JP3915045B2

JP3915045B2 - マシニングセンタにおける構造部品成形材料、及びマシニングセンタにおける構造部品成形体

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Publication number: JP3915045B2
Application number: JP09675797A
Authority: JP
Inventors: 雅一塚本; 修平山尾; 敏明榊山
Original assignee: Fudow Co Ltd
Current assignee: Fudow Co Ltd
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: JPH10279777A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度で、高い剛性を有し、特に曲げ弾性率が高く、寸法安定性が有り、しかも低比重の炭素繊維強化フェノール系樹脂成形品を提供できる技術に関する。更には、優れた流動性を有し、成形加工性が良好で、例えば圧縮成形により得られる成形品は高強度で、特に衝撃強度が高く、高剛性を有し、摺動特性に優れ、しかも低比重であり、金属代替用成形材料として有用で、例えばマシニングセンタにおける工具交換アーム、工具交換ホルダ、或いは各種の構造部品等に好適に使用できる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、成形品や成形部品などの材料の軽量化、コストダウン等の観点より、金属材料からプラスチック材料への代替が図られている。すなわち、種々のプラスチックが検討され、従来、金属が使用されていた成形品や成形部品などの分野で利用されている。
中でも、最近、フェノール樹脂の持つ優れた特性を生かし、金属代替材料としてフェノール樹脂が見直されている。尚、フェノール樹脂成形材料には、一般に、セルロース系繊維、プラスチックス系繊維、アスベスト、ガラス繊維、炭素繊維、ウイスカーなどの有機系繊維、或いは無機系繊維等、又はタルク、クレー、マイカ、木粉、パルプ等が補強材（充填材）として使用される。
【０００３】
ところで、フェノール樹脂を金属代替材料として使用する場合、その材料が機械的強度、耐熱性、更には寸法安定性、摺動特性などの性能に優れていることが要求される。
このような要求性能を満足させる為、補強材としてガラス繊維や炭素繊維のチョップドストランドが使用される。
しかしながら、補強材としてガラス繊維を用いた場合、ガラス繊維を相当多量に配合しても、期待される程の高い剛性が得られず、しかも多量に使用した場合には成形性が悪くなり、そして軽量化が達成されない。
これに対して、炭素繊維を用いた場合、炭素繊維はガラス繊維より解繊され易く、樹脂との濡れ性が悪く、ハンドリングに難点が有り、十分な補強効果を発揮できない。
【０００４】
そこで、炭素繊維を補強材として用いる場合にあっては、種々の方法が知られている。
例えば、所謂、構造材料として炭素繊維を使用した炭素繊維強化フェノール樹脂成形用材料は、カーボンペーパーや炭素繊維織布や炭素繊維マット、不織布などの基材にフェノール樹脂を含浸し、乾燥後予備硬化してプリプレグとして使用するものである。特に、構造用部材としてはプリプレグによる方法が大半である。
【０００５】
又、炭素繊維の織布や炭素繊維マット、不織布などの基材を使用しないで、いわゆるチョップドストランドを使用する場合には、炭素繊維に特別の表面処理を施して使用する方法が提案さている。
例えば、特開平１−１７２４２８号公報では、空気酸化処理およびチタネート系カップリング剤処理されたＰＡＮ系炭素繊維を使用することが開示されている。
又、特殊な炭素繊維を使用する方法も提案されている。
例えば、特開平２−６４１３２号公報では、炭素繊維としてオニオン構造を有し、かつ、結晶層厚が２５〜２００Åである炭素繊維を使用し、マトリックス樹脂としてフェノール樹脂とアクリロニトリル・ブタジエン共重合体を使用することが開示されている。
特開平２−２５５８６４号公報では、気相成長法の炭素繊維であって、繊維径が０．０５〜５μｍのものを使用することが開示されている。
特開平２−２９８５５４号公報では、面間隔ｄ（Å）が３．４７〜３．４３、アスペクト比が５０〜５００、直径５μｍ以下の気相法炭素繊維および／または該炭素繊維を加熱処理して得られる面間隔ｄ（Å）が３．４３〜３．３５のグラファイトウイスカーを使用することが開示されている。
