特許 6379901 強化繊維束、繊維強化熱可塑性樹脂組成物およびその成形品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6379901

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】強化繊維束、繊維強化熱可塑性樹脂組成物およびその成形品

(51)【国際特許分類】

   D06M 15/263 20060101AFI20180820BHJP

   B29B 15/10 20060101ALI20180820BHJP

   D06M 15/59 20060101ALI20180820BHJP

   D06M 101/40 20060101ALN20180820BHJP

【ＦＩ】

   D06M15/263

   B29B15/10

   D06M15/59

   D06M101:40

【請求項の数】11

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-187626(P2014-187626)

(22)【出願日】2014年9月16日

(65)【公開番号】特開2016-60976(P2016-60976A)

(43)【公開日】2016年4月25日

【審査請求日】2017年6月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(72)【発明者】

【氏名】高橋 厚

(72)【発明者】

【氏名】藤田 沙紀

(72)【発明者】

【氏名】大谷 忠

(72)【発明者】

【氏名】原田 明

(72)【発明者】

【氏名】川口 重興

【審査官】 長谷川 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１７４０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０９３２９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−１９７３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６１３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７４０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１５６１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５１８８１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０３０９６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｂ１１／１６

１５／０８−１５／１４

Ｃ０８Ｊ５／０４−５／１０

５／２４

Ｄ０１Ｆ１１／００−１３／０４

Ｄ０６Ｍ１０／００−１６／００

１９／００−２３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

強化繊維に（メタ）アクリル系重合体が付着した強化繊維束であって、
前記（メタ）アクリル系重合体の、下記式（ａ）で算出される凝集エネルギー密度ＣＥＤが６００〜８００ＭＰａであり、
強化繊維束中、前記（メタ）アクリル系重合体の付着量が、強化繊維束の総質量に対し、０．１〜１０質量％である、強化繊維束。
ＣＥＤ＝１．１５×Σ｛Ｐ（ｎ）×ＣＥ（ｎ）｝／Σ｛Ｐ（ｎ）×Ｍ（ｎ）｝・・・・・・（ａ）
（式中、（メタ）アクリル系重合体に含まれる（メタ）アクリル系単量体単位の種類をｍ種類として、各（メタ）アクリル系単量体単位をそれぞれ（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）（ｎは１〜ｍの整数）としたとき、ＣＥ（ｎ）は、（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）の化学構造ＣＳ（ｎ）から計算された凝集エネルギーを意味する；Ｍ（ｎ）は（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）の分子量を意味する；Ｐ（ｎ）は（メタ）アクリル系重合体中の（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）のモル分率を意味する；但しΣＰ（ｎ）＝１である。）

【請求項2】

前記（メタ）アクリル系重合体が水酸基を有するアクリル系単量体単位を含み、かつ前記（メタ）アクリル系重合体を構成する単量体単位の総質量に対し、水酸基を有するアクリル系単量体単位を３０〜１００質量％含む、請求項１に記載の強化繊維束。

【請求項3】

前記水酸基を有するアクリル系単量体単位が、下記式（１）又は式（２）で表される化学構造を有する単量体から誘導される単量体単位である、請求項２に記載の強化繊維束。
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ^２）−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ（Ｒ^３）（Ｒ^４）・・・・・・・（１）
（式（１）中、Ｒ^２は水素原子又はメチル基であり；Ｒ^３及びＲ^４は互いに異なっていてもよく、水素原子、炭素数１〜２２のアルキル基、及び水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基からなる群から選ばれるいずれかの基であり、かつ、Ｒ^３及びＲ^４のうち少なくとも一つの基が水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基である。）
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ^５）−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^６・・・・・・・・（２）
（式（２）中、Ｒ^５は水素原子又はメチル基であり；Ｒ^６は水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基である。）

【請求項4】

前記（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）が３，０００〜１，０００，０００である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の強化繊維束。

【請求項5】

前記強化繊維が炭素繊維である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の強化繊維束。

【請求項6】

前記強化繊維束１束あたりの前記強化繊維の本数が１，０００〜１００，０００本である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の強化繊維束。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の強化繊維束と、熱可塑性樹脂と、を含む繊維強化熱可塑性樹脂組成物であって、
前記（メタ）アクリル系重合体を、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、０．００５〜８質量％、
前記強化繊維を、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、５〜８０質量％、および
前記熱可塑性樹脂を、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、１２〜９５質量％含む、繊維強化熱可塑性樹脂組成物。

【請求項8】

前記熱可塑性樹脂が、分子内にエステル結合またはアミド結合のうち、少なくとも１種の結合を有する、請求項７に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。

【請求項9】

前記熱可塑性樹脂が、脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミドのうち少なくとも１種のポリアミドを含む、請求項８に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。

【請求項10】

前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物が、連続した前記強化繊維束に前記熱可塑性樹脂を含浸させてシート状に成形したシート状物である、請求項７〜９のいずれか１項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。

【請求項11】

請求項７〜１０のいずれか１項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を成形した成形品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、強化繊維束、これを含む繊維強化熱可塑性樹脂組成物、及びその成形品に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、強化繊維材料は、各種のマトリックス樹脂と複合化され、得られる繊維強化プラスチックは種々の分野・用途に広く利用されるようになってきた。特に、炭素繊維は高度の機械的特性や耐熱性等を要求される航空・宇宙分野や、一般産業分野では、自動車、風車、圧力タンク等に用いられている。

【0003】

従来、強化繊維プラスチックに用いられるマトリックス樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂が使用されてきた。しかし、特に航空・宇宙分野では、これらのマトリックス樹脂は、脆く、耐衝撃性に劣るという欠点を有するため、その改善が求められてきた。また、熱硬化性樹脂の場合、これをプリプレグとしたとき、樹脂のライフタイムが短いために保存管理上に問題があること、製品形状に対して追従性が乏しいこと、成形時間が長く生産性が低いこと等の問題もあった。これに対して、熱可塑性樹脂を用いた場合は、複合材料としたときの成形時間が短くできる、耐衝撃性が優れる、リサイクル性が良いなどメリットが多く、近年、熱可塑性強化繊維複合材料、特に炭素繊維を用いた炭素繊維複合材料の開発が急速に進んでいる。

【0004】

熱可塑性強化繊維複合材料に用いられる熱可塑性樹脂には、特に自動車用途などでは、汎用性の高い樹脂が用いられており、特にポリプロピレン系やポリアミド系などの需要が高い。その中で、特にポリアミド系樹脂は耐熱性などの観点から様々な部材に用いられるようになっており、強化繊維複合材料としての力学特性の向上が求められている。

【0005】

熱可塑性強化繊維複合材料に用いられる強化繊維束には、強化繊維束の取扱い性や、強化繊維束を配合した材料の物性を向上させることを目的に、サイジング処理により集束された強化繊維束が用いられている。このサイジング処理としては、通常、マトリックス樹脂として用いられる熱可塑性樹脂に適合性のあるサイジング剤を付与する方法が用いられる。

【0006】

特に熱可塑性樹脂を用いた複合材料の場合、成形品の力学特性（機械特性）を高めることが求められており、この目的のためにサイジング剤により、強化繊維と熱可塑性樹脂との界面接着性を高める検討、さらに熱可塑性樹脂の含浸性も高める検討等が進められている。

【0007】

サイジング剤としては一般的にエポキシ系化合物、ウレタン系化合物などの化合物が用いられているが、アクリル系のサイジング剤を用いて、強化繊維と熱可塑性樹脂との界面接着性を高める検討も進められている。

