CN111727110A - 连续纤维增强树脂成型体、及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供连续纤维增强树脂成型体及其制法,所述连续纤维增强树脂成型体中,连续增强纤维与合成树脂之间的极界面处的粘接力、亲和性高,该极界面中存在的空隙少,能够表现出充分的强度。一种连续纤维增强树脂成型体,其含有大致圆形截面的连续增强纤维和合成树脂,其特征在于,在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该合成树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内的空隙率为10%以下之处的连续增强纤维的根数为连续增强纤维的总数的10%以上。
Description
技术领域
本发明涉及连续纤维增强树脂成型体及其制法。更详细地说,本发明涉及:连续增强纤维与合成树脂之间的极界面处的粘接力和亲和性高、该极界面中存在的空隙少、能够表现出充分的强度的连续纤维增强树脂成型体;连续纤维增强树脂成型体的损耗角正切充分小、能够表现出充分的冲击吸收的连续纤维增强树脂成型体;连续纤维增强树脂成型体的储能模量充分大、能够表现出充分的冲击强度的连续纤维增强树脂成型体;树脂含浸性高、具有高强度和刚性的连续纤维增强树脂成型体;以及它们的制造方法。
背景技术
在各种机械或汽车等的结构部件、压力容器以及管状的结构物等中使用了在基体树脂材料中添加玻璃纤维等增强材料而成的复合材料成型体。特别是从强度的方面出发,增强纤维为连续纤维,从成型周期的方面、再循环性的方面出发,优选树脂为热塑性树脂的连续纤维增强树脂成型体。作为该连续纤维增强树脂成型体,提出了下述方案:对于添加至增强纤维中的集束剂进行研究的方案(例如参加下述专利文献1);对于热塑性树脂的熔解温度(熔点)与结晶温度之差进行研究的方案(例如参见下述专利文献2);向树脂材料中加入有机盐的方案(例如参见下述专利文献3);将成型前体的布帛利用热塑性树脂层积的方案(例如参见下述专利文献4);使增强纤维先含浸低熔点的热塑性树脂来提高含浸性的方案(例如参见下述专利文献5);通过在表面树脂中使用熔点不同的两种树脂而针对层间剥离具有良好的耐性的方案(例如参见下述专利文献6)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2003-238213号公报
专利文献2:日本专利第5987335号公报
专利文献3:日本特开2017-222859号公报
专利文献4:日本特开2009-19202号公报
专利文献5:日本特开平10-138379号公报
专利文献6:日本专利第5878544号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是,本发明人进行了深入研究,结果发现,在现有技术的连续纤维增强树脂成型体中,任一种连续增强纤维中的例如玻璃纤维与基体树脂之间的界面粘接力、亲和性均很低,因此在纤维与树脂的极界面的区域中空隙多,无法表现出充分的强度,不具备适用于要求高强度的部位的性能。另外,现有技术的连续纤维增强树脂成型体中,由于任一种成型体的损耗角正切均很高,因此无法表现出充分的冲击吸收,不具备适用于要求高冲击吸收的部位的性能;由于任一种成型体的储能模量均很低,因此无法表现出充分的冲击强度,不具备适用于要求高冲击强度的部位的性能;在连续增强纤维中的树脂含浸性低,因此树脂与连续增强纤维之间的粘接不充分,强度和刚性之类的物性和生产率差。
鉴于该现有技术的水平,本发明所要解决的课题在于提供:连续增强纤维与合成树脂之间的极界面处的粘接力和亲和性高、该极界面中存在的空隙少、能够表现出充分的强度的连续纤维增强树脂成型体;损耗角正切低、能够表现出充分的冲击强度的连续纤维增强树脂成型体;储能模量高、能够表现出充分的冲击强度的连续纤维增强树脂成型体;以及树脂含浸性高,具有高强度和刚性的连续纤维增强树脂成型体;以及它们的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明人为了解决该课题进行了深入研究并反复进行了实验,结果出人意料地发现,通过针对连续增强纤维的制造中所涂布的上胶剂(也称为集束剂)与树脂的相适性、成型中的密闭性、树脂的流动等采取措施,连续增强纤维与合成树脂之间的极界面处的空隙极少,由此通过使用其的压制成型可制造出具有高强度和刚性的连续纤维增强树脂成型体;并且连续纤维增强树脂成型体的损耗角正切降低,通过使用其的压制成型可制造出具有高冲击吸收的连续纤维增强树脂成型体;连续纤维增强树脂成型体的储能模量增高,通过使用其的压制成型可制造出具有高冲击强度的连续纤维增强树脂成型体;在具有2种以上的热塑性树脂的连续纤维增强树脂成型体中,连续增强纤维与树脂的极界面区域中的各树脂的比例与其他树脂区域中的各树脂的比例不同,由此使连续纤维增强树脂成型体表现出高强度和刚性,从而完成了本发明。
即,本发明如下所述。
[1]一种连续纤维增强树脂成型体,其含有大致圆形截面的连续增强纤维和合成树脂,其特征在于,在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该合成树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内的空隙率为10%以下之处的连续增强纤维的根数为连续增强纤维的总数的10%以上。
[2]如上述[1]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述空隙率为10%以下的连续增强纤维的根数为上述连续增强纤维的总数的90%以上。
[3]如上述[2]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述空隙率为1%以下的连续增强纤维的根数为上述连续增强纤维的总数的90%以上。
[4]如上述[1]~[3]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述连续纤维增强树脂复合体中的合成树脂含浸率为99%以上。
[5]如上述[1]~[4]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述连续增强纤维为玻璃纤维,并且上述连续纤维增强树脂成型体的拉伸应力为480MPa以上。
[6]如上述[1]~[5]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述连续增强纤维为玻璃纤维,并且上述连续纤维增强树脂成型体的弯曲模量为22GPa以上。
[7]一种连续纤维增强树脂成型体,其包含热塑性树脂和连续增强纤维,扭转模式的损耗角正切为0.11以下。
[8]如上述[7]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述损耗角正切的峰温度为78℃以上。
[9]一种连续纤维增强树脂成型体,其包含连续增强纤维和热塑性树脂,扭转模式的储能模量为3.4GPa以上。
[10]如上述[9]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,沿倾斜方向切削时的上述储能模量为沿直行方向切削时的上述储能模量的1.5倍以上。
[11]如上述[9]或[10]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,150℃的上述储能模量为最大的上述储能模量的25%以上。
[12]如上述[9]~[11]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,剪切粘度为330MPa·s-1以上。
[13]一种连续纤维增强树脂成型体,其包含连续增强纤维和热塑性树脂,弯曲储能模量为22GPa以上。
[14]如上述[13]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,150℃的弯曲储能模量为30℃的储能模量的76%以上。
[15]如上述[13]或[14]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,倾斜切削时的弯曲储能模量保持率为58%以上。
[16]如上述[13]~[15]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,50℃的拉伸储能模量为22GPa以上。
[17]如上述[13]~[16]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,拉伸损耗角正切的最大值为0.037以下。
[18]如上述[13]~[17]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,拉伸储能模量与弯曲储能模量发生逆转的温度为95℃以上。
[19]如上述[13]~[18]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,{30℃的(拉伸储能模量-弯曲储能模量)}/{200℃的(弯曲储能模量-拉伸储能模量)}≧1。
[20]一种连续纤维增强树脂成型体,其含有大致圆形截面的连续增强纤维和2种以上的热塑性树脂,其特征在于,在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该热塑性树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根该2种以上的连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内,该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的树脂的占有比例高于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的占有比例,在该周边外侧区域以外的树脂区域内,该2种以上的热塑性树脂之中该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的树脂均匀地分散或混合。
[21]如上述[20]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述2种以上的热塑性树脂具有海岛结构。
[22]如上述[20]或[21]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述2种以上的热塑性树脂之中,熔点最高的树脂的熔点与熔点最低的树脂的熔点之差为100℃以上。
[23]如上述[20]~[22]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述2种以上的热塑性树脂的混合物的熔点与上述2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的熔点实质上相同。
[24]如上述[20]~[23]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述2种以上的热塑性树脂的混合物的升温熔解峰温度与降温结晶峰温度之差小于上述2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的升温熔解峰温度与降温结晶峰温度之差。
[25]如上述[20]~[24]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述2种以上的热塑性树脂之中,以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的至少一种树脂与上述连续增强纤维之间的结合力大于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂与上述连续增强纤维之间的结合力。
[26]如上述[20]~[25]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述2种以上的热塑性树脂之中,以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的至少一种树脂与上述连续增强纤维之间的表面张力之差小于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂与上述连续增强纤维之间的表面张力之差。
[27]如上述[20]~[26]中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述2种以上的热塑性树脂之中,以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的至少一种树脂针对上述连续增强纤维的润湿性高于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂针对上述连续增强纤维的润湿性。
[28]一种连续纤维增强树脂复合材料的制造方法,其包括下述工序:
将添加有包含偶联剂、成束剂以及润滑剂的集束剂的连续增强纤维和具有与该偶联剂具有反应性的末端官能团的热塑性树脂按照达到该热塑性树脂的熔点以上的方式进行加热压制的工序;和
将其冷却至该热塑性树脂的熔点以下,得到作为成型品的连续纤维增强树脂复合材料的工序。
[29]如上述[28]所述的方法,其中,上述热塑性树脂的吸水率为0.1重量%以上。
[30]如上述[28]或[29]所述的方法,其中,上述集束剂的50重量%以上在加热压制过程中扩散到上述热塑性树脂中。
[31]如上述[28]~[30]中任一项所述的方法,其中,上述偶联剂与热塑性树脂的末端官能团键结。
[32]如上述[28]~[31]中任一项所述的方法,其中,上述连续纤维增强树脂复合材料中的末端官能团的量少于上述热塑性树脂中包含的末端官能团的量。
[33]如上述[28]~[32]中任一项所述的方法,其中,上述末端官能团的量为上述热塑性树脂中包含的末端官能团的量的90%以下。
[34]如上述[28]~[33]中任一项所述的方法,其中,上述热塑性树脂中包含的颗粒状添加材料的含量为30ppm以下。
[35]如上述[28]~[34]中任一项所述的方法,其中,上述热塑性树脂为聚酰胺树脂,该聚酰胺树脂中包含的作为与上述偶联剂具有反应性的末端官能团的羧基末端的量为65μmol/g以上。
[36]如上述[28]~[35]中任一项所述的方法,其中,上述热塑性树脂为聚酰胺树脂,该聚酰胺树脂中包含的作为与上述偶联剂具有反应性的末端官能团的氨基末端的量为40μmol/g以下。