特開平６−１３６１４２号公報では、炭素繊維を４４０℃の空気中で加熱してカルボキシ基を導入し、ジエチレントリアミンのトルエン溶液中に浸漬後加熱したものをフェノール樹脂と混練する方法が開示されている。
特開平３−５９０６０号公報では、短繊維および／または長繊維より構成される紐状体をフェノール樹脂液に含浸し、加熱乾燥後、これを切断して使用する方法が開示されている。
【０００６】
上記の如く、これまでは、炭素繊維を補強材として使用する場合、所謂、織布、マット、不織布等の基材に樹脂を含浸し、乾燥予備硬化したプリプレグとして使用する方法が一般的であり、特に構造用部材としてはプリプレグ方式が殆んどである。
しかしながら、プリプレグを形成して使用する方法は、成形金型を使用して複雑な形状を有する成形品を得ることには不適である。
又、上記の如く、炭素繊維を格別に処理したり、特殊な炭素繊維を使用する場合でも、圧縮成形などの成形方法により曲げ弾性率が４０００ｋｇｆ／ｍｍ²以上の高剛性を示す成形品は知られていない。尚、仮に、高剛性の成形品が得られるとしても、コストが高くなり、一般的でない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明が解決しようとする課題は、補強材としての炭素繊維自体に特別な表面処理を行わなくても済み、市販のチョップドストランド炭素繊維を使用して、成形加工性、流動性に優れ、高弾性で、高剛性を有し、摺動特性に優れたマシニングセンタにおける構造部品が得られる技術を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、マシニングセンタにおける構造部品の成形材料であって、該成形材料はフェノール系樹脂と炭素繊維とを主成分として含有するフェノール系樹脂成形材料であり、
前記フェノール系樹脂成形材料中におけるフェノール系樹脂と炭素繊維との割合は、前記フェノール系樹脂２０〜４０重量部に対して前記炭素繊維が５０〜８０重量部であって、
前記フェノール系樹脂成形材料は、フレーク状あるいは鱗片状のものであり、
前記炭素繊維は、その平均繊維長が３．０〜８．０ｍｍ、平均繊維径が６〜１２μｍ、アスペクト比が２５０〜１５００、密度が１．７〜２．２ｇ／ｃｍ ^３、引張り弾性率が２×１０ ^４ｋｇｆ／ｍｍ ^２以上のチョップドストランドである
ことを特徴とするマシニングセンタにおける構造部品成形材料によって解決される。
【００１０】
すなわち、上記特徴のフェノール系樹脂成形材料は、補強材としての炭素繊維自体に特別な表面処理を行わなくても済むものであるから、即ち、市販のチョップドストランド炭素繊維を使用して得られるものであることから、低廉なコストで得られる。そして、成形加工性、流動性に優れ、高弾性で、高剛性を有し、摺動特性に優れた成形品（マシニングセンタにおける構造部品）が得られる。
【００１１】
又、前記の課題は、２０〜４０重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤と、５０〜８０重量部で、平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍの炭素繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、溶剤を添加しながら４０℃以下の温度で造粒する造粒工程と、
前記造粒工程の後、８５〜１１０℃の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするフェノール系樹脂成形材料の製造方法によって解決される。
中でも、２０〜４０重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤とを混合した後、これに５０〜８０重量部で、平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍの炭素繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、溶剤を添加しながら４０℃以下の温度で造粒する造粒工程と、
前記造粒工程の後、８５〜１１０℃の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするフェノール系樹脂成形材料の製造方法によって解決される。
【００１２】
