プレス成形品、並びにその製造方法及び製造装置
【課題】加熱時間を短縮させて、製造効率を高めた、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造方法及び製造装置；物性劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品及びの提供。
【解決手段】炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品であって、ｉ）プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％を有し、ｉｉ）プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍであり、ｉｉｉ）プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍである、プレス成形品により、上記課題を解決する。
【解決手段】炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品であって、ｉ）プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％を有し、ｉｉ）プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍであり、ｉｉｉ）プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍである、プレス成形品により、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品、並びに該プレス成形品の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有する複合材料は、従来技術において公知であり、軽量でありつつも強度を有するため、航空機部品、自動車構造部材などの種々の部品、製品に用いられている。
【０００３】
それらの製品は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート状材料から、熱間プレス成形法を用いて、所望の形状へと成形して得ていた。具体的には、該熱間プレス成形法は、外部加熱法、例えば遠赤外又は赤外ヒーター、もしくはＩＨヒーターなどの外部加熱法により熱可塑性樹脂をその融解温度近辺又はそれ以上に昇温させ、その後、所望の形状へと熱間プレス成形して得ていた（特許文献１を参照のこと）。なお、特許文献１は、熱間プレス成形法の他に通電加熱法についても一行記載しているが、それは、熱硬化性樹脂を用いた場合について言及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０１３５４４号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の熱間プレス成形法では、シート状材料が厚くなると、外部から加熱する時間が長くなり、熱間プレス成形の時間も長くなり、効率が悪くなる、という問題を有していた。また、シート状材料の面積が大きくなると、該シートを均一に加熱できない、という問題があり、その問題を解決するために、加熱時間が長くなる、即ち製造効率が悪くなる、という問題があった。
また、製造効率だけでなく、得られるプレス成形品も、構成される樹脂の酸化劣化により材料固有の性能が低下すると問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決することにある。
具体的には、本発明の目的は、加熱時間を短縮させて、製造効率を高めた、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造方法及び製造装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的と共に、又は上記目的以外に、材料固有の性能、例えば機械的性能の劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、次の発明を見出した。
＜１＞ 炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品であって、
ｉ）プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有し、
ｉｉ）プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであり、
ｉｉｉ）プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍである、上記プレス成形品。
なお、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのが好ましい。
【０００８】
＜２＞ 上記＜１＞において、ｉｖ）プレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。
＜３＞ 上記＜１＞又は＜２＞において、炭素繊維は、プレス成形品中、炭素繊維層を有するのがよい。
＜４＞ 上記＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、熱可塑性樹脂は、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスチレン類、ポリウレタン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリケトン類、ポリカーボーネート類、ポリスルホン類、及びポリエーテル類からなる群から選ばれる少なくとも１種であるのがよく、好ましくは熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、又は変性ポリフェニレンエーテルであるのがよい。
【０００９】
＜５＞ 炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートから炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を製造する方法であって、
Ａ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート、特に厚さが０．２５〜３０ｍｍであるシートを準備する工程；
Ｂ）シートを通電加熱して可塑状態とする工程；及び
Ｃ）可塑状態のシートをプレス成形する工程；
を有することにより、上記プレス成形品を製造する、上記方法。
なお、上記Ａ）のシートは、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのが好ましい。
【００１０】
＜６＞ 上記＜５＞において、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
＜７＞ 上記＜５＞又は＜６＞において、シートの体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
【００１１】
＜８＞ 上記＜５＞〜＜７＞のいずれかにおいて、プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
＜９＞ 上記＜５＞〜＜８＞のいずれかにおいて、プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
＜１０＞ 上記＜５＞〜＜９＞のいずれかにおいて、プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。好ましくは、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。
＜１１＞ 上記＜５＞〜＜１０＞のいずれかにおいて、プレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。
【００１２】
＜１２＞ 炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品の製造装置であって、
Ｘ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート、特に厚さが０．２５〜３０ｍｍであるシートを通電加熱する通電加熱手段；及び
Ｙ）通電加熱手段により得られる可塑状態のシートをプレス成形するプレス成形手段；
を有する、上記装置。
なお、上記Ｘ）のシートは、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのが好ましい。
＜１３＞ 上記＜１２＞において、通電加熱手段により得られる可塑状態のシートを、即座にプレス成形できるように、Ｘ）通電加熱手段とＹ）プレス成形手段とを配置するのがよい。
【００１３】
＜１４＞ 上記＜１２＞又は＜１３＞において、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
