WO2010074108A1 - 成形材料および樹脂付着強化繊維束 - Google Patents

成形材料および樹脂付着強化繊維束 Download PDF

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WO2010074108A1
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propylene
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本間雅登
土谷敦岐
浅見啓一
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東レ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a long fiber reinforced thermoplastic resin molding material having an olefin resin as a matrix.
  • the present invention also relates to a resin-attached reinforcing fiber bundle suitably used for the molding material.
  • thermoplastic resin As a molding material composed of a continuous reinforcing fiber bundle and a thermoplastic resin, various forms such as a prepreg, a yarn, and a glass mat (GMT) are known.
  • a molding material using such a thermoplastic resin is characterized by easy molding and storage, high toughness of the molded product, and excellent recyclability.
  • a molding material processed into a pellet form is useful as an industrial material because it can be applied to a molding method having excellent economic efficiency and productivity such as injection molding and stamping molding.
  • thermoplastic resin excellent in toughness and elongation generally has a high viscosity and it is difficult to impregnate a reinforcing fiber bundle, so that it is not suitable for producing a molding material easily with high productivity.
  • thermoplastic resin excellent in toughness and elongation
  • a low-viscosity thermoplastic resin due to the ease of impregnation, there is a problem in that the mechanical properties of the resulting molded product are significantly reduced.
  • thermoplastic resin is in contact with a composite composed of a low molecular weight thermoplastic polymer and continuous reinforcing fibers (for example, Patent Document 1). .
  • this molding material low molecular weight materials are used for impregnation into continuous reinforcing fiber bundles, and high molecular weight materials are used for the matrix resin, thereby achieving both economic efficiency, productivity and mechanical properties.
  • the reinforcing fibers are easily mixed with the matrix resin with minimal breakage at the stage of material plasticization during molding, and the dispersibility of the fibers is excellent.
  • a molded product can be manufactured. Therefore, the obtained molded product can increase the fiber length of the reinforcing fiber as compared with the conventional one, and can have both good mechanical properties and excellent appearance quality.
  • Patent Document 2 discloses a long fiber pellet obtained by impregnating carbon fiber treated with a sizing agent having a functional group capable of reacting with an acid group with an acid-modified olefin resin.
  • thermoplastic resin used in the pellets is only an acid-modified olefin resin, and since the viscosity is high, it is very difficult to disperse the carbon fiber bundle, and there is a problem in the mechanical properties and appearance of the molded product. It was.
  • Patent Document 3 describes a fiber treatment agent using a polypropylene resin modified with an unsaturated dicarboxylic acid or a salt thereof
  • Patent Document 4 discloses an acid value of 23 as a sizing agent suitable for a polypropylene resin. Although it has been disclosed to give an acid-modified polypropylene resin of ⁇ 120 mg KOH / g, none of them has sufficient interfacial adhesion.
  • Patent Document 5 discloses a carbon fiber having an ionomer resin adhered to 0.1 to 8% by weight.
  • Patent Document 6 describes a carbon fiber to which two types of acid-modified polypropylene resins are attached in an amount of 0.1 to 8% by weight. All patent documents aim at improving the interfacial adhesion between the carbon fiber and the matrix resin by adding a polymer having affinity for the polyolefin resin to the carbon fiber.
  • thermoplastic resin molding material that exhibits high mechanical properties even when a low-polarity olefin-based resin is used as a matrix resin and has good dispersibility of reinforcing fibers.
  • the present invention is a long fiber reinforced thermoplastic resin molding material using a propylene-based resin as a matrix resin, and has excellent dispersion in the molded product of the reinforcing fiber during injection molding and excellent mechanical properties. It aims at providing the molding material which can manufacture a molded article.
  • Another object of the present invention is to provide a resin-attached reinforcing fiber bundle that is excellent in adhesiveness between a matrix resin made of a thermoplastic resin, in particular, a polyolefin-based matrix resin and reinforcing fibers, and has good handleability.
  • the present inventors have found the following molding material and resin-attached reinforcing fiber bundle that can achieve the above-mentioned problems.
  • D Third propylene resin 5 to 98.98% by weight.
  • the weight average molecular weight of the resin (B) is larger than the weight average molecular weight of the second propylene resin (C)
  • the second propylene resin (C) is a propylene resin having a carboxylate group bonded to the polymer chain.
  • the adhering amount of the mixture containing the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) is 0.1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber bundle (A).
  • a resin-attached reinforcing fiber bundle in which the content of the second propylene resin (C) is 0.3 to 45 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the first propylene resin (B).
  • the long fiber reinforced thermoplastic resin molding material of the present invention can produce a molded product having good dispersion of the reinforcing fiber in the molded product and excellent mechanical properties during injection molding. Moreover, since the propylene-based resin is used, a molded product having excellent lightness can be obtained.
  • the resin-attached reinforcing fiber bundle of the present invention is a resin-attached reinforcing fiber bundle that is excellent in adhesiveness with a matrix resin made of a thermoplastic resin and has good handleability and good fiber dispersibility during molding.
  • the molding material and resin-adhesive reinforcing fiber bundle of the present invention are extremely useful for various parts and members such as automobiles, electric / electronic devices, and home appliances.
  • the third propylene-based resin (D) is bonded to the composite containing the reinforcing fiber (A), the first propylene-based resin (B), and the second propylene-based resin (C). Molding material.
  • the resin-attached reinforcing fiber bundle of the present invention is a resin-attached reinforcing fiber in which a mixture containing the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) is attached to the reinforcing fiber (A). .
  • the reinforcing fiber bundle (A), the first propylene-based resin (B), and the second propylene-based resin (C) form a composite, that is, a resin-adhesive reinforcing fiber.
  • the form of this composite is as shown in FIG. 1, and a mixture of the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) between the single fibers of the reinforcing fiber bundle (A). Is satisfied. That is, the reinforcing fibers are dispersed like islands in the sea of the mixture of the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C).
  • the molding material of the present invention is a composite (resin-attached reinforcing fiber) composed of a reinforcing fiber bundle (A), a first propylene-based resin (B), and a second propylene-based resin (C). ) Is disposed so that the third propylene-based resin (D) adheres to the substrate.
  • the third propylene-based resin (D) is a component that becomes a matrix resin after molding the molding material of the present invention. First, these components (A) to (D) will be described.
  • the reinforcing fiber bundle (A) is not particularly limited.
  • high-strength and high-modulus fibers such as carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, and metal fiber can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • PAN-based, pitch-based, and rayon-based carbon fibers are preferable from the viewpoint of improving the mechanical properties of the obtained molded product and reducing the weight.
  • PAN-based carbon fibers are particularly preferable from the viewpoint of the balance between strength and elastic modulus of the obtained molded product.
  • a reinforcing fiber coated with a metal such as nickel, copper, or ytterbium can also be used.
  • the surface oxygen concentration ratio [O / C] which is the ratio of the number of atoms of oxygen (O) and carbon (C) on the fiber surface measured by X-ray photoelectron spectroscopy, is 0.05-0. 5 is preferable, more preferably 0.08 to 0.4, and still more preferably 0.1 to 0.3.
  • the surface oxygen concentration ratio is 0.05 or more, a sufficient amount of functional groups is present on the surface of the carbon fiber, and strong adhesion to the thermoplastic resin can be obtained.
  • the surface oxygen concentration ratio of the carbon fiber is determined by X-ray photoelectron spectroscopy according to the procedure described later.
  • a sizing agent or the like adheres to the surface of the carbon fiber, it is measured after removing with a solvent or the like in advance.
  • the means for controlling the surface oxygen concentration ratio [O / C] to 0.05 to 0.5 is not particularly limited.
  • techniques such as electrolytic oxidation, chemical oxidation, and vapor phase oxidation Can be taken. Of these, electrolytic oxidation treatment is preferred.
  • the average fiber diameter of the reinforcing fibers is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 20 ⁇ m, preferably in the range of 3 to 15 ⁇ m, from the viewpoint of mechanical properties and surface appearance of the obtained molded product. Is more preferable.
  • the number of single yarns in the reinforcing fiber bundle is not particularly limited, but is preferably in the range of 100 to 350,000, and more preferably in the range of 1,000 to 250,000. From the viewpoint of productivity of reinforcing fibers, those having a large number of single yarns are preferable, and a range of 20,000 to 100,000 is more preferable.
  • the first propylene-based resin (B) include a propylene homopolymer or a copolymer of propylene and another monomer.
  • preferred examples of other monomers include ⁇ -olefins, conjugated dienes, and nonconjugated dienes.
  • ethylene 1-butene, 3-methyl-1-butene, 4-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-hexene, 4,4 dimethyl- 1-hexene, 1-nonene, 1-octene, 1-heptene, 1-hexene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene and other ⁇ -olefins having 2 to 12 carbon atoms, butadiene, and ethylidene norbornene , Dicyclopentadiene, 1,5-hexadiene and the like.
  • the copolymer may be a random copolymer or a block copolymer.
  • Specific examples of the copolymer include ethylene / propylene copolymer, propylene / 1-butene copolymer, ethylene / propylene / 1-butene copolymer and the like.
  • the first propylene resin (B) in order to increase the affinity with the third propylene resin (D) serving as the matrix resin, preferably contains 50 mol% or more of propylene units as repeating units. .
  • the first propylene resin (B) in order to increase the affinity with the second propylene resin (C) by reducing the crystallinity of the first propylene resin (B) and to increase the strength of the obtained molded product, preferably contains 50 to 99 mol% of structural units derived from propylene, more preferably 55 to 98 mol%, and still more preferably 60 to 97 mol%.
  • Identification of the repeating unit in the propylene-based resin can be performed using a general polymer compound analysis technique such as IR, NMR, mass spectrometry, and elemental analysis.
  • the first propylene-based resin (B) is preferably substantially unmodified from the viewpoint of securing the strength of the resin itself and enhancing the adhesion between the resin and the reinforcing fiber.
  • substantially unmodified means that it is desirably not modified at all, but it is within a range that does not impair the purpose even if modified.
  • the first propylene-based resin (B) is a third propylene-based resin (D) that serves as an impregnation aid and a dispersion aid, which will be described later, film formability, film strength, and matrix resin.
  • the weight average molecular weight is preferably 30,000 or more and less than 150,000.
  • the lower limit of the weight average molecular weight is more preferably 35,000 or more, more preferably more than 50,000, more preferably 60,000 or more.
  • the upper limit of the weight average molecular weight is more preferably 140,000 or less, and more preferably 130,000 or less.
  • the first propylene-based resin (B) preferably has a MI (melt index: 230 ° C.) of 50 or more and a molecular weight distribution (Mw / Mn) of 2.5 or more.
  • the upper limit of the molecular weight distribution (Mw / Mn) is not particularly limited, but is preferably 50 or less, more preferably 30 or less.
  • the first propylene resin (B) may further contain a propylene resin having a weight average molecular weight of 150,000 or more.
  • the propylene resin (B-1) having a weight average molecular weight of 30,000 to less than 150,000 is 30 to 100% by weight, and the propylene resin having a weight average molecular weight of 150,000 to 500,000 is used.
  • (B-2) is preferably contained in an amount of 0 to 70% by weight.
  • the weight average molecular weight of the propylene resin (B-2) is preferably 150,000 or more and 450,000 or less.
  • the blending amount is more preferably 35 to 100% by weight of the propylene resin (B-1) and 0 to 65% by weight of the propylene resin (B-2).
  • the first propylene-based resin (B) is preferably substantially unmodified from the viewpoint of the strength of the resin itself and the adhesiveness between the resin and the reinforcing fiber.
  • the third propylene resin (D) serving as the matrix resin is an acid-modified propylene resin
  • the first propylene resin (B) may also be modified. In this case, since the first propylene-based resin (B) has a carboxylate group bonded to the polymer chain, the affinity with the matrix resin can be increased.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the first propylene-based resin (B) is preferably more than 50,000 and less than 150,000. More preferably, it is 60,000 to 130,000.
  • the carboxylic acid group contained in the first propylene-based resin (B) is all neutralized by the above basic substance to become a carboxylic acid base from the viewpoint of the stability of the aqueous dispersion and the adhesion to the fiber. Although it is desirable that the carboxylic acid group is partially neutralized, it may remain.
  • the details are the same as those of the second propylene resin (C) described later.
  • the total amount of the carboxylic acid group and the carboxylic acid group is based on 1 g of the first propylene-based resin (B). , 0.05 or more, more preferably 0.05 to 2 mmol equivalent, still more preferably 0.1 to 1 mmol equivalent.
  • the content of the carboxylate group is the total amount in terms of a group represented by —C ( ⁇ O) —O— per 1 g of resin, that is, the millimole equivalent of the carboxylate group and / or carboxylate group per 1 g of resin. It is preferable that the millimolar equivalent of the second propylene-based resin (C) is larger than the millimolar equivalent of the first propylene-based resin (B).
  • the carboxylate group of the first propylene-based resin (B) has an effect of increasing the affinity to the acid-modified polypropylene resin that is the matrix resin. However, the second propylene-based resin (in consideration of the interaction with the reinforcing fibers) The content of the carboxylate group of C) is not necessary.
  • 1st propylene-type resin (B) which has a carboxylate group it can manufacture similarly to the below-mentioned 2nd propylene-type resin (C). Further, the method for measuring the content of the carboxylic acid group and / or the carboxylic acid group and the preferred ratio of the carboxylic acid group to the carboxylic acid group are the same as those of the second propylene resin (C) described later.
  • the second propylene resin (C) is a propylene resin having a carboxylate group bonded to the polymer chain. This is because it is effective to contain a carboxylate group in order to enhance the interaction with the reinforcing fiber.
  • a propylene resin having a carboxylic acid group is obtained by neutralizing the carboxylic acid group of the precursor with a propylene resin having a carboxylic acid group as a precursor, or precursor of a propylene resin having a carboxylic acid ester group. As a body, it can be obtained by saponifying the carboxylic acid ester group of the precursor.
  • Examples of the precursor of the second propylene-based resin (C) include polypropylene, ethylene / propylene copolymer, propylene / 1-butene copolymer, and propylene represented by ethylene / propylene / 1-butene copolymer.
  • a copolymer obtained by graft polymerization of a monomer having a carboxylic acid group and / or a monomer having a carboxylic acid ester group to a copolymer of one kind or two or more kinds of ⁇ -olefins can be used.
  • the copolymer may be a random copolymer or a block copolymer, and may contain a monomer other than an ⁇ -olefin as a repeating unit.
  • examples of the monomer having a carboxylic acid group and the monomer having a carboxylic acid ester group include an ethylenically unsaturated carboxylic acid, its anhydride, or its ester.
  • examples of the ethylenically unsaturated carboxylic acid include (meth) acrylic acid, maleic acid, fumaric acid, tetrahydrophthalic acid, itaconic acid, citraconic acid, crotonic acid, and isocrotonic acid.
  • examples of the anhydride include nadic acid TM (endocis-bicyclo [2.2.1] hept-5-ene-2,3-dicarboxylic acid), maleic anhydride, citraconic anhydride and the like. Among these, acid anhydrides are preferable, and maleic anhydride is more preferable.
  • Non-olefin monomers include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, i-butyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate , N-amyl (meth) acrylate, isoamyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, decyl (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, octadecyl (Meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, lauroyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate,
  • vinyls epoxy group-containing vinyls such as glycidyl (meth) acrylate and methylglycidyl (meth) acrylate; vinyl isocyanate, isopropenyl isocyanate Isocyanate group-containing vinyls; aromatic vinyls such as styrene, ⁇ -methylstyrene, vinyltoluene, t-butylstyrene; acrylamide, methacrylamide, N-methylolmethacrylamide, N-methylolacrylamide, diacetoneacrylamide, malee Amides such as acid amides; Vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, N, N-diethylaminoethyl (methacrylate, N, N-dimethylaminopropyl (meta) ) Acrylate, N, N-dipropylaminoethyl (
  • the precursor of the second propylene resin (C) can be obtained by various methods. For example, in an organic solvent, the solvent is removed after reacting a monomer having an unsaturated vinyl group other than a propylene resin, an ethylenically unsaturated carboxylic acid having an unsaturated vinyl group, and an olefin in the presence of a polymerization initiator.
  • benzoyl peroxide dichlorobenzoyl peroxide, dicumyl peroxide, di-tert-butyl peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di (peroxybenzoate) hexyne-3
  • examples include 1,4-bis (tert-butylperoxyisopropyl) benzene. These can be used alone or in admixture of two or more.
  • Organic solvents include aromatic hydrocarbons such as xylene, toluene, and ethylbenzene; aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, decane, isooctane, and isodecane; alicyclics such as cyclohexane, cyclohexene, methylcyclohexane, and ethylcyclohexane Hydrocarbons; ester solvents such as ethyl acetate, n-butyl acetate, cellosolve acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, propylene glycol monoethyl ether acetate, and 3-methoxybutyl acetate; organic solvents such as ketone solvents such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone A solvent can be used. A mixture of two or more of these may be used. Among these
  • a second propylene resin (C) having a carboxylate group bonded to the polymer chain is obtained. Obtainable. In the case of neutralization or saponification, it is easy and preferable to treat the precursor of the second propylene resin (C) as an aqueous dispersion.
  • Basic substances used for neutralization or saponification include metals such as sodium, potassium, lithium, calcium, magnesium, and zinc; oxides, hydroxides, hydrides, weak acid salts of these metals; hydroxylamine, water Examples thereof include inorganic amines such as ammonium oxide; organic amines such as ammonia, (tri) methylamine, (tri) ethanolamine, (tri) ethylamine, dimethylethanolamine, and morpholine.
  • the carboxylate group obtained by neutralization or saponification may be one or more salts selected from lithium salts, potassium salts, sodium salts, calcium salts, magnesium salts, zinc salts and ammonium salts. Is preferred.