特に、２０〜４０重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤と、５０〜８０重量部で、平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍ、平均繊維径が６〜１２μｍ、アスペクト比が２５０〜１５００、密度が１．７〜２．２ｇ／ｃｍ^３、引張り弾性率が２×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２以上のチョップドストランドの炭素繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、溶剤を添加しながら４０℃以下の温度で造粒する造粒工程と、
前記造粒工程の後、８５〜１１０℃の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするフェノール系樹脂成形材料の製造方法によって解決される。
中でも、２０〜４０重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤とを混合した後、これに５０〜８０重量部で、平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍ、平均繊維径が６〜１２μｍ、アスペクト比が２５０〜１５００、密度が１．７〜２．２ｇ／ｃｍ^３、引張り弾性率が２×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２以上のチョップドストランドの炭素繊維とを混合する混合工程と、
前記混合工程の後、溶剤を添加しながら４０℃以下の温度で造粒する造粒工程と、
前記造粒工程の後、８５〜１１０℃の温度で乾燥する乾燥工程
とを具備することを特徴とするフェノール系樹脂成形材料の製造方法によって解決される。
【００１３】
すなわち、上記製造方法によれば、成形加工性、流動性に優れ、高弾性で、高剛性を有し、摺動特性に優れた成形品を得ることが出来るフェノール系樹脂成形材料が低廉なコストで得られる。
【００１４】
又、上記の成形材料を用いて成形されてなるマシニングセンタにおける構造部品であって、
該構造部品は、曲げ弾性率が４０００ｋｇｆ／ｍｍ ^２以上、比曲げ弾性率が２６００ｋｇｆ／ｍｍ ^２以上のものである
ことを特徴とするマシニングセンタにおける構造部品によって解決される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の成形材料は、フェノール系樹脂と炭素繊維とを主成分として含有するフェノール系樹脂成形材料において、前記フェノール系樹脂成形材料中におけるフェノール系樹脂と炭素繊維との割合は、前記フェノール系樹脂２０〜４０重量部に対して前記炭素繊維が５０〜８０重量部であって、前記フェノール系樹脂成形材料は、フレーク状あるいは鱗片状のものであり、前記炭素繊維は、その平均繊維長が３．０〜８．０ｍｍである。炭素繊維は、特に、平均繊維長が３．０〜８．０ｍｍ、平均繊維径が６〜１２μｍ、アスペクト比が２５０〜１５００、密度が１．７〜２．２ｇ／ｃｍ^３、引張り弾性率が２×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２以上のチョップドストランドである。
【００１６】
本発明の成形材料の製造方法は、２０〜４０重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤と、５０〜８０重量部で、平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍの炭素繊維とを混合する混合工程と、前記混合工程の後、溶剤を添加しながら４０℃以下の温度で造粒する造粒工程と、前記造粒工程の後、８５〜１１０℃の温度で乾燥する乾燥工程とを具備する。特に、２０〜４０重量部のフェノール系樹脂と、所定量の添加剤とを混合した後、これに５０〜８０重量部で、平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍの炭素繊維とを混合する混合工程と、前記混合工程の後、溶剤を添加しながら４０℃以下の温度で造粒する造粒工程と、前記造粒工程の後、８５〜１１０℃の温度で乾燥する乾燥工程とを具備する。添加剤としては、例えば充填剤、顔料、離型剤、そして更に必要に応じて硬化剤が用いられる。又、用いる炭素繊維は、特に、その平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍ、平均繊維径が６〜１２μｍ、アスペクト比が２５０〜１５００、密度が１．７〜２．２ｇ／ｃｍ^３、引張り弾性率が２×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２以上のチョップドストランドである。