[37]一种连续纤维增强树脂复合材料的赋形成型体的制造方法,其包括下述工序:将通过上述[28]~[36]中任一项所述的方法制造的连续纤维增强树脂复合材料加热至上述热塑性树脂的熔点以上,使用模具压制,然后冷却至该热塑性树脂的熔点以下的温度,进行赋形。
[38]如上述[37]所述的方法,其中,在冷却时进行压缩。
[39]一种纤维增强树脂成型体的制造方法,其包括下述工序:将增强纤维和与该增强纤维的微滴生成系数为10以上的热塑性树脂按照达到该热塑性树脂的熔点以上的方式进行加热压制的工序;以及将其冷却至该热塑性树脂的结晶温度以下的工序。
[40]一种纤维增强树脂成型体,其是含有玻璃纤维和聚酰胺树脂的增强纤维树脂成型体,其中,在对上述纤维增强树脂成型体进行切削,按照施加400g/cm2的力的方式进行研磨并通过SEM对研磨后的研磨面进行观察时,在与该玻璃纤维的长度方向正交的截面中的1根玻璃纤维与聚酰胺树脂之间的极界面处,在距离玻璃纤维的周边部为1根玻璃纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内的空隙率为10%以下之处的玻璃纤维的根数为玻璃纤维的总数的90%以上。
[41]如上述[40]中所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,上述玻璃纤维为连续纤维。
[42]一种通信设备壳体,其是由含有热塑性树脂和连续玻璃增强纤维的复合材料成型品形成的通信设备壳体,其特征在于,
拉伸强度满足下述式(3)的关系:
长度方向的拉伸强度(MPa)×0.5+宽度方向的拉伸强度(MPa)×0.5>500MPa 式(3)
弯曲模量满足下述式(4)的关系:
长度方向的弯曲模量(MPa)×0.5+宽度方向弯曲模量(MPa)×0.5>30MPa 式(4)
并且,通过KEC法测定的电场屏蔽性在频率1GHz频带处为10dB以下。
[43]一种连续纤维增强树脂成型体,其含有连续增强纤维和热塑性树脂,其中,在声发射法测定中,因层间剥离引起的破坏发生强度为40MPa以上。
发明的效果
本发明的连续纤维增强树脂成型体中,连续增强纤维与合成树脂之间的极界面处的粘接力、亲和性高,该极界面中存在的空隙少,能够表现出充分的强度、刚性、冲击强度、高度的长期特性;并且损耗角正切充分小,能够表现出充分的冲击吸收;储能模量充分大,能够表现出充分的冲击强度;树脂脂含浸性高,能够表现出高强度和刚性。
附图说明
图1是用于说明在与连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根连续增强纤维与合成树脂之间的极界面处,在距离连续增强纤维的周边部为1根连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域(极界面区域)内存在的“空隙”、“空隙率”的附图。
图2是实施例1-1、实施例2-1、实施例3-1、实施例4-1的极界面区域的照片。
图3是实施例1-3的极界面区域的照片。
图4是比较例1-2的极界面区域的照片。
图5是比较例1-3的极界面区域的照片。
图6是用于说明连续纤维增强树脂成型体的合成树脂“含浸率”的代替附图的照片。
图7是显示下述状态的代替附图的照片,所述状态为:在沿着大致圆形截面的连续增强纤维的长度方向的截面中的1根连续增强纤维与合成树脂之间的极界面处,在距离连续增强纤维的周边部为1根连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内,在2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的树脂的占有比例高于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的占有比例,在该周边外侧区域以外的树脂区域内,该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的树脂均匀地分散。
图8是实施例6-1的极界面区域的照片。
图9是比较例6-2的极界面区域的照片。
图10是实施例10的极界面区域的照片。
图11是比较例10的极界面区域的照片。
图12是示出实施例9的智能手机壳体的形状的附图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式进行详细说明。
[连续纤维增强树脂成型体]
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体是含有大致圆形截面的连续增强纤维和合成树脂的连续纤维增强树脂成型体,在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该合成树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内的空隙率为10%以下之处的连续增强纤维的根数为连续增强纤维的总数的10%以上;并且优选动态粘弹性测定中的扭转模式的损耗角正切(tanδ)为0.11以下;动态粘弹性测定中的扭转模式的储能模量为3.4GPa以上;弯曲模式的储能模量为22GPa以上。另外,在使用2种以上的热塑性树脂的情况下,优选:在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该热塑性树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域(也称为极界面区域)内,该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(也称为主树脂)以外的树脂(也称为副树脂)的占有比例高于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的占有比例,在该周边外侧区域以外的树脂区域(也称为其他树脂区域)内,该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的树脂(副树脂)均匀地分散或混合。
另外,本实施方式的连续纤维增强树脂复合材料的制造方法优选包括下述工序:
将添加有包含偶联剂、成束剂以及润滑剂的集束剂的连续增强纤维和具有与该偶联剂具有反应性的末端官能团的热塑性树脂按照达到该热塑性树脂的熔点以上的方式进行加热压制的工序;和
将其冷却至该热塑性树脂的熔点以下,得到作为成型品的连续纤维增强树脂复合材料的工序。
即,如图1所示,本实施方式的连续纤维增强树脂成型体是含有大致圆形截面的连续增强纤维和合成树脂的连续纤维增强树脂成型体,其中存在有如下的连续增强纤维:在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该合成树脂之间的极界面处观察到的在沿半径方向距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径r的十分之一(即r/10)的周边外侧区域(也称为极界面区域)内的空隙率为10%以下,这样的连续增强纤维的根数为连续增强纤维的总数的10%以上。需要说明的是,连续增强纤维的截面优选为大致圆形截面,也可以如图1所示为椭圆形。这种情况下,“半径”是指从纤维截面的中心朝向周边部的最短距离。
另外,本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,在极界面区域内,2种以上的热塑性树脂中,优选副树脂的占有比例高于主树脂的占有比例。将其状态示于图7。
“在与连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该合成树脂之间的极界面处观察到的距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域”中的空隙率例如可如下求出:对于利用带锯等切削成1cm见方的连续纤维增强树脂成型体的与连续增强纤维的长度方向正交的截面,按照对研磨面施加400g/cm2的力的方式使研磨台以100rpm旋转,依次用#220号耐水砂纸研磨10分钟、用#400号耐水砂纸研磨2分钟、用#800号耐水砂纸研磨5分钟、用#1200号耐水砂纸研磨10分钟、用#2000号耐水砂纸研磨15分钟、用粒度9μm碳化硅膜研磨15分钟、用粒度5μm氧化铝膜研磨15分钟、用粒度3μm氧化铝膜研磨15分钟、用粒度1μm氧化铝膜研磨15分钟、用使用了抛光研磨纸发泡聚氨酯的粒度0.1μm的胶态二氧化硅(Baikalox 0.1CR)研磨10分钟且在各研磨中一边以约7mL/min加入水一边进行研磨,将研磨后的样品利用扫描型电子显微镜(SEM)进行观察,利用ImageJ等软件进行图像解析,由此通过下述式求出空隙率。
空隙率(%)=(距离连续增强纤维的周边部为该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内的空隙的面积)/(距离连续增强纤维的周边部为该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域的面积)×100
首先,由任意的大致圆形截面的1根连续增强纤维距连续增强纤维的周边部求出距离该连续增强纤维的周边部为半径的十分之一的周边外侧区域(也简称为“连续增强纤维的直径的十分之一的区域”、“极界面区域”)中的空隙率,针对任意100根纤维观察空隙率。本实施方式的成型体中,从提高成型体的刚性、强度的方面出发,连续增强纤维的直径的十分之一的区域的空隙率为10%以下的纤维在100根中为10根以上、即为10%以上,优选为20%以上、更优选为50%以上、进而更优选为70%以上、最优选为90%以上。
另外,本实施方式的成型体中,从提高成型体的刚性、强度的方面出发,连续增强纤维的直径的十分之一的区域的空隙率优选为5%以下、更优选为2%以下、进一步优选为1%以下。
为了使连续增强纤维的直径的十分之一的区域的空隙率为10%以下的纤维在100根中为10%以上,例如,在连续增强纤维为玻璃纤维的情况下,优选选自在玻璃纤维的制造中所涂布的上胶剂(集束剂)与合成树脂之间的微滴生成系数为10以上且相适性良好的物质,选择内凹模具等在成型中能够将模具内密闭的成型方法或者利用调整了压力的双带压力机的成型方法,由此能够防止树脂的漏出,减小连续纤维增强树脂成型体中的玻璃纤维的占有体积(Vf、也称为体积含量)在成型前后的变化,在适合集束剂的温度条件下进行成型。
关于扭转模式的损耗角正切,例如可以利用带锯等沿连续纤维的0°、90°方向切削并将所得到的连续纤维增强树脂成型体在氮气气氛下、在升温速度恒定的条件下进行扭转模式的粘弹性测定,由损耗角正切的峰顶的值计算出该损耗角正切。本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的扭转模式的损耗角正切优选为0.11以下,优选为0.10以下、更优选为0.095以下、进一步优选为0.090以下、最优选为0.087以下。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体显示扭转模式的损耗角正切的峰顶的温度优选为78℃以上、更优选为80℃以上、进一步优选为82℃以上、最优选为84℃以上。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,在将上述损耗角正切对于各温度作图时,优选出现2个峰顶,上述两个峰顶之差优选为80℃以下、更优选为60℃以下、进一步优选为50℃以下、最优选为35℃以下。
为了制造上述损耗角正切为0.11以下的连续纤维增强树脂成型体,例如,在连续增强纤维为玻璃纤维的情况下,优选选择在玻璃纤维的制造中所涂布的上胶剂(集束剂)与合成树脂之间的微滴生成系数为10以上且相适性良好的物质,选择内凹模具等在成型中能够将模具内密闭的成型方法或者利用调整了压力的双带压力机的成型方法,由此能够防止树脂的漏出,减小连续纤维增强树脂成型体中的玻璃纤维的占有体积(Vf、也称为体积含量)在成型前后的变化,在适合集束剂的温度条件下进行成型。
关于扭转模式的储能模量,例如可以利用带锯等沿连续纤维的0°、90°方向切削并将所得到的连续纤维增强树脂成型体在氮气气氛下、在升温速度恒定的条件下进行扭转模式的粘弹性测定,对各温度下的储能模量作图,由此时储能模量的峰顶的值计算出该储能模量。本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的扭转模式的储能模量优选为3.4GPa以上,优选为3.5GPa以上、更优选为4.0GPa以上、进一步优选为4.5GPa以上、进而优选为6.0GPa以上、最优选为7.0GPa以上。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,在使用将连续纤维增强树脂成型体沿连续纤维的45°方向(倾斜方向)切削得到的试验片进行上述储能模量的测定时的上述储能模量优选为使用上述沿0°、90°方向切削得到的试验片进行测定时的上述储能模量的1.5倍以上,更优选为1.6倍以上、进一步优选为1.7倍以上、最优选为1.9倍以上。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,150℃的上述储能模量优选为最大的上述储能模量的25%以上,更优选为26%以上。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,在上述扭转模式的粘弹性测定中,剪切粘度优选为330MPa·s-1以上、更优选为470MPa·s-1以上、进一步优选为500MPa·s-1以上、最优选为700MPa·s-1以上。
为了制造扭转模式的储能模量为3.4GPa以上的连续纤维增强树脂成型体,例如,在连续增强纤维为玻璃纤维的情况下,优选选择在玻璃纤维的制造中所涂布的上胶剂(集束剂)与合成树脂之间的微滴生成系数为10以上且相适性良好的物质,选择内凹模具等在成型中能够将模具内密闭的成型方法或者利用调整了压力的双带压力机的成型方法,由此能够防止树脂的漏出,减小连续纤维增强树脂成型体中的玻璃纤维的占有体积(Vf、也称为体积含量)在成型前后的变化,在适合集束剂的温度条件下进行成型。