  • the carboxylic acid group contained in the second propylene-based resin (C) is all neutralized by the above basic substance to become a carboxylic acid group from the viewpoint of the stability of the aqueous dispersion and the adhesion to the fiber. Although it is desirable that the carboxylic acid group is partially neutralized, it may remain.
  • the molar ratio of the carboxylic acid group to the total amount of the carboxylic acid group and the carboxylic acid group is preferably 50 to 100%, more preferably 70 to 100%, still more preferably 85 to 100%. This molar ratio is called the conversion rate.
  • Methods for analyzing the content of carboxylic acid groups and carboxylic acid groups include detection of metal species forming a salt by ICP emission analysis, carbonyl using IR, NMR, mass spectrometry, and elemental analysis. Examples include methods for identifying and quantifying carbon.
  • the conversion ratio of the carboxylic acid group to the neutralized salt was calculated by separately determining the carbonyl carbon of the carboxylic acid group using IR, NMR, elemental analysis, etc. / G) using the following formula.
  • Conversion rate% (1-r) ⁇ 100 (%) r: Number of moles of unneutralized carboxylic acid groups / total number of moles of carboxylic acid groups and carboxylic acid groups.
  • the total amount of carboxylic acid groups and carboxylate groups bonded to the polymer chain of the second propylene resin (C) is 1 g of the second propylene resin (C). It is preferably 0.05 to 5 mmol equivalent. More preferably, it is 0.1 to 4 mmol equivalent, and still more preferably 0.3 to 3 mmol equivalent.
  • the first propylene resin (B) forms an entanglement between molecular chains and enhances the interaction with the first propylene resin (B).
  • the weight average molecular weight (Mw) of the second propylene-based resin (C) is preferably 1,000 to 50,000. More preferably, it is 2,000 to 40,000, and still more preferably 5,000 to 30,000. The weight average molecular weight is measured using gel permeation chromatography (GPC).
  • Examples of the third propylene resin (D) include propylene homopolymers and copolymers of propylene and at least one ⁇ -olefin, conjugated diene, non-conjugated diene, and the like.
  • Examples of the ⁇ -olefin include ethylene, 1-butene, 3-methyl-1-butene, 4-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-hexene, and 4,4 dimethyl.
  • Examples include 1-hexene, 1-nonene, 1-octene, 1-heptene, 1-hexene, 1-decene, 1-undecene, 1-dodecene and other ⁇ -olefins having 2 to 12 carbon atoms excluding propylene.
  • Examples of the conjugated diene or non-conjugated diene include butadiene, ethylidene norbornene, dicyclopentadiene, 1,5-hexadiene, and the like. One or more kinds of these other monomers can be selected.
  • the copolymer may be a random copolymer or a block copolymer, and may contain a monomer other than an ⁇ -olefin as a repeating unit.
  • Specific examples of the copolymer include, for example, polypropylene, ethylene / propylene copolymer, propylene / 1-butene copolymer, ethylene / propylene / 1-butene copolymer, and the like.
  • the third propylene resin (D) is preferably a modified propylene resin from the viewpoint of improving the mechanical properties of the obtained molded product.
  • An acid-modified propylene resin is preferable, and a propylene resin having a carboxylic acid group and / or a carboxylic acid group bonded to a polymer chain.
  • the acid-modified propylene-based resin can be obtained by various methods, and for example, can be produced in the same manner as the above-described second propylene-based resin (C).
  • the conversion rate of a carboxylic acid group it is the same as that of above-mentioned 2nd propylene-type resin (C).
  • the third propylene-based resin (D) includes a propylene-based resin having a carboxylic acid group and / or a carboxylic acid group bonded to the polymer chain, the mechanical properties of the resin are kept high, and the raw material cost is reduced. In consideration, it is preferable to use a mixture with an unmodified propylene resin.
  • the third propylene resin (D) comprises 5 to 50% by weight of a propylene resin (D-1) having a carboxylic acid group and / or a carboxylate group bonded to a polymer chain, and a carboxylic acid. And 50 to 95% by weight of a propylene-based resin (D-2) having no group and / or carboxylate group.
  • the component (D-1) is 5 to 45% by weight
  • the component (D-2) is 55 to 95% by weight
  • more preferably the component (D-1) is 5 to 35% by weight
  • the component (D-2) ) Is 65 to 95% by weight.
  • the third propylene resin (D) may contain an impact resistance improver such as an elastomer or a rubber component and other fillers and additives as long as the object of the present invention is not impaired.
  • an impact resistance improver such as an elastomer or a rubber component
  • other fillers and additives as long as the object of the present invention is not impaired.
  • these include inorganic fillers, flame retardants, conductivity imparting agents, crystal nucleating agents, ultraviolet absorbers, antioxidants, vibration damping agents, antibacterial agents, insect repellents, deodorants, anti-coloring agents, heat stabilizers. , Release agents, antistatic agents, plasticizers, lubricants, colorants, pigments, dyes, foaming agents, antifoaming agents, or coupling agents.
  • the molding material is melt-kneaded in a cylinder of an injection molding machine.
  • the mixture of the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) diffuses into the third propylene resin (D), so that the reinforcing fiber bundle (A) becomes the third.
  • the propylene-based resin (D) is dispersed at the same time, and at the same time, the third propylene-based resin (D) is helped to impregnate the reinforcing fiber bundle (A). That is, the mixture of the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) serves as an impregnation aid and a dispersion aid.
  • the order of the weight average molecular weight of the components (B), (C) and (D) is (D)> (B)> (C), the component (B) and the component ( C) can easily diffuse into component (D).
  • the content of the carboxylic acid group and / or the carboxylic acid group is The total amount in terms of groups represented by —C ( ⁇ O) —O— per gram, that is, the order of millimolar equivalents of carboxylic acid groups and / or carboxylic acid groups per gram of resin is expressed as component (C) ⁇ component ( It is preferable that B) ⁇ component (D).
  • the first and second propylene-based resins composited with the reinforcing fibers preferably have more carboxylic acid groups and / or carboxylic acid groups from the viewpoint of adhesion to the reinforcing fibers.
  • the second propylene resin (C) is present in the vicinity of the reinforcing fiber by providing the second propylene resin (C) having a small weight average molecular weight with many carboxylic acid groups and / or carboxylate groups.
  • the adhesion with the reinforcing fiber and the dispersibility of the reinforcing fiber are improved, which is preferable.
  • the content of carboxylic acid groups and / or carboxylic acid bases is from the viewpoint of resin cost. It is preferable that there is little.
  • the total of the reinforcing fiber bundle (A), the first propylene resin (B), the second propylene resin (C), and the third propylene resin (D) is 100% by weight.
  • Each component is contained in the following proportions.
  • the content of the reinforcing fiber bundle (A) is 1 to 75% by weight, preferably 5 to 65% by weight, more preferably 10 to 50% by weight. If the reinforcing fiber bundle (A) is less than 1% by weight, the resulting molded article may have insufficient mechanical properties, and if it exceeds 75% by weight, fluidity may be reduced during injection molding.
  • the content of the first propylene resin (B) is 0.01 to 10% by weight, preferably 0.5 to 9% by weight, more preferably 1 to 8% by weight.
  • the content of the second propylene resin (C) is 0.01 to 10% by weight, preferably 0.5 to 9% by weight, more preferably 1 to 8% by weight. If either the first propylene-based resin (B) or the second propylene-based resin (C) is less than 0.1% by weight, the moldability of the molding material, that is, the dispersion of reinforcing fibers at the time of molding is insufficient. There is a case. If either the first propylene resin (B) or the second propylene resin (C) exceeds 10% by weight, the mechanical properties of the thermoplastic resin as the matrix resin may be lowered.
  • the content of the third propylene resin (D) is 5 to 98.98% by weight, preferably 25 to 94% by weight, and more preferably 50 to 88% by weight.
  • the effects of the present invention can be achieved.
  • the reinforcing fiber bundle (A) is preferably in a state in which the single fibers constituting the reinforcing fiber bundle are arranged in one direction and are continuous in the length direction. It is not always necessary that all the single fibers of the reinforcing fiber bundle are continuous over the entire length, and some of the single fibers may be divided in the middle. Examples of such continuous reinforcing fiber bundles include unidirectional fiber bundles, bi-directional fiber bundles, and multidirectional fiber bundles, but from the viewpoint of productivity in the process of manufacturing a molding material, unidirectional The fiber bundle can be used more preferably.
  • the reinforcing fiber bundle (A) is arranged substantially parallel to the axial direction of the molding material, and the length of the reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber bundle (A) is substantially equal to the length of the molding material.
  • the length of the reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber bundle (A) is substantially equal to the length of the molding material.
  • “arranged almost in parallel” means that the long axis of the reinforcing fiber bundle and the long axis of the molding material are oriented in the same direction.
  • the deviation of the angle between the two axes is preferably 20 ° or less, more preferably 10 ° or less, and further preferably 5 ° or less.
  • substantially the same length means that substantially no reinforcing fibers that are significantly shorter than the total length of the molding material are contained. Specifically, when the content of reinforcing fibers having a length of 50% or less of the total length of the molding material is 30% by weight or less with respect to the entire reinforcing fiber, the reinforcement is significantly shorter than the total length of the molding material. It is assumed that the fiber is not substantially contained. Further, the content of reinforcing fibers having a length of 50% or less of the total length of the molding material is preferably 20% by weight or less.
  • the total length of the molding material is the length in the direction of reinforcing fiber orientation in the molding material. Since the reinforcing fiber has a length equivalent to that of the molding material, the length of the reinforcing fiber in the molded product can be increased, so that excellent mechanical properties can be obtained.
  • FIGS. 3, 5, 7, and 9 show the molding material of the present invention.
  • An example of the shape of a cross section in the orthogonal direction is schematically shown.
  • the shape of the cross-section of the molding material is such that the reinforcing fiber bundle (A), the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) are composites (resin-attached reinforcing fiber bundles).
  • the resin is not limited to the one shown in the figure, but preferably the resin as shown in FIGS.
  • a configuration in which the adhesion reinforcing fiber bundle is the core and is disposed in layers by the third propylene resin (D) is preferable.
  • the boundary between the resin-attached reinforcing fiber bundle and the third propylene-based resin (D) is bonded, and the third propylene-based resin (D) partially enters the resin-attached reinforcing fiber bundle near the boundary, and the resin It is in a state in which it is compatible with the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) in the adhesion reinforcing fiber bundle, or in a state in which the reinforcing fibers are impregnated. Also good.
  • the molding material of the present invention includes, for example, a reinforcing fiber bundle (A), a first propylene resin (B), a second propylene resin (C), and a third propylene resin by a technique such as injection molding or press molding. (D) is kneaded to produce a final molded product. From the viewpoint of handleability of the molding material, it is important that the resin-adhesion reinforcing fiber bundle and the third propylene resin (D) are not separated until the molding is performed, and the shape as described above is maintained. is there. The resin-adhesive reinforcing fiber bundle and the third propylene resin (D) are completely different in shape (size, aspect ratio), specific gravity, and weight.
  • the material when they are separated, the material is molded during transportation and handling until molding.
  • Classification may be performed during material transfer in the process, and as a result, there may be variations in the mechanical properties of the molded product, fluidity may decrease, clogging of the mold, or blocking may occur in the molding process.
  • the third propylene-based resin ( D) is arranged so as to cover the periphery of the resin-attached reinforcing fiber bundle, that is, the reinforcing fiber bundle (A) which is a reinforcing fiber, the first propylene-based resin (B), and the second propylene-based resin
  • the resin-attached reinforcing fiber bundle made of the resin (C) is a core and the third propylene-based resin (D) has a core-sheath structure covering the periphery of the resin-attached reinforcing fiber bundle.
  • the reinforcing fiber bundle (A) is completely impregnated with the first propylene resin (B), the second propylene resin (C), and a part of the third propylene resin (D). Although it is desirable that this is practically difficult, there are some voids in the resin-attached reinforcing fiber bundle. In particular, when the reinforcing fiber content is high, the number of voids increases. However, even when a certain amount of voids are present, the effect of promoting impregnation and fiber dispersion of the present invention is exhibited.
  • the porosity of the resin-adhesion reinforcing fiber bundle exceeds 20%, the effect of promoting impregnation and fiber dispersion is reduced, so the porosity is preferably in the range of 0 to 20%. A more preferable range of the porosity is 15% or less.
  • the molding material of the present invention is preferably used after being cut to a length in the range of 1 to 50 mm. By setting it as the said length, the fluidity
  • a particularly preferred embodiment of the molding material cut to such a length is exemplified by long fiber pellets for injection molding.
  • the molding material of the present invention can be used continuously and in a long form depending on the molding method.
  • a thermoplastic yarn prepreg it can be wound around a mandrel while heating to obtain a roll-shaped molded product.
  • the molded product thus obtained include a liquefied natural gas tank.
  • a unidirectional thermoplastic prepreg can also be produced by heating and fusing a plurality of molding materials of the present invention in one direction. Such a prepreg can be applied to fields where lightness, high strength, elastic modulus, and impact resistance are required, such as automobile members.
  • the molding material of the present invention can be processed into a final shaped molded product by a known molding method.
  • the molding method include press molding, transfer molding, injection molding, and combinations thereof.
  • the dispersibility of the reinforcing fibers in the molding material of the present invention is good, breakage of the reinforcing fibers during kneading can be suppressed and the mechanical strength of the molded product can be improved. That is, the pressure required to disperse the reinforcing fibers during kneading can be reduced, and the kneading time is also short, so that the reinforcing fibers contained in the molded product can be prevented from breaking and the fiber length is increased, resulting in molding. The bending strength and impact resistance of the product are improved.
  • Molded products are suitable for automobile parts such as instrument panels, door beams, under covers, lamp housings, pedal housings, radiator supports, spare tire covers, front ends, and other modules. Furthermore, home and office electrical product parts such as telephones, facsimiles, VTRs, copiers, televisions, microwave ovens, audio equipment, toiletries, laser discs, refrigerators, and air conditioners are also included.
  • the molding material of the present invention is excellent in moldability, a thin molded product having a thickness of 0.5 to 2 mm can be obtained relatively easily.
  • Such thin-wall molding is required, for example, in a casing used for a notebook computer, a mobile phone, a digital still camera, a PDA, a plasma display, or a member that supports a keyboard inside a personal computer.
  • Examples include members for electric and electronic devices represented by a keyboard support.
  • a member for an electric / electronic device when carbon fiber having conductivity is used as the reinforcing fiber, electromagnetic shielding properties are imparted, which is more preferable.
  • the resin-attached reinforcing fiber bundle of the present invention is obtained by adhering a mixture containing the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) to the reinforcing fiber bundle (A).
  • the weight average molecular weight of the first propylene resin (B) is larger than the weight average molecular weight of the second propylene resin (C).
  • the second propylene resin (C) having a carboxylate group at the time of molding.
  • ком ⁇ онент-adhesion reinforcing fiber bundle of the present invention may adhere to the resin-adhesion reinforcing fiber bundle of the present invention as long as the effects of the present invention are not impaired in addition to the propylene resin.
  • a surfactant or the like for stabilizing the emulsion may be added separately.
  • the adhesion amount of the mixture of the first and second propylene resins to the reinforcing fiber bundle is in the range of 0.1 to 30 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the reinforcing fiber bundle.
  • the adhesion amount is less than 0.1 parts by weight, there is a portion where the reinforcing fiber bundle cannot be coated, and good adhesion may not be stably exhibited. Furthermore, the handleability of the resin adhesion reinforcing fiber bundle may be insufficient.
  • the handling property as used herein refers to, for example, the hardness of the resin-attached fiber bundle when winding the resin-attached fiber bundle around a bobbin, the ease of handling, or the resin-attached fiber bundle is cut and used as a chopped fiber bundle. In the case, it refers to the convergence of the chopped fiber bundle.
  • the adhesion amount is more than 30 parts by weight, there are cases where the mechanical properties of the molded product are extremely deteriorated or the resin-attached fiber bundle becomes hard at the end and cannot be wound on the bobbin.
  • the adhesion amount is preferably 1 to 20 parts by weight, more preferably 3 to 10 parts by weight, in view of the balance between the adhesiveness and the handleability of the resin adhesion reinforcing fiber bundle.
  • the method for adhering the mixture of the first and second propylene resins to the reinforcing fiber bundle is not particularly limited, but from the viewpoint of easily adhering uniformly between the single fibers constituting the reinforcing fiber bundle, the propylene resin.
  • a method of drying after applying an emulsion of the above mixture to the reinforcing fiber bundle is preferred.
  • existing methods such as a roller dipping method, a roller transfer method, and a spray method can be used.
  • the matrix resin when molding a molded product using the resin-attached reinforcing fiber bundle of the present invention is not particularly limited.
  • PPS resin polyphenylene sulfide resin
  • modified PPE resin modified PPE resin
  • POM resin polyacetal resin
  • ethylene / propylene copolymer ethylene / 1-butene copolymer, ethylene / propylene / diene copolymer, ethylene / carbon monoxide / diene copolymer, ethylene / ethyl (meth) acrylate copolymer , Ethylene / (meth) acrylate glycidyl, ethylene / vinyl acetate / (meth) acrylate glycidyl copolymer, polyether ester elastomer, polyether ether elastomer, polyether ester amide elastomer, polyester amide elastomer, polyester ester elastomer, etc.
  • elastomers can also be used. One of these may be used, or two or more may be used in combination. Among these, polyolefin resins having particularly low polarity are preferable. From the viewpoint of cost and lightness of the molded product, polypropylene or modified polypropylene resin, particularly acid-modified polypropylene resin is preferable.