【００１７】
本発明の樹脂成形品は、上記フェノール系樹脂成形材料または上記成形材料の製造方法により得たフェノール系樹脂成形材料を用いて成形されてなり、曲げ弾性率が４０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上、比曲げ弾性率が２６００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上のものである。
【００１８】
以下、更に詳しく説明する。
本発明の成形材料は、成形加工性が良好である。そして、該成形材料を、例えば圧縮成形して得られる成形品は、低比重で、衝撃強度（アイゾット、ノッチ付）３０ｋｇｆ−ｃｍ／ｃｍ^２以上で、曲げ弾性率４０００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上、比曲げ弾性率２６００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であり、成形収縮率が殆ど無く、高強度・高剛性で、寸法安定性に優れた炭素繊維強化フェノール系樹脂成形品である。
【００１９】
本発明の成形材料は、２０〜４０重量部のフェノール系樹脂と、所定量の充填剤と、所定量の顔料と、所定量の離型剤と、更に必要に応じて所定量の硬化剤とを、混合機（例えば、攪拌翼を有する低速回転攪拌混合機（例えば、通常のオープンニーダー））を用いて混合、特に４０℃以下の温度を維持して混合した後、５０〜８０重量部の炭素繊維（平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍの炭素繊維）を添加、混合した後、乾燥し、この混合物を造粒機（例えば、高速回転攪拌混合機（例えば、ヘンシェルミキサー、スパーミキサー））を用い、メタノールのような低沸点溶剤を添加しながら４０℃以下の温度を維持して造粒化し、この後、８５〜１１０℃の温度で乾燥することにより得られる。
【００２０】
炭素繊維を添加した後の低速回転攪拌混合機による混合時間は、一般的には、３０分前後である。すなわち、混合物が粘土状（ペースト状）から鱗片状あるいはフレーク状に変わるまでの時間で、通常、２０〜４０分である。混合時間が長時間になると、炭素繊維の切断が多くなり、目標とする所定の物性が得られない。
【００２１】
得られた混合物は熱風循環乾燥機の如きの乾燥機を用い、１００℃前後の温度、通常、８５〜１１０℃の温度で目標の流れ値（スパイラルフロー）となるまで乾燥（一次乾燥）する。この乾燥に要する時間は、通常、６０分前後である。乾燥温度が低い場合には、乾燥に要する時間が長くなり、作業操作上好ましくない。逆に、乾燥温度が余りに高い場合は、材料の流れ値の調整などの作業操作が困難となり、かつ、乾燥のバラツキも生じ易くなり、好ましくない。
【００２２】
高速回転攪拌混合機（例えば、ヘンシェルミキサー、スパーミキサー）を用い、鱗片状あるいはフレーク状の混合物に、メタノールやアセトンの如きの低沸点有機溶剤を添加しながら、４０℃以下の温度を維持し、攪拌し、造粒する。造粒化に要する時間時間は、１０分以内、通常、４〜６分である。造粒化後の熱風循環乾燥機の如きの乾燥機において、１００℃前後の温度、通常、８５〜１１０℃で乾燥（二次乾燥）される。この乾燥は、主として、残留する溶剤を揮発させるものである。そして、要する時間は、通常、４０分前後であり、目標の流れ値（スパイラルフロー）が得られる。
【００２３】
上記の低沸点有機溶剤の使用量は混合機に仕込む混合物の重量に対して３．０重量％以下、通常、１．０〜２．０重量％が使用される。溶剤の使用量が多い場合には、造粒物の形状が大きくなり易く、逆に、少ない場合には、造粒物のシマリが悪く、良好な形状の成形材料が得られ難い。
【００２４】
本発明の成形材料において、フェノール系樹脂は全配合物中２０〜４０重量部の範囲で使用される。フェノール系樹脂の配合割合が上記範囲より少ない場合は、混練操作が満足に行えず、樹脂の分散が不十分であり、かつ、流れの良好な成形材料を得ることが出来ない。逆に、樹脂の割合が多い場合は、十分な機械的強度を得ることが困難となる。従って、フェノール系樹脂の使用割合は上記の範囲内であるが、好ましくは全配合物中２５〜３５重量部の範囲である。
【００２５】
本発明において、フェノール系樹脂は、樹脂濃度６５〜７５％の液状樹脂として使用される。固形樹脂を使用する場合は、予め、溶剤（例えば、メタノール、アセトン等）で所定の樹脂濃度に調整して使用される。