＜１５＞ 上記＜１２＞〜＜１４＞のいずれかにおいて、シートの体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
【００１４】
＜１６＞ 上記＜１２＞〜＜１５＞のいずれかにおいて、プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
＜１７＞ 上記＜１２＞〜＜１６＞のいずれかにおいて、プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
＜１８＞ 上記＜１２＞〜＜１７＞のいずれかにおいて、プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。好ましくは、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。
＜１９＞ 上記＜１２＞〜＜１８＞のいずれかにおいて、プレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、上記問題を解決することができる。
具体的には、本発明により、加熱時間を短縮させて、製造効率を高めた、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造方法及び製造装置を提供することができる。
また、本発明により、上記効果と共に、又は上記効果以外に、材料固有の性能、例えば機械的性能の劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プレス成形品の製造装置の一態様を示す図であり、通電加熱状態、及びその後のプレス状態（腑形状態）を概略説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
本願は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品、特に構成される樹脂の酸化劣化による、材料固有の性能劣化、例えば機械的性能劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を提供する。
また、本願は、該プレス成形品を製造する方法及び装置、特に、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートから該プレス成形品を製造する方法及び装置を提供する。
以下、それらを順に説明する。
【００１８】
＜プレス成形品＞
本願は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品、特に構成される樹脂の酸化劣化による、材料固有の性能劣化、例えば機械的性能劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を提供する。
本願のプレス成形品は、該プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
本願のプレス成形品は、その体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。本願のプレス成形品中の炭素繊維が電気伝導性を有するため、上記範囲の体積充填率であるのがよく、より具体的には、上記範囲の体積抵抗率を有するのがよい。
【００１９】
本願のプレス成形品は、その厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。
なお、本明細書において、「厚さが０．２５〜３０ｍｍ」とは、ある物の厚さが均一の場合、その均一の厚さが０．２５〜３０ｍｍの範囲内にあることをいい、ある物の厚さが不均一の場合、該不均一の厚さがすべて、０．２５〜３０ｍｍの範囲にあることをいう。
好ましくは、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。
なお、本明細書において、「全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有する」とは、ある物の厚さが均一の場合、その均一の厚さが２〜２５ｍｍの範囲内にあることをいい、ある物の厚さが不均一の場合、一部でも２〜２５ｍｍの厚さの部分があれば、その範囲に属する部分を有することを意味する。
【００２０】
本願のプレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。ここで、１７２０〜１７７０ｃｍ−１における赤外線吸収スペクトル強度は、プレス成形品中の熱可塑性樹脂の酸化度合い、具体的には酸化物質であるカルボニル基に由来する赤外線吸収スペクトルを測定している。この強度が、上記範囲であると酸化の度合いが低く、プレス成形品として好ましい。
【００２１】
本願のプレス成形品の熱可塑性樹脂は、汎用樹脂からスーパーエンジニアリングプラスチックまでほとんどの熱可塑性樹脂を用いることができる。具体的には、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスチレン類、ポリウレタン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリケトン類、ポリカーボーネート類、ポリスルホン類、及びポリエーテル類からなる群から選ばれる少なくとも１種であるのがよい。好ましくは熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、又は変性ポリフェニレンエーテルであるのがよい。
【００２２】
本願のプレス成形品中、炭素繊維は、上記体積充填率及び／又は体積抵抗率を示す限り、いかなる形態で含まれていてもよい。例えば、本願のプレス成形品は、熱可塑性樹脂に炭素繊維が所定の配向で分散したものであるのがよいが、これに限定されない。炭素繊維が所定の配向で分散する場合、その形態は特に限定されず、例えば、プレス成形品中、炭素繊維が層を形成していてもよい。なお、配向例として、ロービング、ランダム、平織り、ウェブなどを挙げることができるがこれらに限定されない。
各々の炭素繊維は、その形態は、特に限定されないが、例えば、直径約１μｍ〜約３０μｍ、長さ約１ｍｍ〜約１００ｍｍであるのがよい。
【００２３】
＜炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造方法＞及び＜炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造装置＞
次いで、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからプレス成形品を製造する方法及び装置を説明する。以降、製造方法について主に説明し、装置については、その都度、付言する。
【００２４】
本願のプレス成形品の製造方法は、
Ａ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート、特に厚さが０．２５〜３０ｍｍであるシートを準備する工程；
Ｂ）シートを通電加熱して可塑状態とする工程；及び
Ｃ）可塑状態のシートをプレス成形する工程；
を有することにより、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を製造することができる。
【００２５】
また、本願のプレス成形品の製造装置は、
Ｘ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート、特に厚さが０．２５〜３０ｍｍであるシートを通電加熱する通電加熱手段；及び
Ｙ）通電加熱手段により得られる可塑状態のシートをプレス成形するプレス成形手段；
を有することにより、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を製造することができる。
【００２６】
＜＜工程Ａ＞＞
本願のプレス成形品の製造方法の工程Ａは、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートを準備する工程である。
シートは、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有する。なお、炭素繊維及び熱可塑性樹脂については、上述したものを用いるのがよい。
シートの厚さは特に限定されないが、厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。好ましくは、シートは、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。なお、従来法である、外部から加熱する方法で、特に厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するシートからプレス成形品を得ようとする場合、該部分への加熱に時間がかかりプレス成形できたとしてもプレス成形品のコストが高くなるか、及び／又は所定の機械的性能を有しないプレス成形品しか得られないか、及び／又はプレス成形品自体が得られないという問題が生じる。
