した。２２０℃×７分では、半透明乳白色板の一部に気泡が残存したので、２３０℃×７分で実施した。また、物性試験は、実施例３と同様にして実施した。
［改質ポリプロピレン系樹脂Ｐ１〜Ｐ４にＺＯＬＴＥＫ製炭素繊維チョップ３０％をサイドフィード方式で混合した炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＮＺＰ１−４の製造と評価］
［製造例９〜１２］日立造船（株）製の同方向２軸押出機（口径３５ｍｍ、Ｌ／Ｄ ３０：サイドフィーダー付きに改造）を使用し、この押出機の８ブロックから成るシリンダ−とダイスの設定温度を１５０〜２６０℃およびスクリュー回転数１５０ｒｐｍとした。容量式計量フィーダーを使用し、第１ホッパーから改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＰ１〜Ｐ４をそれぞれのケースで押出し、また第２ホッパーからＺＯＬＴＥＫ炭素繊維チョップを炭素繊維の含有量が３０％になる速度で連続的にサイドフィードした。
ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットをそれぞれのケース約５Ｋｇを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはほぼ直線状であり溶融張力が増加していた。その形状は、円柱状で直径約３．４ｍｍ×長さ約６ｍｍであった。また、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、１．１〜４．８ｇ／１０分であった。いずれも、押出成形に適している。
［射出成形片の成形例］この炭素繊維強化・改質ペット樹脂の黒色ペレットＮＺＰ１−４を８０℃２時間熱風乾燥し、日精樹脂工業（株）製のハイブリッド式射出成形機ＦＮＺ１４０（型締め圧１４０トン、スクリュー径４０ｍｍ）を使用し、成形温度２３０℃、金型温度６７〜６８℃、射出圧力３０〜４０ＭＰａ、射出速度１６０ｍｍ／ｓ、スクリュー回転数８０ｒｐｍおよび冷却時間１５秒の条件にて、下記の射出成形体を成形した。
多目的試験片の形状：ＩＳＯ ７１３９、ＪＩＳ Ｋ７１３９ Ａ１型
全長さ１２０ｍｍ、厚み４ｍｍ、チャック部の幅２０ｍｍ、くびれ部の幅１０ｍｍ、
同その長さ８０ｍｍ（Ｚランナー方式）
尚、このＺＯＩＴＥＫ炭素繊維（ＣＦ３０％）強化・改質ペット樹脂ペレット４種は、バリの副生が少くて良好な射出成型性を示した。試験片の表面は平滑であった。引張速度２ｍｍ／分および曲げ速度５ｍｍ／分での機械的強度の試験等を実施した。このペレットの物性値を表４に示した。
本実施例４は、ＺＯＬＴＥＫ３０％のサイド・フィード方式で炭素繊維の割れが少なく、射出成形片は炭素繊維が整列しやすいため、実施例２〜３のＺＯＬＴＥＫ２３％のトップ・フィード方式で炭素繊維の割れが多く、熱プレス板で炭素繊維が整列し難いケースに比べて機械的強度が大きく観測された。
製造例９のＮＺＰ１は、更に高い最高の機械的強度値を実証した。即ち、ＮＺＰ１の引張強度９４ＭＰａは、比較例３のブレンドの２．４倍、比較例１のポリプロピレン・ホモポリマーの３．１倍である。また、曲げ弾性率１５．８ＧＰａは、比較例３のブレンドの１．１倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの１３．２倍である。また、その他のＮＺＰ２、ＮＺＰ３およびＮＺＰ４も、比較例３のブレンドと比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。また、釣り具リールのキョウ体を連続３０ショットで成形できた。
［製造例９〜１２］日立造船（株）製の同方向２軸押出機（口径３５ｍｍ、Ｌ／Ｄ ３０：サイドフィーダー付きに改造）を使用し、この押出機の８ブロックから成るシリンダ−とダイスの設定温度を１５０〜２６０℃およびスクリュー回転数１５０ｒｐｍとした。容量式計量フィーダーを使用し、第１ホッパーから改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＰ１〜Ｐ４をそれぞれのケースで押出し、また第２ホッパーからＺＯＬＴＥＫ炭素繊維チョップを炭素繊維の含有量が３０％になる速度で連続的にサイドフィードした。
ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットをそれぞれのケース約５Ｋｇを製造した。金型出口から水盤中へのストランドはほぼ直線状であり溶融張力が増加していた。その形状は、円柱状で直径約３．４ｍｍ×長さ約６ｍｍであった。また、ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、１．１〜４．８ｇ／１０分であった。いずれも、押出成形に適している。