【００２６】
本発明において、低速回転攪拌混合機への仕込み順序は、前記した如く、先ず、フェノール系樹脂と所定の添加剤とを混合し、この後で炭素繊維を添加・混合することが非常に好ましい。炭素繊維を最初から仕込んだ場合は、炭素繊維が切断され易く、目標とする所定の性能（物性）が得られ難い。
【００２７】
本発明において、上記した高い衝撃強度有し、高剛性で高弾性を有する成形品を得るには、炭素繊維の破損を出来るだけ抑制し、成形材料中におけるその平均繊維長が３．０〜８．０ｍｍの範囲内にあることが重要である。繊維長が上記の範囲より短い場合には、高剛性・高弾性の成形品が得られ難く、繊維長が上記の範囲より長い場合には、成形性が悪く、安定した成形品が得られず、高強度・高剛性を示した場合でも、成形品の表面状態が悪い等の欠点が有る。
【００２８】
本発明で用いられる炭素繊維は、特に、その平均繊維長が３．０〜９．０ｍｍ、平均繊維径が６〜１２μｍ、アスペクト比が２５０〜１５００、密度が１．７〜２．２ｇ／ｃｍ^３、引張り弾性率が２×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２以上のチョップドストランドである。
このような炭素繊維は、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、芳香族系炭素繊維など何れでも良く、特別な表面処理を施す必要が無い。通常の処理がなされた市販のもので繊維径、繊維長、アスペクト比、密度、引張り弾性率が上記の範囲内のものであれば使用できる。市販の炭素繊維としては、例えばベスファイトＨＴＡ−Ｃ６−Ｓ、ベスファイトＨＴＡ−Ｃ３−Ｓ（東邦レーヨン（株）製）、ベスファイトＨＴＡ−Ｃ１２−Ｓ（東邦レーヨン（株）製）、グラノックスＸＮ−５０Ｃ−０６Ｃ（日本グラファイトファイバー（株）製）等が挙げられる。
【００２９】
本発明において、炭素繊維の配合量は、通常、全配合物中５０〜８０重量％の範囲であり、好ましくは５５〜７５重量％である。炭素繊維の配合量が上記範囲よりも少ない場合は、強度、剛性、弾性率などの機械的特性に優れた成形品が得られない。逆に、多い場合は、成形加工性や流動性などが悪くなり、かつ、成形品の表面状態も悪くなる。
【００３０】
本発明におけるフェノール系樹脂は、フェノール性水酸基を有する芳香族化合物であり、具体的にはフェノール、クレゾール、キシレノール、アルキルフェノール、レゾルシノール等のフェノール性化合物と、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラホルムアルデヒド、フルフラール、環状ホルマール等のアルデヒド類とを酸性触媒あるいはアルカリ性触媒の存在下に縮合反応して得られる合成樹脂、若しくは前記樹脂の変性樹脂、更には他の熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂、アミノ樹脂など）との共縮合反応させた樹脂、又、一部熱可塑性樹脂あるいは他の樹脂とのポリマーアロイ等を挙げることが出来る。尚、通常は、所謂、フェノール系樹脂が使用される。
本発明において、フェノール系樹脂は、レゾール型、ノボラック型の固形状、液状いずれをも使用できる。但し、炭素繊維と配合する際には、通常、液状で使用するのが好適である。すなわち、固体の状態で炭素繊維と混練した場合は、炭素繊維の折損が大きく、かつ、樹脂と炭素繊維との密着性も悪くなる。
【００３１】
本発明に係る成形材料は、更に、必要に応じて、クレー、タルク、マイカ等の無機系充填剤を少量（全配合物中約５〜１０重量％程度）配合することが出来る。その他にも、本発明に係る成形材料の特性を損なわない範囲でフェノール系樹脂成形材料に配合される種々の添加剤を用いることが出来る。
【００３２】
以下に本発明の具体的実施例を示す。
【実施例１】
フェノール樹脂として、数平均分子量１２００のノボラック型フェノール樹脂をメタノール３０％に溶解した液状樹脂（樹脂濃度７０重量％）を用いた。炭素繊維として、東邦レーヨン（株）製ベスファイトＨＴＡ−Ｃ６−Ｓ（商品名）チョップドストランド（繊維長６ｍｍ、繊維径７μｍ、密度１．７７ｇ／ｃｍ³、引張弾性率２．４×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２ ) を用いた。
そして、先ず、上記フェノール樹脂３０重量部（固形分、ヘキサミン４．５重量部を含む）、充填剤（マイカ）５重量部、顔料および離型剤を合計で５重量部を、ニーダーに仕込み、予め、混合した。