【００２７】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートの構造は、特に限定されないが、次の条件であるのがよい。
即ち、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
また、シートの体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
【００２８】
＜＜工程Ｂ＞＞
工程Ｂは、シートを通電加熱して可塑状態とする工程である。なお、製造装置においては、通電加熱手段が工程Ｂを行う。
通電とは、シートに直流電流を印加することを意味する。直流電流は、略長方形状のシートの、長辺又は短辺に沿って、印加するのがよい。
通電時間は、用いるシート、具体的には、用いるシートの熱可塑性樹脂の種類、用いるシートの体積抵抗率、用いるシートの寸法、印加電流値などに依存する。例えば、熱可塑性樹脂がポリプロピレンの場合、シートが２００℃に達すればプレス成形可能な可塑状態となるため、電流値を約２００〜２０００Ａとし、印加時間：約２〜５秒で可塑状態とすることができる。
【００２９】
＜＜工程Ｃ＞＞
工程Ｃは、可塑状態のシートをプレス成形する工程である。なお、製造装置においては、プレス成形手段が工程Ｃを行う。
プレス成形手段は、用いるシートの特性、具体的にはシートの熱可塑性樹脂の種類などに依存するが、従来公知の手段を用いることができる。
工程Ｂ後に工程Ｃを行うが、工程Ｂで可塑状態となった後、速やかに工程Ｃを行うのが望ましい。したがって、装置において、通電加熱手段により得られる可塑状態のシートを、即座にプレス成形できるように、Ｘ）通電加熱手段とＹ）プレス成形手段とを配置するのがよい。
【００３０】
具体的には、通電加熱手段及びプレス成形手段は、図１に示すように、配置するのがよい。
図１は、プレス成形品の製造装置の一態様において、通電加熱状態、及びその後のプレス状態（腑形状態）を概略説明する図である。
【００３１】
図１（Ａ）は、シート１が通電加熱されている状態を示す図である。この状態において、プレス成形手段２ａ及び２ｂは、シート１から離れて配置される。ここで、シート１は、把持部３ａ及び３ａ’並びに３ｂ及び３ｂ’により把持される。また、該把持部３ａ及び３ａ’並びに３ｂ及び３ｂ’は、シート１を加熱・プレスする所定の位置まで搬送する（紙面の垂直方向に搬送する）搬送部５ａ及び５ｂによって、保持されている。
把持部３ａ及び３ａ’並びに３ｂ及び３ｂ’は、電気伝導性を有するため、通電加熱手段を兼ねており、図示しない電極から電流が印加されるとシート１に電流が印加され、シート１は通電加熱される。
【００３２】
図１（Ｂ）は、通電加熱後、可塑状態であるシート１をプレス成形する図である。プレス成形手段２ａが、シート１、把持部３ａ、３ａ’、３ｂ及び３ｂ’、並びに搬送部５ａ及び５ｂと共に、図１（Ｂ）の矢印方向に移動し、シート１は、所望の形状にプレス成形される。
図１に示すように、通電加熱手段及びプレス成形手段を配置することにより、通電加熱手段により得られる可塑状態のシートを、即座にプレス成形することができる。なお、図１に示す通電加熱手段及びプレス成形手段の配置は、一例であって、これに限定されない。
【００３３】
上記の製造方法及び／又は製造装置により、プレス成形品を製造することができる。
なお、プレス成形品は、上述のように、次の特性を有するのがよい。
即ち、プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。好ましくは、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。
プレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。
【００３４】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
＜シート＞
直径６μｍ、長さ６〜７ｍｍの炭素繊維を用いてウェブを形成し、これにポリプロピレンを含浸させて得られた、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートＡ−１は、０．５〜８ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を２０ｖｏｌ％含んでいた。なお、シートＡ−１は、２〜８ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、シートＡ−１の体積抵抗率は、２×１０−２〜３×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
シートＡ−１を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：４００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートＡ−１の温度が２００℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００３６】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−１を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品Ｂ−１は、用いたシートＡ−１と同様に、厚さ：０．５〜８ｍｍ、体積抵抗率：２×１０−２〜３×１０−２Ω・ｃｍであった。
なお、プレス成形品Ｂ−１は、２〜８ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品Ｂ−１について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【００３７】
（比較例１）
実施例１で調製したものと同じシートＡ−１を用いて、外部加熱により、プレス成形を行い、外部加熱によるプレス成形品Ｂ−Ｃ１を得た。
外部加熱手段として、ＩＲヒーターを用いたところ、該ＩＲヒーターの設定温度を２４０℃にすると、１０分で、可塑状態である２００℃に達することがわかった。この条件で加熱しプレス成形した。なお、この加熱では、シート全体が加熱されない、熱不均衡が観察された（一方、実施例１では、そのような熱不均衡は観察されなかった）。
このことから、２〜８ｍｍの部分を有するシートＡ−１は、外部加熱では熱不均衡が生じる一方、本発明（実施例１）では、そのような熱不均衡が生じないことがわかった。
【００３８】
得られたプレス成形品Ｂ−Ｃ１について、実施例１と同様に、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．１であることがわかった。
実施例１の赤外線吸収スペクトルの測定値と比較例１のそれとを比較すると、比較例１では、カルボニル基の存在が確認されたこと、即ち比較例１のプレス成形品では明かな酸化が確認された。一方、実施例１では、比較例１の酸化はほとんど確認されなかった。これらの結果から、本発明により、酸化劣化による機械的性質の低下のないプレス成形品が提供できることがわかる。
【実施例２】
【００３９】
＜シート＞
無限長炭素繊維束を網目状に編み込んだ、平織り状炭素繊維と、ポリアミド樹脂（ナイロン６）を用いて得たシートＡ−２は、０．５〜３ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を４５ｖｏｌ％含んでいた。なお、シートＡ−２は、２〜３ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、シートＡ−２の体積抵抗率は、５×１０−３〜１．５×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
シートＡ−２を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：６００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートの温度が２５０℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４０】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−２を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品Ｂ−２は、用いたシートと同様に、厚さ：０．５〜３ｍｍ、体積抵抗率：５×１０−３〜１．５×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品Ｂ−２について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【実施例３】
【００４１】
＜シート＞