【0008】

特許文献１には酸変性ポリプロピレンとカチオン性（メタ）アクリル共重合体を含むサイジング剤が開示されており、また、特許文献２にはアクリロイルオキシ基またはメタクリロイルオキシ基が２級炭素原子または３級炭素原子に結合した（メタ）アクリル酸エステル単量体を含むビニル系単量体によってポリオレフィン樹脂をグラフト変性した変性ポリオレフィン樹脂を含有する強化繊維用サイジング剤が開示されている。しかしながらこれらの技術は、熱可塑性樹脂としてポリプロピレンに対しての接着性を高めることが目的であり、ポリアミド系樹脂に対しては十分な接着性が得られないことが予想される。

【0009】

特許文献３には（メタ）アクリル系重合体が、側鎖に、水酸基、カルボキシル基、アミド基およびウレア基より選ばれる少なくとも１種の官能基を有し、カルボキシル基含有（メタ）アクリル系単量体単位を０〜５質量％含むサイジング剤を用いた技術が開示されている。しかしこの技術に関してもポリアミド系樹脂に対する接着性は十分ではない。

【0010】

このように従来技術ではポリアミド系樹脂に対する接着性は十分でなく、接着性と含浸性を高める強化繊維複合材料の開発が望まれていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１４−０５１７５７号公報

【特許文献2】特開２００５−２２６１９３号公報

【特許文献3】特開２０１１−１７４０５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明は、熱可塑性樹脂への良好な接着性と含浸性を有する強化繊維であって、取扱い性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂組成物を得ることができる強化繊維束、これを含む繊維強化熱可塑性樹脂組成物、及び力学特性に優れたその成形品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明者らは鋭意検討した結果、強化繊維に（メタ）アクリル系重合体が付着した強化繊維束であって、前記（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤが６００〜８００ＭＰａである強化繊維束を用いることにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。

【0014】

即ち、本発明は、以下の態様を包含する。
［１］強化繊維に（メタ）アクリル系重合体が付着した強化繊維束であって、
前記（メタ）アクリル系重合体の、下記式（ａ）で算出される凝集エネルギー密度ＣＥＤが６００〜８００ＭＰａであり、
強化繊維束中、前記（メタ）アクリル系重合体の付着量が、強化繊維束の総質量に対し、０．１〜１０質量％である、強化繊維束。
ＣＥＤ＝１．１５×Σ｛Ｐ（ｎ）×ＣＥ（ｎ）｝／Σ｛Ｐ（ｎ）×Ｍ（ｎ）｝・・・・・・（ａ）
（式中、（メタ）アクリル系重合体に含まれる（メタ）アクリル系単量体単位の種類をｍ種類として、各（メタ）アクリル系単量体単位をそれぞれ（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）（ｎは１〜ｍの整数）としたとき、ＣＥ（ｎ）は、（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）の化学構造ＣＳ（ｎ）から計算された凝集エネルギーを意味する；Ｍ（ｎ）は（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）の分子量を意味する；Ｐ（ｎ）は（メタ）アクリル系重合体中の（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）のモル分率を意味する；但しΣＰ（ｎ）＝１である。）

【0015】

［２］前記（メタ）アクリル系重合体が水酸基を有するアクリル系単量体単位を含み、かつ前記（メタ）アクリル系重合体を構成する単量体単位の総質量に対し、水酸基を有するアクリル系単量体単位を３０〜１００質量％含む、［１］に記載の強化繊維束。
［３］前記水酸基を有するアクリル系単量体単位が、下記式（１）又は式（２）で表される化学構造を有する単量体から誘導される単量体単位である、［２］に記載の強化繊維束。
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ^２）−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ（Ｒ^３）（Ｒ^４）・・・・・・・（１）
（式（１）中、Ｒ^２は水素原子又はメチル基であり；Ｒ^３及びＲ^４は互いに異なっていてもよく、水素原子、炭素数１〜２２のアルキル基、及び水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基からなる群から選ばれるいずれかの基であり、かつ、Ｒ^３及びＲ^４のうち少なくとも一つの基が水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基である。）
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ^５）−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^６・・・・・・・・（２）
（式（２）中、Ｒ^５は水素原子又はメチル基であり；Ｒ^６は水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基である。）
［４］前記（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）が３，０００〜１，０００，０００である、［１］〜［３］のいずれか１項に記載の強化繊維束。
［５］前記強化繊維が炭素繊維である、［１］〜［４］のいずれか１項に記載の強化繊維束。
［６］前記強化繊維束１束あたりの前記強化繊維の本数が１，０００〜１００，０００本である、［１］〜［５］のいずれか１項に記載の強化繊維束。

【0016】

［７］［１］〜［６］のいずれか１項に記載の強化繊維束と、熱可塑性樹脂と、を含む繊維強化熱可塑性樹脂組成物であって、
前記（メタ）アクリル系重合体を、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、０．００５〜８質量％、
前記強化繊維を、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、５〜８０質量％、および
前記熱可塑性樹脂を、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、１２〜９５質量％含む、繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
［８］前記熱可塑性樹脂が、分子内にエステル結合またはアミド結合のうち、少なくとも１種の結合を有する、［７］に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
［９］前記熱可塑性樹脂が、脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミドのうち少なくとも１種のポリアミドを含む、［８］に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。
［１０］前記繊維強化熱可塑性樹脂組成物が、連続した前記強化繊維束に前記熱可塑性樹脂を含浸させてシート状に成形したシート状物である、［７］〜［９］のいずれか１項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物。

【0017】

［１１］［７］〜［１０］のいずれか１項に記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を成形した成形品。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、熱可塑性樹脂との接着性、含浸性が向上した強化繊維束、取扱い性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂組成物、及び力学特性に優れた成形体を得ることができる。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、これらの内容に特定されない。なお、本明細書において、「〜」とは、その前後の数字等を含むものとする。

【0020】

＜強化繊維束＞
本発明の第一の態様における強化繊維束は、強化繊維に（メタ）アクリル系重合体が付着した強化繊維束であって、前記（メタ）アクリル系重合体の、特定の式で算出される凝集エネルギー密度ＣＥＤが６００〜８００ＭＰａであり、強化繊維束中、前記（メタ）アクリル系重合体の付着量が、強化繊維束の総質量に対し、０．１〜１０質量％である強化繊維束である。なお、上記（メタ）アクリル系重合体は強化繊維におけるサイジング剤として機能するものである。

【0021】

（強化繊維）
本発明に用いる強化繊維としては、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、高弾性率繊維の１種または２種以上を使用できる。中でも、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、レイヨン系炭素繊維などの炭素繊維が、得られる成形品の力学特性の向上および成形品の軽量化効果の観点から好ましい。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系炭素繊維がさらに好ましい。

【0022】

本発明に用いる強化繊維の直径は特に限定されないが３〜２０μｍが好ましく、さらに好ましくは５〜１５μｍである。強化繊維の直径を上記数値範囲とすることにより、力学特性と樹脂の含浸性がより優れた繊維強化熱可塑樹脂組成物が得られる。

【0023】

用いる強化繊維の断面の形状は真円である必要はなく、楕円上やその他の形状であってもよい。

【0024】

本発明に用いる強化繊維束は上記強化繊維が複数本束ねられた形態を示す。強化繊維束１束あたりに含まれる強化繊維の本数は１，０００〜１００，０００本であることが好ましく、より好ましくは３，０００〜１００，０００本であり、更に好ましくは１２，０００〜６０，０００本である。強化繊維の本数を上記数値範囲とすることにより、目付斑が少なく、繊維の直進性が良好な繊維強化熱可塑樹脂組成物が得られる。