この後、６０重量部の炭素繊維を添加し、３０℃で約３０分混合した。
混合後、該混合物を９５℃の熱風乾燥機で６０分乾燥した。そして、高速回転攪拌混合機（ヘンシェルミキサー）を用いて、乾燥された混合物にメタノール２重量部を添加しながら４０℃以下の温度に維持して造粒した。
この造粒物を９５℃の熱風乾燥機で４０分乾燥し、フレーク状の成形材料を得た。
得られた成形材料および成形品の物性を表１に示す。
【００３３】
【実施例２】
炭素繊維として、東邦レーヨン（株）製ベスファイトＨＴＡ−Ｃ６−Ｓ（商品名）チョップドストランド（繊維長６ｍｍ、繊維径７μｍ、密度１．７７ｇ／ｃｍ³、引張弾性率２．４×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２ ) と、東邦レーヨン（株）製ベスファイトＨＴＡ−Ｃ３−Ｓ（繊維長３ｍｍ、繊維径７μｍ、密度１．７７ｇ／ｃｍ³、引張弾性率２．４×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２ ) とを用いた以外は実施例１と同様に行い、フレーク状の成形材料を得た。
得られた成形材料および成形品の物性を表１に示す。
【００３４】
【実施例３】
フェノール樹脂として数平均分子量５００の固形レゾール型フェノール樹脂をメタノール３０％に希釈した液状樹脂を２５重量部（固形分として）用いると共に、炭素繊維として東邦レーヨン（株）製ベスファイトＨＴＡ−Ｃ６−Ｓ（商品名）チョップドストランド（繊維長６ｍｍ、繊維径７μｍ、密度１．７７ｇ／ｃｍ³、引張弾性率２．４×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２ )を用い、そして実施例１と同様にして混合物となし、該混合物を実施例１と同様にして乾燥した後、ヘンシェルミキサーによりメタノール２重量部を添加しながら造粒し、９０℃で乾燥してフレーク状の成形材料を得た。
得られた成形材料および成形品の物性を表１に示す。
【００３５】
【実施例４】
フェノール樹脂として、５０％キシレン変性フェノール樹脂をメタノール３０％に希釈した液状樹脂を用いた。炭素繊維として、日本グラファイトファイバー（株）製グラノックスＸＮ５０−Ｃ−０６Ｃ（商品名）チョップドストランド（繊維長６ｍｍ、繊維径１０μｍ、密度２．１０ｇ／ｃｍ³ 、引張弾性率５．０×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２) を用いた。
そして、先ず、上記フェノール樹脂２５重量部（固形分、ヘキサミン３．７重量部を含む）、顔料および離型剤を合計で５重量部を、ニーダーに仕込み、予め、混合した。
この後、７０重量部の炭素繊維を添加し、３０℃で約３０分混合した。
混合後、該混合物を９５℃の熱風乾燥機で６０分乾燥した。そして、高速回転攪拌混合機（ヘンシェルミキサー）を用いて、乾燥された混合物にメタノール２重量部を添加しながら２５℃の温度に維持して造粒した。
この造粒物を９５℃の熱風乾燥機で４０分乾燥し、フレーク状の成形材料を得た。
得られた成形材料および成形品の物性を表１に示す。
【００３６】
【比較例１】
実施例１において、フェノール樹脂の使用量を１５重量部（ヘキサミン２．５重量部を含む）、炭素繊維の使用量を８０重量部とした以外は、実施例１と同様に行なった。
しかしながら、本例では、樹脂の含浸が不十分で、良好なフレーク状物が得られなかった。そして、流れ値が小さく、成形性が悪く、良好な成形品が成形できなかった。
【００３７】
【比較例２】
実施例１において、炭素繊維の使用量を４０重量部、充填材（マイカ）の使用量を２５重量部とした以外は、実施例１と同様に行なった。
本例では、比較例１の場合とは異なり、フレーク状成形材料が得られた。得られた成形材料および成形品の物性を表２に示す。この表２から判る通り、本比較例のものは、機械的強度、特に衝撃強さが低く、目標値の強度（３０ｋｇｆ−ｃｍ／ｃｍ^２以上) が得られていない。
【００３８】
【比較例３】
実施例１において、炭素繊維として、３０重量部のベスファイトＨＴＡ−Ｃ３−Ｓと、３０重量部のベスファイトＨＴＡ−Ｃ１．５−Ｓチョップドストランド（繊維長１．５ｍｍ、繊維径７μｍ、密度１．７７ｇ／ｃｍ³、引張弾性率２．４×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２) を用いた以外は、実施例１と同様に行なった。