  • the blending amount of the mixture of the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) is the second propylene resin (C) with respect to 100 parts by weight of the first propylene resin (B). ) It is important that it is 0.3 to 45 parts by weight. This is because, by using the above-mentioned blending, the strength of the mixture itself can be secured and the affinity with the reinforcing fiber can be secured.
  • the propylene resin is 5 to 25 parts by weight, more preferably 7 to 20 parts by weight of the second propylene resin with respect to 100 parts by weight of the first propylene resin (B).
  • the amount of the second propylene-based resin (C) is less than 0.3 parts by weight, the affinity with the reinforcing fibers cannot be ensured, and the adhesive properties may be inferior.
  • the amount of the second propylene-based resin (C) is more than 45 parts by weight, the strength of the mixture itself may be lowered, and strong adhesive properties may not be maintained.
  • the single fiber constituting the reinforcing fiber bundle is a mixture in which 60% or more of the surface of the single fiber contains the first propylene resin (B) and the second propylene resin (C) in order to exhibit stronger adhesiveness. It is preferable to coat with. The uncoated portion cannot exhibit adhesiveness and becomes a starting point of peeling, and as a result, the overall adhesiveness may be lowered. More preferably, 70% or more of the surface of the single fiber is coated, and more preferably 80% or more is coated. For the covering state, a method of observing the surface of the resin-attached reinforcing fiber bundle with a scanning electron microscope (SEM) or a method of tracing a metal element of a carboxylate group by elemental analysis of the surface can be used.
  • SEM scanning electron microscope
  • the number of fuzzed fluffs measured by the fuzzy fluff evaluation method described later is 10 or less per 1 m. More preferably, it is 8 or less, More preferably, it is 5 or less.
  • the number of fluffs is small, it means that the fluff of the resin-attached reinforcing fiber bundle is small, and the quality of the resin-attached reinforcing fiber bundle tends to be good.
  • the hook drop value which is an index of the handleability of the resin-adhesive reinforcing fiber bundle, is in the range of 1 to 80 cm.
  • the hook drop value is a parameter relating to the bundle property of the fiber bundle and the hardness of the fiber bundle. The larger the hook drop value, the lower the bundle property of the fiber bundle and the softer the fiber bundle. Conversely, as the hook drop value is smaller, the fiber bundle is less likely to be scattered, but the fiber bundle tends to be hard.
  • the measurement of the hook drop value is as described later. More preferably, the hook drop value is 2 to 60 cm, and further preferably 3 to 40 cm.
  • Preferred shapes of the resin-attached reinforcing fiber bundle of the present invention include chopped yarns obtained by cutting rovings, which are continuous fibers, to a predetermined length, or pulverized milled yarns, and chopped yarns are preferred from the viewpoint of handleability. Used.
  • the fiber length in this chopped yarn is not particularly limited, but it is preferably in the range of 1 to 30 mm from the viewpoints of sufficiently exhibiting convergence, sufficiently maintaining the shape after being cut, and being easy to handle. A range of 2 to 15 mm is more preferable. If the chopped yarn has insufficient converging properties, fuzzing may occur due to rubbing during conveyance, etc., resulting in a fiber ball and poor handling.
  • the supply of chopped yarn to the extruder is deteriorated due to the generation of fiber balls, which may reduce productivity.
  • An example of the convergence property is the bulk density of the chopped yarn. The bulk density is obtained by filling a container with a constant weight of chopped yarn to determine its occupied volume and dividing the weight by the volume.
  • the molding method using the resin-adhesive reinforcing fiber bundle of the present invention is not particularly limited, and a molding method using compound pellets obtained by melting and kneading the resin-adhering reinforcing fiber bundle of the present invention and the matrix resin once as a molding material ( 1) A mixture of resin-adhesive reinforcing fiber bundles and matrix resin pellets is directly supplied to a molding machine, or a resin-adhesion reinforcing fiber bundle and matrix resin pellets are individually supplied directly to a molding machine and injected into a mold. There are a direct molding method (2) for cooling and solidification, and a molding method (3) using a long fiber pellet in which a resin-adhesion reinforcing fiber bundle is coated with a matrix resin.
  • the resin-attached reinforcing fiber bundle of the present invention can be developed for various uses.
  • Car parts such as instrument panels, door beams, under covers, lamp housings, pedal housings, radiator supports, spare tire covers, front ends, and other modules; notebook computers, mobile phones, digital still cameras, PDAs, plasma displays, etc.
  • Electrical / electronic parts Suitable for household / office electrical product parts such as telephones, facsimiles, VTRs, copiers, televisions, microwave ovens, audio equipment, toiletries, laser discs, refrigerators and air conditioners.
  • Weight average molecular weight measurement of propylene resin The weight average molecular weights of the first propylene resin (B), the second propylene resin (C) and the third propylene resin (D) are determined by gel permeation chromatography. Measured by graphy (GPC). A GPC column packed with polystyrene cross-linked gel was used. Measurement was performed at 150 ° C. using 1,2,4-trichlorobenzene as a solvent. The molecular weight was calculated in terms of standard polystyrene.
  • the organic compound elemental analysis was performed using an organic elemental analyzer 2400II (manufactured by PerkinElmer).
  • ICP emission analysis was performed using ICPS-7510 (manufactured by Shimadzu Corporation).
  • IR spectrum analysis was performed using IR-Prestige-21 (manufactured by Shimadzu Corporation).
  • 1 H-NMR measurement and 13 C-NMR measurement were performed using a JEOL JNM-GX400 spectrometer (manufactured by JEOL Ltd.).
  • the porosity was evaluated according to the following criteria, and A to C were set as acceptable. A: 0 to less than 5% B: 5% or more and less than 20% C: 20% or more and less than 40% D: 40% or more.
  • the bending strength was evaluated according to the following criteria, and A to C were accepted.
  • the Izod impact test was evaluated according to the following criteria, and A to C were accepted.
  • the acid value calculated above was converted into the number of moles of carboxylic acid groups not neutralized using the following formula.
  • Number of moles of unneutralized carboxylic acid group acid value ⁇ 1000/56 (mol / g)
  • the total number of moles of carboxylic acid groups and carboxylic acid bases (mol / g) calculated by separately determining the conversion rate of carboxylic acid groups to neutralized salts by quantifying carbonyl carbon using IR, NMR, elemental analysis, etc. And calculated by the following formula.
  • Conversion rate% (1-r) ⁇ 100 (%) r: Number of moles of unneutralized carboxylic acid groups / total number of moles of carboxylic acid groups and carboxylic acid groups.
  • the resin adhesion reinforcing fiber was applied to four of the rubbing pins 6 having a fixed surface having a diameter of 10 mm and mirror-finished, and then passed through the fluff counter 7.
  • the resin adhesion reinforcing fiber was wound around the drive roller 8 five times or more and then wound around the winder 9 so that slip during running did not occur.
  • the yarn speed was set to 3 m / min, and as shown in FIG. 12, running of the resin-adhesion reinforcing fiber was started on the yarn path via the roller 10 at various places.
  • the initial tension was adjusted with a powder clutch so that the tension of the resin-adhesion reinforcing fiber during running measured between the fluff counting device 7 and the driving roller 8 was 6 gf / tex.
  • the fluff counter was activated and the number of fluff in the running state was measured. Each sample was measured 3 times per minute, and the number of fluff counted in 1 minute was X1, X2, and X3, and the number of fluffs X [number / m] was calculated from the following formula.
  • X (X1 + X2 + X3) / 9
  • the evaluation of the number of fluffs was performed according to the following criteria, and A to C were accepted.
  • a load was applied to the lower part of the stainless steel wire so that the total weight was 12 g, and the upper bent portion was hooked at the center in the fiber bundle width direction.
  • the falling distance (unit: cm) of the stainless steel wire with load after 30 minutes was measured. At least 5 measurements were taken and the average value was taken as the hook drop value.
  • the processability was evaluated according to the following criteria, and A to B were accepted.
  • B Range in which hook drop value is 1 cm or more and less than 3 cm and range of 40 cm or more and 80 cm or less
  • C Case where hook drop value is less than 1 cm or more than 80 cm.
  • test piece having a thickness of 0.2 mm, a width of 10 mm, and a length of 70 mm in which a single fiber was buried in the center.
  • Ten test pieces were produced in the same manner as described above.
  • the test piece was set to a test length of 25 mm using a normal tensile test jig and measured at a strain rate of 0.5 mm / min. When the reinforcing fiber breakage no longer occurred, the average break fiber length (l) was measured with a transmission microscope.
  • l ( ⁇ m) is the average value of the breaking length of the final fiber
  • ⁇ f (MPa) is the tensile strength of the fiber
  • d ( ⁇ m) is the diameter of the fiber.
  • ⁇ f was determined by the following method assuming that the tensile strength distribution of the reinforcing fiber follows the Weibull distribution. That is, using the single fiber before the propylene-based resin was adhered, the tensile strength of the single fiber when the sample length was 5, 25, and 50 mm, respectively, was determined based on JIS R7606.
  • the carbon fiber bundle is divided into approximately four equal parts, and 100 single fibers are sampled sequentially from the four bundles. At this time, the entire bundle is sampled as evenly as possible.
  • the sampled single fiber is fixed to the perforated mount using an adhesive.
  • a mount on which a single fiber was fixed was attached to a tensile tester, and a tensile test was performed with a strain rate of 1 mm / min and a single fiber sample number of 100. From the obtained average tensile strength, a relational expression between the sample length and the average tensile strength was obtained by the method of least squares, and the average tensile strength at the sample length lc was calculated.
  • Interfacial shear strength was evaluated according to the following criteria, and A to D were set as acceptable.
  • Reference Example 1 Carbon fiber 1 After spinning a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component, firing treatment and surface oxidation treatment were performed to obtain continuous carbon fibers having a total number of 24,000 single yarns.
  • the characteristics of this continuous carbon fiber were as follows.
  • Tensile modulus 220 GPa
  • the surface oxygen concentration ratio was determined according to the following procedure by X-ray photoelectron spectroscopy using the carbon fiber after the surface oxidation treatment.
  • the carbon fiber bundle was cut to 20 mm, spread and arranged on a copper sample support, and then A1K ⁇ 1 and 2 were used as X-ray sources, and the inside of the sample chamber was kept at 1 ⁇ 10 8 Torr.
  • the kinetic energy value (KE) of the main peak of C 1s was adjusted to 1202 eV as a peak correction value associated with charging during measurement.
  • K. E. The C 1s peak area was determined by drawing a straight base line in the range of 1191 to 1205 eV.
  • the O 1s peak area was obtained by drawing a straight base line in the range of 947 to 959 eV.
  • the surface oxygen concentration ratio [O / C] was calculated as an atomic ratio by using the sensitivity correction value unique to the apparatus from the ratio of the O 1s peak area and the C 1s peak area thus obtained.
  • a model ES-200 manufactured by Kokusai Electric Inc. was used as the X-ray photoelectron spectroscopy apparatus, and the sensitivity correction value was set to 1.74.
  • Reference Example 2 Carbon fiber 2 After spinning a copolymer containing polyacrylonitrile as a main component, firing treatment and surface oxidation treatment were performed to obtain continuous carbon fibers having a total number of 24,000 single yarns. The characteristics of this continuous carbon fiber were as follows. Single fiber diameter: 7 ⁇ m Mass per unit length: 1.6 g / m Specific gravity: 1.8 Surface oxygen concentration ratio [O / C]: 0.12 Tensile strength: 4600 MPa Tensile modulus: 220 GPa.
  • the extruded resin mixture was cooled to 110 ° C. with a jacketed static mixer installed at the extruder mouth, and further poured into warm water at 80 ° C. to obtain an emulsion.
  • the carboxylic acid of the second propylene resin (C) was a potassium salt, and the functional group conversion was 100% (c-1).
  • the obtained emulsion had a solid content concentration of 45%.
  • the above maleic anhydride-modified propylene / ethylene copolymer is composed of 96 parts by weight of a propylene / ethylene copolymer, 4 parts by weight of maleic anhydride, and Perhex 25B (manufactured by NOF Corporation) as a polymerization initiator. It was obtained by mixing 4 parts by weight and performing modification at a heating temperature of 160 ° C. for 2 hours.
  • Reference Example 7 Preparation of Propylene Resin Mixture PP (5) Emulsion in the same manner as in Reference Example 3, except that 20% aqueous potassium hydroxide solution was changed to 20% aqueous ammonia and the supply rate was changed from 90 g / hour to 150 g / hour. Was made.
  • the carboxylic acid of the second propylene resin (C) was an ammonium salt, and the functional group conversion was 100% (c-5).
  • the emulsion had a solids concentration of 45% by weight.
  • Reference Example 14 Preparation of Propylene Resin Mixture PP (12) Reference Example 3 except that 50 parts by weight of the first propylene resin (B) and 50 parts by weight of the precursor of the second propylene resin (C) were used. An emulsion was prepared in the same manner. The emulsion had a solids concentration of 45% by weight.
  • Preparation of propylene-based resin mixture PP (13) 20% potassium hydroxide aqueous solution was changed to 20% zinc hydroxide aqueous solution, and the supply amount was changed from 90 g / hour to 160 g / hour. An emulsion was prepared.
  • the carboxylic acid of the second propylene resin (C) was a zinc salt, and the functional group conversion was 100% (c-8).
  • the emulsion had a solids concentration of 45% by weight.
  • Reference Example 17 Preparation of Propylene Resin Mixture PP (14) Reference Example 3 except that 40 parts by weight of the first propylene resin (B) and 60 parts by weight of the precursor of the second propylene resin (C) were used. An emulsion was prepared in the same manner. The emulsion had a solids concentration of 45% by weight.
  • Example 1 To the continuous carbon fiber bundle obtained in Reference Example 1, an emulsion of the propylene resin mixture PP (1) prepared in Reference Example 3 adjusted to a solid content concentration of 27% by weight was adhered by a roller impregnation method. Thereafter, it was dried online at 210 ° C. for 2 minutes to remove moisture, and a composite of carbon fiber bundle (A), first propylene resin (B) and second propylene resin (C) was obtained. . The properties of the obtained composite are shown in Table 1. The adhesion amount of the propylene-based resin mixture PP (1) to 100 parts by weight of the carbon fiber bundle was 20 parts by weight.
  • Prime Polypro J105G resin (d-1) manufactured by Prime Polymer Co., Ltd. was melted in a single screw extruder at 200 ° C., and attached to the tip of the extruder.
  • a strand composed of a composite of component (A), component (B) and component (C) obtained above is also continuously fed into the crosshead die, so that the molten component (D ) Was coated on the composite of component (A), component (B) and component (C).
  • the amount of the component (D) was adjusted so that the content of the reinforcing fiber was 20% by weight.
  • the strand obtained by the method described above was cooled and then cut into a length of 7 mm with a cutter to obtain a core-sheathed columnar pellet (long fiber pellet).
  • the cross section of the pellet was observed with a microscope and confirmed to have a core-sheath structure shown in FIG.
  • the obtained long fiber pellets showed no fuzz due to transportation and showed good handleability.
  • the long fiber pellets were dried under vacuum at 80 ° C. for 5 hours or more, and then molded using a mold for each test piece using a J150EII-P type injection molding machine manufactured by Nippon Steel Works. .
  • the conditions were as follows: cylinder temperature: 210 ° C., mold temperature: 60 ° C., and cooling time 30 seconds.
  • the test pieces were dried at 80 ° C. for 12 hours under vacuum, and the dried test pieces were stored in a desiccator at room temperature for 3 hours.
  • the average fiber length of carbon fibers in the obtained test piece was 0.8 mm.
  • the characteristics evaluation results are shown in Table 1.
  • the average fiber length of the carbon fiber in the test piece was obtained as follows. That is, the molded piece was heat-treated at 500 ° C. for 60 minutes in an electric furnace to decompose and volatilize the resin. About 100 remaining reinforcing fibers were randomly extracted and the length was measured with a microscope. The average value of the measurement length was defined as the average fiber length.
  • Example 2 As the third propylene-based resin (D), Prime Polymer Co., Ltd. Prime Polypro J105G resin (d-1) 50% by weight, and acid-modified propylene-based resin (d-2) 50% by weight prepared in Reference Example 15 A long fiber pellet was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixture consisting of was used and molded and evaluated. The characteristics evaluation results are shown in Table 1.
  • Example 3 A long fiber pellet was obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the solid content concentration of the propylene-based resin mixture PP (1) emulsion was adjusted to 10% by weight. The characteristics evaluation results are shown in Table 1.
  • Example 4 A long fiber pellet was obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the solid content concentration of the propylene-based resin mixture PP (1) was adjusted to 45% by weight. The characteristics evaluation results are shown in Table 1.
  • Example 5 A long fiber pellet was obtained in the same manner as in Example 2 except that the solid content concentration of the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (12) prepared in Reference Example 14 was adjusted to 35%, and molding and evaluation were performed. I did it. The characteristics evaluation results are shown in Table 1.
  • Example 6 A long fiber pellet was obtained in the same manner as in Example 2 except that the solid content concentration of the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (2) prepared in Reference Example 4 was adjusted to 27% by weight. Evaluation was performed. The characteristic evaluation results are shown in Table 2.
  • Example 7 Before the polypropylene fiber is coated on the carbon fiber bundle using an extruder, the carbon fiber bundle is impregnated with “Clearon” K110 (terpene-based hydrogenated resin) manufactured by Yashara Chemical Co. so as to be 15% by weight. Except that the resin was coated, long fiber pellets were obtained in the same manner as in Example 2, and molded and evaluated. The characteristic evaluation results are shown in Table 2.
  • Example 8 Except for using the propylene resin mixture PP (3) emulsion prepared in Reference Example 5, long fiber pellets were obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The characteristic evaluation results are shown in Table 2.