【0025】

また強化繊維に炭素繊維を用いた場合、炭素繊維表面状態については、電気化学的測定法（サイクリック・ボルタ・メトリー）により求められるｉｐａ値が０．０５〜０．４５μＡ／ｃｍ^２であることが好ましい。このｉｐａ値は、炭素繊維の酸素含有官能基数量と電気二重層形成に関与する表面凹凸度と微細構造の影響を受ける。特に表層のエッチングを大きく受けた炭素繊維やアニオンが黒鉛結晶に層間に入り込んだ層間化合物を形成している場合、大きな値となる。優れた機械的性能を発現する繊維強化熱可塑性樹脂組成物において、炭素繊維と熱可塑性樹脂との界面は重要であり、特に適当な酸素含有官能基の存在と、小さな電気二重層を形成するような表面を有する炭素繊維が最適な界面を形成する。

【0026】

ｉｐａ値が０．０５μＡ／ｃｍ^２ 未満の場合、基本的に酸素含有官能基の数量は少なく、十分な界面接着性を有しないものとなる。一方、ｉｐａ値が０．４５μＡ／ｃｍ^２を超える場合、表面のエッチングが過剰に生じているか、あるいは層間化合物が形成されている。このような表面は、表面脆弱層に移行し易く、その結果、熱可塑性樹脂との十分な界面接着性を有するものとすることができない。より好ましくは、０．０７〜０．３６μＡ／ｃｍ^２である。
ｉｐａ値は、例えば特開昭６０−２４６８６４号公報に開示されているサイクリック・ボルタ・メトリー法によって求めることができる。なお、本発明でいうサイクリック・ボルタ・メトリー法とは、ポテンショスタットとファンクジョンジェネレータとからなる分析装置において、作動電極として炭素繊維を用い、その電流と電極電位(電圧)との関係を測定する方法のことである。

【0027】

さらに、本発明において、Ｘ線光電子分光法により求められる炭素繊維表面の酸素含有官能基量（Ｏ１ｓ／Ｃ１ｓ）が０．０５〜０．１６の範囲にある炭素繊維であることが望ましい。上記範囲とすることにより、熱可塑性樹脂との適度な界面接着性が得られる。
ここで、酸素含有官能基とは、ヒドロキシル基、カルボキシル基、ケトン基等が挙げられる。

【0028】

酸素含有官能基量の測定方法の例として、以下の方法を挙げることができる。
即ち、炭素繊維束をカットして試料ホルダーに両面テープを用いて固定した後、光電子脱出速度を９０°にし、Ｘ線光電子分光装置の測定チャンバー内を１×１０^−６Ｐａの真空に保持する。そして、測定時の帯電に伴うピークの補正として、Ｃ１ｓの主ピークの結合エネルギ値を２８５．６ｅＶに合わせる。次いで、Ｃ１ｓのピーク面積を、２８２〜２９６ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求め、又Ｏ１ｓのピーク面積を、５２８〜５４０ｅＶの範囲で直線のベースラインを引くことにより求める。表面酸素濃度（Ｏ／Ｃ）は、Ｏ１ｓのピーク面積とＣ１ｓのピーク面積の比を装置固有の感度補正値で割ることによって算出した原子数比で表示する。測定装置は任意に選択できるが、例として複合型表面分析装置、ＶＧ社製ＥＳＣＡＬＡＢ ＭＫ−II(感度補正値３．０７)を挙げることができる。

【0029】

（（メタ）アクリル系重合体）
本発明に用いる（メタ）アクリル系重合体は、下記式（ａ）で算出される凝集エネルギー密度ＣＥＤが６００〜８００ＭＰａである。
ＣＥＤ＝１．１５×Σ｛Ｐ（ｎ）×ＣＥ（ｎ）｝／Σ｛Ｐ（ｎ）×Ｍ（ｎ）｝・・・・・・（ａ）

【0030】

ここで、（メタ）アクリル系重合体に含まれる（メタ）アクリル単量体単位（ｎ）の種類をｍ種類として、各（メタ）アクリル系単量体単位をそれぞれ（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）（ｎは１〜ｍの整数）としたとき、ＣＥ（ｎ）は、（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）の凝集エネルギーを意味する；Ｍ（ｎ）は（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）の分子量を意味する；Ｐ（ｎ）は（メタ）アクリル系重合体中の（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）のモル分率を意味する；但しΣＰ（ｎ）＝１である。

【0031】

ＣＥ（ｎ）は、（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）の化学構造ＣＳ（ｎ）から計算された凝集エネルギーを意味する。ここで、ＣＳ（ｎ）は、（メタ）アクリル系単量体単位（ｎ）の化学構造、すなわち単量体のＣ＝Ｃ二重結合が重合により開いた状態の化学構造である。また、係数１．１５は、（メタ）アクリル系単量体単位の比重を表す。ＣＥ（ｎ）はＣＥ（ｎ）＝ΣＥｃｏｈ（ｎ）で算出する。ここで、ΣＥｃｏｈ（ｎ）は化学構造ＣＳ（ｎ）を構成する、例えば、−ＣＨ_３、−ＣＨ_２−、＞Ｃ＜、−ＣＯＯＨ、−ＯＨなどの原子団の凝集エネルギーＥｃｏｈ（ｎ）の総和を表す。ここで、各原子団の凝集エネルギーは、参考文献：（１）R.F.Fedors：「A Method for Estimating Both theSolubility Parameters and Molar Volumes of Liquids」, Polm. Eng. Sci., 14(2).147-154(1974)、および、参考文献：（２）「ＳＰ値 基礎・応用と計算方法」（（株）情報機構）、第６刷、ｐ６９、２００８を参照し、R.F.Fedors が提案している原子団の凝集エネルギーＥｃｏｈ（Ｊ／ｍｏｌ）を使用することができる。

【0032】

本発明においては、（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度は６００〜８００ＭＰａである。凝集エネルギー密度が６００ＭＰａ未満であると特に熱可塑性樹脂がポリアミドである場合、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の物性（含浸性等）が悪くなる。凝集エネルギー密度が８００ＭＰａ超であると、強化繊維束に毛羽が多くなり、開繊性が悪くなる。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度はより好ましくは６３０〜７５０ＭＰａである。

【0033】

本発明においては、（メタ）アクリル系重合体が、（メタ）アクリル系重合体を構成する単量体単位の総質量に対し、水酸基を有するアクリル系単量体単位を３０〜１００質量％含むことが好ましい。さらに好ましい範囲は４０〜１００質量％である。このような範囲とすることで、強化繊維の糸の取り扱い性と熱可塑性樹脂との接着性を両立できる強化繊維束が得られる。なお、単量体単位の含有量は、重合反応に用いる単量体の仕込み量から算出することができる。

【0034】

本発明において、水酸基を有する（メタ）アクリル系単量体単位を誘導する単量体の好ましい構造式としては以下の式（１）及び（２）が挙げられる。
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ^２）−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ（Ｒ^３）（Ｒ^４）・・・・・・・（１）
（式（１）中、Ｒ^２は水素原子又はメチル基であり；Ｒ^３及びＲ^４は互いに異なっていてもよく、水素原子、炭素数１〜２２のアルキル基、及び水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基からなる群から選ばれるいずれかの基であり、かつ、Ｒ^３及びＲ^４のうち少なくとも一つの基が水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基である。）
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ^５）−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｒ^６・・・・・・・・（２）
（式（２）中、Ｒ^５は水素原子又はメチル基であり；Ｒ^６は水酸基を有する炭素数１〜２２のアルキル基である。）