关于弯曲储能模量,例如可以利用带锯等沿连续纤维的0°、90°方向切削并将所得到的连续纤维增强树脂成型体在氮气气氛下、在升温速度恒定的条件下进行弯曲模式的粘弹性测定,对各温度下的储能模量作图,由此时的最大的储能模量计算出该弯曲储能模量。本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的弯曲储能模量优选为22GPa以上,优选为23GPa以上、更优选为25GPa以上、进一步优选为31GPa以上、最优选为36GPa以上。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,优选在150℃进行上述弯曲储能模量的测定时的弯曲储能模量为30℃的弯曲储能模量的76%以上。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,在使用将连续纤维增强树脂成型体沿连续纤维的45°方向(倾斜方向)切削得到的试验片进行上述弯曲储能模量的测定时的弯曲储能模量优选为使用上述沿0°、90°方向切削得到的试验片进行测定时的储能模量的58%以上,更优选为60%以上、进一步优选为62%以上。
拉伸储能模量和拉伸损耗角正切例如可以通过对于利用带锯等沿连续纤维的0°、90°方向切削所得到的连续纤维增强树脂成型体在氮气气氛下、在升温速度恒定的条件下进行拉伸模式的粘弹性测定而求出。本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,50℃的拉伸储能模量优选为22GPa以上、更优选为25GPa以上、进一步优选为30GPa以上、进而优选为32GPa以上、进而优选为35GPa以上、最优选为40GPa以上。
最大的拉伸损耗角正切可以由对于通过上述测定得到的各温度下的损耗角正切作图所得到的极大点而求出。本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,最大的损耗角正切优选为0.037以下、更优选为0.035以下、进一步优选为0.032以下。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,在将拉伸储能模量和弯曲储能模量对于各温度作图时,拉伸储能模量和弯曲储能模量的值发生逆转的温度优选为95℃以上、更优选为100℃以上、进一步优选为105℃以上。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,在将拉伸储能模量和弯曲储能模量对于各温度作图时,优选满足下述式。
{30℃的(拉伸储能模量-弯曲储能模量)}/{200℃的(弯曲储能模量-拉伸储能模量)}≧1
为了制造弯曲储能模量为22GPa以上的连续纤维增强树脂成型体,例如,在连续增强纤维为玻璃纤维的情况下,优选选择在玻璃纤维的制造中所涂布的上胶剂(集束剂)与合成树脂之间的微滴生成系数为10以上且相适性良好的物质,选择内凹模具等在成型中能够将模具内密闭来抑制树脂的流动的成型方法或者利用调整了压力的双带压力机的成型方法,由此能够防止树脂的漏出,减小连续纤维增强树脂成型体中的玻璃纤维的占有体积(Vf、也称为体积含量)在成型前后的变化,在适合集束剂的温度条件下在形成良好的界面的同时进行成型。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中的上述周边外侧区域内的各热塑性树脂的占有比例(面积比例)例如可以如下计算出:切出连续纤维增强树脂成型体的厚度方向截面(与连续增强纤维的长度方向正交的截面),包埋在环氧树脂中,按照连续增强纤维不破损的方式小心地进行研磨,然后利用激光拉曼显微镜拍摄该截面的映像图像,由所得到的图像、光谱来确定纤维增强树脂中包含的树脂的种类,通过基于ImageJ的图像处理来计算出各自的面积。
另外,关于纤维增强树脂成型体中的极界面区域以外的树脂区域内的热塑性树脂的分布,例如,可以将沿厚度方向截面(与连续增强纤维的长度方向正交的截面)切削出的连续纤维增强树脂成型体的截面(与连续增强纤维的长度方向正交的截面)按照对研磨面施加125g/cm2的力的方式依次用220号耐水砂纸研磨10分钟、用#1200号耐水砂纸研磨10分钟、用#2000号耐水砂纸研磨5分钟、用粒度9μm碳化硅膜研磨10分钟、用粒度5μm氧化铝膜研磨10分钟、用粒度3μm氧化铝膜研磨5分钟、用粒度1μm氧化铝膜研磨5分钟、用使用了抛光研磨纸发泡聚氨酯的粒度0.1μm的胶态二氧化硅(Baikalox 0.1CR)研磨5分钟且在各研磨中一边以约7mL/min加入水一边进行研磨,将研磨后的样品利用磷钨酸等进行电子染色后,利用扫描型电子显微镜(SEM)进行观察,利用ImageJ等软件进行图像分析,由此求出该分布。关于热塑性树脂的占有比例,可以对任意10点进行观察,由其平均值求出该占有比例。
关于连续增强纤维与合成树脂、例如与热塑性树脂的体积比例,由于Vf越高,成型体的强度越增高,因此本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,连续纤维增强树脂成型体中的连续增强纤维的体积含量Vf优选为40%以上、更优选为45%以上、进一步优选为50%以上、进而优选为55%以上、最优选为65%以上。在现有技术的纤维增强树脂成型体中,即使提高Vf,上述空隙率也很高,无法提高成型品的拉伸应力(拉伸强度)和弯曲模量(弯曲刚性),但在本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,通过减少空隙率,可同时实现在Vf50%时连续纤维增强树脂复合体中的合成树脂含浸率为99%以上、拉伸应力为525MPa以上、弯曲模量为27GPa以上、在Vf65%时合成树脂含浸率为99%以上、拉伸应力为600MPa以上、弯曲模量为35GPa以上。
连续增强纤维为玻璃纤维的情况下,连续纤维增强树脂成型体的拉伸应力以玻璃纤维沿实质取向的各方向进行试验时的平均值计优选为480MPa以上、更优选为525MPa以上、进一步优选为600MPa以上、最优选为620MPa以上。另外,连续纤维增强树脂成型体的弯曲模量以玻璃纤维沿实质取向的各方向进行试验时的平均值计优选为22GPa以上、更优选为27GPa以上、进一步优选为30GPa以上、最优选为35GPa以上。此时,拉伸应力和弯曲模量是连续纤维增强树脂成型体中包含的连续增强纤维在实质上两个方向取向的情况下的值,是对于平行于连续增强纤维的两个方向进行试验的值的平均值。在三向材料的情况下,优选为2/3倍的应力或刚性,在为n向材料的情况下,优选为2/n倍的应力或刚性。
连续增强纤维为玻璃纤维的情况下,连续纤维增强树脂成型体的玻璃纤维沿实质取向的各方向进行试验时的拉伸应力的平均值乘以玻璃纤维实质取向的方向数所得到的值优选为960MPa以上、更优选为1050MPa以上、进一步优选为1200MPa以上、最优选为1240MPa以上。另外,连续纤维增强树脂成型体的玻璃纤维沿实质取向的各方向进行试验时的弯曲应力的平均值乘以玻璃纤维实质取向的数目所得到的值优选为1260MPa以上、更优选为1400MPa以上、进一步优选为1600MPa以上、最优选为1700MPa以上。另外,连续纤维增强树脂成型体的弯曲模量乘以玻璃纤维实质取向的方向数而得到的值优选为44GPa以上、更优选为54GPa以上、进一步优选为60GPa以上、最优选为70GPa以上。另外,连续纤维增强树脂成型体由下述式所定义的弹性指数优选为1.2以上、更优选为1.3以上、进一步优选为1.4以上、更进一步优选为1.5以上、最优选为1.58以上。
弹性指数=(玻璃纤维在与实质取向的方向平行的方向上的弹性模量的平均值×玻璃纤维实质取向的方向数)/(Vf×玻璃纤维的弹性模量)
[声发射(AE)法测定]
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体在声发射法测定中因层间剥离引起的破坏发生强度优选为40MPa以上、更优选为50MPa以上。
声发射法测定可以通过在层间剪切试验(JISK7078)中安装AE传感器来实施。
[连续纤维增强树脂成型体的形态]
连续纤维增强树脂成型体的形态没有特别限制,可以举出以下的各种形态。例如可以举出:将增强纤维的机织物或针织物、编带、管状物与树脂复合而成的形态;将沿一个方向拉齐的增强纤维与树脂复合而成的形态;将由增强纤维和树脂构成的丝沿一个方向拉齐而成型出的形态;将由增强纤维和树脂构成的丝制成机织物、针织物、编带、管状物而成型出的形态。
作为连续纤维增强树脂成型体的成型前的中间材料的形态,可以举出:连续增强纤维与树脂纤维的混纤丝;将连续增强纤维的束的周围利用树脂包覆而成的涂布丝;使连续增强纤维预先含浸树脂而制成带状的形态;利用树脂的膜夹着连续增强纤维的形态;使树脂粉末附着于连续增强纤维的形态:将连续增强纤维的束作为芯材将其周围利用树脂纤维制成编带的形态;使增强纤维束之间预先含浸树脂的形态;等等。
[连续纤维增强树脂成型体(复合材料)的制造方法]
本实施方式的连续纤维增强树脂复合材料的制造方法优选包括下述工序:
将添加有包含偶联剂、成束剂以及润滑剂的集束剂的连续增强纤维和具有与该偶联剂具有反应性的末端官能团的热塑性树脂按照达到该热塑性树脂的熔点以上的方式进行加热压制的工序;和
将其冷却至该热塑性树脂的熔点以下,得到作为成型品的连续纤维增强树脂复合材料的工序。
从热塑性树脂与连续增强纤维之间的粘接性的方面出发,优选加热压制后的连续纤维增强树脂复合材料的末端官能团的量少于加热压制前的热塑性树脂中包含的末端官能团的量,加热压制后的连续纤维增强树脂复合材料的末端官能团的量更优选为加热压制前的热塑性树脂中包含的末端官能团的量的90%以下、进一步优选为85%以下。
从集束剂的偶联剂与热塑性树脂的末端官能团之间的反应性的方面出发,加热压制中的热塑性树脂的流动率优选为10%以下、更优选为8%以下、进一步优选为5%以下、最优选为3%以下。
关于反应性末端官能团,例如在作为热塑性树脂使用聚丙烯时,可以在作为主成分的聚丙烯树脂上接枝马来酸等。
加热压制中的热塑性树脂的流动率由(在加热压制中产生的热塑性树脂的毛边的重量)/(加热压制前的热塑性树脂的重量)求出。
加热压制的方法没有特别限定,从生产率的方面出发,优选利用双带压力机的加热压制方法。关于基材,可以将增强纤维和热塑性树脂从2个以上的辊中送出并投入到双带压力机装置中,也可以将切割成所期望的尺寸的增强纤维与热塑性树脂进行所期望的片数的重叠后投入。此时也可以在基材的前后一起投入引导用的片等(例如特氟龙(注册商标)片)。
作为其他的加热压制方法,可以优选举出利用模具进行加热压制。利用模具进行的压制方法没有特别限制,可以举出以下的各种方法。例如,将构成连续纤维增强树脂成型体的基材按照所期望的成型体进行剪裁,考虑目标产品的厚度进行所需要片数的层积,按照模具形状进行设置。
基材的剪裁可以一片一片地进行,也可以将所期望的片数重叠后进行。从生产率的方面出发,优选在重叠的状态下进行剪裁。剪裁的方法可以为任意方法,例如可以举出水射流、刀片压制机、热刀片压制机、激光机、切绘机等。优选截面形状优异、进而将多片重叠进行剪裁时通过将端面熔接而使处理性良好的热刀片压制机。适当的剪裁形状通过反复试错也可进行调整,但优选通过根据模具的形状进行基于CAE(计算机辅助工程)的模拟来设定。
将基材置于模具后,闭合模具进行压制(压缩)。之后,将模具温度调节至构成连续纤维增强树脂成型体的热塑性树脂的熔点以上的温度,使热塑性树脂熔融来进行赋形。合模压力没有特别限定,优选为1MPa以上、更优选为3MPa以上。另外,也可以为了进行排气等暂且合模,压塑成型后暂且释放模具的合模压力。从表现强度的方面出发,压塑成型的时间优选为在所使用的热塑性树脂不发生热劣化的范围内的较长时间,从生产率的方面出发,适合的时间优选为2分钟以内,更优选为1分钟以内。
在连续纤维增强树脂成型体的制造工序中,将基材置于模具内,闭合模具并进行加压,在规定的时间后进一步注射填充规定的热塑性树脂组合物进行成型,使热塑性树脂与规定的热塑性树脂组合物粘接,由此可以制造出混合成型体。
注射填充规定的热塑性树脂组合物的时机对于两热塑性树脂间的界面强度有较大影响。关于注射填充规定的热塑性树脂组合物的时机,优选为将基材置于模具内并闭合模具后将模具温度升温至热塑性树脂的熔点、玻璃化转变温度以上之后的30秒以内。
注射填充规定的热塑性树脂组合物时的模具温度优选为构成连续纤维增强树脂成型体的热塑性树脂的熔点以上或玻璃化转变温度以上。更优选为构成连续纤维增强树脂成型体的热塑性树脂的熔点+10℃以上或玻璃化转变温度+10℃以上,进一步优选为熔点+20℃以上或玻璃化转变温度+20℃以上,进而更优选为熔点+30℃以上或玻璃化转变温度+30℃以上。
在混合成型体中,构成连续纤维增强树脂成型体的热塑性树脂与通过注射成型而形成的热塑性树脂组合物的粘接部分优选形成相互混合的凹凸结构。
为了提高界面强度,使模具温度为所注射的热塑性树脂组合物的熔点以上、提高注射成型时的树脂保持压力(例如设为1MPa以上)是有效的。为了提高界面强度,优选使保持压力为5MPa以上、更优选使保持压力为10MPa以上。
从提高界面强度的方面出发,优选延长保持压力时间、例如5秒以上、优选为10秒以上,更优选保持截至模具温度达到热塑性树脂组合物的熔点以下为止的期间的时间。
[注射成型用的树脂]
作为用于制造混合成型体的注射成型用的热塑性树脂组合物,只要为常见的在注射成型中使用的热塑性树脂组合物就没有特别限定。
作为热塑性树脂组合物,可以举出但不限于例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯酸类树脂、苯乙烯系树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯、聚苯醚、改性聚苯醚树脂、全芳香族聚酯、聚缩醛、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰胺系树脂、聚砜、聚醚醚酮、聚醚酮等中的一种或混合两种以上的树脂组合物。
另外,这些热塑性树脂组合物中可以混配各种填充材料。
作为各种填充材料,可以举出作为与增强纤维同种材料的非连续增强材料的短纤维、长纤维材料等。
在非连续增强材料中使用玻璃短纤维、长纤维的情况下,可以使用与涂布在构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的连续增强纤维上的集束剂同样的物质。
上胶剂(集束剂)优选含有(硅烷)偶联剂、润滑剂以及成束剂。关于(硅烷)偶联剂、润滑剂、成束剂的种类,可以使用与上述连续增强纤维的集束剂同样的物质。
从连续纤维增强树脂成型体与经注射成型的热塑性树脂组合物部分的界面强度的方面出发,注射成型中使用的热塑性树脂组合物优选与构成连续纤维增强树脂成型体的热塑性树脂类似,更优选为同种物质。具体地说,在构成连续纤维增强树脂成型体的热塑性树脂中使用聚酰胺66的情况下,注射成型用的热塑性树脂组合物的树脂材料优选为聚酰胺66。
作为其他方法,可以举出:将基材设置于模具中并利用双带压力机进行压缩的成型方法;按照包围所设置的基材的四周的方式对模框进行设置,利用双带压力机加压来进行成型的方法;准备设定在一个或多个温度的加热用压缩成型机、以及设定在一个或多个温度的冷却用压缩成型机,将设置有基材的模具依次投入到压缩成型机中进行成型的成型方法;等等。