  • Example 9 Except that the emulsion of the propylene resin mixture PP (4) prepared in Reference Example 6 was used, long fiber pellets were obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The characteristic evaluation results are shown in Table 2.
  • Example 10 Except that the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (5) prepared in Reference Example 7 was used, long fiber pellets were obtained and molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The characteristic evaluation results are shown in Table 2.
  • Example 11 Except that the emulsion of the propylene resin mixture PP (6) prepared in Reference Example 8 was used, long fiber pellets were obtained and molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The property evaluation results are shown in Table 3.
  • Example 12 A long fiber pellet was obtained in the same manner as in Example 2 except that the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (7) prepared in Reference Example 9 was used, and molding and evaluation were performed. The property evaluation results are shown in Table 3.
  • Example 13 Except that the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (8) prepared in Reference Example 10 was used, long fiber pellets were obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The property evaluation results are shown in Table 3.
  • Example 14 Except that the continuous carbon fiber obtained in Reference Example 2 was used, long fiber pellets were obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The property evaluation results are shown in Table 3.
  • Example 15 Similar to Example 2 except that the propylene-based resin mixture PP (1) emulsion was impregnated with a roller impregnation method and the carbon fiber bundle was twisted 5 times per 10 cm and then impregnated with the emulsion. Thus, long fiber pellets were obtained and molded and evaluated. The property evaluation results are shown in Table 3.
  • Comparative Example 1 The same evaluation as in Example 2 was performed without adhering the mixture of propylene-based resins to the continuous carbon fiber bundle obtained in Reference Example 1. Carbon fiber fuzzed during the production of long fiber pellets, making it impossible to proceed with the process.
  • Comparative Example 2 The same procedure as in Example 2 was performed except that the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (1) was attached by the roller impregnation method and then the emulsion of the same concentration was again attached to the carbon fiber bundle by the roller impregnation method. Thus, long fiber pellets were obtained and molded and evaluated. The characteristic evaluation results are shown in Table 4.
  • Comparative Example 3 Except that the suspension of the propylene-based resin mixture PP (9) prepared in Reference Example 11 was used, long fiber pellets were obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The characteristic evaluation results are shown in Table 4.
  • Comparative Example 4 Except that the emulsion of the propylene resin mixture PP (10) prepared in Reference Example 12 was used, long fiber pellets were obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The characteristic evaluation results are shown in Table 4.
  • Comparative Example 5 Except for using the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (11) prepared in Reference Example 13, long fiber pellets were obtained, molded and evaluated in the same manner as in Example 2. The characteristic evaluation results are shown in Table 4.
  • the molding material (long fiber pellet) was excellent in handleability, and by using the molding material, a molded product having excellent mechanical properties could be obtained.
  • Comparative Example 1 On the other hand, in Comparative Example 1, nothing was adhered to the carbon fiber bundle, and it was impossible to produce a molding material (long fiber pellet). Further, in Comparative Examples 2 to 5, a molding material capable of achieving both fiber dispersibility and mechanical properties could not be obtained.
  • Example 16 To the continuous carbon fiber bundle obtained in Reference Example 1, an emulsion of the propylene resin mixture PP (1) prepared in Reference Example 3 adjusted to a solid content concentration of 6% by weight was adhered by a roller impregnation method. Thereafter, it was dried online at 210 ° C. for 2 minutes to remove moisture. The properties of the obtained carbon fiber bundle are shown in Table 3. The adhesion amount of the propylene resin mixture PP (1) was 3% by weight. The obtained carbon fiber bundle was used for measuring the fiber surface coverage, measuring the number of fluffs, evaluating the processability, and evaluating the interfacial shear strength.
  • the obtained carbon fiber bundle was cut into a length of 6 mm using a cartridge cutter to obtain a chopped carbon fiber bundle.
  • the chopped carbon fiber bundle was used for bulk density evaluation.
  • the characteristic evaluation results are shown in Table 5.
  • Example 17 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the solid content concentration of the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (1) was adjusted to 0.6% by weight. The characteristic evaluation results are shown in Table 5.
  • Example 18 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the solid content concentration of the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (1) was adjusted to 2% by weight. The characteristic evaluation results are shown in Table 5.
  • Example 19 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (2) prepared in Reference Example 4 was used. The characteristic evaluation results are shown in Table 5.
  • Example 20 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of the propylene resin mixture PP (6) prepared in Reference Example 8 was used. The characteristic evaluation results are shown in Table 5.
  • Example 21 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the solid concentration of the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (1) was adjusted to 30% by weight. The characteristic evaluation results are shown in Table 6.
  • Example 22 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (3) prepared in Reference Example 5 was used. The characteristic evaluation results are shown in Table 6.
  • Example 23 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of the propylene resin mixture PP (4) prepared in Reference Example 6 was used. The characteristic evaluation results are shown in Table 6.
  • Example 24 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (5) prepared in Reference Example 7 was used. The characteristic evaluation results are shown in Table 6.
  • Example 25 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of the propylene-based resin mixture PP (13) prepared in Reference Example 16 was used. The characteristic evaluation results are shown in Table 6.
  • Example 26 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of the propylene resin mixture PP (7) prepared in Reference Example 9 was used. The property evaluation results are shown in Table 7.
  • Example 27 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of the propylene resin mixture PP (8) prepared in Reference Example 10 was used. The property evaluation results are shown in Table 7.
  • Example 28 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the continuous carbon fiber bundle obtained in Reference Example 2 was used. The property evaluation results are shown in Table 7.
  • Comparative Example 6 The same evaluation as in Example 16 was performed without adhering the mixture of propylene-based resins to the continuous carbon fiber bundle obtained in Reference Example 1. The property evaluation results are shown in Table 7.
  • Comparative Example 7 The continuous carbon fiber bundle obtained in Reference Example 1 is attached by the roller impregnation method with the solid content concentration of the propylene-based resin mixture PP (1) prepared in Reference Example 3 adjusted to 30% by weight. Then, it was dried online at 210 ° C. for 2 minutes to remove moisture. The obtained carbon fiber bundle was again attached with a propylene-based resin mixture PP (1) emulsion having a solid content concentration of 30% by weight by a roller impregnation method. The carbon fiber bundle was prepared by removing the moisture for a minute and evaluating in the same manner as in Example 16. The property evaluation results are shown in Table 7.
  • Comparative Example 8 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the n-hexane suspension of the propylene-based resin mixture PP (9) prepared in Reference Example 11 was used. The characteristics evaluation results are shown in Table 8.
  • Comparative Example 9 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of propylene-based resin PP (10) prepared in Reference Example 12 was used. The characteristics evaluation results are shown in Table 8.
  • Comparative Example 10 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of propylene-based resin PP (11) prepared in Reference Example 13 was used. The characteristics evaluation results are shown in Table 8.
  • Comparative Example 11 A carbon fiber bundle was prepared and evaluated in the same manner as in Example 16 except that the emulsion of propylene-based resin PP (14) prepared in Reference Example 17 was used. The characteristics evaluation results are shown in Table 8.
  • the reinforcing fiber bundle was excellent in handleability, and by using the reinforcing fiber bundle, a molded product having excellent mechanical properties could be obtained.
  • Comparative Example 6 On the other hand, in Comparative Example 6, nothing was adhered to the carbon fiber bundle and the adhesiveness was low. In addition, the number of fuzzing fluffs was large, the bulk density of the chopped carbon fiber bundle was low, and the handleability was extremely poor. In Comparative Examples 6 to 11, the handleability of the reinforcing fiber bundle was relatively good, but the adhesion was inferior to that of the Examples.
  • the long fiber reinforced thermoplastic resin molding material can produce a molded product having good dispersion of the reinforcing fiber in the molded product during injection molding and excellent mechanical properties.
  • the resin-attached reinforcing fiber bundle of the present invention is excellent in handleability, exhibits excellent adhesiveness when a polyolefin resin, particularly polypropylene resin is used as a matrix resin, and has high mechanical properties. It is possible to obtain a molded product.
  • the obtained molded product can be used for various applications such as housings and parts of electric / electronic devices, housings of personal computers, automobile members, and the like.

Abstract

 下記成分(A)~(D)を下記の割合で含む成形材料であって、該成分(A)~(C)を含む複合体に、該成分(D)が接着されており、かつ、重量平均分子量の序列が成分(D)>成分(B)>成分(C)である成形材料;(A)強化繊維束1~75重量%;(B)第1のプロピレン系樹脂0.01~10重量%;(C)重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有する第2のプロピレン系樹脂0.01~10重量%;(D)第3のプロピレン系樹脂5~98.98重量%(第1の態様)。  強化繊維束(A)に、第1のプロピレン系樹脂(B)と第2のプロピレン 系樹脂(C)とを含む混合物が付着している樹脂付着強化繊維束(第2の態 様)。

Description

成形材料および樹脂付着強化繊維束
 本発明は、オレフィン系樹脂をマトリックスとする長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料に関する。また、本発明は、該成形材料に好適に用いられる樹脂付着強化繊維束に関する。