短長炭素繊をポリプロピレン樹脂にランダムに分散配向させて得たシートＡ−３は、０．５〜５ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を３０ｖｏｌ％含んでいた。なお、シートＡ−３は、２〜５ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、シートＡ−３の体積抵抗率は、６×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
シートＡ−３を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：４００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートの温度が２００℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４２】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−３を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品は、用いたシートと同様に、厚さ：０．５〜５ｍｍ、体積抵抗率：６×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【実施例４】
【００４３】
＜シート＞
無限長炭素繊維束を幅５〜３０ｍｍのテープ状に芳香族ナイロン樹脂で固めたものを編み込んだシートＡ−４は、０．５〜２ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を３０％含んでいた。
また、シートＡ−４の体積抵抗率は、５×１０−３〜９×１０−３Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
シートＡ−４を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：６００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートの温度が２７０℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４４】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−４を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品は、用いたシートと同様に、厚さ：０．５〜２ｍｍ、体積抵抗率：５×１０−３〜９×１０−３Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【実施例５】
【００４５】
＜シート＞
実施例１で得たシートＡ−１及び実施例３で得たシートＡ−３を積層させた２層積層シートＡ−５を用いた。
２層積層シートＡ−５は、１〜１３ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を２５ｖｏｌ％含んでいた。なお、２層積層シートＡ−５は、２〜１３ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、２層積層シートＡ−５の体積抵抗率は、３．５×１０−２〜８×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
２層積層シートＡ−５を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：４００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートの温度が２００℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４６】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−５を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品Ｂ−５は、用いたシートＡ−５と同様に、厚さ：１〜１３ｍｍ、体積抵抗率：３．５×１０−２〜８×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品Ｂ−５について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【実施例６】
【００４７】
＜シート＞
実施例３で得たシートＡ−３の上下に実施例１で得たシートＡ−１は配置、積層させた３層積層シートＡ−６を用いた。
３層積層シートＡ−６は、１．５〜２１ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を２５ｖｏｌ％含んでいた。なお、３層積層シートＡ−６は、２〜２１ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、積層シートＡ−６の体積抵抗率は、２．５×１０−２〜６×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
３層積層シートＡ−６を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：４００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シート全体の温度が２００℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４８】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−６を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品Ｂ−６は、用いたシートＡ−６と同様に、厚さ：１．５〜２１ｍｍ、体積抵抗率：２．５×１０−２〜６×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品Ｂ−６について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【００４９】
（比較例２）
実施例６で調製したものと同じ３層積層シートＡ−６を用いて、外部加熱、具体的には比較例１で用いたＩＲヒーターを外部加熱手段として用いて外部加熱を行った。
しかしながら、ＩＲヒーターでは、３層積層シートＡ−６の内部までの加熱が困難であり、プレス成形に必要な可塑状態とはならないことを確認した。
実施例６と比較例２を比較すると、２〜２１ｍｍの部分を有する３層積層シートＡ−６を用いる場合、比較例２では外部加熱及びその後のプレス成形が困難であった一方、実施例６では加熱及びプレス成形できることが確認できた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品、並びに該プレス成形品の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有する複合材料は、従来技術において公知であり、軽量でありつつも強度を有するため、航空機部品、自動車構造部材などの種々の部品、製品に用いられている。
【０００３】
それらの製品は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート状材料から、熱間プレス成形法を用いて、所望の形状へと成形して得ていた。具体的には、該熱間プレス成形法は、外部加熱法、例えば遠赤外又は赤外ヒーター、もしくはＩＨヒーターなどの外部加熱法により熱可塑性樹脂をその融解温度近辺又はそれ以上に昇温させ、その後、所望の形状へと熱間プレス成形して得ていた（特許文献１を参照のこと）。なお、特許文献１は、熱間プレス成形法の他に通電加熱法についても一行記載しているが、それは、熱硬化性樹脂を用いた場合について言及している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００７／０１３５４４号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の熱間プレス成形法では、シート状材料が厚くなると、外部から加熱する時間が長くなり、熱間プレス成形の時間も長くなり、効率が悪くなる、という問題を有していた。また、シート状材料の面積が大きくなると、該シートを均一に加熱できない、という問題があり、その問題を解決するために、加熱時間が長くなる、即ち製造効率が悪くなる、という問題があった。
また、製造効率だけでなく、得られるプレス成形品も、構成される樹脂の酸化劣化により材料固有の性能が低下すると問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決することにある。
具体的には、本発明の目的は、加熱時間を短縮させて、製造効率を高めた、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造方法及び製造装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的と共に、又は上記目的以外に、材料固有の性能、例えば機械的性能の劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、次の発明を見出した。