[连续纤维增强树脂成型体的树脂含浸率]
如图2所示,连续纤维增强树脂成型体中的热塑性树脂的含浸率可以通过连续纤维增强树脂成型体的截面中的空隙的比例来求出。具体地说,将连续纤维增强树脂成型体在任意的位置切断,包埋在环氧树脂等中,研磨后进行光学显微镜观察,将由此得到的图像利用分析软件进行图像分析,由此计算出。
如图6所示,关于含浸率(%),在设规定面积为100%时,由下述式进行计算:
含浸率(%)={1-(空隙面积/连续增强纤维束面积)}×100
从强度、外观的方面出发,本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的含浸率优选为98%以上、更优选为99%以上、进一步优选为99.5%以上、最优选为99.9%以上。
[连续增强纤维]
连续增强纤维可以使用在通常的连续纤维增强树脂成型体中使用的材料。
作为连续增强纤维,可以举出但不限于例如玻璃纤维、碳纤维、植物纤维、芳纶纤维、超高强力聚乙烯纤维、聚苯并吡咯系纤维、液晶聚酯纤维、聚酮纤维、金属纤维、陶瓷纤维等。
从机械特性、热学特性、通用性的方面出发,优选玻璃纤维、碳纤维、植物纤维、芳纶纤维,从生产率的方面出发,优选玻璃纤维。
作为连续增强纤维选择玻璃纤维的情况下,可以使用集束剂,上胶剂(集束剂)优选含有硅烷偶联剂、润滑剂以及成束剂,通过作为与覆盖连续增强纤维的周围的树脂形成强结合的集束剂,可得到空隙率少的连续纤维增强树脂成型体,在使用热塑性树脂作为合成树脂的情况下,优选集束剂为热塑性树脂用的集束剂。热塑性树脂用的集束剂是指将连续增强纤维利用电炉以30℃/min升温至300℃,在恢复室温后,连续增强纤维的刚性不会比加热前的连续增强纤维的刚性更大的材料。关于热塑性树脂用的集束剂,例如在选择聚酰胺树脂作为合成树脂的情况下,作为硅烷偶联剂,需要选择容易将作为聚酰胺树脂的末端基团的羧基与氨基键结的偶联剂。具体地说,例如可以举出γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、环氧硅烷。
作为成束剂,需要使用与聚酰胺树脂的润湿性良好、或者表面张力接近的树脂必要。具体地说,例如,可以选择聚氨酯树脂的乳液、聚酰胺树脂的乳液、或其改性物。作为润滑剂,需要使用不妨碍硅烷偶联剂和成束剂的物质,例如可以举出巴西棕榈蜡。
从热塑性树脂向连续增强纤维中的含浸性的方面出发,集束剂优选在加热压制中50%以上扩散到热塑性树脂中,该比例更优选为70%以上、进一步优选为80%以上、只要为90%以上。关于集束剂的扩散,可以将成型品利用良溶剂使基体树脂溶解,对于残留的增强纤维进行XPS测定等,由此求出该扩散;在基体树脂为聚酰胺的情况下,优选使用HFIP、苯酚。
集束剂在加热压制中90%以上扩散到热塑性树脂中,并且在热塑性树脂的末端官能团中与偶联剂具有反应性的末端基团在加热压制前后减少时,偶联剂与热塑性树脂的末端官能团键结。
在连续增强纤维上可以涂布促进偶联剂与热塑性树脂的末端官能团的反应的催化剂,作为该催化剂,例如在作为连续增强纤维选择玻璃纤维、作为热塑性树脂选择聚酰胺树脂的情况下,可以举出促进硅烷偶联剂所具有的氨基与作为聚酰胺树脂的末端基团的羧基的键结反应的次磷酸钠等磷酸类。
[硅烷偶联剂]
硅烷偶联剂通常被用作玻璃纤维的表面处理剂,有助于提高界面粘接强度。
作为硅烷偶联剂,可以举出但不限于例如γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷等氨基硅烷类;γ-巯基丙基三甲氧基硅烷和γ-巯基丙基三乙氧基硅烷等巯基硅烷类;环氧硅烷类;乙烯基硅烷类、马来酸类等。作为合成树脂使用聚酰胺时,优选氨基硅烷类、马来酸类,作为合成树脂使用环氧树脂时,优选环氧硅烷类。
[润滑剂]
润滑剂有助于提高玻璃纤维的开纤性。
作为润滑剂,可以使用与目的相应的通常的液体或固体的任意润滑材料,可以举出但不限于例如巴西棕榈蜡、羊毛脂蜡等动植物系或矿物系的蜡;脂肪酰胺、脂肪酸酯、脂肪酸醚、芳香族系酯、芳香族系醚等表面活性剂等。
[成束剂]
成束剂有助于提高玻璃纤维的集束性和提高界面粘接强度。
作为成束剂,可以使用与目的相应的聚合物、热塑性树脂。
作为成束剂的聚合物可以举出但不限于例如丙烯酸的均聚物、丙烯酸与其他共聚性单体的共聚物、以及它们与伯胺、仲胺和叔胺的盐等。另外,还适于使用例如间二甲苯二异氰酸酯、4,4’-亚甲基双(环己基异氰酸酯)和异佛尔酮二异氰酸酯等由异氰酸酯与聚酯系、聚醚系二醇合成出的聚氨酯系树脂。
作为丙烯酸的均聚物,重均分子量优选为1,000~90,000、更优选为1,000~25,000。
作为构成丙烯酸与其他共聚性单体的共聚物的共聚性单体,可以举出但不限于例如具有羟基和/或羧基的单体中的选自由丙烯酸、马来酸、甲基丙烯酸、乙烯基乙酸、丁烯酸、异丁烯酸、富马酸、衣康酸、柠康酸以及中康酸组成的组中的1种以上(其中不包括仅为丙烯酸的情况)。作为共聚性单体,优选具有1种以上的酯系单体。
作为丙烯酸的均聚物和共聚物与伯胺、仲胺和叔胺的盐,可以举出但不限于例如三乙胺盐、三乙醇胺盐、甘氨酸盐等。从提高与其他合用化学试剂(硅烷偶联剂等)的混合溶液的稳定性、降低胺臭的方面出发,中和度优选为20~90%、更优选为40~60%。
形成盐的丙烯酸的聚合物的重均分子量没有特别限制,优选为3,000~50,000的范围。从提高玻璃纤维的集束性的方面出发,优选为3,000以上,从提高制成复合成型体时的特性的方面出发,优选为50,000以下。
关于作为成束剂使用的热塑性树脂,可以举出但不限于例如聚烯烃系树脂、聚酰胺系树脂、聚缩醛系树脂、聚碳酸酯系树脂、聚酯系树脂、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯硫醚、热塑性聚醚酰亚胺、热塑性氟系树脂、以及将它们改性而成的改性热塑性树脂等。作为成束剂使用的热塑性树脂与包覆连续增强纤维的周围的树脂为同种的热塑性树脂和/或改性热塑性树脂时,在制成复合成型体后玻璃纤维与热塑性树脂的粘接性提高,是优选的。
此外,在使连续增强纤维与包覆其的热塑性树脂的粘接性进一步提高、将集束剂以水分散体形式附着于玻璃纤维的情况下,从降低乳化剂成分的比例、或者能够不需要乳化剂等的方面出发,作为成束剂使用的热塑性树脂优选为改性热塑性树脂。
此处,改性热塑性树脂是指,除了可形成热塑性树脂的主链的单体成分以外,以改变该热塑性树脂的性状为目的使不同的单体成分共聚而对亲水性、结晶性、热力学特性等进行改性的物质。
作为成束剂使用的改性热塑性树脂可以举出但不限于例如改性聚烯烃系树脂、改性聚酰胺系树脂、改性聚酯系树脂等。
作为成束剂的改性聚烯烃系树脂是乙烯、丙烯等烯烃系单体与不饱和羧酸等能够与烯烃系单体共聚的单体的共聚物,可以利用公知的方法制造。可以为烯烃系单体与不饱和羧酸共聚而成的无规共聚物,也可以为在烯烃上接枝不饱和羧酸而成的接枝共聚物。
作为烯烃系单体,可以举出但不限于例如乙烯、丙烯、1-丁烯等。它们可以单独使用仅1种,或者可以组合使用2种以上。作为能够与烯烃系单体共聚的单体,例如可以举出丙烯酸、马来酸、马来酸酐、甲基丙烯酸、乙烯基乙酸、丁烯酸、异丁烯酸、富马酸、衣康酸、柠康酸、中康酸等不饱和羧酸等,它们可以单独使用仅1种,也可以组合使用2种以上。
作为烯烃系单体和能够与该烯烃系单体共聚的单体的共聚比例,设共聚的总质量为100质量%,优选烯烃系单体为60~95质量%、能够与烯烃系单体共聚的单体为5~40质量%,更优选烯烃系单体为70~85质量%、能够与烯烃系单体共聚的单体为15~30质量%。烯烃系单体为60质量%以上时,与基体的亲和性良好;另外,烯烃系单体的质量%为95质量%以下时,改性聚烯烃系树脂的水分散性良好,容易进行针对连续增强纤维的均匀赋予。
作为成束剂使用的改性聚烯烃系树脂中,通过共聚导入的羧基等改性基团可以被碱性化合物中和。作为碱性化合物,可以举出但不限于例如氢氧化钠、氢氧化钾等碱类;氨;单乙醇胺、二乙醇胺等胺类。作为成束剂使用的改性聚烯烃系树脂的重均分子量没有特别限制,优选为5,000~200,000、更优选为50,000~150,000。从提高玻璃纤维的集束性的方面出发优选为5,000以上,从制成水分散液时的乳化稳定性的方面出发优选为200,000以下。
作为成束剂使用的改性聚酰胺系树脂是在分子链中导入有聚环氧烷链、叔胺成分等亲水基团的改性聚酰胺化合物,可以利用公知的方法制造。
在分子链中导入聚环氧烷链的情况下,例如将聚乙二醇或聚丙二醇等的一部分或全部改性成二胺或二羧酸并使所得到的改性物共聚来制造。在导入叔胺成分的情况下,例如共聚氨基乙基哌嗪、双氨基丙基哌嗪、α-二甲氨基ε-己内酰胺等来制造。
作为成束剂使用的改性聚酯系树脂是多元羧酸或其酸酐与多元醇的共聚物,且在包含末端的分子骨架中具有亲水基团,该树脂可利用公知的方法制造。
作为亲水基团,例如可以举出聚环氧烷基、磺酸盐、羧基、它们的中和盐等。作为多元羧酸或其酸酐,可以举出芳香族二羧酸、含有磺酸盐的芳香族二羧酸、脂肪族二羧酸、脂环式二羧酸、3官能以上的多元羧酸等。
作为芳香族二羧酸,可以举出但不限于例如苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、1,5-萘二甲酸、2,6-萘二甲酸、苯二甲酸酐等。
作为含有磺酸盐的芳香族二羧酸,可以举出但不限于例如磺基对苯二甲酸盐、5-磺基间苯二甲酸盐、5-磺基邻苯二甲酸盐等。
作为脂肪族二羧酸或脂环式二羧酸,可以举出但不限于例如富马酸、马来酸、衣康酸、琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、二聚酸、1,4-环己烷二甲酸、琥珀酸酐、马来酸酐等。
作为3官能以上的多元羧酸,可以举出但不限于例如偏苯三甲酸、均苯四甲酸、偏苯三甲酸酐、均苯四甲酸二酐等。
这些之中,从提高改性聚酯系树脂的耐热性的方面出发,优选全部多元羧酸成分的40~99摩尔%为芳香族二羧酸。另外,从将改性聚酯系树脂制成水分散液时的乳化稳定性的方面出发,优选全部多元羧酸成分的1~10摩尔%为含有磺酸盐的芳香族二羧酸。
作为构成改性聚酯系树脂的多元醇,可以举出二醇、3官能以上的多元醇等。
作为二醇,可以举出但不限于例如乙二醇、二乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、聚四亚甲基二醇、1,4-环己二醇、1,4-环己烷二甲醇、双酚A或其环氧烷加成物等。作为3官能以上的多元醇,可以举出三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇等。
作为构成改性聚酯系树脂的多元羧酸或其酸酐与多元醇的共聚比例,设共聚成分的总质量为100质量%,优选多元羧酸或其酸酐为40~60质量%、多元醇为40~60质量%,更优选多元羧酸或其酸酐为45~55质量%、多元醇为45~55质量%。
作为改性聚酯系树脂的重均分子量,优选为3,000~100,000、更优选为10,000~30,000。从提高玻璃纤维的集束性的方面出发优选为3,000以上,从制成水分散液的情况下的乳化稳定性的方面出发优选为100,000以下。
作为成束剂使用的聚合物、热塑性树脂可以单独使用仅一种、也可以将两种以上合用。
设成束剂的总量为100质量%,选自丙烯酸的均聚物、丙烯酸与其他共聚性单体的共聚物、以及它们与伯胺、仲胺和叔胺的盐中的1种以上的聚合物更优选使用50质量%以上、60质量%以上。
[玻璃纤维用的集束剂的组成]
作为连续增强纤维使用玻璃纤维的情况下,该玻璃纤维的集束剂优选分别含有硅烷偶联剂0.1~2质量%、润滑剂0.01~1质量%、成束剂1~25质量%,优选将这些成分用水稀释,将总质量调整为100质量%。
从提高玻璃纤维的集束性和提高界面粘接强度、以及提高复合成型体的机械强度的方面出发,玻璃纤维用的集束剂中硅烷偶联剂的混配量优选为0.1~2质量%、更优选为0.1~1质量%、进一步优选为0.2~0.5质量%。
从赋予充分的润滑性的方面出发,玻璃纤维用的集束剂中润滑剂的混配量优选为0.01质量%以上、更优选为0.02质量%以上,从提高界面粘接强度以及提高复合成型体的机械强度的方面出发,该混配量优选为1质量%以下、更优选为0.5质量%以下。
从控制玻璃纤维的集束性和提高界面粘接强度、以及提高复合成型体的机械强度的方面出发,玻璃纤维用的集束剂中成束剂的混配量优选为1~25质量%、更优选为3~15质量%、进一步优选为3~10质量%。
[玻璃纤维用的集束剂的使用方式]
玻璃纤维用的集束剂根据使用方式可以制备成水溶液、胶态分散液的形态、使用了乳化剂的乳液的形态等任一种形态,从提高集束剂的分散稳定性、提高耐热性的方面出发,优选制成水溶液的形态。
关于作为构成本实施方式的连续增强纤维树脂成型体的连续增强纤维的玻璃纤维,将上述集束剂在公知的玻璃纤维的制造工序中使用辊型涂布器等公知的方法赋予至玻璃纤维,将所制造的玻璃纤维干燥,由此连续地得到该玻璃纤维。
相对于玻璃纤维100质量%,集束剂以硅烷偶联剂、润滑剂和成束剂的总质量计优选赋予0.1~3质量%、更优选赋予0.2~2质量%、进一步优选赋予0.2~1质量%。
从控制玻璃纤维的集束性和提高界面粘接强度的方面出发,相对于玻璃纤维100质量%,集束剂的赋予量以硅烷偶联剂、润滑剂和成束剂的总质量计优选为0.1质量%以上,从丝的处理性的方面出发优选为3质量%以下。
需要说明的是,作为连续增强纤维选择碳纤维的情况下,集束剂优选含有偶联剂、润滑剂、成束剂。关于集束剂、润滑剂、成束剂的种类没有特别限制,可以使用公知的物质。作为具体的材料,可以使用日本特开2015-101794号公报中记载的材料。作为偶联剂可以选择与碳纤维的表面存在的羟基的相适性良好的物质,作为成束剂可以选择与所选择的合成树脂的润湿性良好或表面张力接近的物质,作为润滑剂可以选择不会阻碍偶联剂和成束剂的物质。
在使用其他连续增强纤维的情况下,可以根据连续增强纤维的特性适宜地选择玻璃纤维、碳纤维中使用的集束剂的种类、赋予量,优选使用以碳纤维中使用的集束剂为基准的集束剂的种类、赋予量。
[连续增强纤维的形状]
连续增强纤维为由多根增强纤维形成的复丝,从处理性的方面出发,单丝数优选为30~15,000根。从强度的方面以及处理性的方面出发,连续增强纤维的单丝径优选为2~30μm、更优选为4~25μm、进一步优选为6~20μm、最优选为8~18μm。
从复合丝的处理性和成型体的强度的方面出发,连续增强纤维的单丝径R(μm)与密度D(g/cm3)之积RD优选为5~100μm·g/cm3、更优选为10~50μm·g/cm3、进一步优选为15~45μm·g/cm3、更进一步优选为20~45μm·g/cm3。
密度D可以利用比重计进行测定。另一方面,单丝径(μm)可以根据密度(g/cm3)和细度(dtex)、单丝数(根)由下述式计算出。
[数1]