【0035】

このような構造の単量体としては、上記式（１）、（２）に含まれるものであれば特に限定されないが、例えば、ヒドロキシメチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、３−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、１，２−ジヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート等のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート類；及びＮ−ヒドロキシメチル（メタ）アクリルアミド、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ビス（ヒドロキシメチル）（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）（メタ）アクリルアミド等のＮ−ヒドロキシアルキル（メタ）アクリルアミド類が挙げられる。なかでも、アミド基を有しているため親水性に優れていることから、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリルアミドが好ましい。

【0036】

本発明において、（メタ）アクリル系重合体は、カルボキシル基およびその塩に相当する構造を有するビニル系単量体単位を有していてもよい。例えば、（メタ）アクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、クロトン酸などの不飽和カルボン酸単量体由来の単量体単位が挙げられる。なかでも下記式（３）で表される単量体から誘導される単量体単位が好ましい。
ＣＨ_２＝Ｃ（Ｒ¹）−Ｃ（＝Ｏ）−Ｏ−Ｘ・・・（３）
（式（３）中、Ｒ^１は水素原子又はメチル基を表し；Ｘは水素原子、１価の金属イオン、置換基を有してもよいアンモニウムイオンを表す。）

【0037】

１価の金属イオンとしてはアルカリ金属イオンが挙げられ、置換基を有してもよいアンモニウムイオンとしてはアンモニウムイオン、１〜３級アンモニウムイオンなどが挙げられる。またこれらは１種または２種以上を用いることができる。

【0038】

アルカリ金属イオンとしては、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオンが挙げられる。置換基を有してもよいアンモニウムイオンとしては、例えば、１級アンモニウムイオンではメチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、プロピルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン、ヘキシルアンモニウムイオン、オクチルアンモニウムイオン、エタノールアンモニウムイオン、プロパノールアンモニウムイオン、２級アンモニウムイオンではジエタノールアンモニウムイオン、ジメチルアンモニウムイオン、ジエチルアンモニウムイオン、２−メチル−２−アミノ−プロパノール、３級アンモニウムイオンではトリエチルアンモニウムイオン、トリエチルアンモニウムイオン、トリエタノールアミンモニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアンモニウムイオンが挙げられる。

【0039】

一般式（３）で表されるものとしては、この式に含まれるものであれば特に限定されないが、例えば、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸ナトリウム、（メタ）アクリル酸カリウムなどが挙げられる。

【0040】

本発明においては、（メタ）アクリル系重合体がカルボキシル基を有するビニル系単量体単位を含むことが好ましく、この場合、（メタ）アクリル系重合体を構成する単量体単位の総質量に対し、カルボキシル基を有するビニル系単量体単位を７０質量％以下含むことが好ましい。さらに好ましい範囲は１０〜６０質量％である。このような範囲とすることで、ポリアミドとの接着性を向上させることができる。

【0041】

（メタ）アクリル系重合体が、水酸基を有するアクリル系単量体単位、及びカルボキシル基を有するビニル系単量体単位を含む場合、水酸基を有するアクリル系単量体単位とカルボキシル基を有するビニル系単量体単位との質量比は、（カルボキシル基を有するビニル系単量体単位の質量）／（水酸基を有するアクリル系単量体単位の質量）で表して、０．０１〜１．５であることが好ましく、０．１〜０．８であることがより好ましく、０．１〜０．３であることがさらに好ましい。このような数値範囲内とすることにより、ポリアミドとの接着性を向上させることができる。

【0042】

本発明に係る（メタ）アクリル系重合体は、例えば、それぞれの構成単位（単量体単位）を与える単量体又はその前駆体を混合し、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等の方法により共重合させて製造することができる。
また、カルボキシル基 の対イオンは、重合する前に中和反応により一部又は全部を水素イオン以外のものに代えて重合に供することもでき、或いは、重合やその他の反応の後に中和反応により一部又は全部を水素イオン以外のものに代えることもできる。これらはその合成のし易さにより適宜選択して行うことができる。

【0043】

重合反応は親水性溶媒中で行うのが好ましい。親水性溶媒としては、アセトン、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、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール、ｓｅｃ−ブタノール等のアルコール系溶媒、水等が挙げられる。これらは単独で用いても２種以上を併用してもよい。なかでもアルコール系溶媒を用いることが好ましい。

【0044】

重合開始剤としては、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、ジメチル−２，２’−アゾビスイソブチレート、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、１，１’−アゾビス（１−シクロヘキサンカルボニトリル）、２，２’−アゾビス（２−メチル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）−プロピオンアミド）、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩等のアゾ化合物、ベンゾイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、ジ−ｔ−ブチルパーオキシド、ラウロイルパーオキシド等の過酸化物、過硫酸塩、又はそのレドックス系など、特に限定することなく用いることができる。重合開始剤は全単量体の総質量１００質量部に対して、０．０１〜５質量部の範囲で用いることが好ましい。

【0045】

重合反応は、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、好ましくは３０〜１２０℃、より好ましくは４０〜１００℃ で通常１〜３０時間行うことができる。重合終了後は、生成した（メタ）アクリル系重合体を、溶媒留去、貧溶媒の添加など適宜の手段で反応液から単離するとよい。この（メタ）アクリル系重合体はそのまま、又は更に精製して製造に用いることができる。精製は再沈澱、溶媒洗浄、膜分離など、適宜の手段を必要に応じて組み合わせて行うことができる。

【0046】

本発明における（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量（Ｍｗ）が３，０００〜１，０００，０００であることが好ましい。さらに好ましくは５，０００〜５０，０００である。このような範囲とすることで、強化繊維束の柔軟性と熱可塑性樹脂との接着性とを両立することが可能となる。
（メタ）アクリル系重合体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（例えば、展開溶媒として、水／メタノール／酢酸／酢酸ナトリウムを用いる）により測定することができる。

【0047】

（メタ）アクリル系重合体の分子量の調整は、例えば、重合度を制御することによって行うことができる。また多官能アクリレートなどの架橋剤の添加量を増減することによっても分子量及び粘度が制御できる。但し架橋剤は少しでも添加しすぎると分子量及び粘度が急激に増大してしまうなど、工業的に製造する上では制御が困難となることがある。このため架橋剤は含まないことが最も好ましい。

【0048】

本発明において用いる（メタ）アクリル系重合体のガラス転移温度（Ｔｇ）は−１０℃〜１５０℃であることが好ましく、−５℃〜１３０℃であることがより好ましい。このような数値範囲とすることにより、炭素繊維束の収束性が高すぎず、かつポリアミドとの接着性を向上させることができる。本発明において、（メタ）アクリル系重合体のガラス転移温度は下記式により算出される値である。
１／Ｔｇ＝Ｗ_１／Ｔｇ_１＋Ｗ_２／Ｔｇ_２＋Ｗ_３／Ｔｇ_３＋・・・・・・＋Ｗ_ｎ／Ｔｇ_ｎ
（上記式は、ｎ種の単量体からなる重合体を構成する各モノマーのホモポリマーのガラス転移温度をＴｇ_ｎとし、各モノマーの質量分率をＷ_ｎとしたものである（Ｗ_１＋Ｗ_２＋Ｗ_３＋・・・Ｗ_ｎ＝１）。