＜１＞ 炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品であって、
ｉ）プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有し、
ｉｉ）プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであり、
ｉｉｉ）プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍである、上記プレス成形品。
なお、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのが好ましい。
【０００８】
＜２＞ 上記＜１＞において、ｉｖ）プレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。
＜３＞ 上記＜１＞又は＜２＞において、炭素繊維は、プレス成形品中、炭素繊維層を有するのがよい。
＜４＞ 上記＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、熱可塑性樹脂は、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスチレン類、ポリウレタン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリケトン類、ポリカーボーネート類、ポリスルホン類、及びポリエーテル類からなる群から選ばれる少なくとも１種であるのがよく、好ましくは熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、又は変性ポリフェニレンエーテルであるのがよい。
【０００９】
＜５＞ 炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートから炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を製造する方法であって、
Ａ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート、特に厚さが０．２５〜３０ｍｍであるシートを準備する工程；
Ｂ）シートを通電加熱して可塑状態とする工程；及び
Ｃ）可塑状態のシートをプレス成形する工程；
を有することにより、上記プレス成形品を製造する、上記方法。
なお、上記Ａ）のシートは、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのが好ましい。
【００１０】
＜６＞ 上記＜５＞において、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
＜７＞ 上記＜５＞又は＜６＞において、シートの体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
【００１１】
＜８＞ 上記＜５＞〜＜７＞のいずれかにおいて、プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
＜９＞ 上記＜５＞〜＜８＞のいずれかにおいて、プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
＜１０＞ 上記＜５＞〜＜９＞のいずれかにおいて、プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。好ましくは、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。
＜１１＞ 上記＜５＞〜＜１０＞のいずれかにおいて、プレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。
【００１２】
＜１２＞ 炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品の製造装置であって、
Ｘ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート、特に厚さが０．２５〜３０ｍｍであるシートを通電加熱する通電加熱手段；及び
Ｙ）通電加熱手段により得られる可塑状態のシートをプレス成形するプレス成形手段；
を有する、上記装置。
なお、上記Ｘ）のシートは、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのが好ましい。
＜１３＞ 上記＜１２＞において、通電加熱手段により得られる可塑状態のシートを、即座にプレス成形できるように、Ｘ）通電加熱手段とＹ）プレス成形手段とを配置するのがよい。
【００１３】
＜１４＞ 上記＜１２＞又は＜１３＞において、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
＜１５＞ 上記＜１２＞〜＜１４＞のいずれかにおいて、シートの体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
【００１４】
＜１６＞ 上記＜１２＞〜＜１５＞のいずれかにおいて、プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
＜１７＞ 上記＜１２＞〜＜１６＞のいずれかにおいて、プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
＜１８＞ 上記＜１２＞〜＜１７＞のいずれかにおいて、プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。好ましくは、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。
＜１９＞ 上記＜１２＞〜＜１８＞のいずれかにおいて、プレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、上記問題を解決することができる。
具体的には、本発明により、加熱時間を短縮させて、製造効率を高めた、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造方法及び製造装置を提供することができる。
また、本発明により、上記効果と共に、又は上記効果以外に、材料固有の性能、例えば機械的性能の劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プレス成形品の製造装置の一態様を示す図であり、通電加熱状態、及びその後のプレス状態（腑形状態）を概略説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を詳細に説明する。
本願は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品、特に構成される樹脂の酸化劣化による、材料固有の性能劣化、例えば機械的性能劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を提供する。
また、本願は、該プレス成形品を製造する方法及び装置、特に、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートから該プレス成形品を製造する方法及び装置を提供する。
以下、それらを順に説明する。
【００１８】
＜プレス成形品＞
本願は、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品、特に構成される樹脂の酸化劣化による、材料固有の性能劣化、例えば機械的性能劣化を防止した、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を提供する。
本願のプレス成形品は、該プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
本願のプレス成形品は、その体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。本願のプレス成形品中の炭素繊維が電気伝導性を有するため、上記範囲の体積充填率であるのがよく、より具体的には、上記範囲の体積抵抗率を有するのがよい。
【００１９】
本願のプレス成形品は、その厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。
なお、本明細書において、「厚さが０．２５〜３０ｍｍ」とは、ある物の厚さが均一の場合、その均一の厚さが０．２５〜３０ｍｍの範囲内にあることをいい、ある物の厚さが不均一の場合、該不均一の厚さがすべて、０．２５〜３０ｍｍの範囲にあることをいう。
好ましくは、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。