为了使连续增强纤维的积RD为规定的范围,可以针对可市售获得的连续增强纤维,根据连续增强纤维所具有的密度适宜地选择细度(dtex)和单丝数(根)。例如,作为连续增强纤维使用玻璃纤维的情况下,由于密度为约2.5g/cm3,因此可以选择单丝径为2~40μm的纤维。具体地说,玻璃纤维的单丝径为9μm的情况下,通过选择细度660dtex、单丝数400根的玻璃纤维,积RD为23。另外,玻璃纤维的单丝径为17μm的情况下,通过选择细度11,500dtex、单丝数2,000根的玻璃纤维,积RD为43。作为连续增强纤维使用碳纤维的情况下,由于密度为约1.8g/cm3,因此可以选择单丝径为2.8~55μm的纤维。具体地说,碳纤维的单丝径为7μm的情况下,通过选择细度2,000dtex、单丝数3,000根的碳纤维,积RD为13。作为连续增强纤维使用芳纶纤维的情况下,由于密度为约1.45g/cm3,因此可以选择单丝径为3.4~68μm的纤维。具体地说,芳纶纤维的单丝径为12μm的情况下,通过选择细度1,670dtex、单丝数1,000根的芳纶纤维,积RD为17。
连续增强纤维(例如玻璃纤维)如下进行制造:将原料玻璃计量、混合,利用熔融炉制成熔融玻璃,将其纺丝制成玻璃丝,涂布集束剂,经过纺丝机而以直接无捻粗纱(DWR,Direct Winding Roving)、纱饼、加捻纱等的卷取形态来制造。连续增强纤维可以为任何形态,但若卷曲成为纱线、纱饼、DWR,则包覆树脂的工序中的生产率、生产稳定性提高,因而优选。从生产率的方面出发,最优选DWR。
[合成树脂]
构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的基体树脂的合成树脂可以为热塑性树脂、也可以为热固化性树脂,从成型周期的方面、再循环性的方面出发,优选热塑性树脂。
[热塑性树脂]
构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的热塑性树脂可以仅使用一种,也可以将两种以上合用。从与连续纤维增强树脂的粘接性的方面出发,优选包含2种以上的热塑性树脂。包含2种以上的热塑性树脂的情况下,在与连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根连续增强纤维与合成树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域中,在2种以上的热塑性树脂中,从生产率以及增强纤维与树脂的界面强度的方面出发,优选以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的树脂的占有比例高于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的占有比例。
从偶联剂与热塑性树脂的末端官能团的反应性的方面出发,热塑性树脂的吸水率优选为0.1重量%以上,更优选为0.3重量%以上、进一步优选为0.5重量%以上、进而优选为0.8重量%以上、进而优选为1.0重量%以上、最优选为1.5重量%以上。热塑性树脂的吸水率可以使用卡尔费休水分计等进行测定。
在热塑性树脂中优选添加促进偶联剂与热塑性树脂的末端官能团的反应的催化剂,作为该催化剂,例如在作为连续增强纤维选择玻璃纤维、作为热塑性树脂选择聚酰胺树脂的情况下,可以举出促进硅烷偶联剂所具有的氨基与作为聚酰胺树脂的末端基团的羧基之间的键结反应的次磷酸钠等磷酸类。
从连续纤维增强树脂复合材料的机械强度的方面出发,优选热塑性树脂中包含的颗粒状添加材料的含量为30ppm以下,该含量更优选为20ppm以下、更优选为10ppm以下、最优选为5ppm以下。
作为热塑性树脂中包含的颗粒状添加材料,例如可以举出炭黑等。
[微滴生成系数]
微滴生成系数是表示树脂与增强纤维的相适性的指标,微滴生成系数不仅影响树脂的主成分,而且还影响树脂中包含的微量成分。热塑性树脂与增强纤维的微滴生成系数优选为10以上(接触次数为4的情况)。关于微滴生成系数,例如可以使用复合材界面特性评价装置(HM410、东荣产业株式会社),在对1根增强纤维的单丝进行树脂涂敷时,使树脂与增强纤维接触复数次,计数所生成的微滴数,通过下式进行计算。
(微滴生成系数)={(所生成的微滴数)/(树脂与增强纤维接触的次数)}×10
[2种以上的热塑性树脂]
构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的基体树脂的热塑性树脂可以为两种以上。2种以上的热塑性树脂之中,以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)在2种以上的热塑性树脂的合计的占有面积中优选为85%~99%,从耐热性的方面出发,2种以上的热塑性树脂中,优选以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)是熔点最高的树脂。
2种以上的热塑性树脂中,熔点最高的树脂的熔点与熔点最低的树脂的熔点之差优选为35℃以上、更优选为100℃以上。连续纤维增强树脂成型体中包含的热塑性树脂的种类可以通过利用激光拉曼显微镜对连续纤维增强树脂成型体的截面进行分析来确定,各热塑性树脂的熔点和玻璃化转变温度可以根据树脂的组成利用差示扫描量热计(DSC)计算出。另外,从耐热性的方面出发,优选热塑性树脂的混合物的熔点与热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)的熔点相同。
构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的2种以上的热塑性树脂混合物的升温熔解峰温度与降温结晶峰温度之差若小于构成该2种以上的热塑性树脂的树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)的升温熔解峰温度与降温结晶峰温度之差,则成型性与含浸速度的平衡优异,因而优选。升温熔解峰温度与降温结晶峰温度可以通过DSC计算出。
构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的2种以上的热塑性树脂中,从含浸性和强度的方面出发,优选以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的至少一种树脂(副树脂)与上述连续增强纤维之间的结合力大于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)与连续增强纤维之间的结合力。各热塑性树脂与连续增强纤维之间的结合力可以通过使用纳米压痕仪的顶出测试来求出。
构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的2种以上热塑性树脂中,从含浸性和强度的方面出发,优选以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的至少一种树脂(副树脂)与上述连续增强纤维之间的表面张力之差小于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)与连续增强纤维之间的表面张力之差。另外,构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的2种以上的热塑性树脂中,从含浸性和强度的方面出发,优选以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的至少一种树脂(副树脂)针对连续增强纤维的润湿性大于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)针对连续增强纤维的润湿性。关于各热塑性树脂与连续增强纤维之间的表面张力之差、润湿性,可以将1根连续增强纤维埋入到在加热板上熔融的热塑性树脂中,通过抽出连续增强纤维时热塑性树脂被连续纤维拉伸的长度进行评价。
出于强度与含浸性的平衡优异的原因,优选构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的2种以上的热塑性树脂的混合物的熔融粘度与该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)的熔融粘度相同。树脂的熔融粘度可以使用双毛细管流变仪等进行测定。
构成本实施方式的连续纤维增强树脂成型体的2种以上的热塑性树脂可以根据中间材料的形态进行预混合来使用,也可以通过干混而形成中间材料的树脂形态。
[热塑性树脂的形态]
作为热塑性树脂的形态没有特别限制,例如可以举出膜、粒料、纤维、板、粉状、涂布有增强纤维的形态等。
[1种或2种以上的热塑性树脂的种类]
热塑性树脂可以举出但不限于例如:聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃系树脂;聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺46等聚酰胺系树脂;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯等聚酯系树脂;聚甲醛等聚缩醛系树脂;聚碳酸酯系树脂;聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基醚二醇等聚醚系树脂;聚醚砜;聚苯硫醚;热塑性聚醚酰亚胺;四氟乙烯-乙烯共聚物等热塑性氟系树脂;聚氨酯系树脂;丙烯酸系树脂;以及它们经改性而成的改性热塑性树脂。
这些热塑性树脂中,优选聚烯烃系树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂、聚醚系树脂、聚醚砜、聚苯硫醚、热塑性聚醚酰亚胺、热塑性氟系树脂,从机械物性、通用性的方面出发,更优选聚烯烃系树脂、改性聚烯烃系树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂、聚氨酯系树脂和丙烯酸系树脂,若加上热学物性的方面,则进一步优选聚酰胺系树脂和聚酯系树脂。另外,从对抗反复荷重负载的耐久性的方面出发,更进一步优选聚酰胺系树脂。
[聚酯系树脂]
聚酯系树脂是指在主链具有-CO-O-(酯)键的高分子化合物。
作为聚酯系树脂,可以举出但不限于例如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚-1,4-环己基二亚甲基对苯二甲酸酯、聚2,6-萘二羧酸乙二醇酯等。
聚酯系树脂可以为均聚聚酯,另外也可以为共聚聚酯。
共聚聚酯的情况下,优选适宜地使第3成分与均聚聚酯共聚,作为第3成分,可以举出但不限于例如二乙二醇、新戊二醇、聚烷撑二醇等二醇成分、己二酸、癸二酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、5-(钠代磺基)间苯二甲酸等二羧酸成分等。
另外,也可以使用采用了生物物质来源的原料的聚酯系树脂,可以举出但不限于例如聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯己二酸酯等脂肪族聚酯系树脂、聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯等芳香族聚酯系树脂等。
[聚酰胺系树脂]
聚酰胺系树脂是指在主链具有-CO-NH-(酰胺)键的高分子化合物。例如可以举出脂肪族系聚酰胺、芳香族系聚酰胺、全芳香族系聚酰胺等,从与增强纤维的亲和性的方面和容易得到基于增强纤维的高增强效果的方面出发,优选脂肪族系聚酰胺。
从树脂与增强纤维的粘接的方面出发,聚酰胺树脂中包含的羧基末端基团的量优选为65μmol/g以上,更优选为70μmol/g以上、进一步优选为75μmol/g以上、进而更优选为80μmol/g以上。
从树脂与增强纤维的粘接的方面出发,聚酰胺树脂中包含的氨基末端基团的量优选为40μmol/g以下、更优选为35μmol/g以下、进一步优选为30μmol/g以下、进而更优选为25μmol/g以下。
作为聚酰胺系树脂,可以举出但不限于例如通过内酰胺的开环聚合得到的聚酰胺、通过ω-氨基羧酸的自缩合得到的聚酰胺、通过将二胺和二羧酸缩合得到的聚酰胺、以及它们的共聚物。
聚酰胺系树脂可以单独使用1种、也可以以2种以上的混合物的形式使用。
作为内酰胺,可以举出但不限于例如吡咯烷酮、己内酰胺、十一内酰胺、十二内酰胺。作为ω-氨基羧酸为,可以举出但不限于例如内酰胺基于水的开环化合物即ω-氨基脂肪酸。内酰胺或ω-氨基羧酸可以分别将2种以上的单体合用而使其缩合。
作为二胺(单体),可以举出但不限于例如1,6-己二胺、1,5-戊二胺等直链状的脂肪族二胺;2-甲基-1,5-戊二胺、2-乙基-1,6-己二胺等支链型的脂肪族二胺;对苯二胺、间苯二胺等芳香族二胺;环己烷二胺、环戊烷二胺、环辛烷二胺等脂环式二胺。
作为二羧酸(单体),可以举出但不限于例如己二酸、庚二酸、癸二酸等脂肪族二羧酸;邻苯二甲酸、间苯二甲酸等的芳香族二羧酸;环己烷二羧酸等脂环式二羧酸。作为单体的二胺和二羧酸可以分别单独使用1种或合用2种以上而进行缩合。
作为聚酰胺系树脂,可以举出但不限于例如聚酰胺4(聚α-吡咯烷酮)、聚酰胺6(聚己内酰胺)、聚酰胺11(聚十一烷酰胺)、聚酰胺12(聚十二烷酰胺)、聚酰胺46(聚己二酰丁二胺)、聚酰胺66(聚己二酰己二胺)、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺6T(聚对苯二甲酰己二胺)、聚酰胺9T(聚对苯二甲酰壬二胺)以及聚酰胺6I(聚间苯二甲酰己二胺)、以及包含它们作为构成成分的共聚聚酰胺。
作为共聚聚酰胺,可以举出但不限于例如己二酰己二胺和对苯二甲酰己二胺的共聚物、己二酰己二胺和间苯二甲酰己二胺的共聚物、以及对苯二甲酰己二胺和2-甲基戊烷二胺对苯二甲酰胺的共聚物。
[连续纤维增强复合材料的赋形成型体的制造方法]
可以通过包括下述工序的方法制造出连续纤维增强复合材料的赋形成型体,该工序中,将通过上述方法制造的连续纤维增强树脂复合材料利用IR加热器等加热至上述热塑性树脂的熔点以上,使用模具等型模进行压制,然后冷却至该热塑性树脂的熔点以下的温度,进行赋形。
[热固化性树脂]
热固化性树脂可以举出但不限于例如环氧树脂、酚树脂、三聚氰胺树脂、脲树脂、不饱和聚酯树脂等。这些热固化性树脂可以单独使用一种或将两种以上组合使用。
[本实施方式的连续纤维增强树脂成型体(复合材料)的用途]
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体能够适宜地用于航空器、车辆、建设材料、机器人、通信设备壳体等的结构材料用途。
在车辆用途中,可以用于但不限于例如底盘/框架、底架、驱动系统部件、内装部件、外装部件、功能部件、其他部件。