 連続した強化繊維束と熱可塑性樹脂からなる成形材料として、プリプレグ、ヤーン、ガラスマット(GMT)など多様な形態が知られている。このような熱可塑性樹脂を用いた成形材料は、成形作業や貯蔵が容易であり、成形品の靭性が高く、かつ、リサイクル性に優れるといった特徴がある。とりわけ、ペレット状に加工した成形材料は、射出成形やスタンピング成形などの経済性および生産性に優れた成形法に適用できるので、工業材料として有用である。
 しかしながら、成形材料の製造工程における経済性および生産性の問題から、これらはそれほど広く用いられていない。例えば、靭性や伸度に優れる熱可塑性樹脂は、一般に高粘度であり、強化繊維束への含浸は困難となるため、成形材料を容易に、生産性よく製造することには不向きである。一方で、含浸の容易さから低粘度の熱可塑性樹脂を用いると、得られる成形品の力学特性が大幅に低下するという問題がある。
 これに対し、低分子量の熱可塑性重合体と連続した強化繊維からなる複合体に、高分子量の熱可塑性樹脂が接するように配置されてなる成形材料が開示されている(例えば、特許文献1)。
 この成形材料では、連続した強化繊維束への含浸には低分子量体を、マトリックス樹脂には高分子量体を使い分けることで、経済性、生産性と力学特性の両立を図っている。また、この成形材料を用いて射出成形法による成形を行うと、成形時の材料可塑化の段階で、強化繊維が最小限の折損でマトリックス樹脂と容易に混合され、繊維の分散性が優れた成形品を製造できる。従って、得られた成形品は、強化繊維の繊維長を従来よりも上げることができ、良好な力学特性と、優れた外観品位を合わせ持つことができる。
 しかし、近年になり、繊維強化複合材料がより注目され、用途が拡大するに伴い、成形性、取扱性および得られる成形品の力学特性により優れた成形材料が要求されるようになった。また工業的にもより高い経済性、生産性が求められるようになった。例えば、繊維強化複合材料に、よりいっそうの軽量性および経済性が求められるようになったため、マトリックス樹脂には軽量なオレフィン系樹脂、とりわけプロピレン系樹脂が使用されるようになってきた。特許文献2には、酸変性オレフィン系樹脂を、酸基と反応可能な官能基を有するサイジング剤で処理した炭素繊維に含浸させた長繊維ペレットが開示されている。しかしながら、当該ペレットで使用している熱可塑性樹脂は、酸変性オレフィン系樹脂のみであり、粘度が高いため炭素繊維束の分散が非常に困難となり、成形品の力学特性や外観には問題があった。
 また、強化繊維の表面処理やサイジング剤の付与などで界面接着性を向上させ、成形品の力学特性を向上させる試みが行われている。特許文献3には、不飽和ジカルボン酸またはその塩で変性されたポリプロピレン系樹脂を用いた繊維処理剤が記載されており、特許文献4には、ポリプロピレン樹脂に適したサイジング剤として酸価が23~120mgKOH/gの酸変性ポリプロピレン樹脂を付与することが開示されているが、いずれも十分な界面接着性は得られていない。
 また特許文献5には、アイオノマー樹脂が0.1~8重量%付着した炭素繊維が開示されている。同様に特許文献6には、2種類の酸変性ポリプロピレン系樹脂を0.1~8重量%付着した炭素繊維について記載されている。いずれの特許文献も、炭素繊維にポリオレフィン樹脂と親和性のあるポリマーを付与することで、炭素繊維とマトリックス樹脂との界面接着性を改善することを目的としている。
 しかしながら、これらの特許文献に明確に記載されているとおり、強化繊維にはアイオノマー樹脂または自己乳化型ポリプロピレン系樹脂などの変性オレフィン成分のみを主に付着させていることから、樹脂成分の被膜形成が十分ではなく、界面接着性や繊維束の取り扱い性の向上は十分ではなかった。
特開平10-138379号公報 特開2005-125581号公報 特開平6-107442号公報 特開2005-48343号公報 特開2006-124852号公報 国際公開第2006/101269号パンフレット
 このように、極性の低いオレフィン系樹脂をマトリックス樹脂に用いた場合においても高い力学特性を発揮し、かつ、強化繊維の分散性も良好な、長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料が要求されている。
 また、従来技術ではオレフィン系樹脂をマトリックス樹脂として成形した際に、優れた界面接着性を発揮し、かつ取扱い性の良好な強化繊維束を得ることは困難であり、これらの特性を満足できる強化繊維束の開発が望まれていた。
 本発明は、プロピレン系樹脂をマトリックス樹脂とする長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料であって、射出成形を行う際に強化繊維の成形品中への分散が良好であり、かつ力学特性に優れた成形品を製造できる成形材料を提供することを目的とする。
また、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂、特にポリオレフィン系マトリックス樹脂と強化繊維との接着性に優れ、取扱い性が良好な樹脂付着強化繊維束を提供することを目的とする。
 本発明者らは上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、上記課題を達成することができる、次の成形材料および樹脂付着強化繊維束を見出した。
 下記成分(A)~(D)を下記の割合で含む成形材料であって、該成分(A)~(C)を含む複合体に、該成分(D)が接着されており、かつ、重量平均分子量の序列が成分(D)>成分(B)>成分(C)である成形材料;
(A)強化繊維束 1~75重量%;
(B)第1のプロピレン系樹脂 0.01~10重量%;
(C)重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有する第2のプロピレン系樹脂 0.01~10重量%;
(D)第3のプロピレン系樹脂 5~98.98重量%。
 強化繊維束(A)に、第1のプロピレン系樹脂(B)と第2のプロピレン系樹脂(C)とを含む混合物が付着している樹脂付着強化繊維束であって、第1のプロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量が第2のプロピレン系樹脂(C)の重量平均分子量よりも大きく、第2のプロピレン系樹脂(C)は重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂であり、前記第1のプロピレン系樹脂(B)と第2のプロピレン系樹脂(C)とを含む混合物の付着量が強化繊維束(A)100重量部に対して0.1~30重量部の範囲であり、かつ、第2のプロピレン系樹脂(C)の含有量が第1のプロピレン系樹脂(B)100重量部に対して0.3~45重量部である樹脂付着強化繊維束。
 本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、射出成形を行う際に強化繊維の成形品中への分散が良好であり、かつ力学特性に優れた成形品を製造できる。またプロピレン系樹脂を用いているため、軽量性に優れた成形品を得ることができる。
 また、本発明の樹脂付着強化繊維束は、熱可塑性樹脂からなるマトリックス樹脂との接着性に優れ、かつ取扱い性および成形時の繊維分散性が良好な樹脂付着強化繊維束である。
 本発明の成形材料および樹脂付着強化繊維束は、自動車、電気・電子機器、家電製品などの各種部品・部材に極めて有用である。
強化繊維束(A)と第1のポリプロピレン系樹脂(B)および第2のポリプロピレン系樹脂(C)からなる複合体の形態の一例を示す概略図である。 本発明の成形材料の好ましい態様の、軸心方向断面の形状の一例を示す概略図である。 図2の成形材料の直交方向断面の形状を示す概略図である。 本発明の成形材料の好ましい態様の、軸心方向断面の形状の一例を示す概略図である。 図4の成形材料の直交方向断面の形状を示す概略図である。 本発明の成形材料の好ましい態様の、軸心方向断面の形状の一例を示す概略図である。 図6の成形材料の直交方向断面の形状を示す概略図である。 本発明の成形材料の好ましい態様の、軸心方向断面の形状の一例を示す概略図である。 図8の成形材料の直交方向断面の形状を示す概略図である。 本発明の成形材料の好ましい態様の、直交方向断面の形状の一例を示す概略図である。 擦過毛羽評価方法に用いられる糸道の概略図。
 本発明の成形材料は、強化繊維(A)、第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)を含む複合体に、第3のプロピレン系樹脂(D)を接着させた成形材料である。また、本発明の樹脂付着強化繊維束は、強化繊維(A)に第1のプロピレン系樹脂(B)と第2のプロピレン系樹脂(C)とを含む混合物が付着した樹脂付着強化繊維である。 本発明の成形材料において、強化繊維束(A)、第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)は、この三者で複合体、すなわち樹脂付着強化繊維、を形成する。この複合体の形態は、図1に示すようなものであり、強化繊維束(A)の各単繊維間に第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)の混合物が満たされている。すなわち、第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)の混合物の海に、強化繊維が島のように分散している状態である。
 本発明の成形材料は、例えば図2に示すように、強化繊維束(A)、第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)からなる複合体(樹脂付着強化繊維)に第3のプロピレン系樹脂(D)が接着するように配置されている。第3のプロピレン系樹脂(D)は、本発明の成形材料を成形した後に、マトリックス樹脂となる成分である。まず、これらの構成要素(A)~(D)について説明する。
 強化繊維束(A)としては、特に限定されないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維などの高強度高弾性率繊維が使用できる。これらは1種だけでも、2種以上を併用してもよい。中でも、PAN系、ピッチ系、レーヨン系などの炭素繊維が、得られる成形品の力学特性の向上および軽量化効果の観点から好ましい。なかでも、得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点から、PAN系炭素繊維が特に好ましい。また、導電性を付与する目的で、ニッケルや銅やイッテルビウムなどの金属を被覆した強化繊維を用いることもできる。
 さらに炭素繊維としては、X線光電子分光法により測定される繊維表面の酸素(O)と炭素(C)の原子数の比である表面酸素濃度比[O/C]が0.05~0.5であるものが好ましく、より好ましくは0.08~0.4であり、さらに好ましくは0.1~0.3である。表面酸素濃度比が0.05以上であることにより、炭素繊維表面に十分な量の官能基量が存在し、熱可塑性樹脂と強固な接着を得ることができる。また、表面酸素濃度比の上限には特に制限はないが、炭素繊維の取扱い性および生産性のバランスから、0.5以下とすることが好ましい。
 炭素繊維の表面酸素濃度比は、X線光電子分光法により、後述の手順にしたがって求めるものである。炭素繊維表面にサイジング剤などが付着している場合は、予め溶剤等を用いて除去した後、測定する。
 表面酸素濃度比[O/C]を0.05~0.5に制御する手段としては、特に限定されるものではないが、例えば、電解酸化処理、薬液酸化処理および気相酸化処理などの手法をとることができる。中でも電解酸化処理が好ましい。
 また、強化繊維の平均繊維径は、特に限定されないが、得られる成形品の力学特性と表面外観の観点から、1~20μmの範囲内であることが好ましく、3~15μmの範囲内であることがより好ましい。強化繊維束の単糸数は、特に制限はないが、100~350,000本の範囲内が好ましく、とりわけ1,000~250,000本の範囲内がより好ましい。また強化繊維の生産性の観点からは、単糸数が多いものが好ましく、20,000~100,000本の範囲内がさらに好ましい。

 第1のプロピレン系樹脂(B)としては、プロピレンの単独重合体またはプロピレンと他の単量体との共重合体が挙げられる。ここで、他の単量体の好ましい例としては、α-オレフィン、共役ジエン、非共役ジエンなどが挙げられる。具体的には、例えば、エチレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ヘキセン、4,4ジメチル-1-ヘキセン、1-ノネン、1-オクテン、1-ヘプテン、1-ヘキセン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン等のプロピレンを除く炭素数2~12のα-オレフィン、ブタジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1,5-ヘキサジエン等が挙げられる。これらの単量体は、1種類または2種類以上を用いることができる。共重合体は、ランダム共重合体でもブロック共重合体でもよい。共重合体の具体例としては、例えば、エチレン・プロピレン共重合体、プロピレン・1-ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・1-ブテン共重合体などが好適なものとして挙げられる。
 とりわけ、マトリックス樹脂となる第3のプロピレン系樹脂(D)との親和性を高めるために、第1のプロピレン系樹脂(B)は、繰り返し単位として、プロピレン単位を50モル%以上含むことが好ましい。また、第1のプロピレン系樹脂(B)の結晶性を落として第2のプロピレン系樹脂(C)との親和性を高め、得られる成形品の強度を高めるために、第1のプロピレン系樹脂(B)は、プロピレンから導かれる構成単位を50~99モル%含むことが好ましく、より好ましくは55~98モル%、さらに好ましくは60~97モル%である。
 プロピレン系樹脂における繰り返し単位の同定は、IR、NMR、質量分析および元素分析等の通常の高分子化合物の分析手法を用いて行うことができる。
 また、第1のプロピレン系樹脂(B)は、樹脂自体の強度を確保し、かつ、樹脂と強化繊維との接着を高める観点からは、実質的に未変性であることが好ましい。ここで、実質的に未変性とは、望ましくは全く変性されていないことであるが、変性されたとしても前記目的を損なわない範囲である。具体的には、式(I)
-C(=O)-O-・・・式(I)
で表されるカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を全く含まないか、あるいは、含んだとしても樹脂1グラム当たり、総量0.05ミリモル当量未満であることを意味する。好ましくは0.01ミリモル当量以下、より好ましくは0.001ミリモル以下、さらに好ましくは0.0001ミリモル当量以下である。
 また、第1のプロピレン系樹脂(B)は、後述する含浸助剤および分散助剤としての役割を果たす観点、被膜形成性、被膜の強度およびマトリックス樹脂となる第3のプロピレン系樹脂(D)との親和性の観点から、重量平均分子量が30,000以上150,000未満であることが好ましい。重量平均分子量の下限は、より好ましくは35,000以上、より好ましくは50,000超、より好ましくは60,000以上である。重量平均分子量の上限は、より好ましくは140,000以下、より好ましくは130,000以下である。
 第1のプロピレン系樹脂(B)は、MI(メルトインデックス:230℃)が50以上であり、分子量分布(Mw/Mn)が2.5以上であるものが好ましい。該分子量分布(Mw/Mn)の上限は、特に制限はないが、好ましくは50以下、さらに好ましくは30以下である。
 第1のプロピレン系樹脂(B)は、さらに、重量平均分子量が150,000以上であるプロピレン系樹脂を含んでも良い。この場合、重量平均分子量が30,000以上150,000未満であるプロピレン系樹脂(B-1)を30~100重量%と、重量平均分子量が150,000以上500,000以下であるプロピレン系樹脂(B-2)を0~70重量%とを含むことが好ましい。またプロピレン系樹脂(B-2)の重量平均分子量は好ましくは150,000以上450,000以下である。重量平均分子量の上限については、大きくなりすぎると、含浸助剤および分散助剤としての効果が低下するので、上記する範囲内とすることが好ましい。配合量は、より好ましくはプロピレン系樹脂(B-1)を35~100重量%、プロピレン系樹脂(B-2)を0~65重量%である。
 前記のように、第1のプロピレン系樹脂(B)は、樹脂自体の強度および樹脂と強化繊維との接着性の観点から、実質的に未変性であることが好ましい。しかし、マトリックス樹脂となる第3のプロピレン系樹脂(D)が酸変性プロピレン系樹脂である場合には、第1のプロピレン系樹脂(B)も変性されていてもよい。この場合、第1のプロピレン系樹脂(B)が、重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有することで、マトリックス樹脂との親和性を高めることができる。
 この場合、第1のプロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量(Mw)は、50,000を超えて150,000未満であることが好ましい。より好ましくは60,000~130,000である。
 また、第1のプロピレン系樹脂(B)に含まれるカルボン酸基は、水分散体の安定性と、繊維との接着性の観点より、上記塩基物質によりすべて中和されてカルボン酸塩基になっていることが望ましいが、一部中和されていないカルボン酸基が残存していてもよい。詳細は、後述の第2のプロピレン系樹脂(C)と同様である。
 第1のプロピレン系樹脂(B)が重合体鎖に結合したカルボン酸および/またはカルボン酸塩基を有する場合、カルボン酸基およびカルボン酸塩基の総量が、第1のプロピレン系樹脂(B)1g当たり、0.05以上であることが好ましく、より好ましくは0.05~2ミリモル当量、さらに好ましくは0.1~1ミリモル当量である。
 また、カルボン酸塩基の含有量は、樹脂1g当たり-C(=O)-O-で表される基換算での総量、すなわち、樹脂1g当たりのカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基のミリモル当量で比較したときに、第2のプロピレン系樹脂(C)のミリモル当量が、第1のプロピレン系樹脂(B)のミリモル当量よりも大きいことが好ましい。第1のプロピレン系樹脂(B)のカルボン酸塩基は、マトリックス樹脂である酸変性ポリプロピレン樹脂への親和性を高める効果があるが、強化繊維との相互作用を考慮した第2のプロピレン系樹脂(C)のカルボン酸塩基ほどの含有量は必要ない。
 カルボン酸塩基を有する第1のプロピレン系樹脂(B)の製造方法としては、後述の第2のプロピレン系樹脂(C)と同様にして製造することができる。また、カルボン酸基および/またはカルボン酸塩基の含有量の測定方法、および、カルボン酸基とカルボン酸塩基の好ましい比率についても、後述の第2のプロピレン系樹脂(C)と同様である。
 第2のプロピレン系樹脂(C)は、重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂である。これは強化繊維との相互作用を高めるうえでカルボン酸塩基を含むことが効果的であるためである。
 カルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂は、カルボン酸基を有するプロピレン系樹脂を前駆体として、該前駆体のカルボン酸基を中和することにより、または、カルボン酸エステル基を有するプロピレン系樹脂を前駆体として、該前駆体のカルボン酸エステル基をケン化することにより、得ることができる。
 第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体としては、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、プロピレン・1-ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・1-ブテン共重合体で代表される、プロピレンと1種または2種類以上のα-オレフィンとの共重合体に、カルボン酸基を有する単量体および/またはカルボン酸エステル基を有する単量体を、グラフト重合したものを用いることができる。共重合体は、ランダム共重合体でもブロック共重合体でもよく、α-オレフィン以外の単量体を繰り返し単位として含んでも良い。
 ここで、カルボン酸基を有する単量体、およびカルボン酸エステル基を有する単量体としては、例えば、エチレン系不飽和カルボン酸、その無水物、あるいは、そのエステル等が挙げられる。エチレン系不飽和カルボン酸としては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマール酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸などが例示される。その無水物としては、ナジック酸TM(エンドシス-ビシクロ[2.2.1]ヘプト-5-エン-2,3-ジカルボン酸)、無水マレイン酸、無水シトラコン酸などが例示できる。これらの中でも、酸無水物類が好ましく、さらには無水マレイン酸が好ましい。
 オレフィン以外の単量体としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、i-ブチル(メタ)アクリレート、tert-ブチル(メタ)アクリレート、n-アミル(メタ)アクリレート、イソアミル(メタ)アクリレート、n-ヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ラウロイル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、イソボロニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンテニル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;ヒドロキシエチルアクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート、ラクトン変性ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシ-3-フェノキシプロピルアクリレート等の水酸基含有ビニル類;グリシジル(メタ)アクリレート、メチルグリシジル(メタ)アクリレート等のエポキシ基含有ビニル類;ビニルイソシアナート、イソプロペニルイソシアナート等のイソシアナート基含有ビニル類;スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、t-ブチルスチレン等の芳香族ビニル類;アクリルアミド、メタクリルアミド、N-メチロールメタクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、マレイン酸アミド等のアミド類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;N,N-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジエチルアミノエチル(メタアクリレート、N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリレート、N,N-ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N-ジヒドロキシエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノアルキル(メタ)アクリレート類;スチレンスルホン酸、スチレンスルホン酸ソーダ、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等の不飽和スルホン酸類;モノ(2-メタクリロイロキシエチル)アシッドホスフェート、モノ(2-アクリロイロキシエチル)アシッドホスフェート等の不飽和リン酸類;等が挙げられる。ここで、「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートまたはメタクリレートを意味する。これらの単量体は単独で用いることもできるし、また2種類以上のものを用いることもできる。
 上記第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体は、種々の方法で得ることができる。例えば、有機溶剤中で、プロピレン系樹脂、不飽和ビニル基を有するエチレン系不飽和カルボン酸およびオレフィン以外の不飽和ビニル基を有する単量体を重合開始剤の存在下で反応させた後に脱溶剤する方法;プロピレン系樹脂を加熱溶融し、得られた溶融物に不飽和ビニル基を有するカルボン酸および重合開始剤を攪拌下で反応させる方法;プロピレン系樹脂、不飽和ビニル基を有するカルボン酸および重合開始剤を混合したものを押出機に供給して、加熱混練しながら反応させる方法等を挙げることができる。