【0049】

本発明においては、強化繊維にサイジング剤として（メタ）アクリル系重合体が付着した強化繊維束を製造する。これらの重合体の強化繊維への付着方法は特に限定されないが、強化繊維として炭素繊維を用いた場合には、炭素繊維束製造プロセスの安定性の観点から、特に、（メタ）アクリル系重合体の水系分散液を炭素繊維束に接触させる方法が好ましく用いられる。具体的には、この水系分散液にロールの一部を浸漬させ表面転写した後、このロールに炭素繊維束を接触させて水系分散液を含浸させるタッチロール方式や、炭素繊維束を直接、この水系分散液中に浸漬させる浸漬方式等を用いることができる。炭素繊維束中、（メタ）アクリル系重合体の付着量の調節は、この水系分散液中の（メタ）アクリル系重合体の濃度調整や絞り量調整によって行うことができる。

【0050】

本発明の強化繊維束中、（メタ）アクリル系重合体の付着量は、目的とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形法や用途等によって設定することができるが、強化繊維束の総質量に対し、０．１〜１０．０質量％とする。（メタ）アクリル系重合体の付着量がこの範囲であれば、強化繊維束の適度な集束性が得られるため、成形加工時の工程通過性が良好となる傾向にあるために好ましい。特に本発明の強化繊維束をチョップド繊維として使用する場合には付着量が多いことが好ましく、１．０〜１０．０％、連続繊維として用いてシートなどを作製する場合には０．１〜２．０％であることが好ましい。

【0051】

本発明における強化繊維束の形態は特に限定されず、連続繊維として巻き取ったものや、チョップド繊維としてカットした状態のものでもよい。また、連続繊維を一方向に並べたシート状物、織物、ノンクリンプファブリック、カット繊維をランダムに並べたマット状物などの形態であってもよい。

【0052】

（繊維強化熱可塑性樹脂組成物）
本発明の第二の態様における繊維強化熱可塑性樹脂組成物は、第一の態様における強化繊維束と、熱可塑性樹脂と、を含む。
本発明においては、（メタ）アクリル系重合体の付着した強化繊維束に熱可塑性樹脂を混合させることによって繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。

【0053】

（熱可塑性樹脂）
繊維強化熱可塑性樹脂組成物中の熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリエステルや、アクリロニトリルとスチレンの共重合体等を用いることができる。その中で分子内にエステル結合またはアミド結合のうち、少なくとも１種を有する熱可塑性樹脂であることが好ましい。
好ましいポリアミドとしては、脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミドが挙げられる。脂肪族ポリアミドとしては、ポリカプロラクタム（ナイロン６）、ポリヘキサメチレンアジパミド（ナイロン６６）、ポリテトラメチレンアジパミド（ナイロン４６）、ポリウンデカンアミド（ナイロン１１）、ポリドデカンアミド（ナイロン１２）、ポリヘキサメチレンセバカミド（ナイロン６１０）、ナイロン６１２、ポリヘキサメチレンアゼラミド（ナイロン６９）やそれらの共重合体であるナイロン６／６６コポリマー、ポリカプロアミド／ポリヘキサメチレンセバカミドコポリマー（ナイロン６／６１０コポリマー）、ナイロン６／６６／６１０コポリマー、ナイロン６／１２コポリマー、ナイロン６／６６／６１０／１２コポリマー、などが挙げられる。
また芳香族ポリアミドとしては、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド（ナイロン６Ｔ）、ナイロン９Ｔ、ナイロンＭＸＤ６、ナイロンＭＸＤ１０、ナイロン６／６Ｔコポリマー、ナイロン６Ｔ／１２コポリマー、ナイロン６Ｔ／６６コポリマー、ポリカプロアミド／ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー（ナイロン６／６Ｉコポリマー）、ナイロン６６／６Ｉ／６コポリマー、ナイロン６Ｔ／６Ｉコポリマー、ナイロン６Ｔ／６Ｉ／６６コポリマー、ナイロン６Ｔ／Ｍ−５Ｔコポリマーなどが挙げられる。含浸性や成形性の観点から融点が２５０℃以下であるナイロン６、ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロンＭＸＤ６が好ましく、特に成形性や汎用性からナイロン６、高い力学物性と低吸水性を兼ね備える材料としてＭＸＤ６が好ましい。また、これらの２種類以上のポリアミドを混練してしようすることも可能である。

【0054】

本発明において熱可塑性樹脂のガラス転移温度（Ｔｇ）は１０〜１５０℃であることが好ましく、３０〜１００℃であることがより好ましい。ガラス転移温度はＤＳＣ（示差走査熱量分析）によって、ベースラインと変曲点（上に凸の曲線が下に凸の曲線に変わる点）での接線の交点をガラス転移点（Ｔｇ）とすることで測定することができる。

【0055】

ポリアミドは分子内にアミド基、更には分子末端にはアミノ基およびカルボキシル基を有する。また強化繊維として炭素繊維を用いた場合、炭素繊維表面にはカルボキシル基、アミノ基、水酸基が存在する。本発明に用いる（メタ）アクリル系重合体を炭素繊維のサイジング剤として用いることにより、炭素繊維表面およびポリアミドとの接着性（親和性）が向上できるため、力学特性がより高い繊維強化熱可塑性樹脂組成物が得られる。また、例えばエポキシ基を有する化合物をサイジング剤に用いた場合、ポリアミドと反応するため、炭素繊維近傍での粘度上昇が起こり、含浸性が低下することが考えられる。本発明に用いる（メタ）アクリル系重合体が水酸基を含有する（メタ）アクリル系重合体を有する場合、炭素繊維表面とポリアミドに対して接着性は高く含浸性も向上することが可能である。

【0056】

本発明の第一の態様の強化繊維束を用いた第二の態様の繊維強化熱可塑性樹脂組成物における、強化繊維の含有量（以下、繊維含有率ともいう）は、強化繊維束の形態や、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の成形方法、用途等によって異なるが、コストパフォーマンスの観点から、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、５．０〜８０．０質量％が好ましく、１０．０〜６０．０質量％がより好ましい。
（メタ）アクリル系重合体の含有量は、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、０．００５〜８質量％であることが好ましく、０．０２〜１質量％がより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、良好な収束性と開繊性を維持し、かつポリアミドとの接着性を向上させることができる。
熱可塑性樹脂の含有量は、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の総質量に対し、１２〜９５質量％であることが好ましく、２５〜７０質量％がより好ましい。上記数値範囲内とすることにより、樹脂の含浸性が良く、良好な物性が得られる繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。

【0057】

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂組成物の形態は強化繊維と熱可塑性樹脂の複合体であれば特に限定されないが、ペレット状、シート状、マット状などが挙げられる。ペレット状物としては、押出機にて熱可塑性樹脂と、チョップした強化繊維束または連続した強化繊維束と、を混練し、ペレット状にした組成物などが挙げられる。またマット状物やシート状物としては、強化繊維束がランダムに配向したウェブまたはマット状のシート形態になったものや、一方向や多方向に連続した強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させたシート状物（以下、「プリプレグ」ともいう）などが挙げられるが、一方向に連続した強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させたシート状物が好ましい。また織物やノンクリンプファブリックのシートであってもよい。本発明においてはプリプレグであることが好ましい。
プリプレグの場合、強化繊維の目付（ＦＡＷ：単位面積当たりの質量）が３０〜３００ｇ／ｍ^２であることが好ましく、５０〜２００ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、含浸性と力学物性を両立できる繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。
また、プリプレグの厚みは５０〜２５０μｍであることが好ましく、１００〜２００μｍであることがより好ましい。このような範囲とすることにより、積層枚数が比較的少なくコストパフォーマンスと力学物性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造することができる。