具体地说,能够适宜地用作下述部件:转向轴、托架、天窗、踏板、车顶饰板、车门饰板、行李箱、后箱盖、引擎盖、椅架、椅背、安全带收缩器、安全带收缩器支撑架、离合器、齿轮、皮带轮、凸轴、AG轴、弹性梁、缓冲器、灯、反射镜、玻璃窗、前端模块、后车门内板、制动踏板、方向盘、电装材料、吸音材料、车门外装、内装面板、仪表板、尾门、顶梁、座椅、座椅框架、雨刷连杆、EPS(电动助力转向,Electric Power Steering)、小型马达、散热器、ECU(引擎控制单元,Engine Control Unit)箱、ECU外罩、转向齿轮箱外罩、塑料外罩、EV(电动车,Electric Vehicle)马达用框体、线组、车载仪表、组合开关、小型马达、弹簧、减震器、车轮、轮圈盖、车架、副车架、侧车架、二轮车车架、燃料箱、油盘、进气歧管、传动轴、驱动用马达、单体座舱、氢罐、燃料电池的电极、面板、车底板、外板面板、车门、车室、车顶、罩盖、汽阀、EGR(排气再循环,Exhaust Gas Recirculation)阀、可变汽阀定时单元、连杆、汽缸孔、梁件(引擎脚、前地板横梁、搁脚板横梁、座椅横梁、内侧梁、后横梁、悬梁、车柱强化梁、前侧梁、前板梁、上板梁、前围板横梁、转向柱)、通道、锁固插入件、变速箱、变速轨、桥壳、车顶轨、上车体、侧轨、饰带、车门包围组合件、安全气囊用部件、车柱、前围至车柱撑件、悬吊塔架、保险杠、车体下柱、前车柱、强化件(仪表板、轨道、车顶、前车柱、车顶轨、车顶侧轨、置物箱、车门腰线、前地板下层、前车体上柱、前车体下柱、中柱、中柱铰链、车门外侧板)、侧面外板、前门车窗框、MICS(Minimum Intrusion Cabin System)组件、扭力箱、散热器支架、散热器风扇、水泵、燃料泵、电子控制节流体、引擎控制ECU、启动器、交流发电机、歧管、变速箱、离合器、前围板、前围板绝缘垫、车门侧向防撞梁、保险杠横梁、车门横梁、隔板、外侧垫、内侧垫、后座椅杆、车门板、车门饰板副组合件、能量吸收件(保险杠、减震器)、减震体、减震饰条、车柱饰条、车顶内侧饰条、树脂肋、侧轨前间隔材、侧轨后间隔材、安全带预缩器、安全气囊传感器、臂(悬吊、下臂、引擎盖铰链)、悬吊连杆、减震支架、挡泥板支架、逆变器支架、逆变器模块、引擎盖内板、引擎盖板、前罩板通风孔、前罩板顶部外侧前板、前罩板顶部外侧板、地板消音器、减震座椅、引擎盖绝缘层、挡泥板侧板保护件、前罩板绝缘层、前罩板顶部通风孔、汽缸盖外盖、轮胎导流板、挡泥板支撑架、引擎室拉杆(strut tower bar)、中央信道(mission center tunnel)、地板信道、散热器中心部支撑架(Radiator core supports)、行李箱饰板、行李箱底板、加速踏板、加速踏板基座等部件。
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体(复合材料)在通信设备壳体用途中可以为例如长方体状。
作为壳体的特性,该壳体为要求电波透过性的部件,通过KEC法测定的电场屏蔽性在频率1GHz频带处优选小于10dB、更优选小于5dB、进一步优选小于0.1dB。作为具有本特性的连续增强纤维,可以使用连续增强玻璃纤维。
壳体的平均厚度优选为1mm以下、进一步优选为0.5mm以下、最优选为0.4mm以下。例如,通过经由预成型进行制造,可制造出连续纤维的杂乱少、不会发生空洞的目的厚度的壳体。
实施例
下面通过实施例、比较例具体地说明本发明,但本发明并不限于这些实施例,当然可以在本发明的要点的范围内进行各种变形来实施。
首先对实施例、比较例中实用的测定方法等进行说明。
[距1根连续增强纤维的端部为1根连续增强纤维的半径的十分之一的区域的平均空隙率]
将连续纤维增强树脂成型体利用带锯切削,将切削得到的试验片利用研磨机(小型精密试样制作系统IS-POLISHER ISPP-1000(株式会社池上精机))按照对研磨面施加400g/cm2的力的方式进行研磨。研磨中,依次用#220号耐水砂纸研磨10分钟、用#400号耐水砂纸研磨2分钟、用#800号耐水砂纸研磨5分钟、用#1200号耐水砂纸研磨10分钟、用#2000号耐水砂纸研磨15分钟、用粒度9μm碳化硅膜研磨15分钟、用粒度5μm氧化铝膜研磨15分钟、用粒度3μm氧化铝膜研磨15分钟、用粒度1μm氧化铝膜研磨15分钟、用使用了抛光研磨纸发泡聚氨酯的粒度0.1μm的胶态二氧化硅(Baikalox 0.1CR)研磨10分钟,并且在各研磨中一边以约7mL/min加入水一边进行研磨。将研磨得到的样品利用SEM(S-4700、株式会社HitachiHigh-Technologies)进行观察,由所得到的图像计算出1根连续增强纤维的半径的十分之一的区域的空隙率。对于任意选择的100根连续增强纤维进行观察,求出1根连续增强纤维的半径的十分之一的区域的平均空隙率以及空隙率为10%以下的比例。
[含浸率]
切出成型体的截面,包埋在环氧树脂中,按照连续增强纤维不会破损的方式小心地进行研磨。利用显微镜进行观察,由所得到的图像求出连续增强纤维束、合成树脂、空隙各自的占有面积,求出空隙面积相对于连续增强纤维束(整体)面积的比例,通过下述式进行计算。
含浸率(%)={1-(空隙面积/连续增强纤维束面积)}×100。
[拉伸应力]
从成型体中切出长70mm、宽10mm、厚2mm的长条状的试验片,利用INSTRON万能试验机将试验片沿长度方向以30mm的间隔进行夹持,在速度5mm/min、23℃、50%RH环境下以及在150℃、50%的恒温槽内测定拉伸应力(MPa)。
[弯曲应力、弯曲模量]
从成型体中切出长100mm、宽10mm、厚2mm的长条状的试验片,利用INSTRON万能试验机使用三点弯曲用夹具将跨距设定为32mm,在速度1mm/min、23℃、50%RH环境下测定弯曲应力(MPa)、弯曲模量(GPa)。
[连续纤维增强树脂中的增强纤维的体积比例(Vf)的测定和成型中漏出的树脂量比例]
切出2g连续纤维增强树脂成型体,放入电炉,在温度650℃加热3小时,将树脂烧掉。其后自然冷却至室温,测定残留的玻璃纤维的质量,由此求出连续纤维增强树脂成型体中包含的玻璃纤维与树脂的比例。另外,由所求出的比例除以密度,由此求出增强纤维相对于连续纤维增强树脂成型体的体积比例(Vf)。另外,由投入的树脂量和成型后的连续纤维增强树脂成型体中包含的树脂量求出在成型中漏出的树脂量,将漏出的树脂量除以投入的树脂量,由此求出漏出的树脂量比例。
[2种以上的纤维增强树脂中的各热塑性树脂的种类和占有比例]
针对任意5处切出连续纤维增强树脂成型体的厚度方向截面(与连续增强纤维的长度方向正交的截面),包埋在环氧树脂中,按照连续增强纤维不发生破损的方式小心地进行研磨。
利用激光拉曼显微镜(inViaQontor共聚焦拉曼显微镜;株式会社Renishaw)拍摄该截面的映像图像,由所得到的图像、光谱确定纤维增强树脂中包含的树脂的种类。另外,利用基于imageJ的图像处理计算出各自的面积,计算出从1根连续增强纤维的端部起占据1根连续增强纤维的半径的十分之一的区域的树脂的占有比例(面积比例)。另外,对于该截面中的任意10根连续增强纤维,计算出占据1根连续增强纤维的半径的十分之一的区域的各树脂的面积比例,求出其平均值。
[纤维增强树脂成型体中的极界面区域以外的树脂区域内的热塑性树脂的分布]
将连续纤维增强树脂成型体利用研磨机(小型精密试样作成系统IS-POLISHERISPP-1000(株式会社池上精机))按照对研磨面施加125g/cm2的力的方式进行研磨。研磨中,依次用#220号耐水砂纸研磨10分钟、用#1200号耐水砂纸研磨10分钟、用#2000号耐水砂纸研磨5分钟、用粒度9μm碳化硅膜研磨10分钟、用粒度5μm氧化铝膜研磨10分钟、用粒度3μm氧化铝膜研磨5分钟、用粒度1μm氧化铝膜研磨5分钟、用使用了抛光研磨纸发泡聚氨酯的粒度0.1μm的胶态二氧化硅(Baikalox 0.1CR)研磨5分钟,并且在各研磨中一边以约7mL/min加入水一边进行研磨。将研磨得到的样品按照研磨面不会塌陷的方式小心地在12钨(VI)磷酸n水合物5wt%水溶液中浸渍18小时进行电子染色。干燥后,利用SEM(S-4700、株式会社Hitachi High-Technologies)对任意5处50μm×50μm部分的热塑性树脂的分布进行观察,利用基于imageJ的图像处理计算出各自的面积。根据所得到的分布判定在极界面区域以外的树脂区域内特定树脂是呈均匀分散还是呈混合。
[连续纤维增强树脂成型体的损耗角正切的测定方法]
将厚度2mm的连续纤维增强树脂成型体利用带锯沿相对于纤维方向为0°、90°的方向切削成宽5mm、长60mm,使用动态粘弹性测定装置(AresG2、TA Instruments株式会社)在氮气气氛下在测定温度范围30℃~250℃、升温速度5.0℃/分钟、角频率10rad/s的条件下以扭转模式测定变形模式。对各温度下的损耗角正切作图,由所得到的曲线图的峰顶值和此时的温度得到损耗角正切的值和此时的温度。损耗角正切的值为低温侧的峰顶的值。
[面冲击试验]
从成型体切出长60mm、宽60mm、厚2mm的试验片,利用高速冲击试验机(岛津HYDROSHOT HITS-P10、株式会社岛津制作所)依据JISK7211-2;2006在撞针直径20mmФ、放置直径40mmФ、试验速度4.4m/sec、试验温度23℃、试验数n=5的条件下进行试验。绘出试验力相对于位移的曲线图,计算出达到最大冲击力为止的积分值,将5个样品的平均值作为冲击吸收能量。
[连续纤维增强树脂成型体的扭转模式的储能模量的测定方法]
将厚度2mm的连续纤维增强树脂成型体利用带锯沿相对于纤维方向为0°、90°方向或45°方向(倾斜方向)切削成宽5mm、长60mm,使用动态粘弹性测定装置(AresG2、TAInstruments株式会社)在氮气气氛下在测定温度范围30℃~250℃、升温速度5.0℃/分钟、角频率10rad/s的条件下以扭转模式测定变形模式。对各温度下的储能模量作图,由所得到的曲线图的峰顶值和此时的温度求出储能模量的值和此时的温度。
[面冲击试验]
从成型体切出长60mm、宽60mm、厚2mm的试验片,利用高速冲击试验机(岛津HYDROSHOT HITS-P10、株式会社岛津制作所)依据JISK7211-2;2006在撞针直径20mmФ、放置直径40mmФ、试验速度4.4m/sec、试验温度23℃、试验数n=5的条件下进行试验。绘出试验力相对于位移的曲线图,以5个样品的平均值求出最大的冲击强度。
[连续纤维增强树脂成型体的弯曲储能模量的测定方法]
将厚度2mm的连续纤维增强树脂成型体利用带锯沿相对于纤维方向为0°、90°方向或45°方向(倾斜方向)切削成宽5mm、长60mm,使用动态粘弹性测定装置(EPLEXOR-500N、GABO公司),在氮气气氛下在测定温度范围25℃~250℃、升温速度3.0℃/分钟、振动频率8Hz的条件下以弯曲模式测定变形模式,得到最高值作为弯曲储能模量。另外,得到各温度下的储能模量。
[连续纤维增强树脂成型体的拉伸储能模量、损耗角正切的测定方法]
将厚度2mm的连续纤维增强树脂成型体利用带锯沿相对于纤维方向为0°、90°方向切削成宽5mm、长60mm,使用动态粘弹性测定装置(EPLEXOR-500N、GABO公司),在氮气气氛下在测定温度范围25℃~250℃、升温速度3.0℃/分钟、振动频率8Hz的条件下以拉伸模式测定变形模式,得到各温度下的储能模量。另外,对于各温度下的损耗角正切作图,将此时的20℃~200℃之间的极大值作为拉伸损耗角正切。
[热塑性树脂的熔点与降温结晶温度的测定方法]
对于2种以上的热塑性树脂的混合物或各树脂,使用岛津制作所制DSC-60,使试样量为约5mg,作为气氛气体以30mL/分钟流通,升温温度为10℃/分钟,在该条件下从室温(25℃)加热至所预测的熔点以上的温度,使其熔融,接着将熔融的聚酰胺树脂以10℃/分钟冷却,将此时观测到的放热峰的峰顶的温度作为结晶温度。然后以10℃/分钟的速度再升温至熔点以上的温度,将此时观测到的吸热峰的峰顶的温度作为熔点。
[增强纤维与各热塑性树脂的结合力的测定]
将连续纤维增强树脂成型体切削成作为与增强纤维的长度方向正交的截面为30μm的厚度,按照连续增强纤维不发生破损的方式小心地进行研磨。将研磨后的样品使用纳米压痕仪(iMicro、Nanomechenics,Inc.)挤出增强纤维,由此测定增强纤维与热塑性树脂的结合力。热塑性树脂中,将以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的树脂(副树脂)与增强纤维之间的结合力大于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)与增强纤维之间的结合力的情况判定为“○”、将副树脂与增强纤维之间的结合力弱于主树脂与增强纤维之间的结合力的情况判定为“×”。
[润湿性、表面张力的测定]
将1根连续增强纤维埋入到在加热至280℃的加热板上熔融的热塑性树脂中,一边利用显微镜进行观察一边以1毫米/秒抽出1mm连续增强纤维,通过此时热塑性树脂被连续纤维拉伸的长度进行评价。将热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的树脂(副树脂)被增强纤维拉伸的长度大于该热塑性树脂中的该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)被增强纤维拉伸的长度的情况的润湿性、表面张力判定为“○”,将副树脂被增强纤维拉伸的长度弱于主树脂被增强纤维拉伸的长度的情况的润湿性、表面张力判定为“×”。
[树脂的熔融粘度的测定]
使用双管式毛细管流变仪(ROSAND PRECISION),在280℃下将剪切速率变为100/s、200/s、400/s、1000/s、2000/s、4000/s、8000/s进行测定。将剪切速率4000/s时2种以上的热塑性树脂的混合物的熔融粘度为上述2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的粘度的4/5倍~5/4倍的情况判定为“○”、将除此以外的情况判定为“×”。
[热塑性树脂的吸水率的测定]
使用卡尔费休水分计(京都电子工业株式会社、MKC610)在氮环境下量取0.3g热塑性树脂,进行测定。
[热塑性树脂的加热压制中的流动率的测定]
测定在成型中漏出的树脂的重量,除以本来的热塑性树脂的重量,由此求出流动率。
[连续纤维增强树脂复合材料增强纤维的体积比例的测定]
切出2g连续纤维增强树脂复合材料,放入电炉,在温度650℃加热3小时,将树脂烧掉。其后自然冷却至室温,测定残留的玻璃纤维的质量,由此求出连续纤维增强树脂复合材料中包含的玻璃纤维与树脂的比例。另外,由所求出的比例除以密度,由此求出增强纤维相对于连续纤维增强树脂复合材料的体积比例(Vf)。