 ここで重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキサイド、ジクロルベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ジ-tert-ブチルパーオキサイド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ペルオキシベンゾエート)ヘキシン-3、1,4-ビス(tert-ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン等が挙げられる。これらは、単独であるいは2種以上を混合して用いることができる。
 また有機溶剤としては、キシレン、トルエン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、イソオクタン、イソデカン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン、シクロヘキセン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の脂環式炭化水素;酢酸エチル、n-酢酸ブチル、セロソルブアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3メトキシブチルアセテート等のエステル系溶媒;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒等の有機溶剤を用いることができる。またこれらの2種以上からなる混合物であっても構わない。これらの中でも、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素、及び脂環式炭化水素が好ましく、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素がより好適に用いられる。
 上記のように得られた第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体を中和またはケン化することにより、重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有する第2のプロピレン系樹脂(C)を得ることができる。中和またはケン化する場合には、上記第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体を水分散体にして処理することが容易であり好ましい。
 中和またはケン化に用いる塩基性物質としては、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、亜鉛等の金属類;それらの金属の酸化物、水酸化物、水素化物、弱酸塩;ヒドロキシルアミン、水酸化アンモニウム等の無機アミン;アンモニア、(トリ)メチルアミン、(トリ)エタノールアミン、(トリ)エチルアミン、ジメチルエタノールアミン、モルフォリン等の有機アミンを挙げることができる。中和またはケン化により得られるカルボン酸塩基は、リチウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、亜鉛塩およびアンモニウム塩より選択される、1種または2種以上の塩であることが好適である。
 また、第2のプロピレン系樹脂(C)に含まれるカルボン酸基は、水分散体の安定性と、繊維との接着性の観点より、上記塩基物質によりすべて中和されてカルボン酸塩基になっていることが望ましいが、一部中和されていないカルボン酸基が残存していてもよい。具体的には、カルボン酸基およびカルボン酸塩基の総量に対して、カルボン酸塩基のモル比が50~100%が好ましく、より好ましくは70~100%、更に好ましくは85~100%である。このモル比のことを、転化率と呼ぶ。
 カルボン酸基およびカルボン酸塩基の含有量を分析する手法としては、ICP発光分析で塩を形成している金属種の検出を行う方法や、IR、NMR、質量分析および元素分析等を用いてカルボニル炭素の同定および定量を行う方法が挙げられる。
 中和されていないカルボン酸基のモル数を測定するためには、まず加熱トルエン中にプロピレン系樹脂を溶解し、0.1規定の水酸化カリウム-エタノール標準液で滴定し、プロピレン系樹脂の酸価を下式より求める。
酸価=(5.611×A×F)/B (mgKOH/g)
 A:0.1規定水酸化カリウム-エタノール標準液使用量(ml)
 F:0.1規定水酸化カリウム-エタノール標準液のファクター
 B:試料採取量(g)
 上記で算出した酸価を、下式を用いて中和されていないカルボン酸基のモル数に換算する。
中和されていないカルボン酸基のモル数=酸価×1000/56(モル/g)。
 カルボン酸基の中和塩への転化率は、別途IR、NMRおよび元素分析等を用いてカルボン酸基のカルボニル炭素の定量をおこなって算出したカルボン酸基およびカルボン酸塩基の総モル数(モル/g)を用いて下式にて算出する。
転化率%=(1-r)×100(%)
r:中和されていないカルボン酸基のモル数/カルボン酸基およびカルボン酸塩基の総モル数。
 また、強化繊維との相互作用を高める観点から、第2のプロピレン系樹脂(C)の重合体鎖に結合したカルボン酸基およびカルボン酸塩基の総量が、第2のプロピレン系樹脂(C)1g当たり、0.05~5ミリモル当量であることが好ましい。より好ましくは0.1~4ミリモル当量、さらに好ましくは0.3~3ミリモル当量である。
 後述する含浸助剤および分散助剤としての役割を果たす観点および第1のプロピレン系樹脂(B)と分子鎖同士の絡み合いを形成し、第1のプロピレン系樹脂(B)との相互作用を高める観点から、第2のプロピレン系樹脂(C)の重量平均分子量(Mw)は、1,000~50,000であることが好ましい。より好ましくは2,000~40,000、さらに好ましくは5,000~30,000である。なお重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定する。
 第3のプロピレン系樹脂(D)としては、プロピレンの単独重合体またはプロピレンと少なくとも1種のα-オレフィン、共役ジエン、非共役ジエンなどとの共重合体が挙げられる。
 α-オレフィンとしては、例えば、エチレン、1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、4-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ヘキセン、4,4ジメチル-1-ヘキセン、1-ノネン、1-オクテン、1-ヘプテン、1-ヘキセン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン等のプロピレンを除く炭素数2~12のα-オレフィン等が挙げられる共役ジエンまたは非共役ジエンとしては、ブタジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、1,5-ヘキサジエン等が挙げられる。これらその他の単量体には、1種類または2種類以上を選択することができる。
 共重合体は、ランダム共重合体でもブロック共重合体でもよく、α-オレフィン以外の単量体を繰り返し単位として含んでも良い。共重合体の具体例としては、例えば、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、プロピレン・1-ブテン共重合体、エチレン・プロピレン・1-ブテン共重合体などが好適なものとして挙げられる。
 第3のプロピレン系樹脂(D)は、得られる成形品の力学特性を向上させる観点より、変性プロピレン系樹脂であることが好ましい。好ましくは酸変性プロピレン系樹脂であり、重合体鎖に結合したカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂である。上記酸変性プロピレン系樹脂は、種々の方法で得ることができ、例えば前記した第2のプロピレン系樹脂(C)と同様にして製造することができる。
 第3のプロピレン系樹脂(D)が重合体鎖に結合したカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有する場合、第3のプロピレン系樹脂(D)の重合体鎖に結合したカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基の含有量は、カルボン酸基およびカルボン酸塩基の総量が、第3のプロピレン系樹脂(D)1gあたり、0.05~4ミリモル当量であることが好ましい。より好ましくは0.1~3ミリモル当量であり、さらに好ましくは、0.2~2ミリモル当量である。カルボン酸基の転化率については、前記した第2のプロピレン系樹脂(C)と同様である。
 第3のプロピレン系樹脂(D)として、重合体鎖に結合したカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂を含む場合には、樹脂の力学特性を高く保つことと、原料コストを考慮し、無変性のプロピレン系樹脂との混合物とすることが好ましい。具体的には、第3のプロピレン系樹脂(D)が、重合体鎖に結合したカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂(D-1)5~50重量%と、カルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有しないプロピレン系樹脂(D-2)50~95重量%とを含むことが好ましい。より好ましくは成分(D-1)が5~45重量%、成分(D-2)が55~95重量%、さらに好ましくは成分(D-1)が5~35重量%、成分(D-2)が65~95重量%である。
 また第3のプロピレン系樹脂(D)は、本発明の目的を損なわない範囲で、エラストマーあるいはゴム成分などの耐衝撃性向上剤、他の充填材や添加剤を含有しても良い。これらの例としては、無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、結晶核剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、制振剤、抗菌剤、防虫剤、防臭剤、着色防止剤、熱安定剤、離型剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤、顔料、染料、発泡剤、制泡剤、あるいは、カップリング剤が挙げられる。
 本発明の成形材料を射出成形する場合、射出成形機のシリンダー内で成形材料が溶融混練される。この際、第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)の混合物が、第3のプロピレン系樹脂(D)に拡散することにより、強化繊維束(A)が第3のプロピレン系樹脂(D)に分散することを助け、同時に第3のプロピレン系樹脂(D)が強化繊維束(A)に含浸することを助ける。すなわち、第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)の混合物が、含浸助剤および分散助剤としての役割を持つ。この役割を達成するうえで、成分(B)、(C)および(D)の重量平均分子量の序列が、(D)>(B)>(C)であれば、成分(B)および成分(C)が容易に成分(D)中に拡散可能となる。
 第1~第3のプロピレン系樹脂が重合体鎖に結合したカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂である場合、そのカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基の含有量は、樹脂1g当たり-C(=O)-O-で表される基換算での総量、すなわち、樹脂1g当たりのカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基のミリモル当量の序列が、成分(C)≧成分(B)≧成分(D)であることが好ましい。これは強化繊維に複合されている第1および第2のプロピレン系樹脂は、強化繊維への密着性の観点から、より多くのカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有することが好ましいためである。特に重量平均分子量の小さな第2のプロピレン系樹脂(C)に、多くのカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を持たせることにより、第2のプロピレン系樹脂(C)は強化繊維近傍に存在するようになり、強化繊維との密着性および強化繊維の分散性が向上するので好ましい。第3のプロピレン系樹脂(D)は、第1および第2のプロピレン系樹脂ほど強化繊維との相互作用が必要ないので、樹脂コストの観点から、カルボン酸基および/またはカルボン酸塩基の含有量が少ないことが好ましい。
 本発明の成形材料は、強化繊維束(A)、第1のプロピレン系樹脂(B)、第2のプロピレン系樹脂(C)および第3のプロピレン系樹脂(D)の合計を100重量%として、各成分を以下の割合で含有する。
 強化繊維束(A)の含有量は、1~75重量%、好ましくは5~65重量%、より好ましくは10~50重量%である。強化繊維束(A)が1重量%未満では、得られる成形品の力学特性が不十分となる場合があり、75重量%を超えると射出成形の際に流動性が低下する場合がある。
 第1のプロピレン系樹脂(B)の含有量は、0.01~10重量%、好ましくは0.5~9重量%、より好ましくは1~8重量%である。第2のプロピレン系樹脂(C)の含有量は、0.01~10重量%、好ましくは0.5~9重量%、より好ましくは1~8重量%である。第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)のいずれかが、0.1重量%未満では、成形材料の成形性、すなわち成形時の強化繊維の分散が不十分となる場合がある。第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)のいずれかが、10重量%を超えると、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の力学特性を低下させる場合がある。
 また、第3のプロピレン系樹脂(D)の含有量は、5~98.98重量%、好ましくは25~94重量%、より好ましくは50~88重量%であり、この範囲内で用いることで、本発明の効果を達成することができる。
 本発明の成形材料において、強化繊維束(A)は、強化繊維束を構成する単繊維が一方向に配列され、かつ、長さ方向に亘り連続した状態であるのが好ましい。必ずしも、強化繊維束の単繊維全てが全長に亘り連続している必要はなく、一部の単繊維が途中で分断されていても良い。このような連続した強化繊維束としては、一方向性繊維束、二方向性繊維束、多方向性繊維束などが例示できるが、成形材料を製造する過程での生産性の観点から、一方向性繊維束がより好ましく使用できる。
 本発明の成形材料は、強化繊維束(A)が成形材料の軸心方向にほぼ平行に配列され、かつ強化繊維束(A)を構成する強化繊維の長さは、成形材料の長さと実質的に同じ長さであることが好ましい。
 ここで言う、「ほぼ平行に配列されて」いるとは、強化繊維束の長軸の軸線と、成形材料の長軸の軸線とが、同方向を指向している状態を示す。両者の軸線同士の角度のずれが、好ましくは20°以下であり、より好ましくは10°以下であり、さらに好ましくは5°以下である。
 また、「実質的に同じ長さ」とは、成形材料の全長よりも有意に短い強化繊維が実質的に含まれないことである。具体的には、成形材料の全長の50%以下の長さの強化繊維の含有量が、強化繊維全体に対して30重量%以下である場合には、成形材料の全長よりも有意に短い強化繊維が実質的に含まれていないとする。さらに、成形材料の全長の50%以下の長さの強化繊維の含有量は20重量%以下であることが好ましい。なお、成形材料の全長とは成形材料中の強化繊維配向方向の長さである。強化繊維が成形材料と同等の長さを持つことで、成形品中の強化繊維長を長くすることができるため、優れた力学特性を得ることができる。
 図2、4、6、8は、本発明の成形材料の軸心方向断面の形状の例を模式的に表したものであり、図3、5、7、9は、本発明の成形材料の直交方向断面の形状の例を模式的に表したものである。
 成形材料の断面の形状は、強化繊維束(A)、第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)からなる複合体(樹脂付着強化繊維束)に、第3のプロピレン系樹脂(D)が接着するように配置されていれば、図に示されたものに限定されないが、好ましくは軸心方向断面図である図2、4、6に示されるように、樹脂付着強化繊維束が芯となり、第3のプロピレン系樹脂(D)で層状に挟まれて配置されている構成が好ましい。
 また直交方向断面図である図3、5、7に示されるように、樹脂付着強化繊維束を芯にして、第3のプロピレン系樹脂(D)が周囲を被覆するような芯鞘構造に配置されている構成が好ましい。図10に示されるような複数の樹脂付着強化繊維束を第3のプロピレン系樹脂(D)が被覆するように配置する場合、樹脂付着強化繊維束の数は2~6程度が望ましい。
 樹脂付着強化繊維束と第3のプロピレン系樹脂(D)の境界は接着され、境界付近で部分的に第3のプロピレン系樹脂(D)が該樹脂付着強化繊維束の一部に入り込み、樹脂付着強化繊維束中の第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)と相溶しているような状態、あるいは強化繊維に含浸しているような状態になっていてもよい。
 本発明の成形材料は、例えば射出成形やプレス成形などの手法により強化繊維束(A)、第1のプロピレン系樹脂(B)、第2のプロピレン系樹脂(C)および第3のプロピレン系樹脂(D)が混練されて、最終的な成形品が作製される。成形材料の取扱性の点から、前記樹脂付着強化繊維束と第3のプロピレン系樹脂(D)は、成形が行われるまでは分離せず、前述したような形状を保っていることが重要である。樹脂付着強化繊維束と第3のプロピレン系樹脂(D)は、形状(サイズ、アスペクト比)、比重、重量が全く異なるため、両者が分離した場合、成形までの材料の運搬、取り扱い時、成形工程での材料移送時に分級し、結果として、成形品の力学特性にバラツキを生じたり、流動性が低下して金型詰まりを起こしたり、成形工程でブロッキングする場合がある。
 樹脂付着強化繊維束と第3のプロピレン系樹脂(D)の分離を防ぐために、図3、5、7に例示されるように、樹脂付着強化繊維束に対して、第3のプロピレン系樹脂(D)が該樹脂付着強化繊維束の周囲を被覆するように配置されていること、すなわち、強化繊維である強化繊維束(A)と第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)からなる樹脂付着強化繊維束が芯であり、第3のプロピレン系樹脂(D)が該樹脂付着強化繊維束の周囲を被覆した芯鞘構造とすることが好ましい。このような配置であれば、樹脂付着強化繊維束と第3のプロピレン系樹脂(D)が、より強固に複合化できる。
 前述したように、強化繊維束(A)は、第1のプロピレン系樹脂(B)、第2のプロピレン系樹脂(C)および一部の第3のプロピレン系樹脂(D)によって完全に含浸されていることが望ましいが、現実的にそれは困難であり、樹脂付着強化繊維束には、ある程度の空隙が存在する。特に強化繊維の含有率が大きい場合には空隙が多くなるが、ある程度の空隙が存在する場合でも本発明の含浸・繊維分散促進の効果は示される。ただし、樹脂付着強化繊維束の空隙率が20%を超えると含浸・繊維分散促進の効果が小さくなるので、空隙率は0~20%の範囲が好ましい。より好ましい空隙率の範囲は15%以下である。空隙率は、複合体の部分をASTM D2734(1997)試験法により測定するか、または成形材料の断面において、樹脂付着強化繊維束部分に存在する空隙を観察し、樹脂付着強化繊維束部分の全面積と空隙部の全面積とから次式を用いて算出することができる。
空隙率(%)=空隙部の全面積/(複合体部分の全面積+空隙部の全面積)×100。
 本発明の成形材料は、好ましくは1~50mmの範囲の長さに切断して用いられる。前記の長さとすることにより、成形時の流動性および取扱性を十分に高めることができる。このような長さに切断された成形材料としてとりわけ好ましい態様は、射出成形用の長繊維ペレットが例示できる。
 また、本発明の成形材料は、成形法によっては、連続かつ長尺のままでも使用可能である。例えば、熱可塑性ヤーンプリプレグとして、加熱しながらマンドレルに巻き付け、ロール状成形品を得たりすることができる。このようにして得られる成形品の例としては、液化天然ガスタンクなどが挙げられる。また本発明の成形材料を、複数本一方向に引き揃えて加熱・融着させることにより、一方向熱可塑性プリプレグを作製することも可能である。このようなプリプレグは、軽量性、高強度、弾性率および耐衝撃性が要求されるような分野、例えば自動車部材などに適用が可能である。
 本発明の成形材料は、公知の成形法により最終的な形状の成形品に加工できる。成形方法としてはプレス成形、トランスファー成形、射出成形や、これらの組合せ等が挙げられる。
 射出成形においては、成形材料を可塑化する際、温度、圧力、混練が加えられるから、その際に第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)が分散・含浸助剤として大きな効果を発揮する。この場合、通常のインラインスクリュー型射出成形機を用いることができる。たとえ圧縮比の低いような形状のスクリューを用いたり、材料可塑化の際の背圧を低く設定するなどしたりして、スクリューによる混練効果が弱い場合であっても、強化繊維がマトリックス樹脂中に良分散し、繊維への樹脂の含浸が良好な成形品を得ることができる。また、本発明の成形材料において強化繊維の分散性が良好であることによって、混練時の強化繊維の破断を抑え、成形品の機械強度を向上させることができる。すなわち、混練時の強化繊維の分散に必要な圧力を低くでき、かつ、混練時間も短いために、成形品中に含まれる強化繊維の破断が抑えられて繊維長が長くなり、その結果、成形品の曲げ強度や耐衝撃性が向上するのである。
 成形品としては、インストルメントパネル、ドアビーム、アンダーカバー、ランプハウジング、ペダルハウジング、ラジエータサポート、スペアタイヤカバー、フロントエンドなどの各種モジュール等の自動車部品に好適である。さらに電話、ファクシミリ、VTR、コピー機、テレビ、電子レンジ、音響機器、トイレタリー用品、レーザーディスク、冷蔵庫、エアコンなどの家庭・事務電気製品部品も挙げられる。また、本発明の成形材料は、成形性に優れるため、成形品の厚みが0.5~2mmといった薄肉の成形品を比較的容易に得ることができる。このような薄肉成形が要求されるものとしては、例えばノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラ、PDA、プラズマディスプレーなどに使用されるような筐体や、パーソナルコンピューターの内部でキーボードを支持する部材であるキーボード支持体に代表されるような電気・電子機器用部材が挙げられる。このような電気・電子機器用部材では、強化繊維に導電性を有する炭素繊維を使用した場合に、電磁波シールド性が付与されるためにより好ましい。
 本発明の樹脂付着強化繊維束は、強化繊維束(A)に第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)を含む混合物が付着したものである。
 ここで、第1のプロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量が第2のプロピレン系樹脂(C)の重量平均分子量よりも大きいことが重要である。第2のプロピレン系樹脂(C)の重量平均分子量を第1のプロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量よりも小さくすることで、成形時に、カルボン酸塩基を有する第2のプロピレン系樹脂(C)が強化繊維近傍に移動し、強化繊維と相互作用を形成しやすくなり、強化繊維と樹脂の接着性が向上するためである。
 本発明の樹脂付着強化繊維束には、プロピレン系樹脂の他に、本発明の効果を損なわない範囲で他の成分が付着していても構わない。例えば、プロピレン系樹脂をエマルジョン形態として強化繊維束に付与する場合は、エマルジョンを安定化させる界面活性剤などを別途加えていても構わない。
 上記した第1および第2のプロピレン系樹脂の混合物の強化繊維束への付着量は、強化繊維束100重量部に対して0.1~30重量部の範囲であることが重要である。付着量が0.1重量部未満の場合は、強化繊維束を被覆できない部分が存在し、良好な接着性を安定して発現できない場合がある。さらには樹脂付着強化繊維束の取り扱い性が不十分となる場合がある。ここでいう取り扱い性とは、例えば、樹脂付着繊維束をボビンに巻き取る際の樹脂付着繊維束の硬さや、さばけ易さであったり、樹脂付着繊維束をカットしてチョップド繊維束として使用する場合には、チョップド繊維束の集束性のことをいう。一方、付着量が30重量部よりも多くなると、成形品の力学特性が極端に低下する場合や、樹脂付着繊維束が端に硬くなり、ボビンに巻けなくなるなどの不具合を生じる場合がある。付着量は、接着性と樹脂付着強化繊維束の取り扱い性とのバランスから、好ましくは1~20重量部であり、さらに好ましくは3~10重量部である。
 第1および第2のプロピレン系樹脂の混合物を強化繊維束に付着させる方法については、特に制限はないが、強化繊維束を構成する単繊維間に均一に付着させやすいという観点から、プロピレン系樹脂の混合物のエマルジョンを強化繊維束に付与した後に乾燥させる方法が好ましい。強化繊維束にエマルジョンを付与する方法としては、ローラー浸漬法、ローラー転写法、スプレー法などの既存の手法を用いることができる。