［射出成形片の成形例］この炭素繊維強化・改質ペット樹脂の黒色ペレットＮＺＰ１−４を８０℃２時間熱風乾燥し、日精樹脂工業（株）製のハイブリッド式射出成形機ＦＮＺ１４０（型締め圧１４０トン、スクリュー径４０ｍｍ）を使用し、成形温度２３０℃、金型温度６７〜６８℃、射出圧力３０〜４０ＭＰａ、射出速度１６０ｍｍ／ｓ、スクリュー回転数８０ｒｐｍおよび冷却時間１５秒の条件にて、下記の射出成形体を成形した。
多目的試験片の形状：ＩＳＯ ７１３９、ＪＩＳ Ｋ７１３９ Ａ１型
全長さ１２０ｍｍ、厚み４ｍｍ、チャック部の幅２０ｍｍ、くびれ部の幅１０ｍｍ、
同その長さ８０ｍｍ（Ｚランナー方式）
尚、このＺＯＩＴＥＫ炭素繊維（ＣＦ３０％）強化・改質ペット樹脂ペレット４種は、バリの副生が少くて良好な射出成型性を示した。試験片の表面は平滑であった。引張速度２ｍｍ／分および曲げ速度５ｍｍ／分での機械的強度の試験等を実施した。このペレットの物性値を表４に示した。
本実施例４は、ＺＯＬＴＥＫ３０％のサイド・フィード方式で炭素繊維の割れが少なく、射出成形片は炭素繊維が整列しやすいため、実施例２〜３のＺＯＬＴＥＫ２３％のトップ・フィード方式で炭素繊維の割れが多く、熱プレス板で炭素繊維が整列し難いケースに比べて機械的強度が大きく観測された。
製造例９のＮＺＰ１は、更に高い最高の機械的強度値を実証した。即ち、ＮＺＰ１の引張強度９４ＭＰａは、比較例３のブレンドの２．４倍、比較例１のポリプロピレン・ホモポリマーの３．１倍である。また、曲げ弾性率１５．８ＧＰａは、比較例３のブレンドの１．１倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの１３．２倍である。また、その他のＮＺＰ２、ＮＺＰ３およびＮＺＰ４も、比較例３のブレンドと比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。また、釣り具リールのキョウ体を連続３０ショットで成形できた。
本例では、改質ポリプロピレンと炭素繊維複合材を別々にオフラインで製造したが、サイドフィーダー付き押出機では、インライン式に連続製造が出来る。
実施例４の製造例９−１２とほぼ同じ操作にて、サイドフィード方式でＺＯＬＴＥＫ炭素繊維（３０％）とポリプロピレン・ホモポリマーのブレンドを製造した。但し、再生ポリプロピレン・ホモポリマー（ＭＦＲ１．５）とポリプロピレン・ホモポリマー（ＭＦＲ３０：ノバテック）の等量混合ペレットを使用した。また、ほぼ同じ操作にて、射出試験片を作製し、機械的評価等の試験を実施した。
［改質ポリプロピレン系樹脂Ｐ１〜Ｐ４とＺＯＬＴＥＫ製炭素繊維チョップ２３％と改質剤から成る高粘度・炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＶＺＰ１〜４の製造例と評価］
改質ポリプロピレン系樹脂は、有機過酸化物の添加により分子量が低下する。ただし、反応したマレイン酸が化学結合されており、カルボキシル基を含有するので、特殊エポキシ化合物と触媒を添加し反応押出法にて分子量と溶融粘度を増大させた実施例を示す。例えば、射出グレードを押出グレードや発泡グレードに格上げすることが出来る。
［製造例１３〜１６］実施例１と同様に、原材料組成物をトップフィードするために、予め以下の操作で均一配合した。ポリエチレン袋に、ＺＯＬＴＥＫ６ｍｍチョップ１５０ｇ（２３．１％）を入れ、流動パラフィン１．５ｇを加えて表面を濡らした。次いで、ポリプロピレン粉体１００ｇを加えて混合した。更に、増粘剤０．７５〜３ｇを加えて攪拌した。最後に、改質ポリプロピレンのペレットＰ１〜Ｐ４を４００ｇ加えて均一混合した。
テクノベル（株）製の同方向２軸押出機（口径１５ｍｍ、Ｌ／Ｄ ３０、１ベント式）を使用し、この押出機の４ブロックから成るシリンダーとダイスの温度を１６０〜２８０℃およびスクリュー回転数１５０〜２００ｒｐｍに設定した。前記の組成物をホッパーに投入し、容量式計量フィーダーを使用して、押出装置に安定して供給した。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットＶＺＰ１〜ＶＺＰ４約５００ｇを製造した。樹脂圧力は、０．６〜０．８ＭＰａに高まった。金型出口から水盤中へのストランドは、ほぼ直線状であり、溶融張力がかなり増大した。ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、２．４〜１２ｇ／１０分であった。押出成形グレードに適する。
以上の実施例５の結果を表５にまとめて示した。
改質ポリプロピレン系樹脂は、有機過酸化物の添加により分子量が低下する。ただし、反応したマレイン酸が化学結合されており、カルボキシル基を含有するので、特殊エポキシ化合物と触媒を添加し反応押出法にて分子量と溶融粘度を増大させた実施例を示す。例えば、射出グレードを押出グレードや発泡グレードに格上げすることが出来る。