本例で得られた成形材料は、そのフレークの長径が小さく、全体として形状が小さいものであった。得られた成形材料および成形品の物性を表２に示す。この表２から判る通り、本比較例のものは、成形材料中の炭素繊維の繊維長が短く、目標とする機械的強度が得られず、成形収縮も大きい。
【００３９】
【比較例４】
実施例１において、炭素繊維として、ベスファイトＨＴＡ−Ｃ１２−Ｓチョップドストランド（繊維長１２ｍｍ、繊維径７μｍ、密度１．７７ｇ／ｃｍ³、引張弾性率２．４×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２) を用いた以外は、実施例１と同様に行なった。
本例で得られた成形材料は、そのフレークの長径が大きく、全体として形状が大きく、成形材料中の繊維長が長くて成形性が悪く、良好な成形品が得られなかった。
【００４０】
【比較例５】
実施例１において、ニーダーによる混合時間を５０分とした以外は、実施例１と同様に行なった。
得られた成形材料および成形品の物性を表２に示す。表２から判る通り、炭素繊維の平均繊維長が短く、目標とする機械的強度が得られていない。
【００４１】
【特性】
表１
実施例１実施例２実施例３実施例４
流れ（ｃｍ）４８５０３８３５
平均繊維長(mm) ５．０３．８５．２５．２
成形性良好良好良好良好
比重(g/cm³) １．５４１．５４１．５６１．５８
衝撃強さ（ノッチ付き，kgf-cm/cm²）
３５３１３８４０
曲げ強さ(kgf/mm²) ３０２８３３３５
曲げ弾性率(kgf/mm²)
４５００４２００４９００５０１０
比曲げ弾性率(kgf/mm²)
２９００２７３０３１４０３１７０
成形収縮率（％）０．０５０．０５０．０３０．０１
平滑性良好良好良好良好
表２
比較例２比較例３比較例５
流れ（ｃｍ）５５５０４０
平均繊維長(mm) ５．６２．１２．４
成形性良好良好良好
比重(g/cm³) １．５５１．５４１．５４
衝撃強さ（ノッチ付きkgf-cm/cm²）２１２５２６
曲げ強さ(kgf/mm²) ２６３０２８
曲げ弾性率(kgf/mm²) ３５００３０００３６００
比曲げ弾性率(kgf/mm²) ２２６０１９４０２３４０
成形収縮率（％）０．１２０．２００．１３
平滑性良好良好良好
（１）流れ（ｃｍ）：スパイラルロー法、渦巻き状に長さ（１００ｃｍ）を刻印した金型を使用し、所定の温度、圧力、時間および材料投入量でトファンスファー成形し、押出された渦巻き状物成形品の最大長さ。
（２）平均繊維長（ｍｍ）：成形材料中の樹脂分を溶剤で抽出除去し、残存した炭素繊維を電子顕微鏡で観察測定。
（３）成形性：ＪＩＳＫ６９１５に準じて圧縮成形した成形品の金型への充填性および外観を目視により観察し判定した。
（４）比重（ｇ／ｃｍ³）：ＪＩＳ法による。
（５）衝撃強さ、曲げ強さ、曲げ弾性率、比曲げ弾性率：圧縮成形により試験片を作成し, ＪＩＳＫ６９１５に準じて測定。
（６）成形収縮率（％）：圧縮成形により試験片を作成し、ＪＩＳＫ６９１５に準じて測定。
（７）平滑性：圧縮成形で成形した成形品の表面を目視観察し判定した。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の成形材料は、成形加工性が良好である。
そして、例えば圧縮成形して得られる成形品は、低比重で、衝撃強度、曲げ弾性率等の機械的強度に優れ、成形収縮率が極めて小さく、高強度、高剛性で、寸法安定性に優れた炭素繊維強化フェノール系樹脂成形品である。

Claims

マシニングセンタにおける構造部品である工具交換アーム又は工具交換ホルダの成形材料であって、該成形材料はフェノール系樹脂と炭素繊維とを主成分として含有するフェノール系樹脂成形材料であり、
前記フェノール系樹脂成形材料中におけるフェノール系樹脂と炭素繊維との割合は、前記フェノール系樹脂２０〜４０重量部に対して前記炭素繊維が５０〜８０重量部であって、
前記フェノール系樹脂成形材料は、フレーク状あるいは鱗片状のものであり、
前記炭素繊維は、その平均繊維長が３．０〜８．０ｍｍ、平均繊維径が６〜１２μｍ、アスペクト比が２５０〜１５００、密度が１．７〜２．２ｇ／ｃｍ^３、引張り弾性率が２×１０^４ｋｇｆ／ｍｍ^２以上のチョップドストランドである
ことを特徴とするマシニングセンタにおける構造部品成形材料。
請求項１の成形材料を用いて成形されてなるマシニングセンタにおける構造部品である工具交換アーム又は工具交換ホルダであって、
該構造部品は、曲げ弾性率が４０００ｋｇｆ／ｍｍ ^２以上、比曲げ弾性率が２６００ｋｇｆ／ｍｍ ^２以上のものである
ことを特徴とするマシニングセンタにおける構造部品。