【0058】

（その他の成分）
本発明において用いる（メタ）アクリル系重合体には、（メタ）アクリル系重合体を構成する単量体組成以外の他の成分も添加することができる。添加剤としてはクエン酸等のｐＨ調整剤、脂肪族エステル、脂肪族界面活性剤などが挙げられる。また、本発明に用いられる熱可塑性樹脂には、ステアリン酸等の滑材、銅、フェノール系加工物等の酸化防止剤、タルク、クレイ等の結晶核剤などを加えてもよい。

【0059】

（成形体）
本発明の第三の態様における成形品は、第二の態様の繊維強化熱可塑性樹脂組成物を成形したものである。
本発明の第二の態様の強化繊維熱可塑性樹脂組成物を、公知の成形法によって成形することにより、任意の形状の成形品（繊維強化複合成形品）を提供することができる。
例えば、ペレット状の強化繊維熱可塑性樹脂組成物の場合は射出成形などにより成形体を得ることが可能である。

【0060】

シート状物に関しては、シート状物を積層した後プレス成形などにより任意の厚さに成形することで成形体を得ることが可能である。この際、シート状物をあらかじめ任意の大きさにカットし、ランダムに配置した後、プレス成形などにより等方性材料を製造することも可能である。
また本発明においては、強化繊維を横切る方向に強化繊維を切断する深さの切込を有するプリプレグを用いた成形体を作製することも可能である。切込を有するプリプレグを用いることにより、力学特性のばらつきを抑え、複雑な形状への賦形に優れる。
また成形体は強化繊維束を連続的に押出機に供給し、熱可塑性樹脂と混練することで切断された強化繊維がランダムに分散した繊維強化熱可塑性樹脂組成物を得て、これを成形する方法（ＬＦＴ−Ｄ）によって得ることもできる。

【0061】

本発明の成形体は、航空・宇宙分野では、航空機用部材として、一般産業分野では、自動車用部材、風車用部材、圧力タンク用部材として好適に用いることができる。

【実施例】

【0062】

次に本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に制限されるものではない。

【0063】

［製造例１：（メタ）アクリル系重合体水溶液の製造］
還流冷却器、滴下ロート、温度計、窒素ガス導入管及び撹拌装置を備えた反応器内に、エタノール１４７質量部を仕込み、滴下ロートに２−ヒドロキシエチルアクリルアミド８６質量部、アクリル酸１４質量部、及びエタノール５０質量部からなる単量体混合液を仕込み、反応器内を窒素置換した後８０℃に加熱した。反応器内に、ジメチル２，２−アゾビス（２−メチルプロピオネイト）（Ｖ−６０１；和光純薬工業（株）製）０．２質量部、エタノール３重量部を投入後、単量体混合液を４時間かけて滴下した。滴下終了から６時間反応させた後、水７５０重量部を添加し、冷却した。反応器内に２５％ＮａＯＨ水溶液３１．１重量部、水２０重量部を滴下し、アクリル酸を中和した。続いて、圧力を３５０Ｔｏｒｒとし、エタノールを留去し、固形分３０％になるように水を添加した。ｐＨ調整剤として５０％クエン酸水溶液２．６部を添加し、（メタ）アクリル系重合体水溶液を得た。２−ヒドロキシエチルアクリルアミドから誘導される単量体単位のモル分率は０．７９４であり、アクリル酸から誘導される単量体単位のモル分率は０．２０６であった。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤは７１２であった。（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量は１１，０００であった。

【0064】

［製造例２：（メタ）アクリル系重合体水溶液の製造］
還流冷却器、滴下ロート、温度計、窒素ガス導入管及び撹拌装置を備えた反応器内に、エタノール１４７質量部を仕込み、滴下ロートに２−ヒドロキシエチルアクリルアミド４５質量部、アクリル酸５５質量部、及びソルミックスＡＰ−１（日本アルコール販売（株）製）５０質量部からなる単量体混合液を仕込み、反応器内を窒素置換した後８０℃に加熱した。反応器内に、ジメチル２，２−アゾビス（２−メチルプロピオネイト）（Ｖ−６０１；和光純薬工業（株）製）０．２質量部、ソルミックスＡＰ−１ ３重量部を投入後、単量体混合液を４時間かけて滴下した。滴下終了から６時間反応させた後、水７５０重量部を添加し、冷却した。反応器内に２５％ＮａＯＨ水溶液３１．１重量部、水２０重量部を滴下し、アクリル酸を中和した。続いて、圧力を３５０Ｔｏｒｒとし、ソルミックスＡＰ−１を留去し、固形分３０％になるように水を添加し、（メタ）アクリル系重合体水溶液を得た。２−ヒドロキシエチルアクリルアミドから誘導される単量体単位のモル分率は０．３３９であり、アクリル酸から誘導される単量体単位のモル分率は０．６６１であった。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤは６４７であった。（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量は１４，０００であった。

【0065】

［製造例３：（メタ）アクリル系重合体水溶液の製造］
製造例２の２−ヒドロキシエチルアクリルアミド４５質量部、アクリル酸５５質量部を２−ヒドロキシエチルアクリルアミド８６質量部、メタクリル酸１４質量部に変えた以外は、製造例２と同様にして、（メタ）アクリル系重合体水溶液を得た。２−ヒドロキシエチルアクリルアミドから誘導される単量体単位のモル分率は０．８２１であり、メタクリル酸から誘導される単量体単位のモル分率は０．１７９であった。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤは７０５であった。（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量は３１，０００であった。

【0066】

［製造例４：（メタ）アクリル系重合体水溶液の製造］
製造例２の２−ヒドロキシエチルアクリルアミド４５質量部、アクリル酸５５質量部を２−ヒドロキシエチルアクリルアミド１００質量部に変えた以外は、製造例２と同様にして、（メタ）アクリル系重合体水溶液を得た。２−ヒドロキシエチルアクリルアミドから誘導される単量体単位のモル分率は１．０００であった。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤは７３５であった。（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量は５，０００であった。

【0067】

［製造例５：（メタ）アクリル系重合体水溶液の製造］
製造例２の２−ヒドロキシエチルアクリルアミド４５質量部、アクリル酸５５質量部を２−ヒドロキシエチルアクリルアミド２１質量部、アクリル酸１４質量部、メタクリル酸メチル６５質量部に変えた以外は、製造例２と同様にして、（メタ）アクリル系重合体水溶液を得た。２−ヒドロキシエチルアクリルアミドから誘導される単量体単位のモル分率は０．１７８であり、アクリル酸から誘導される単量体単位のモル分率は０．１８９であり、メタクリル酸メチルから誘導される単量体単位のモル分率は０．６３３であった。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤは４８７であった。（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量は３１，０００であった。

【0068】

［製造例６：（メタ）アクリル系重合体水溶液の製造］
製造例１の２−ヒドロキシエチルアクリルアミド８６質量部、アクリル酸１４質量部をＮ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド８６質量部、アクリル酸１４質量部に変えた以外は、製造例１と同様にして、（メタ）アクリル系重合体水溶液を得た。Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミドから誘導される単量体単位のモル分率は０．８１７であり、アクリル酸から誘導される単量体単位のモル分率は０．１８３であった。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤは５５２であった。（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量は７，０００であった。