［製造例１３〜１６］実施例１と同様に、原材料組成物をトップフィードするために、予め以下の操作で均一配合した。ポリエチレン袋に、ＺＯＬＴＥＫ６ｍｍチョップ１５０ｇ（２３．１％）を入れ、流動パラフィン１．５ｇを加えて表面を濡らした。次いで、ポリプロピレン粉体１００ｇを加えて混合した。更に、増粘剤０．７５〜３ｇを加えて攪拌した。最後に、改質ポリプロピレンのペレットＰ１〜Ｐ４を４００ｇ加えて均一混合した。
テクノベル（株）製の同方向２軸押出機（口径１５ｍｍ、Ｌ／Ｄ ３０、１ベント式）を使用し、この押出機の４ブロックから成るシリンダーとダイスの温度を１６０〜２８０℃およびスクリュー回転数１５０〜２００ｒｐｍに設定した。前記の組成物をホッパーに投入し、容量式計量フィーダーを使用して、押出装置に安定して供給した。ストランドを口径３ｍｍの斜め下方向のノズルから水中に連続的に押出し、回転カッタ−で切断して黒色樹脂ペレットＶＺＰ１〜ＶＺＰ４約５００ｇを製造した。樹脂圧力は、０．６〜０．８ＭＰａに高まった。金型出口から水盤中へのストランドは、ほぼ直線状であり、溶融張力がかなり増大した。ＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）は、２．４〜１２ｇ／１０分であった。押出成形グレードに適する。
以上の実施例５の結果を表５にまとめて示した。
［高粘度・炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＶＺＰ１〜４の物性評価］
前記の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＺＰ１〜４の物性評価を、実施例３と同様に実施した。厚み４．２ｍｍ×２０ｃｍ角のスベーサーと油圧式熱プレス機を使用し、各ペレットを２３０℃×７分間の熱プレス法により平板（４ｍｍ厚×２０ｃｍ角）に成形した。
電動ノコギリで巾１０ｍｍに裁断し、各種評価試験を実施した。その結果を表６に示した。製造例１４のＶＺＰ２は、最高の機械的強度値を実証した。即ち、曲げ弾性率５．７ＧＰａは、比較例１のブレンドの１．６倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの４．８倍である。また、その他のＶＺＰ２、ＶＺＰ３およびＶＺＰ４も、比較例１のブレンドと比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。特に、製造例１６のＶＺＰ４は、ポリプロピレン・ブロックポリマーを原料とするために、強度はホモポリマーに比べて全体に小さいが、シャルピー衝撃強度７．３ＫＪ／ｍ２は、比較例１のブレンドの１．２倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの６倍である。大型コンテナーの成形に適する。
前記の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン系樹脂ペレットＺＰ１〜４の物性評価を、実施例３と同様に実施した。厚み４．２ｍｍ×２０ｃｍ角のスベーサーと油圧式熱プレス機を使用し、各ペレットを２３０℃×７分間の熱プレス法により平板（４ｍｍ厚×２０ｃｍ角）に成形した。
電動ノコギリで巾１０ｍｍに裁断し、各種評価試験を実施した。その結果を表６に示した。製造例１４のＶＺＰ２は、最高の機械的強度値を実証した。即ち、曲げ弾性率５．７ＧＰａは、比較例１のブレンドの１．６倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの４．８倍である。また、その他のＶＺＰ２、ＶＺＰ３およびＶＺＰ４も、比較例１のブレンドと比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーに比べて優れた物性を示した。特に、製造例１６のＶＺＰ４は、ポリプロピレン・ブロックポリマーを原料とするために、強度はホモポリマーに比べて全体に小さいが、シャルピー衝撃強度７．３ＫＪ／ｍ２は、比較例１のブレンドの１．２倍、比較例２のポリプロピレン・ホモポリマーの６倍である。大型コンテナーの成形に適する。
本発明により、ポリプロピレン系樹脂を改質剤（不飽和有機酸化合物と有機過酸化物の触媒）で改質することにより、従来困難であった炭素繊維との密着性を画期的に改善し、複合材の機械的強度も大幅に向上させることが出来た。更に、大量生産とコストダウンが進行しているラージトウ方式の炭素繊維（ＺＯＬＴＥＫチョップ）と改質ポリプロピレン系樹脂から成る複合体を反応押出法により、大量生産できることを実証した。この新素材は、軽量で、高強度で、リサイクルも可能である。耐食性、耐熱性、伝熱性、導電性、耐油性、耐候性等の諸物性にも優れる。また、将来、回収炭素繊維および炭素繊維強化エポキシ樹脂複合材からの再生炭素繊維なども使用することが出来る。