なお、本明細書において、「全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有する」とは、ある物の厚さが均一の場合、その均一の厚さが２〜２５ｍｍの範囲内にあることをいい、ある物の厚さが不均一の場合、一部でも２〜２５ｍｍの厚さの部分があれば、その範囲に属する部分を有することを意味する。
【００２０】
本願のプレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。ここで、１７２０〜１７７０ｃｍ−１における赤外線吸収スペクトル強度は、プレス成形品中の熱可塑性樹脂の酸化度合い、具体的には酸化物質であるカルボニル基に由来する赤外線吸収スペクトルを測定している。この強度が、上記範囲であると酸化の度合いが低く、プレス成形品として好ましい。
【００２１】
本願のプレス成形品の熱可塑性樹脂は、汎用樹脂からスーパーエンジニアリングプラスチックまでほとんどの熱可塑性樹脂を用いることができる。具体的には、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスチレン類、ポリウレタン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリケトン類、ポリカーボーネート類、ポリスルホン類、及びポリエーテル類からなる群から選ばれる少なくとも１種であるのがよい。好ましくは熱可塑性樹脂は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、又は変性ポリフェニレンエーテルであるのがよい。
【００２２】
本願のプレス成形品中、炭素繊維は、上記体積充填率及び／又は体積抵抗率を示す限り、いかなる形態で含まれていてもよい。例えば、本願のプレス成形品は、熱可塑性樹脂に炭素繊維が所定の配向で分散したものであるのがよいが、これに限定されない。炭素繊維が所定の配向で分散する場合、その形態は特に限定されず、例えば、プレス成形品中、炭素繊維が層を形成していてもよい。なお、配向例として、ロービング、ランダム、平織り、ウェブなどを挙げることができるがこれらに限定されない。
各々の炭素繊維は、その形態は、特に限定されないが、例えば、直径約１μｍ〜約３０μｍ、長さ約１ｍｍ〜約１００ｍｍであるのがよい。
【００２３】
＜炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造方法＞及び＜炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからのプレス成形品の製造装置＞
次いで、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートからプレス成形品を製造する方法及び装置を説明する。以降、製造方法について主に説明し、装置については、その都度、付言する。
【００２４】
本願のプレス成形品の製造方法は、
Ａ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート、特に厚さが０．２５〜３０ｍｍであるシートを準備する工程；
Ｂ）シートを通電加熱して可塑状態とする工程；及び
Ｃ）可塑状態のシートをプレス成形する工程；
を有することにより、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を製造することができる。
【００２５】
また、本願のプレス成形品の製造装置は、
Ｘ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシート、特に厚さが０．２５〜３０ｍｍであるシートを通電加熱する通電加熱手段；及び
Ｙ）通電加熱手段により得られる可塑状態のシートをプレス成形するプレス成形手段；
を有することにより、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を製造することができる。
【００２６】
＜＜工程Ａ＞＞
本願のプレス成形品の製造方法の工程Ａは、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートを準備する工程である。
シートは、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有する。なお、炭素繊維及び熱可塑性樹脂については、上述したものを用いるのがよい。
シートの厚さは特に限定されないが、厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。好ましくは、シートは、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。なお、従来法である、外部から加熱する方法で、特に厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するシートからプレス成形品を得ようとする場合、該部分への加熱に時間がかかりプレス成形できたとしてもプレス成形品のコストが高くなるか、及び／又は所定の機械的性能を有しないプレス成形品しか得られないか、及び／又はプレス成形品自体が得られないという問題が生じる。
【００２７】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートの構造は、特に限定されないが、次の条件であるのがよい。
即ち、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
また、シートの体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
【００２８】
＜＜工程Ｂ＞＞
工程Ｂは、シートを通電加熱して可塑状態とする工程である。なお、製造装置においては、通電加熱手段が工程Ｂを行う。
通電とは、シートに直流電流を印加することを意味する。直流電流は、略長方形状のシートの、長辺又は短辺に沿って、印加するのがよい。
通電時間は、用いるシート、具体的には、用いるシートの熱可塑性樹脂の種類、用いるシートの体積抵抗率、用いるシートの寸法、印加電流値などに依存する。例えば、熱可塑性樹脂がポリプロピレンの場合、シートが２００℃に達すればプレス成形可能な可塑状態となるため、電流値を約２００〜２０００Ａとし、印加時間：約２〜５秒で可塑状態とすることができる。
【００２９】
＜＜工程Ｃ＞＞
工程Ｃは、可塑状態のシートをプレス成形する工程である。なお、製造装置においては、プレス成形手段が工程Ｃを行う。
プレス成形手段は、用いるシートの特性、具体的にはシートの熱可塑性樹脂の種類などに依存するが、従来公知の手段を用いることができる。
工程Ｂ後に工程Ｃを行うが、工程Ｂで可塑状態となった後、速やかに工程Ｃを行うのが望ましい。したがって、装置において、通電加熱手段により得られる可塑状態のシートを、即座にプレス成形できるように、Ｘ）通電加熱手段とＹ）プレス成形手段とを配置するのがよい。
【００３０】
具体的には、通電加熱手段及びプレス成形手段は、図１に示すように、配置するのがよい。
図１は、プレス成形品の製造装置の一態様において、通電加熱状態、及びその後のプレス状態（腑形状態）を概略説明する図である。
【００３１】
図１（Ａ）は、シート１が通電加熱されている状態を示す図である。この状態において、プレス成形手段２ａ及び２ｂは、シート１から離れて配置される。ここで、シート１は、把持部３ａ及び３ａ’並びに３ｂ及び３ｂ’により把持される。また、該把持部３ａ及び３ａ’並びに３ｂ及び３ｂ’は、シート１を加熱・プレスする所定の位置まで搬送する（紙面の垂直方向に搬送する）搬送部５ａ及び５ｂによって、保持されている。
把持部３ａ及び３ａ’並びに３ｂ及び３ｂ’は、電気伝導性を有するため、通電加熱手段を兼ねており、図示しない電極から電流が印加されるとシート１に電流が印加され、シート１は通電加熱される。
【００３２】
図１（Ｂ）は、通電加熱後、可塑状態であるシート１をプレス成形する図である。プレス成形手段２ａが、シート１、把持部３ａ、３ａ’、３ｂ及び３ｂ’、並びに搬送部５ａ及び５ｂと共に、図１（Ｂ）の矢印方向に移動し、シート１は、所望の形状にプレス成形される。
図１に示すように、通電加熱手段及びプレス成形手段を配置することにより、通電加熱手段により得られる可塑状態のシートを、即座にプレス成形することができる。なお、図１に示す通電加熱手段及びプレス成形手段の配置は、一例であって、これに限定されない。
【００３３】
上記の製造方法及び／又は製造装置により、プレス成形品を製造することができる。
なお、プレス成形品は、上述のように、次の特性を有するのがよい。
即ち、プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは１０〜３０ｖｏｌ％を有するのがよい。
プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍ、好ましくは２×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであるのがよい。
プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍであるのがよい。好ましくは、プレス成形品は、その全体において厚さが２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有するのがよい。
プレス成形品の、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度が０．０５以下、好ましくは０．０３以下であるのがよい。
【００３４】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
＜シート＞
直径６μｍ、長さ６〜７ｍｍの炭素繊維を用いてウェブを形成し、これにポリプロピレンを含浸させて得られた、炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートＡ−１は、０．５〜８ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を２０ｖｏｌ％含んでいた。なお、シートＡ−１は、２〜８ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、シートＡ−１の体積抵抗率は、２×１０−２〜３×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
シートＡ−１を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：４００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートＡ−１の温度が２００℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００３６】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−１を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品Ｂ−１は、用いたシートＡ−１と同様に、厚さ：０．５〜８ｍｍ、体積抵抗率：２×１０−２〜３×１０−２Ω・ｃｍであった。
なお、プレス成形品Ｂ−１は、２〜８ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品Ｂ−１について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【００３７】
（比較例１）
実施例１で調製したものと同じシートＡ−１を用いて、外部加熱により、プレス成形を行い、外部加熱によるプレス成形品Ｂ−Ｃ１を得た。
外部加熱手段として、ＩＲヒーターを用いたところ、該ＩＲヒーターの設定温度を２４０℃にすると、１０分で、可塑状態である２００℃に達することがわかった。この条件で加熱しプレス成形した。なお、この加熱では、シート全体が加熱されない、熱不均衡が観察された（一方、実施例１では、そのような熱不均衡は観察されなかった）。
このことから、２〜８ｍｍの部分を有するシートＡ−１は、外部加熱では熱不均衡が生じる一方、本発明（実施例１）では、そのような熱不均衡が生じないことがわかった。
【００３８】
得られたプレス成形品Ｂ−Ｃ１について、実施例１と同様に、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．１であることがわかった。
実施例１の赤外線吸収スペクトルの測定値と比較例１のそれとを比較すると、比較例１では、カルボニル基の存在が確認されたこと、即ち比較例１のプレス成形品では明かな酸化が確認された。一方、実施例１では、比較例１の酸化はほとんど確認されなかった。これらの結果から、本発明により、酸化劣化による機械的性質の低下のないプレス成形品が提供できることがわかる。
【実施例２】
【００３９】
＜シート＞
無限長炭素繊維束を網目状に編み込んだ、平織り状炭素繊維と、ポリアミド樹脂（ナイロン６）を用いて得たシートＡ−２は、０．５〜３ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を４５ｖｏｌ％含んでいた。なお、シートＡ−２は、２〜３ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、シートＡ−２の体積抵抗率は、５×１０−３〜１．５×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
シートＡ−２を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：６００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートの温度が２５０℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４０】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−２を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品Ｂ−２は、用いたシートと同様に、厚さ：０．５〜３ｍｍ、体積抵抗率：５×１０−３〜１．５×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品Ｂ−２について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【実施例３】
【００４１】
＜シート＞
短長炭素繊をポリプロピレン樹脂にランダムに分散配向させて得たシートＡ−３は、０．５〜５ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を３０ｖｏｌ％含んでいた。なお、シートＡ−３は、２〜５ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、シートＡ−３の体積抵抗率は、６×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
シートＡ−３を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：４００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートの温度が２００℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４２】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−３を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品は、用いたシートと同様に、厚さ：０．５〜５ｍｍ、体積抵抗率：６×１０−２〜９×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【実施例４】
【００４３】
＜シート＞
無限長炭素繊維束を幅５〜３０ｍｍのテープ状に芳香族ナイロン樹脂で固めたものを編み込んだシートＡ−４は、０．５〜２ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を３０％含んでいた。
また、シートＡ−４の体積抵抗率は、５×１０−３〜９×１０−３Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
シートＡ−４を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：６００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートの温度が２７０℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４４】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−４を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品は、用いたシートと同様に、厚さ：０．５〜２ｍｍ、体積抵抗率：５×１０−３〜９×１０−３Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【実施例５】
【００４５】
＜シート＞
実施例１で得たシートＡ−１及び実施例３で得たシートＡ−３を積層させた２層積層シートＡ−５を用いた。
２層積層シートＡ−５は、１〜１３ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を２５ｖｏｌ％含んでいた。なお、２層積層シートＡ−５は、２〜１３ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、２層積層シートＡ−５の体積抵抗率は、３．５×１０−２〜８×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