[扩散到热塑性树脂中的集束剂的比例的测定]
将连续纤维增强树脂复合材料1g和连续增强纤维1g分别浸渍在六氟异丙醇(HFIP)20mL中,利用搅拌辊搅拌5小时,使热塑性树脂溶解。将不溶物用HFIP清洗2次,进一步浸渍在HFIP中,用搅拌辊搅拌5小时。将不溶物用HFIP清洗2次,真空干燥后使用XPS(Versa probeII、ULVAC-PHI株式会社),在激发源mono.AlKα20kV×5mA 100W、分析尺寸100μm×1.4mm、光电子取出角的条件下进行测定。
[末端官能团量的测定]
将试样15mg溶解在D2SO41.5mg中,在室温下进行1H-NMR(JEOL-ECZ500)测定,求出该末端官能团量。
[声发射(AE)法测定]
声发射法测定如下实施:将切削成长14mm(厚度的7倍)、宽10mm的厚度2.0mm的连续纤维增强树脂复合材料在设定为跨距10mm(厚度的5倍)、试验速度1mm/min的层间剪切试验(JISK7078)中安装于AE传感器(AE-900M)中,由此实施声发射。将前置放大器设定为34dB、阈值设定为30dB、过滤器设定为95kHz-960kHz,将AE振幅小于50dB且AE信号的持续时间小于1000μs的AE信号作为与树脂损伤相当的信号、将AE振幅为60dB以上且AE信号的持续时间为1000μs以上的AE信号作为与层间剥离相当的信号、将AE振幅为50dB以上且AE信号的持续时间小于1000μs的AE信号作为与玻璃纤维损伤相当的信号,进行分析。
[微滴生成系数的测定]
微滴生成系数使用复合材料界面特性评价装置(HM410、东荣产业株式会社)进行测定,将树脂置于装置的加热炉部分,将炉内温度设定为树脂的熔点-40℃,对置于装置中的1根增强纤维的单丝涂敷树脂。在树脂未熔融、未附着于增强纤维的情况下,每次10℃地升高炉内温度,直至树脂熔融为止,使树脂涂敷于增强纤维。使熔融的树脂与增强纤维接触4次,树脂附着后,静置1分钟,计数所生成的微滴数,通过下式进行计算。
(微滴生成系数)={(所生成的微滴数)/4}×10
[振动疲劳试验]
准备ASTM-D1822拉伸冲击哑铃形S型试验片,利用EHF-EB50kN-40L(RV)(株式会社岛津制作所),设定试验温度23℃、频率20Hz、波形为正弦波、夹头间35mm、负载最低荷重为负载荷重的10%来进行试验。
[连续增强纤维]
[玻璃纤维(A)]
制造附着有0.45质量%集束剂、细度为11500dtex、单丝数2000根的玻璃纤维。卷取形态为DWR,平均单丝径为17μm。
玻璃纤维集束剂如下制作:使γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(以下称为氨基硅烷)KBE-903(信越化学工业株式会社制造)0.5质量%、巴西棕榈蜡1质量%、聚氨酯树脂Y65-55(株式会社ADEKA制)2质量%、马来酸酐40质量%、丙烯酸甲酯50质量%以及甲基丙烯酸甲酯10质量%共聚,按照重均分子量为20000的共聚化合物为3质量%、共聚化合物水溶液为3质量%的方式用去离子水调整,由此制作玻璃纤维集束剂。
[玻璃纤维B]
除了使细度为2900dtex、单丝数为800根、平均单丝径为13μm以外,制造与玻璃纤维(A)同样的玻璃。
[玻璃纤维C]
ER1200T-423(日本电气硝子株式会社)
[热塑性树脂]
聚酰胺树脂A:聚酰胺66(Leona 1300S(旭化成株式会社))、熔点265℃、熔解峰温度与降温结晶峰温度之差(Tm-Tc)=53℃、羧基末端基团数为70μmol/g、氨基末端基团为32μmol/g(实施例6-)。
聚酰胺树脂B:聚酰胺6/12(Grilon C CF6S(EMS Chemie Japan株式会社))、熔点130℃
聚酰胺树脂C:聚酰胺66(Leona 1402S(旭化成株式会社))
或聚酰胺6(实施例4-、5-)(Grilon BS2 natural(EMS Chemie Japan株式会社))、熔点225℃
聚酰胺6I(实施例5-):Leona R16024(旭化成株式会社)玻璃化转变温度:130℃聚酰胺6T/6I(实施例5-):东洋纺株式会社试作品
聚乙烯(PE)(实施例5-):SuntecJ240(旭化成株式会社)熔点:125℃
[聚酰胺膜]
将上述热塑性树脂A和/或B使用T模挤出成型机(株式会社创研制)进行成型,由此得到膜。膜的厚度为100μm。
[玻璃布、碳纤维布帛]
使用剑杆织机(织幅2m),将上述玻璃纤维作为经丝、纬丝进行织造,由此制造出玻璃布。所得到的玻璃布的织造形态为平织,织造密度为6.5根/25mm,基重为600g/m2。
玻璃布(实施例5-):WFR 350 100BS6(日东纺株式会社)
碳纤维布帛(实施例5-):制造附着有2.8质量%的聚乙烯吡咯烷酮、细度为8000dtex、单丝数为12000根的碳纤维,其后使用剑杆织机进行织造(平织)。
[颗粒状添加材料]
作为颗粒状添加材料使用包含炭黑的母料(旭化成株式会社)。炭黑的含量为3wt%。
[连续纤维增强树脂成型体的制造]
作为成型机,使用最大合模力50吨的油压成型机(株式会社Shoji)。准备出用于得到平板状的连续纤维增强树脂成型体(长200mm、宽100mm、厚2mm)的内凹结构的模具。
将上述玻璃布和上述聚酰胺膜按照模具形状切断,将规定片数重叠,设置于模具内。
将成型机内温度加热至330℃,接着在5MPa合模力下合模,进行压塑成型。关于成型时间,使其为达到聚酰胺66的熔点265℃后1分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为275℃。
[利用双带压力机装置制造]
作为成型机使用双带压力机装置(Process System株式会社)。将上述玻璃布5片和上述聚酰胺膜10根从辊中送出。设装置加热部温度为330℃,利用水冷进行冷却。以压力30kN进行加压,以0.2m/min进行传送。
[实施例1-1]
将玻璃布6片和聚酰胺树脂A的膜7片重叠,进行成型。使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后1分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为285℃。
[实施例1-2]
将玻璃布6片和聚酰胺树脂A的膜7片重叠,进行成型。将成型机内的温度设定为300℃,使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后15分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为300℃。
[实施例1-3]
除了为达到265℃后30秒的成型以外,与实施例1-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。成型中的最大温度为280℃。
[实施例1-4]
除了由聚酰胺树脂A和聚酰胺树脂B的干混品(A:B=8:1)得到聚酰胺膜以外,与实施例1-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[实施例1-5]
除了使用环氧树脂来代替聚酰胺树脂A的膜以外,与实施例1-2同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
使用附着有作为集束剂的3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(KBM-402、信越化学工业株式会社)0.3质量%、环氧树脂乳液1.5质量%、巴西棕榈蜡0.2质量%的上述玻璃纤维制造玻璃布。将该玻璃布6片层积,设置于模具中,向其中投入双酚A型液态环氧树脂(jER828、三菱化学株式会社)16g和双酚A(4,4’-(丙烷-2,2-二基)联苯酚1.6g,将成型机内的温度设定为40℃,在5MPa合模力下进行3天压塑成型,得到连续纤维增强树脂成型体。
[实施例1-6]
除了使玻璃布的片数为5片、使聚酰胺树脂A的膜的片数为10片以外,与实施例1-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例1-1]
除了使用不添加集束剂的玻璃纤维以外,与实施例1-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例1-2]
除了使用附着有作为集束剂的硅烷偶联剂3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.3质量%、环氧树脂乳液1.5质量%、巴西棕榈蜡0.2质量%的玻璃纤维以外,与实施例1-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例1-3]
对于在玻璃布中含浸有聚酰胺66的Bond Laminate制“Tepex dynalite 101”,进行与实施例1-1同样的评价。
[比较例1-6]
除了将成型机内温度设定为265℃进行成型以外,与实施例1-2同样地得到连续纤维增强树脂成型体。成型中的最大温度为265℃。
根据上述表1,实施例1-1~6的连续纤维增强树脂成型体是距1根连续增强纤维的端部为1根连续增强纤维的半径的十分之一的区域的空隙率为10%以下之处为整体的10%以上的连续纤维增强树脂,因此显示出非常高的拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量。这些物性明显优于比较例1-3中的使用市售品的中间材料得到的成型体的物性。
在如比较例1-1、2这样使用未涂布集束剂的连续增强纤维或者涂布有与树脂的相适性差的集束剂的连续增强纤维的情况下,空隙率大于10%,拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量降低。
在如比较例1-6这样成型温度低时,空隙率大于10%,拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量降低。
[实施例2-1]
将玻璃布6片和聚酰胺树脂A的膜7片重叠,进行成型。使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后1分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为285℃。
[实施例2-2]
将玻璃布6片和聚酰胺树脂A的膜7片重叠,进行成型。将成型机内的温度设定为300℃,使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后10分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为300℃。
[实施例2-3]
除了为达到265℃后30秒的成型以外,与实施例2-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。成型中的最大温度为280℃。
[实施例2-4]
除了使聚酰胺膜为聚酰胺树脂B的膜以外,与实施例2-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[实施例2-5]
除了使玻璃布的片数为5片、使聚酰胺树脂A的膜的片数为10片以外,与实施例2-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[实施例2-6]
除了使玻璃布的片数为5片、使聚酰胺树脂A的膜的片数为10片以外,与实施例2-2同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例2-1]
除了使用不添加集束剂的玻璃纤维以外,与实施例2-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例2-2]
除了使用附着有作为集束剂的硅烷偶联剂3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.3质量%、环氧树脂乳液1.5质量%、巴西棕榈蜡0.2质量%的玻璃纤维以外,与实施例2-6同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例2-3]
对于在玻璃布中含浸有聚酰胺66的Bond Laminate制“Tepex dynalite 101”,进行与实施例2-1同样的评价。
根据上述表2,实施例2-1~6的连续纤维增强树脂成型体中,扭转模式的损耗角正切为0.11以下,因此显示出非常高的冲击吸收能量。这些物性明显优于比较例2-3中的使用市售品的中间材料得到的成型体的物性。
如比较例所示,损耗角正切高时,冲击吸收能量降低。
[实施例3-1]
将玻璃布6片和聚酰胺树脂A的膜7片重叠,进行成型。使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后1分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为285℃。
[实施例3-2]
将玻璃布6片和聚酰胺树脂A的膜7片重叠,进行成型。将成型机内的温度设定为300℃,使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后10分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为300℃。
[实施例3-3]
除了为达到265℃后30秒的成型以外,与实施例3-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。成型中的最大温度为280℃。
[实施例3-4]
除了使聚酰胺膜为聚酰胺树脂B的膜以外,与实施例3-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[实施例3-5]
除了使玻璃布的片数为5片、使聚酰胺树脂A的膜的片数为10片以外,与实施例3-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[实施例3-6]
除了使玻璃布的片数为5片、使聚酰胺树脂A的膜的片数为10片以外,与实施例3-2同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例3-1]
除了使用不添加集束剂的玻璃纤维以外,与实施例3-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例3-2]