 本発明の樹脂付着強化繊維束を用いて成形品を成形する際のマトリックス樹脂については、特に制限されるものではないが、例えば、ポリカーボネート樹脂、スチレン系樹脂、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(PPS樹脂)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(変性PPE樹脂)、ポリアセタール樹脂(POM樹脂)、液晶ポリエステル、ポリアリーレートおよびポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)などのアクリル樹脂、塩化ビニル、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、ポリエーテルスルホン、ポリケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィン、変性ポリオレフィン、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。さらには、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1-ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/ジエン共重合体、エチレン/一酸化炭素/ジエン共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸エチル共重合体、エチレン/(メタ)アクリル酸グリシジル、エチレン/酢酸ビニル/(メタ)アクリル酸グリシジル共重合体、ポリエーテルエステルエラストマー、ポリエーテルエーテルエラストマー、ポリエーテルエステルアミドエラストマー、ポリエステルアミドエラストマー、ポリエステルエステルエラストマーなどの各種エラストマー類なども使用できる。これらの1種を用いてもまたは2種以上を併用しても良い。これらの中でも特に極性の低いポリオレフィン系の樹脂が好ましい。コストおよび成形品の軽量性の観点からは、ポリプロピレンあるいは変性ポリプロピレン樹脂、特に酸変性ポリプロピレン樹脂が好ましい。
 第1のプロピレン系樹脂(B)と第2のプロピレン系樹脂(C)の混合物の配合量は、第1のプロピレン系樹脂(B)100重量部に対して、第2のプロピレン系樹脂(C)0.3~45重量部であることが重要である。上記配合とすることで、混合物自体の強度を確保し、また強化繊維との親和性も確保が可能となるためである。好ましくは、第1のプロピレン系樹脂(B)100重量部に対して第2のプロピレン系樹脂1~35重量部、より好ましくは第1のプロピレン系樹脂(B)100重量部に対して第2のプロピレン系樹脂5~25重量部、さらに好ましくは第1のプロピレン系樹脂(B)100重量部に対して第2のプロピレン系樹脂7~20重量部である。第2のプロピレン系樹脂(C)が0.3重量部より少なくなると、強化繊維との親和性が確保できなくなり、接着特性に劣る可能性がある。また第2のプロピレン系樹脂(C)が45重量部よりも多くなると、混合物自体の強度が低下する場合があり、強固な接着特性を維持できない可能性がある。
 強化繊維束を構成する単繊維は、より強い接着性を発揮するために、単繊維表面の60%以上が第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)を含む混合物で被覆されていることが好ましい。被覆されていない部分は接着性を発揮することができず、剥離の起点となり、結果として全体の接着性を下げてしまうことがある。より好ましくは単繊維表面の70%以上が被覆された状態であり、さらに好ましくは80%以上が被覆された状態である。被覆状態は、樹脂付着強化繊維束の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察するする手法、または表面の元素分析でカルボン酸塩基の金属元素をトレースする手法などを用いることができる。
 また、本発明の樹脂付着強化繊維束は、取り扱い性および品位を良好とするために、後述の擦過毛羽評価方法で測定される擦過毛羽数が1m当たり10個以下であることが好ましい。より好ましくは8個以下、さらに好ましくは5個以下である。擦過毛羽数が小さい場合は、樹脂付着強化繊維束の毛羽立ちが少ないことを意味し、樹脂付着強化繊維束の品位としては良好となる傾向にある。
 さらに樹脂付着強化繊維束の取り扱い性の指標となるフックドロップ値が1~80cmの範囲内であることが好ましい。フックドロップ値は繊維束の集束性および繊維束の硬さに関するパラメータであり、フックドロップ値が大きいほど、繊維束の集束性は低く、繊維束は軟らかくなる傾向を示す。逆にフックドロップ値が小さいほど、繊維束がばらけにくくなるが、繊維束が硬くなる傾向にある。ここで、フックドロップ値の測定は後述の通りである。より好ましくはフックドロップ値が2~60cm、さらに好ましくは3~40cmである。
 本発明の樹脂付着強化繊維束の好ましい形状としては、連続繊維であるロービングを所定の長さにカットしたチョップド糸、あるいは、粉砕したミルド糸が挙げられ、取扱い性の観点から、チョップド糸が好ましく用いられる。このチョップド糸における繊維長さは特に限定されるものでは無いが、集束性を十分に発揮し、カットされた後の形状を十分に維持し、取扱いやすいという観点から、1~30mmの範囲が好ましく、2~15mmの範囲がより好ましい。チョップド糸の集束性が不足すると、搬送する際などの擦過で毛羽立ちが発生し、ファイバーボールとなって取扱い性が悪くなる場合がある。特にコンパウンド用途への使用時には、ファイバーボール発生により押出機へのチョップド糸の供給性が悪くなり、生産性を低下させる可能性がある。集束性の指標としては、チョップド糸の嵩密度が挙げられる。嵩密度は一定重量のチョップド糸を容器に充填させてその占有体積を求め、重量を体積で除することで求められる。
 本発明の樹脂付着強化繊維束を用いた成形方法については、特に制限はなく、本発明の樹脂付着強化繊維束とマトリックス樹脂を一度溶融混練して成形材料としたコンパウンドペレットを用いた成形方法(1)、樹脂付着強化繊維束とマトリックス樹脂ペレットとの混合物を直接成形機に供給し、または樹脂付着強化繊維束とマトリックス樹脂ペレットとを個別に直接成形機に供給し、成形品型に注入、冷却固化させる直接成形法(2)、樹脂付着強化繊維束をマトリックス樹脂で被覆した長繊維ペレットを用いた成形方法(3)などがある。
 本発明の樹脂付着強化繊維束は、種々の用途に展開できる。特にインストルメントパネル、ドアビーム、アンダーカバー、ランプハウジング、ペダルハウジング、ラジエータサポート、スペアタイヤカバー、フロントエンドなどの各種モジュール等の自動車部品;ノートパソコン、携帯電話、デジタルスチルカメラ、PDA、プラズマディスプレーなどの電気・電子部品;電話、ファクシミリ、VTR、コピー機、テレビ、電子レンジ、音響機器、トイレタリー用品、レーザーディスク、冷蔵庫、エアコンなどの家庭・事務電気製品部品に好適である。
 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
(1)プロピレン系樹脂の重量平均分子量測定
 第1のプロピレン系樹脂(B)、第2のプロピレン系樹脂(C)および第3のプロピレン系樹脂(D)の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)にて測定した。GPCカラムにはポリスチレン架橋ゲルを充填したものを用いた。溶媒に1,2,4-トリクロロベンゼンを用い、150℃にて測定した。分子量は標準ポリスチレン換算にて算出した。
 (2)プロピレン系樹脂の構造解析
 第1、第2および第3の各プロピレン系樹脂について、有機化合物元素分析、誘導結合プラズマ(ICP)発光分析、IR(赤外吸収)スペクトル分析、H-NMR測定および13C-NMR測定を実施し、プロピレン系樹脂の含有元素量、官能基構造の同定、H-NMRおよび13C-NMRの各帰属ピークの強度より、単量体構造の含有割合について評価を実施した。
 有機化合物元素分析は、有機元素分析装置2400II(PerkinElmer社製)を用いて実施した。ICP発光分析はICPS-7510(島津製作所社製)を用いて実施した。IRスペクトル分析はIR-Prestige-21(島津製作所製)を用いて実施した。H-NMR測定および13C-NMR測定はJEOL JNM-GX400スペクトロメーター(日本電子製)を用いて実施した。
 (3)樹脂付着強化繊維束の空隙率
 ASTM D2734(1997)試験法に準拠して、樹脂付着強化繊維束の空隙率(%)を算出した。
 空隙率の評価は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:0~5%未満
B:5%以上20%未満
C:20%以上40%未満
D:40%以上。
 (4)得られた成形品における繊維分散性
 成形材料を用いて100mm×100mm×2mmの成形品を成形し、表裏それぞれの面に存在する未分散CF束の個数を目視でカウントした。評価は50枚の成形品について行い、その合計個数について繊維分散性の判定を以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:未分散CF束が1個以下
B:未分散CF束が1個以上5個未満
C:未分散CF束が5個以上10個未満
D:未分散CF束が10個以上。
 (5)得られた成形品の曲げ試験
 成形材料を用いてASTM D790(1997)に規定された試験片を成形し、ASTM D790(1997)に準拠し、3点曲げ試験冶具(圧子10mm、支点10mm)を用いて支持スパンを100mmに設定し、クロスヘッド速度5.3mm/分の試験条件にて曲げ強度および曲げ弾性率を測定した。試験機として、"インストロン"(登録商標)万能試験機4201型(インストロン社製)を用いた。
 曲げ強度の評価は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:150MPa以上
B:130MPa以上150MPa未満
C:100MPa以上130MPa未満
D:100MPa未満。
 (6)得られた成形品のアイゾット衝撃試験
 成形材料を用いてASTM D256(1993)に規定された試験片を成形し、ASTM D256(1993)に準拠し、モールドノッチ付きアイゾット衝撃試験を行った。用いた試験片の厚みは3.2mm、試験片の水分率0.1重量%以下において、アイゾット衝撃強度(J/m)を測定した。
 アイゾット衝撃試験の評価は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:250J/m以上
B:200J/m以上250J/m未満
C:150J/m以上200J/m未満
D:150J/m未満。
 (7)プロピレン系樹脂の強化繊維束への付着量測定
 プロピレン系樹脂の付着した樹脂付着強化繊維束を約5g取り、120℃で3時間乾燥し、その重量W(g)を測定した。次いで、該樹脂付着強化繊維束を窒素雰囲気中で、450℃で15分間加熱してプロピレン系樹脂を除去した後、室温まで冷却し、残存した強化繊維束の重量W(g)を測定した。強化繊維束100重量部に対するプロピレン系樹脂の付着量は、次式にて算出した。
付着量=[(W-W)/W]×100(重量部)。
 (8)プロピレン系樹脂のカルボン酸塩基含有量の測定
 プロピレン系樹脂に対して、以下の操作をおこなうことでカルボン酸塩基含有量および中和されていないカルボン酸基含有量を測定した。
 プロピレン系樹脂0.5gをトルエン200ml中で加熱還流し、溶解させた。この溶液を0.1規定の水酸化カリウム-エタノール標準溶液で滴定し、下式より酸価を算出した。指示薬にはフェノールフタレインを用いた。
酸価=(5.611×A×F)/B (mgKOH/g)
 A:0.1規定水酸化カリウム-エタノール標準液使用量(ml)
 F:0.1規定水酸化カリウム-エタノール標準液のファクター(1.02)
 B:試料採取量(0.50g)。
 上記で算出した酸価を下式を用いて中和されていないカルボン酸基のモル数に換算した。
中和されていないカルボン酸基のモル数=酸価×1000/56(モル/g)
 カルボン酸基の中和塩への転化率を、別途IR、NMRおよび元素分析等を用いてカルボニル炭素の定量をおこなって算出したカルボン酸基およびカルボン酸塩基の総モル数(モル/g)を用いて下式にて算出した。
転化率%=(1-r)×100(%)
r:中和されていないカルボン酸基のモル数/カルボン酸基およびカルボン酸塩基の総モル数。
 (9)プロピレン系樹脂の繊維表面被覆率
 プロピレン系樹脂が付着した樹脂付着強化繊維束を走査型電子顕微鏡で観察し、樹脂被覆部分と強化繊維表面露出部分の面積比より繊維表面被覆率を算出した。観察範囲は、強化繊維束の繊維軸方向に単繊維径の10倍の長さ分について任意の5ヶ所で観察した。単繊維を任意で5本選択し、それぞれ任意の5ヶ所で観察し、合計25ヶ所の平均をもって繊維表面被覆率とした。
繊維表面被覆率=樹脂被覆部分/(樹脂被覆部分+強化繊維表面露出部分)。
 (10)擦過毛羽数測定
 評価サンプルである樹脂付着強化繊維束のボビンを、温度23±5℃、相対湿度60±20%に管理された温調室に30分以上放置した。次に、同じ温度と湿度条件が設定されている温調室内にある擦過毛羽装置を用いて、樹脂付着強化繊維束の擦過毛羽数を測定した。まず、図12に示した糸道図に従い、樹脂付着強化繊維を、パウダークラッチを内蔵したクリール5に仕掛けて、糸道を作製した。擦過毛羽を発生させるために、樹脂付着強化繊維を直径10mmの固定した表面が鏡面加工された擦過ピン6の4個にかけた後、毛羽カウンター7を通過させた。走行時のスリップが発生しないように、駆動ローラー8に樹脂付着強化繊維を5回以上巻いた後、ワインダー9に巻き付けた。糸速を3m/分に設定して、図12に示したように、各所にてローラー10を介した糸道で、樹脂付着強化繊維の走行を開始した。糸道が安定したことを確認し、毛羽カウント機器7から駆動ローラー8の間で測定した走行時の樹脂付着強化繊維の張力が6gf/texになるように、パウダークラッチで初期張力を調整した。その後、毛羽カウンターを作動させて、走行状態での毛羽数を測定した。サンプル毎に1分間の測定を3回行い、それぞれ1分間でカウントされた毛羽数をX1、X2、X3として、下式から擦過毛羽数X[個/m]を算出した。
X=(X1+X2+X3)/9
 擦過毛羽数の評価は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:0~2個/m
B:3~5個/m
C:6~10個/m
D:11個/m以上。
 (11)樹脂付着強化繊維束のプロセス性評価(フックドロップ値測定)
 温度23±2℃、湿度50±5%の雰囲気中で樹脂付着強化繊維束を2時間放置した。樹脂付着強化繊維束を1.5m長に切り、下部に100gの荷重をつけて垂直に吊り下げた。1mmφ、長さ100mm程度のステンレスワイヤーの上部および下部をそれぞれ20~30mm曲げた。ステンレスワイヤーの下部に全重量が12gとなるように荷重を掛け、上部のUの字に曲げた部分を繊維束幅方向の中央に引っ掛けた。30分経過後の前記荷重付ステンレスワイヤーの落下距離(単位、cm)を測定した。少なくとも5回の測定を行い、平均値をもってフックドロップ値とした。プロセス性の評価は以下の基準で行い、A~Bを合格とした。
A:フックドロップ値が3cm以上40cm未満の範囲
B:フックドロップ値が1cm以上3cm未満および40cm以上80cm以下の範囲
C:フックドロップ値が1cm未満または80cmを超える場合。
 (12)チョップド樹脂付着強化繊維束の嵩密度評価
 チョップド樹脂付着強化繊維束30gを500mlメスシリンダーに投入し、メスシリンダーを2cmの高さよりゴムシート上に落下させながら50回タッピングしてチョップド樹脂付着強化繊維束を十分に充填させた。充填後の容積を読み取り、以下の式よりチョップド樹脂付着強化繊維束の嵩密度を算出した。
チョップド樹脂付着強化繊維束の嵩密度=30(g)/充填後の容積(ml)
 嵩密度の評価は以下の基準で行い、A~Cを合格とした。
A:0.4g/ml以上
B:0.3g/ml以上0.4g/ml未満
C:0.2g/ml以上0.3g/ml未満
D:0.2g/ml未満。
 (13)界面剪断強度の評価
 評価詳細についてはDrzal, L.T., Mater. Sci. Eng. A126, 289(1990)を参考にした。プロピレン系樹脂が付着した強化繊維束より長さ20cmの単繊維1本を取り出した。続いて未変性ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製“プライムポリプロ(登録商標)”J105G)50重量%と、酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製“アドマー(登録商標)”QB510)50重量%とからなる厚み150μmの樹脂フィルムを20×20cm角の大きさで2枚作製し、前記取り出した単繊維を1枚目の樹脂フィルム上に直線状に配置した。もう1枚の樹脂フィルムを単繊維を挟むように重ねて配置し、200℃で3分間、0.5MPaの圧力で加圧プレスし、単繊維が樹脂に埋め込まれたサンプルを作製した。得られたサンプルを切り出し、単繊維が中央に埋没した厚さ0.2mm,幅10mm,長さ70mmの試験片を得た。上記と同様にして試験片を10ピース作製した。
 該試験片を通常の引張試験治具を用いて、試験長25mmに設定し、歪速度0.5mm/minで測定した。強化繊維破断がもはや起こらなくなった時の、平均破断繊維長(l)を透過型顕微鏡で測定した。
 界面剪断強度(τ)を下式より求めた。
τ=(σf・d)/(2・lc)
lc=(4/3)・l
 ここで、l(μm)は最終的な繊維の破断長さの平均値、σf(MPa)は繊維の引張強さ、d(μm)は繊維の直径である。σfは、強化繊維の引張強度分布がワイブル分布に従うとして次の方法により求めた。即ち、プロピレン系樹脂を付着させる前の単繊維を用い、試料長がそれぞれ5,25,50mmにおける単繊維の引張り強度をJIS R7606に基づいて求めた。具体的には、炭素繊維束をほぼ4等分し、4つの束から順番に単繊維を100本サンプリングする。このとき、束全体からできるだけまんべんなくサンプリングする。サンプリングした単繊維は、穴あき台紙に接着剤を用いて固定する。単繊維を固定した台紙を引張り試験機に取り付け、歪速度1mm/分、単繊維試料数100で引張試験を行った。得られた平均引張強度から最小2乗法により、試料長と平均引張強度との関係式を求め、試料長lcの時の平均引張強度を算出した。

 界面剪断強度の評価は以下の基準で行い、A~Dを合格とした。
A:16MPa以上
B:14MPa以上16MPa未満
C:12MPa以上14MPa未満
D:10MPa以上12MPa未満
E:10MPa未満。
 以下、実施例にて使用した材料について参考例として示す。
 参考例1.炭素繊維1
 ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を紡糸した後、焼成処理および表面酸化処理を行い、総単糸数24,000本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径:7μm
単位長さ当たりの質量:1.6g/m
比重:1.8
表面酸素濃度比 [O/C]:0.06
引張強度:4600MPa
引張弾性率:220GPa
 ここで表面酸素濃度比は、表面酸化処理を行った後の炭素繊維を用いて、X線光電子分光法により、次の手順にしたがって求めた。まず、炭素繊維束を20mmにカットして、銅製の試料支持台に拡げて並べた後、X線源としてA1Kα1、2を用い、試料チャンバー中を1×10Torrに保った。測定時の帯電に伴うピークの補正値としてC1sの主ピークの運動エネルギー値(K.E.)を1202eVに合わせた。K.E.が1191~1205eVの範囲で直線のベースラインを引くことによりC1sピーク面積を求めた。また、K.E.として947~959eVの範囲で直線のベースラインを引くことによりO1sピーク面積を求めた。表面酸素濃度比[O/C]は、このようにして求めたO1sピーク面積とC1sピーク面積の比から装置固有の感度補正値を用いて原子数比として算出した。X線光電子分光法装置として、国際電気社製モデルES-200を用い、感度補正値を1.74とした。
 参考例2.炭素繊維2
 ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体を紡糸した後、焼成処理および表面酸化処理を行い、総単糸数24,000本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
単繊維径:7μm
単位長さ当たりの質量:1.6g/m
比重:1.8
表面酸素濃度比 [O/C]:0.12
引張強度:4600MPa
引張弾性率:220GPa。
 参考例3.プロピレン系樹脂の混合物PP(1)の調製
 第1のプロピレン系樹脂(B)として、プロピレン・ブテン・エチレン共重合体(b-1)(プロピレンから導かれる構成単位(以下「C3」とも記載する)=66モル%、Mw=90,000)91重量部、第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体として、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン共重合体(C3=98モル%、Mw=25,000、酸含有量=0.81ミリモル当量)9重量部、および、界面活性剤として、オレイン酸カリウム3重量部を混合した。この混合物を2軸スクリュー押出機(池貝鉄工株式会社製、PCM-30、L/D=40)のホッパーより3000g/時間の速度で供給し、同押出機のベント部に設けた供給口より、20%の水酸化カリウム水溶液を90g/時間の割合で連続的に供給し、加熱温度210℃で連続的に押出した。押出した樹脂混合物を、同押出機口に設置したジャケット付きスタティックミキサーで110℃まで冷却し、さらに80℃の温水中に投入してエマルジョンを得た。第2のプロピレン樹脂(C)のカルボン酸はカリウム塩となり、官能基転化率は、100%であった(c-1)。得られたエマルジョンは固形分濃度:45%であった。
 なお、上記の無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン共重合体は、プロピレン・エチレン共重合体96重量部、無水マレイン酸4重量部、および重合開始剤としてパーヘキシ25B(日本油脂(株)製)0.4重量部を混合し、加熱温度160℃、2時間で変性を行って得られた。
 参考例4.プロピレン系樹脂の混合物PP(2)の調製
 第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体として、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン重合体(C3=98モル%、Mw=5,000、酸含有量=0.81ミリモル当量)を用いた以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。第2のプロピレン樹脂(C)のカルボン酸はカリウム塩となり、官能基転化率は、100%であった(c-2)。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例5.プロピレン系樹脂の混合物PP(3)の調製
 第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体として、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン重合体(C3=95モル%、Mw=25,000、酸含有量=0.1ミリモル当量)を用いた以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。第2のプロピレン樹脂(C)のカルボン酸はカリウム塩となり、官能基転化率は、100%であった(c-3)。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例6.プロピレン系樹脂の混合物PP(4)の調製
 20%水酸化カリウム水溶液の供給量を90g/時間から43g/時間に変更した以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。第2のプロピレン樹脂(C)の官能基転化率は、70%になった(c-4)。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例7.プロピレン系樹脂の混合物PP(5)の調製
 20%水酸化カリウム水溶液を20%アンモニア水に変更し、供給量を90g/時間から150g/時間に変更した以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。第2のプロピレン樹脂(C)のカルボン酸はアンモニウム塩となり、官能基転化率は、100%であった(c-5)。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例8.プロピレン系樹脂の混合物PP(6)の調製
 第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体として、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン重合体(C3=95モル%、Mw=40,000、酸含有量=0.81ミリモル当量)を用いた以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。第2のプロピレン樹脂(C)のカルボン酸はカリウム塩となり、官能基転化率は、100%であった(c-6)。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例9.プロピレン系樹脂の混合物PP(7)の調製