２層積層シートＡ−５を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：４００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シートの温度が２００℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４６】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−５を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品Ｂ−５は、用いたシートＡ−５と同様に、厚さ：１〜１３ｍｍ、体積抵抗率：３．５×１０−２〜８×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品Ｂ−５について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【実施例６】
【００４７】
＜シート＞
実施例３で得たシートＡ−３の上下に実施例１で得たシートＡ−１は配置、積層させた３層積層シートＡ−６を用いた。
３層積層シートＡ−６は、１．５〜２１ｍｍの不均一な厚さを有し、シート１００ｖｏｌ％中、炭素繊維を２５ｖｏｌ％含んでいた。なお、３層積層シートＡ−６は、２〜２１ｍｍの部分を有するため、２〜２５ｍｍの範囲に属する部分を有していた。
また、積層シートＡ−６の体積抵抗率は、２．５×１０−２〜６×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜通電加熱＞
３層積層シートＡ−６を、図示しない装置を用いて、通電加熱した。
電流値：４００Ａ、時間：２秒、通電することにより、シート全体の温度が２００℃になることを一旦確認し、同条件で通電加熱を行った。
【００４８】
＜プレス成形＞
通電加熱後、速やかに、プレス成形を行い、プレス成形品Ｂ−６を得た。プレス成形条件は、圧力が掛かるまでの時間：約５秒、保圧時間：６０秒、加圧力：２０ＭＰａであった。
得られたプレス成形品Ｂ−６は、用いたシートＡ−６と同様に、厚さ：１．５〜２１ｍｍ、体積抵抗率：２．５×１０−２〜６×１０−２Ω・ｃｍであった。
＜赤外線吸収スペクトル＞
また、プレス成形品Ｂ−６について、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）による１７２０〜１７７０ｃｍ−１にベースライン間における赤外線吸収スペクトル強度を測定した。その結果、１７４０ｃｍ−１における強度が０．０３であることがわかった。
【００４９】
（比較例２）
実施例６で調製したものと同じ３層積層シートＡ−６を用いて、外部加熱、具体的には比較例１で用いたＩＲヒーターを外部加熱手段として用いて外部加熱を行った。
しかしながら、ＩＲヒーターでは、３層積層シートＡ−６の内部までの加熱が困難であり、プレス成形に必要な可塑状態とはならないことを確認した。
実施例６と比較例２を比較すると、２〜２１ｍｍの部分を有する３層積層シートＡ−６を用いる場合、比較例２では外部加熱及びその後のプレス成形が困難であった一方、実施例６では加熱及びプレス成形できることが確認できた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品であって、
ｉ）前記プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％を有し、
ｉｉ）前記プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍであり、
ｉｉｉ）前記プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍである、
上記プレス成形品。
【請求項２】
前記炭素繊維は、前記プレス成形品中、炭素繊維層を有する請求項１記載のプレス成形品。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂は、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスチレン類、ポリウレタン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリケトン類、ポリカーボーネート類、ポリスルホン類、及びポリエーテル類からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載のプレス成形品。
【請求項４】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートから炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を製造する方法であって、
Ａ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートを準備する工程；
Ｂ）前記シートを通電加熱して可塑状態とする工程；及び
Ｃ）前記可塑状態のシートをプレス成形する工程；
を有することにより、上記プレス成形品を製造する、上記方法。
【請求項５】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品の製造装置であって、
Ｘ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートを通電加熱する通電加熱手段；及び
Ｙ）通電加熱手段により得られる可塑状態のシートをプレス成形するプレス成形手段；
を有する、上記装置。
【請求項６】
前記通電加熱手段により得られる可塑状態のシートを、即座にプレス成形できるように、Ｘ）通電加熱手段とＹ）プレス成形手段とを配置する請求項５記載の装置。
【請求項１】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品であって、
ｉ）前記プレス成形品１００ｖｏｌ％中、炭素繊維が５〜５０ｖｏｌ％を有し、
ｉｉ）前記プレス成形品の体積抵抗率が５×１０−３〜１×１０−１Ω・ｃｍであり、
ｉｉｉ）前記プレス成形品の厚さが０．２５〜３０ｍｍである、
上記プレス成形品。
【請求項２】
前記炭素繊維は、前記プレス成形品中、炭素繊維層を有する請求項１記載のプレス成形品。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂は、ポリエステル類、ポリオレフィン類、ポリスチレン類、ポリウレタン類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリケトン類、ポリカーボーネート類、ポリスルホン類、及びポリエーテル類からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２記載のプレス成形品。
【請求項４】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートから炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品を製造する方法であって、
Ａ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートを準備する工程；
Ｂ）前記シートを通電加熱して可塑状態とする工程；及び
Ｃ）前記可塑状態のシートをプレス成形する工程；
を有することにより、上記プレス成形品を製造する、上記方法。
【請求項５】
炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するプレス成形品の製造装置であって、
Ｘ）炭素繊維及び熱可塑性樹脂を有するシートを通電加熱する通電加熱手段；及び
Ｙ）通電加熱手段により得られる可塑状態のシートをプレス成形するプレス成形手段；
を有する、上記装置。
【請求項６】
前記通電加熱手段により得られる可塑状態のシートを、即座にプレス成形できるように、Ｘ）通電加熱手段とＹ）プレス成形手段とを配置する請求項５記載の装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−９５０９１（Ｐ２０１３−９５０９１Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１３３８（Ｐ２０１１−２４１３３８）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００１３２９３２）株式会社タカギセイコー (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【出願人】（０００１３２９３２）株式会社タカギセイコー (29)
【Ｆターム（参考）】
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