【0069】

［製造例７：（メタ）アクリル系重合体水溶液の製造］
製造例２の２−ヒドロキシエチルアクリルアミド４５質量部、アクリル酸５５質量部を２−ヒドロキシエチルアクリレート８６質量部、アクリル酸１４質量部に変えた以外は、製造例２と同様にして、（メタ）アクリル系重合体水溶液を得た。２−ヒドロキシエチルアクリレートから誘導される単量体単位のモル分率は０．７９２であり、アクリル酸から誘導される単量体単位のモル分率は０．２０８であった。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤは５７５であった。（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量は３，０００であった。

【0070】

［製造例８：（メタ）アクリル系重合体水溶液の製造］
製造例２の２−ヒドロキシエチルアクリルアミド４５質量部、アクリル酸５５質量部をアクリルアミド１００質量部に変えた以外は、製造例２と同様にして、（メタ）アクリル系重合体水溶液を得た。アクリルアミドから誘導される単量体単位のモル分率は１００モル％であった。（メタ）アクリル系重合体の凝集エネルギー密度ＣＥＤは８１３であった。（メタ）アクリル系重合体の重量平均分子量は２３，０００であった。

【0071】

＜実施例１＞
（炭素繊維束の製造）
（メタ）アクリル系重合体が付着していない炭素繊維（三菱レイヨン社製、商品名：パイロフィル（登録商標）ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ）を、固形分濃度２．０質量％に調製した製造例１で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液に浸漬させ、ニップロールを通過させた後に、表面の温度を１４０℃とした加熱ロールに１０秒間接触させることにより乾燥し、（メタ）アクリル系重合体が付着した炭素繊維束を得た。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。

【0072】

（炭素繊維シートの作製）
製造した炭素繊維束をドラムワインドにて巻き付け、炭素繊維の目付（ＦＡＷ：単位面積当たりの質量）が１４５ｇ／ｍ^２の一方向の炭素繊維シートを作製した。なお、ＰＡＮ系炭素繊維は、繊維束（トウ）の状態で取り扱い、各繊維束を構成するＰＡＮ系炭素繊維の本数は、１５，０００本であった。

【0073】

（熱可塑性ＵＤプリプレグ（一方向性熱可塑樹脂プリプレグ）の作製）
炭素繊維束を一方向に配向した炭素繊維束のシート状物（目付１４５．０ｇ／ｍ²）の両面に厚さ４０μｍのナイロン６フィルム（宇部興産（株）製１０１３Ｂを使用して作成したフィルム）を積層させて積層体を得た。この積層体を２５５℃に加熱して、熱可塑性樹脂フィルムを炭素繊維のシート状物に溶融含浸させ、熱可塑性ＵＤプリプレグを得た。得られた熱可塑性プリプレグの厚みは１５９μｍ、目付けは１４５．０ｇ／ｍ²、繊維体積含有率は５０．０％であった。
熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２５質量％であり、ナイロン６の含有量は４０質量％であり、炭素繊維束の含有量は６０質量％であった。

【0074】

（一方向炭素繊維複合材料成形板（１２ｐｌｙ）の成形）
前記熱可塑性ＵＤプリプレグを、繊維軸方向が一致するようにして、１２枚積層させ、その積層体を成形型に入れた。さらに、予め加熱盤を３００℃とした加熱冷却二段プレス機（神藤金属工業所社製、製品名：Ｆ−３７）に投入し金型の内温が２４０℃になるまで予熱を行った。続いて、圧力２ＭＰａで１分間加熱加圧プレスを行った後、圧力２ＭＰａで冷却プレスを行い、成形板を得た。

【0075】

（開繊性評価）
炭素繊維束の取扱い性の指標として、開繊性を評価した。プリプレグ作製時にドラムワインドに巻きつけける直前の炭素繊維束の幅をレーザー変位計にて３０ｍ測定し、目付が１４５ｇ／ｍ^２以下となる長さを計測した。目付が１４５ｇ／ｍ^２以下となる割合が５％以上を×、５％未満を○とした。

【0076】

（毛羽の評価）
炭素繊維束の取扱い性の指標として、毛羽の発生について評価した。プリプレグ作製時にドラムワインドに巻きつけける直前の擦過バーにて発生する毛羽を観察した。毛羽の発生が多いものを×、毛羽の発生が少ないものを○として評価した。

【0077】

（空隙面積率）
炭素繊維束の含浸性の指標として、空隙面積率について評価した。上記（一方向炭素繊維複合材料成形板（１２ｐｌｙ）の成形）において得られた成形板をポリエステル樹脂（クルツァー社製、製品名：テクノビット４０００）に包埋し、断面を耐水ペーパーの番手＃２００、４００、６００、８００、１０００の順に、各番手で５分間研磨後、デジタルマイクロスコープ（キーエンス社製、製品名：ＶＨＸ−１００）を用いて１５０倍で断面の撮影を行った。撮影した断面の正常部とボイドの面積率を測定し、１００％からボイド率を減じることで空隙面積率を評価した。含浸性の評価は空隙面積率が５％以下を○、５％より大きい場合は×とした。

【0078】

（９０°曲げ試験）
炭素繊維と熱可塑性樹脂との界面接着性、及び成形品の力学特性の指標として、９０°曲げ強度の評価を行った。上記（一方向炭素繊維複合材料成形板（１２ｐｌｙ）の成形）において得られた成形板を、湿式ダイヤモンドカッターにより長さ（９０°方向の長さ）６０ｍｍ×幅（１０°方向の長さ）１２．７ｍｍの寸法に切断して試験片を作製した。万能試験機（Ｉｎｓｔｒｏｎ社製、商品名：Ｉｎｓｔｒｏｎ５５６５）と、解析ソフト（商品名：Ｂｌｕｅｈｉｌｌ）とを用いて、ＡＳＴＭ Ｄ７９０に準拠（圧子Ｒ＝５．０、Ｌ／Ｄ＝１６）した方法で得られた試験片に対して３点曲げ試験を行い、９０°曲げ強度を算出した。

【0079】

＜実施例２＞
（炭素繊維束の製造）
（メタ）アクリル系重合体が付着していない炭素繊維（三菱レイヨン社製、商品名：パイロフィル（登録商標）ＴＲ ５０Ｓ１５Ｌ）を、固形分濃度２．０質量％に調製した製造例１で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液に浸漬させ、ニップロールを通過させた後に、表面の温度を１４０℃とした加熱ロールに１０秒間接触させることにより乾燥し、（メタ）アクリル系重合体が付着した炭素繊維束を得た。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。

【0080】

（炭素繊維シートの作製）
製造した炭素繊維束をドラムワインドにて巻き付け、炭素繊維の目付（ＦＡＷ：単位面積当たりの質量）が１４５ｇ／ｍ^２の一方向の炭素繊維シートを作製した。なお、ＰＡＮ系炭素繊維は、繊維束（トウ）の状態で取り扱い、各繊維束を構成するＰＡＮ系炭素繊維の本数は、１５，０００本であった。