本発明は、当面は土木・建築資材の用途を対象とする。近い将来は鉄道車両、自動車産業、新幹線車両業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於ける内装材料や構成材料の強度改善による一層の軽量化・省エネルギー化の用途を対象とする。また、電波吸収性、導電性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善ができるので、この機能性材料分野の利用可能性が大きい。
本発明は、当面は土木・建築資材の用途を対象とする。近い将来は鉄道車両、自動車産業、新幹線車両業、リニヤーモーターカー等の先端産業分野に於ける内装材料や構成材料の強度改善による一層の軽量化・省エネルギー化の用途を対象とする。また、電波吸収性、導電性、耐熱性、放熱性等の一層の性能改善ができるので、この機能性材料分野の利用可能性が大きい。
Claims (9)
- （Ａ）ポリプロピレン系樹脂１００重量部、（Ｂ）ポリプロピレン系粉体樹脂１０〜３０重量部、（Ｃ）有機不飽和酸化合物０．１〜３重量部、（Ｄ）有機過酸化物０．０１〜０．５０重量部、（Ｅ）展着剤０．０１〜１重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、（Ｆ）炭素繊維５〜１５０重量部と溶融混合させることに依りＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）を１〜４０ｇ／１０分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
- （Ａ）ポリプロピレン系樹脂１００重量部、（Ｂ）ポリプロピレン系粉体樹脂１０〜３０重量部、（Ｃ）有機不飽和酸化合物０．１〜３重量部、（Ｄ）有機過酸化物０．０１〜０．５０重量部、（Ｅ）展着剤０．０１〜１重量部から構成される混合物を、反応押出法によりポリプロピレンの融点以上の温度で反応させた後に、（Ｆ）炭素繊維５〜１５０重量部および（Ｇ）分子内に２個以上のエポキシ基を有し、且つ重量平均分子量２．０００〜１０，０００の重量平均分子量を有する多官能エポキシ化合物からなる結合剤０．１〜２重量部、（Ｈ）結合反応触媒０．０１〜１重量部、と溶融混合させることに依りＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）を０．５〜１０ｇ／１０分とすることを特徴とする炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
- 前記の結合剤（Ｇ）が、分子内に２個以上のエポキシ基を有し、且つ重量平均分子量２．０００〜１０，０００の重量平均分子量を有する多官能エポキシ化合物を含有することを特徴とする請求項２に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
- 前記の結合反応触媒（Ｈ）が、アルカリ金属のカルボン酸塩、アルカリ土類金属のカルボン酸塩、アルカリ金属の炭酸塩または炭酸水素塩、またはアルカリ土類金属の炭酸塩または炭酸水素塩からなる群から選択される一種類以上を含有することを特徴とする請求項２または３に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
- 前記のポリプロピレン系樹脂（Ａ）およびポリプロピレン系粉体樹脂（Ｂ）が、ＪＩＳ−Ｋ７２１０法に準拠したＭＦＲ（２３０℃、荷重２．１６Ｋｇ）が０．５〜１０ｇ／１０分であり、ポリプロピレン・ホモポリマー、ポリプロピレン・エチレンブロックコポリマー、ポリプロピレン・エチレンランダムコポリマー、またはそれらの回収された成形品の再循環物からなる群から選択される一種類以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
- 前記の有機不飽和酸化合物（Ｃ）が、無水マレイン酸を含有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
- 前記の有機過酸化物（Ｄ）が、クミルジパーオキサイトを含有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
- 前記の展着剤（Ｅ）が、流動パラフィンを含有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
- 前記の炭素繊維（Ｆ）が、フィラメント数５０，０００本以上、比重１．５−２．２、繊維径７−１８μｍ、引張強度５８０−４，２００ＭＰａ、引張弾性率３５−２５０ＧＰａ、伸び０．３−３％、炭素含有率９５％以上を有し、ラージトウ方式で高速度に製造された炭素繊維を含有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の炭素繊維強化・改質ポリプロピレン樹脂の製造方法。
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