 第1のプロピレン系樹脂(B)として、プロピレン・ブテン・エチレン共重合体(b-1)(C3=66モル%、Mw=90,000)45.5重量部と、プロピレン・ブテン共重合体(b-2)(C3=81モル%、Mw=300,000)45.5重量部との混合樹脂を用いた以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例10.プロピレン系樹脂の混合物PP(8)の調製
 第1のプロピレン系樹脂(B)として、無水マレイン酸変性プロピレン・ブテン・エチレン共重合体(b-3)(C3=66モル%、Mw=70,000、酸含有量:0.81ミリモル当量)を用いた以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例11.プロピレン系樹脂の混合物PP(9)の調製
 無変性のポリプロピレン樹脂(重量平均分子量100,000)を粉砕し、平均粒径10μmのポリプロピレン樹脂パウダーを得た。該パウダーをn-ヘキサン中に投入し、撹拌することで無変性ポリプロピレン樹脂の懸濁液を調製した。固形分濃度は45%であった。
 参考例12.プロピレン系樹脂の混合物PP(10)の調製
 第1のプロピレン系樹脂(B)として、第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体に用いた無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン共重合体(b-4)(C3=98モル%、Mw=25,000、酸含有量=0.81ミリモル当量)を用いた以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例13.プロピレン系樹脂の混合物PP(11)の調製
 第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体として、無水マレイン酸変性プロピレン・エチレン重合体(C3=95モル%、Mw=200,000、酸含有量=0.81ミリモル当量)を用いた以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。第2のプロピレン樹脂(C)のカルボン酸はカリウム塩となり、官能基転化率は、100%であった(c-7)。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例14.プロピレン系樹脂の混合物PP(12)の調製
 第1のプロピレン系樹脂(B)を50重量部、第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体を50重量部とした以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 参考例15.第3のプロピレン系樹脂(D)に用いる酸変性プロピレン樹脂の合成
 プロピレン重合体99.6重量部、無水マレイン酸0.4重量部、および重合開始剤としてパーヘキシ25B(日本油脂(株)製)0.4重量部を混合し、加熱温度160℃、2時間で変性を行って、酸変性ポリプロピレン樹脂(d-2)(Mw=400,000、酸含有量=0.08ミリモル当量)を得た。
参考例16.プロピレン系樹脂の混合物PP(13)の調製
 20%水酸化カリウム水溶液を20%水酸化亜鉛水溶液に変更し、供給量を90g/時間から160g/時間に変更した以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作製した。第2のプロピレン樹脂(C)のカルボン酸は亜鉛塩となり、官能基転化率は、100%であった(c-8)。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
参考例17.プロピレン系樹脂の混合物PP(14)の調製
 第1のプロピレン系樹脂(B)を40重量部、第2のプロピレン系樹脂(C)の前駆体を60重量部とした以外は、参考例3と同様にしてエマルジョンを作成した。該エマルジョンは固形分濃度45重量%であった。
 実施例1
 参考例1で得られた連続炭素繊維束に、参考例3で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンを固形分濃度27重量%に調整したものをローラー含浸法にて付着させた後、オンラインで210℃で2分間乾燥し、水分を除去して、炭素繊維束(A)、第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)の複合体を得た。得られた複合体の特性を表1に記載した。炭素繊維束100重量部に対するプロピレン系樹脂の混合物PP(1)の付着量は、20重量部であった。
 次いで第3のポリプロピレン樹脂(D)として、プライムポリマー(株)製プライムポリプロJ105G樹脂(d-1)を200℃で単軸押出機にて溶融させ、押出機の先端に取り付けたクロスヘッドダイ中に供給すると同時に、上記で得られた成分(A)、成分(B)および成分(C)の複合体からなるストランド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、溶融した成分(D)を成分(A)、成分(B)および成分(C)の複合体に被覆した。このとき、強化繊維の含有率を20重量%とするように成分(D)の量を調整した。
 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柱状ペレット(長繊維ペレット)を得た。当該ペレットの断面を顕微鏡観察し、図5に示す芯鞘構造であることを確認した。
 得られた長繊維ペレットは、運搬による毛羽立ちもなく、良好な取扱性を示した。長繊維ペレットを80℃、5時間以上真空下で乾燥させた後、日本製鋼所(株)製J150EII-P型射出成形機を用いて、各試験片用の金型を用いて成形を行った。条件はいずれもシリンダー温度:210℃、金型温度:60℃、冷却時間30秒とした。成形後、真空下で80℃、12時間の乾燥を行い、かつ、デシケーター中で室温、3時間保管した乾燥状態の試験片について評価を行った。得られた試験片中の炭素繊維の平均繊維長は、0.8mmであった。特性評価結果は表1に記載した。
 なお、試験片中の炭素繊維の平均繊維長は、以下のように求めた。すなわち、成形品小片を電気炉で、500℃、60分間加熱処理して樹脂を分解揮発させた。残った強化繊維100本程度を無作為抽出し、顕微鏡で長さを測定した。測定長さの平均値を平均繊維長とした。
 実施例2
 第3のプロピレン系樹脂(D)として、プライムポリマー(株)製プライムポリプロJ105G樹脂(d-1)50重量%と、参考例15で作製した酸変性プロピレン系樹脂(d-2)50重量%とからなる混合物を用いた以外は実施例1と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表1に記載した。
 実施例3
 プロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンの固形分濃度を10重量%に調製して用いた以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表1に記載した。
 実施例4
 プロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンの固形分濃度を45重量%に調製して用いた以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表1に記載した。
 実施例5
 参考例14で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(12)のエマルジョンの固形分濃度を35%に調製して用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表1に記載した。
 実施例6
 参考例4で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(2)のエマルジョンの固形分濃度を27重量%に調製して用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表2に記載した。
 実施例7
 押出機を用いて炭素繊維束にポリプロピレン樹脂を被覆する前に、該炭素繊維束にヤスハラケミカル社製“クリアロン”K110(テルペン系水素添加樹脂)を15重量%となるように含浸させてから、ポリプロピレン樹脂を被覆したこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表2に記載した。
 実施例8
 参考例5で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(3)のエマルジョンを用いた以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表2に記載した。
 実施例9
 参考例6で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(4)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表2に記載した。
 実施例10
 参考例7で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(5)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表2に記載した。
 実施例11
 参考例8で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(6)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表3に記載した。
 実施例12
 参考例9で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(7)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表3に記載した。
 実施例13
 参考例10で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(8)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表3に記載した。
 実施例14
 参考例2で得られた連続炭素繊維を用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表3に記載した。
 実施例15
 プロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンをローラー含浸法にて付着させる前に、炭素繊維束に10cmあたり5回の撚りを加えて、その後エマルジョンを含浸させたこと以外は実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表3に記載した。
 比較例1
 参考例1で得られた連続炭素繊維束にプロピレン系樹脂の混合物を付着させずにそのまま実施例2と同様の評価に供した。長繊維ペレット作製時に炭素繊維が毛羽立ち、これ以上プロセスを進めることができなくなった。
 比較例2
 プロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンをローラー含浸法にて付着させた後に、再度炭素繊維束に同じ濃度のエマルジョンをローラー含浸法にて付着させたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表4に記載した。
 比較例3
 参考例11で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(9)の懸濁液を用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表4に記載した。
 比較例4
 参考例12で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(10)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表4に記載した。
 比較例5
 参考例13で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(11)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例2と同様にして長繊維ペレットを得、成形および評価をおこなった。特性評価結果は表4に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 以上のように、実施例1~15においては、成形材料(長繊維ペレット)は、取扱い性に優れ、また該成形材料を用いることで力学特性に優れた成形品を得ることができた。
 一方、比較例1においては、炭素繊維束に何も付着させておらず、成形材料(長繊維ペレット)作製が不可能であった。また、比較例2~5では繊維分散性および力学特性を両立できる成形材料は得られなかった。
 実施例16
 参考例1で得られた連続炭素繊維束に、参考例3で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンを固形分濃度6重量%に調整したものをローラー含浸法にて付着させた後、オンラインで210℃で2分間乾燥し、水分を除去した。得られた炭素繊維束の特性を表3に記載した。プロピレン系樹脂の混合物PP(1)の付着量は3重量%であった。得られた炭素繊維束は繊維表面被覆率測定、擦過毛羽数測定、プロセス性評価および界面剪断強度の評価に用いた。
 得られた炭素繊維束をカートリッジカッターを用いて6mm長にカットし、チョップド炭素繊維束を得た。チョップド炭素繊維束は嵩密度評価に用いた。特性評価結果は表5に記載した。
 実施例17
 プロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンの固形分濃度を0.6重量%に調製して用いた以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表5に記載した。
 実施例18
 プロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンの固形分濃度を2重量%に調製して用いた以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表5に記載した。
 実施例19
 参考例4で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(2)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表5に記載した。
 実施例20
 参考例8で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(6)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表5に記載した。
 実施例21
 プロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンの固形分濃度を30重量%に調製して用いた以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表6に記載した。
 実施例22
 参考例5で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(3)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表6に記載した。
 実施例23
 参考例6で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(4)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表6に記載した。
 実施例24
 参考例7で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(5)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表6に記載した。
 実施例25
 参考例16で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(13)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表6に記載した。
 実施例26
 参考例9で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(7)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表7に記載した。
 実施例27
 参考例10で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(8)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表7に記載した。
 実施例28
 参考例2で得られた連続炭素繊維束を用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表7に記載した。
 比較例6
 参考例1で得られた連続炭素繊維束にプロピレン系樹脂の混合物を付着させずに、そのまま実施例16と同様の評価に供した。特性評価結果は表7に記載した。
 比較例7
 参考例1で得られた連続炭素繊維束に、参考例3で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンの固形分濃度を30重量%に調製したものをローラー含浸法にて付着させた後、オンラインで210℃で2分間乾燥し、水分を除去した。得られた炭素繊維束に、再度、プロピレン系樹脂の混合物PP(1)のエマルジョンの固形分濃度を30重量%に調製したものをローラー含浸法にて付着させた後、オンラインで210℃で2分間乾燥し、水分を除去して炭素繊維束を作成し、実施例16と同様に評価した。特性評価結果は表7に記載した。
 比較例8
 参考例11で調製したプロピレン系樹脂の混合物PP(9)のn-ヘキサン懸濁液を用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表8に記載した。
 比較例9
 参考例12で調製したプロピレン系樹脂PP(10)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表8に記載した。
 比較例10
 参考例13で調製したプロピレン系樹脂PP(11)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表8に記載した。
 比較例11
 参考例17で調製したプロピレン系樹脂PP(14)のエマルジョンを用いたこと以外は、実施例16と同様にして炭素繊維束を作成し、評価した。特性評価結果は表8に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 以上のように、実施例16~28においては、強化繊維束は、取扱い性に優れ、また該強化繊維束を用いることで力学特性に優れた成形品を得ることができた。
 一方、比較例6においては、炭素繊維束に何も付着させておらず、接着性も低いものであった。また擦過毛羽数が多く、チョップド炭素繊維束の嵩密度も低く取扱い性が極めて悪い状態であった。また、比較例6~11では強化繊維束の取扱い性は比較的良好であったが、接着性が実施例よりも劣る結果となった。
 本発明の成形材料は、長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料は、射出成形を行う際に強化繊維の成形品中への分散が良好であり、かつ力学特性に優れた成形品を製造できる。また、本発明の樹脂付着強化繊維束は、取り扱い性に優れ、マトリックス樹脂にポリオレフィン系樹脂、特にポリプロピレン樹脂を用いた場合に優れた接着性を発揮し、高い力学特性を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形品を得ることが可能である。得られた成形品は、電気・電子機器のハウジングや部品、パソコン等の筐体、自動車の部材等、様々な用途に利用可能である。
 1 強化繊維束(A)の単繊維
 2 第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)からなる混合物
 3 強化繊維束(A)、第2のプロピレン系樹脂(B)および第3のプロピレン系樹脂(C)からなる複合体
 4 第3のプロピレン系樹脂(D)
 5 パウダークラッチを内蔵したクリール
 6 表面が鏡面加工された擦過ピン
 7 毛羽カウンター
 8 駆動ローラー
 9 ワインダー
 10 ローラー
 A 炭素繊維走行方向

Claims (15)

  1. 下記成分(A)~(D)を下記の割合で含む成形材料であって、該成分(A)~(C)を含む複合体に、該成分(D)が接着されており、かつ、重量平均分子量の序列が成分(D)>成分(B)>成分(C)である成形材料;
    (A)強化繊維束 1~75重量%;
    (B)第1のプロピレン系樹脂 0.01~10重量%;
    (C)重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有する第2のプロピレン系樹脂 0.01~10重量%;
    (D)第3のプロピレン系樹脂 5~98.98重量%。
  2. 前記成分(C)が、カルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を樹脂1グラム当たり、総量0.05~5ミリモル当量の濃度で含む、請求項1に記載の成形材料。
  3. 前記成分(C)の重量平均分子量が1,000~50,000の範囲である、請求項1または2に記載の成形材料。
  4. 前記成分(B)が、重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有し、重量平均分子量が50,000を超えて150,000以下である、請求項1~3のいずれかに記載の成形材料。
  5. 前記成分(D)が、重合体鎖に結合したカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂(D-1)5~50重量%と、カルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を有しないプロピレン系樹脂(D-2)50~95重量%とを含む、請求項1~4のいずれかに記載の成形材料。
  6. カルボン酸基および/またはカルボン酸塩基の、樹脂1グラム当たりのミリモル当量の序列が、成分(C)≧成分(B)≧成分(D)である、請求項5に記載の成形材料。
  7. 前記成分(A)を構成する強化繊維が、炭素繊維である、請求項1~6のいずれかに記載の成形材料。
  8. 前記成分(A)が成形材料の軸心方向にほぼ平行に配列されており、かつ該成分(A)を構成する強化繊維の長さが成形材料の長さと実質的に同じである、請求項1~7のいずれかに記載の成形材料。
  9. 前記成分(D)が、前記成分(A)~(C)を含む複合体の周囲を被覆した芯鞘構造である、請求項1~8のいずれかに記載の成形材料。
  10. 強化繊維束(A)に、第1のプロピレン系樹脂(B)と第2のプロピレン系樹脂(C)とを含む混合物が付着している樹脂付着強化繊維束であって、第1のプロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量が第2のプロピレン系樹脂(C)の重量平均分子量よりも大きく、第2のプロピレン系樹脂(C)は重合体鎖に結合したカルボン酸塩基を有するプロピレン系樹脂であり、前記第1のプロピレン系樹脂(B)および第2のプロピレン系樹脂(C)を含む混合物の付着量が強化繊維束(A)100重量部に対して0.1~30重量部の範囲であり、かつ、第2のプロピレン系樹脂(C)の含有量が第1のプロピレン系樹脂(B)100重量部に対して0.3~45重量部である樹脂付着強化繊維束。
  11. 前記第1のプロピレン系樹脂(B)が実質的に未変性のプロピレン系樹脂である、請求項10に記載の樹脂付着強化繊維束。
  12. 前記第2のプロピレン系樹脂(C)が、樹脂1グラム当たり、総量0.05~5ミリモル当量の濃度でカルボン酸基および/またはカルボン酸塩基を含む、請求項10または11に記載の樹脂付着強化繊維束。
  13. 前記第2のプロピレン系樹脂(C)の重量平均分子量が1,000~50,000の範囲である、請求項10~12のいずれかに記載の樹脂付着強化繊維束。
  14. 前記第1のプロピレン系樹脂(B)の重量平均分子量が50,000を超えて150,000未満である、請求項10~13のいずれかに記載の樹脂付着強化繊維束。
  15. 前記強化繊維束(A)を構成する強化繊維が炭素繊維である、請求項10~14のいずれかに記載の樹脂付着強化繊維束。
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