【0081】

（熱可塑性ＵＤプリプレグ（一方向性熱可塑樹脂プリプレグ）の作製）
炭素繊維束を一方向に配向した炭素繊維束のシート状物（目付１４５．０ｇ／ｍ²）の両面に厚さ４０μｍのナイロンＭＸＤ６フィルム（三菱瓦斯化学（株）製Ｓ６００１を使用して作成したフィルム）を積層させて積層体を得た。この積層体を２６５℃に加熱して、熱可塑性樹脂フィルムを炭素繊維のシート状物に溶融含浸させ、熱可塑性ＵＤプリプレグを得た。得られた熱可塑性プリプレグの厚みは１５９μｍ、目付けは１４５．０ｇ／ｍ²、繊維体積含有率は５０．０％であった。
熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２４質量％であり、ナイロンＭＸＤ６の含有量は４０．２質量％であり、炭素繊維束の含有量は６０質量％であった。

【0082】

（一方向炭素繊維複合材料成形板（１２ｐｌｙ）の成形）
前記熱可塑性ＵＤプリプレグを、繊維軸方向が一致するようにして、１２枚積層させ、その積層体を成形型に入れた。さらに、予め加熱盤を３００℃とした加熱冷却二段プレス機（神藤金属工業所社製、製品名：Ｆ−３７）に投入し金型の内温が２５５℃になるまで予熱を行った。続いて、圧力２ＭＰａで１分間加熱加圧プレスを行った後、圧力２ＭＰａで冷却プレスを行い、成形板を得た。
その後の評価は実施例１と同様の方法にて実施した。

【0083】

＜実施例３＞
製造例２で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液を使用した以外は実施例１と同様の方法にて成形板を作製し、開繊性評価、毛羽の評価、空隙面積率および９０°曲げ試験を実施した。
その結果、含浸性が良く、曲げ強度の高い成形体が得られたことが分かった。また炭素繊維束の開繊性は良好で、かつ毛羽も少なく、取り扱い性は良好であった。なお、各繊維束を構成する炭素繊維の本数は１５，０００本であった。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。また、熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２５質量％であり、繊維含有率は６０質量％であり、ナイロン６の含有量は４０質量％であった。

【0084】

＜実施例４＞
製造例３で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液を使用した以外は実施例１と同様の方法にて成形板を作製し、開繊性評価、毛羽の評価、空隙面積率および９０°曲げ試験を実施した。
その結果、含浸性が良く、曲げ強度の高い成形体が得られたことが分かった。また炭素繊維束の開繊性は良好で、かつ毛羽も少なく、取り扱い性は良好であった。なお、各繊維束を構成する 炭素繊維の本数は１５，０００本であった。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。また、熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２５質量％であり、繊維含有率は６０質量％であり、ナイロン６の含有量は４０質量％であった。

【0085】

＜実施例５＞
製造例４で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液を使用した以外は実施例１と同様の方法にて成形板を作製し、開繊性評価、毛羽の評価、空隙面積率および９０°曲げ試験を実施した。
その結果、含浸性が良く、曲げ強度の高い成形体が得られたことが分かった。また炭素繊維束の開繊性は良好で、かつ毛羽も少なく、取り扱い性は良好であった。なお、各繊維束を構成する炭素繊維の本数は１５，０００本であった。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。また、熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２５質量％であり、繊維含有率は６０質量％であり、ナイロン６の含有量は４０質量％であった。

【0086】

＜比較例１＞
製造例５で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液（凝集エネルギー密度４８７ＭＰａ）を使用した以外は実施例１と同様の方法にて成形板を作製し、開繊性評価、毛羽の評価、空隙面積率および９０°曲げ試験を実施した。
その結果、含浸性が悪く、曲げ強度も低い成形体が得られたことが分かった。ただし、炭素繊維束の開繊性は良好で、かつ毛羽も少なく、取り扱い性は良好であった。なお、炭素繊維の本数は１５，０００本であった。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。また、熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２５質量％であり、繊維含有率は６０質量％であり、ナイロン６の含有量は４０質量％であった。

【0087】

＜比較例２＞
製造例６で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液（凝集エネルギー密度５５２ＭＰａ）を使用した以外は実施例１と同様の方法にて成形板を作製し、開繊性評価、毛羽の評価、空隙面積率および９０°曲げ試験を実施した。
その結果、含浸性が悪く、曲げ強度も低い成形体が得られたことが分かった。ただし、炭素繊維束の開繊性は良好で、かつ毛羽も少なく、取り扱い性は良好であった。なお、炭素繊維の本数は１５，０００本であった。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。また、熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２５質量％であり、繊維含有率は６０質量％であり、ナイロン６の含有量は４０質量％であった。

【0088】

＜比較例３＞
製造例７で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液（凝集エネルギー密度５７５ＭＰａ）を使用した以外は実施例１と同様の方法にて成形板を作製し、開繊性評価、毛羽の評価、空隙面積率および９０°曲げ試験を実施した。
その結果、含浸性が悪い成形体が得られたことが分かった。ただし、炭素繊維束の開繊性は良好で、かつ毛羽も少なく、取り扱い性は良好であった。なお、炭素繊維の本数は１５，０００本であった。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。また、熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２５質量％であり、繊維含有率は６０質量％であり、ナイロン６の含有量は４０質量％であった。

【0089】

＜比較例４＞
製造例８で製造した（メタ）アクリル系重合体水溶液（凝集エネルギー密度８１３ＭＰａ）を使用した以外は実施例１と同様の方法にて成形体を作製し、開繊性評価、毛羽の評価、空隙面積率および９０°曲げ試験を実施した。
その結果、開繊性が悪く、炭素繊維束の毛羽が多い為、成形体の作製が困難であった。なお、炭素繊維の本数は１５，０００本であった。炭素繊維への（メタ）アクリル系重合体の付着量は、炭素繊維束の総質量に対し、０．４質量％であった。また、熱可塑性プリプレグの総質量に対し、（メタ）アクリル系重合体の含有量は０．２５質量％であり、繊維含有率は６０質量％であり、ナイロン６の含有量は４０質量％であった。

【0090】

上記結果を表１及び２に示す。表中の略称は以下の化合物を示す。
・ＡＡ：アクリル酸単量体単位
・ＭＡＡ：メタクリル酸単量体単位
・ＨＥＡＡ：２−ヒドロキシエチルアクリルアミド単量体単位
・ＤＭＡＡ：Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド単量体単位
・ＡＡｍ：アクリルアミド単量体単位
・ＨＥＡ：２−ヒドロキシエチルアクリレート単量体単位
・ＭＭＡ：メタクリル酸メチル単量体単位
・Ｎｙ６：ナイロン６
・ＭＸＤ６：ナイロンＭＸＤ６

【0091】

【表1】

【0092】

【表2】

【0093】

以上のように、凝集エネルギー密度が６００〜８００ＭＰａの（メタ）アクリル系重合体を付着した強化繊維束を用いることで、含浸性に優れ、取扱い性に優れ、接着性に優れた繊維強化熱可塑性樹脂組成物を得ることができた。また、これを用いて高い曲げ強度の力学特性に優れた成形体を得ることが可能となった。
一方、６００ＭＰａ未満の（メタ）アクリル系重合体を付着した強化繊維束を使用した成形体では、熱可塑性樹脂を含浸させた後の空隙面積率が高かったことから、含浸性が悪いことが分かった。また、曲げ強度も低かったことから、接着性が悪く、力学特性も悪いことが分かった。また８００ＭＰａ以上の強化繊維束では毛羽が多く、開繊性が悪くなり、コンポジットの製造が困難であったことから、取扱い性が悪いことが分かった。