除了使用附着有作为集束剂的硅烷偶联剂3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.3质量%、环氧树脂乳液1.5质量%、巴西棕榈蜡0.2质量%的玻璃纤维以外,与实施例3-6同样地得到连续纤维增强树脂成型体。
[比较例3-3]
对于在玻璃布中含浸有聚酰胺66的Bond Laminate制“Tepex dynalite 101”,进行与实施例3-1同样的评价。
根据上述表3,实施例3-1~6的连续纤维增强树脂成型体中,扭转模式的储能模量为3.4GPa以上,因此显示出非常高的冲击强度。这些物性显著高于比较例3-3中的使用市售品的中间材料得到的成型体的物性。
像比较例这样扭转模式的储能模量低时,冲击强度降低。
[实施例4-1]
将玻璃布5片和聚酰胺树脂A的膜10片重叠,进行成型。将成型机内的温度设定为300℃,使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后10分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为300℃。此时的弯曲储能模量为31GPa,150℃的弯曲储能模量为24GPa(保持率77%),倾斜切削时的弯曲储能模量为20GPa(保持率64%),50℃的拉伸储能模量为25GPa,拉伸损耗角正切为0.033、拉伸储能模量与弯曲储能模量发生逆转的温度为115℃,{30℃的(拉伸储能模量-弯曲储能模量)}/{200℃的(弯曲储能模量-拉伸储能模量)}的值为2.3,冲击强度为8.50kN。
[实施例4-2]
将玻璃布6片和聚酰胺树脂A的膜7片重叠,进行成型。将成型机内的温度设定为300℃,使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后10分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为300℃。此时的弯曲储能模量为37GPa,冲击强度为9.25kN。
[实施例4-3]
除了为达到265℃后30秒的成型以外,与实施例4-2同样地得到连续纤维增强树脂成型体。成型中的最大温度为280℃。此时的弯曲储能模量为28GPa,冲击强度为8.81kN。
[实施例4-4]
除了使聚酰胺膜为聚酰胺树脂B的膜以外,与实施例4-2同样地得到连续纤维增强树脂成型体。此时的弯曲储能模量为33GPa、冲击强度为9.05kN。
[实施例4-5]
除了为达到265℃后1分钟的成型以外,与实施例4-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。成型中的最大温度为285℃。此时的弯曲储能模量为31GPa,冲击强度为8.50kN。
[实施例4-6]
将玻璃布6片和聚酰胺树脂A的膜7片重叠,进行成型。使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后1分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为285℃。此时的弯曲储能模量为36GPa,冲击强度为9.10kN。
[比较例4-1]
除了使用不添加集束剂的玻璃纤维以外,与实施例6同样地得到连续纤维增强树脂成型体。此时的弯曲储能模量为15GPa,冲击强度为3.20kN。
[比较例4-2]
除了使用附着有作为集束剂的硅烷偶联剂3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.3质量%、环氧树脂乳液1.5质量%、巴西棕榈蜡0.2质量%的玻璃纤维以外,与实施例4-1同样地得到连续纤维增强树脂成型体。此时的弯曲储能模量为20GPa,冲击强度为5.21kN。
[比较例4-3]
对于在玻璃布中含浸有聚酰胺66的Bond Laminate制“Tepex dynalite 101”,进行与实施例4-1同样的评价。此时的弯曲储能模量为20.8GPa,150℃的弯曲储能模量为15.7GPa(保持率75%),倾斜切削时的弯曲储能模量为11.9GPa(保持率57%),50℃的拉伸储能模量为21GPa,拉伸损耗角正切为0.038,拉伸储能模量与弯曲储能模量发生逆转的温度为90℃,{30℃的(拉伸储能模量-弯曲储能模量)}/{200℃的(弯曲储能模量-拉伸储能模量)}的值为0.57,冲击强度为5.32kN。
实施例4-1~6的连续纤维增强树脂成型体中,弯曲储能模量为22GPa以上,因此显示出非常高的冲击强度。这些物性显著优于比较例4-3中的使用市售品的中间材料得到的成型体的物性。
如比较例这样弯曲储能模量低时,冲击强度降低。
[实施例5-1]
将PA66与PA6/12以重量比8:1干混并使用其制造热塑性树脂膜。该膜的厚度为100μm。将该膜11片与玻璃布10片交替层积,进行成型。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内,PA6/12均匀地分散在PA66中。
[实施例5-2]
除了使用PA6来代替PA6/12以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内,PA6均匀地分散在PA66中。
[实施例5-3]
除了使用PE来代替PA6/12以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内,PE均匀地分散在PA66中。
[实施例5-4]
除了使用PA6I来代替PA6/12以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内PA6I均匀地分散在PA66中。
[实施例5-5]
除了将PA66与PA6/12以重量比5:4干混以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内,PA6/12均匀地分散在PA66中。
[实施例5-6]
除了使用双螺杆挤出机(TEM26SS、东芝机械)按投料比(重量比)8:1将PA66和PA6/12预先混炼并使用其制造热塑性树脂膜以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内,PA6/12均匀地分散在PA66中。
[实施例5-7]
除了使用碳纤维布帛来代替玻璃布以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内,PA6/12均匀地分散在PA66中。
[比较例5-1]
除了仅使用PA66来制造膜以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。
[比较例5-2]
除了使用PA6T/6I来代替PA6/12以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内和极界面区域内,PA6T/6I均匀地分散在PA66中。
[比较例5-3]
将玻璃布切出19.5cm×9.5cm,浸渍在用纯水调节为30质量%的酰胺乳液(Sepolsion PA200、住友精化株式会社)的溶液中,其后在80℃的热风循环干燥机中干燥1小时,制备复合材料。所得到的复合材料中,聚酰胺乳液的固体成分即PA6/12在玻璃布上的附着量为6质量%。其后与PA66的膜层积,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。该例中,PA6/12未均匀分散在PA66中,仅在极界面区域内存在。
[比较例5-4]
除了将PA66和PA6/12以重量比1:8干混以外,与实施例5-1同样地制造连续纤维增强树脂成型体。在与玻璃纤维的极界面区域以外的树脂区域内,PA66均匀地分散在PA6/12中。
实施例5-1~7、比较例5-1~4的结果列于下表4。
根据表4,如实施例5-1~7所示,本实施方式的连续纤维增强树脂成型体中,在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该热塑性树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为该2种以上的1根连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内,该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的树脂(副树脂)的占有比例高于该主树脂的占有比例,在该周边外侧区域以外的树脂区域内,该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的各副树脂均匀地分散或混合,因此显示出高度的拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量、高温下的拉伸应力。另一方面,如比较例5-1所示,在热塑性树脂为1种时,增强纤维与热塑性树脂的粘接不充分,拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量、高温下的拉伸应力降低。另外,如比较例5-2、5-4所示,即使热塑性树脂为2种以上,在距离连续增强纤维的周边部为1根该2种以上的连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内,该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)的占有比例高于副树脂的占有比例时,增强纤维与热塑性树脂的粘接不充分,拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量、高温下的拉伸应力降低。另外,如比较例5-3所示,在距离连续增强纤维的周边部为1根该2种以上的连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内,即使存在该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的副树脂,由于在该周边外侧区域以外的树脂区域内该副树脂未均匀地分散或者未混合,因此高温下的拉伸应力降低。
[实施例6-1]
将玻璃布5片与聚酰胺树脂的膜10片重叠,利用双带压力机装置进行成型。聚酰胺树脂的吸水率为0.2wt%。将所得到的成型品的极界面区域的照片示于图3。
[实施例6-2]
将玻璃布5片和聚酰胺树脂的膜10片重叠,利用模具进行成型。使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后1分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为285℃。聚酰胺树脂的吸水率为0.2wt%。
[实施例6-3]
除了将聚酰胺树脂的膜在成型前利用真空干燥机干燥以外,与实施例6-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。聚酰胺树脂的吸水率为0.01wt%。
[实施例6-4]
在成型为聚酰胺膜时,将聚酰胺树脂与炭黑母料干混,进行成型,作为聚酰胺树脂膜使用,除此以外与实施例1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。聚酰胺树脂的吸水率为0.2wt%。炭黑的含量为90ppm。需要说明的是,在实施例6-4以外的实施例、比较例中,不含有作为颗粒状添加材料的炭黑。
[实施例6-5]
作为聚酰胺66使用羧基末端基团的量为50μmol/g、羧基末端基团量为30μmol/g的物质,除此以外与实施例6-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。聚酰胺树脂的吸水率为0.2wt%。
[实施例6-6]
作为聚酰胺66使用羧基末端基团的量为70μmol/g、氨基末端基团量为50μmol/g的物质,除此以外与实施例6-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。聚酰胺树脂的吸水率为0.2wt%。
[实施例6-7]
将聚酰胺66、以及作为促进硅烷偶联剂与羧基末端基团的反应的催化剂的次磷酸钠0.05wt%利用双螺杆混炼机进行混炼,使用混炼物作为热塑性树脂,除此以外与实施例6-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。聚酰胺树脂的吸水率为0.2wt%。
[实施例6-8]
除了在玻璃纤维的集束剂中添加次磷酸钠0.05wt%以外,与实施例6-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。聚酰胺树脂的吸水率为0.2wt%。
[实施例6-9]
作为模具使用长边方向开口的模具,除此以外与实施例6-2同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。聚酰胺树脂的吸水率为0.2wt%。
[比较例6-1]
除了使用不添加集束剂的玻璃纤维以外,与实施例1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。
[比较例6-2]
除了使用附着有作为集束剂的硅烷偶联剂3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷0.3质量%、环氧树脂乳液1.5质量%、巴西棕榈蜡0.2质量%的玻璃纤维以外,与实施例6-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。将所得到的成型品的极界面区域的照片示于图4。
根据上述表5,实施例6-1~6-9的连续纤维增强树脂复合材料中,由于偶联剂与热塑性树脂中包含的末端官能团具有反应性,因此该复合材料显示出非常高的拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量。
如实施例6-3这样热塑性树脂的吸水率低时,观察到物性的降低。
如实施例6-4这样颗粒状添加材料的含量高时,观察到物性的降低。
如实施例6-5这样聚酰胺树脂的羧基末端基团量少时,观察到物性的降低。
如实施例6-6这样聚酰胺树脂的氨基末端基团量多时,观察到物性的降低。
如实施例6-9这样热塑性树脂在压制中的流动率高时,偶联剂与热塑性树脂中包含的末端官能团未能充分反应,观察到物性的降低。
在使用了未涂布集束剂的连续增强纤维的比较例6-1、使用了涂布有包含与树脂的末端基团实质上没有反应性的偶联剂的集束剂的连续增强纤维的比较例6-2中,拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量降低。
[实施例7-1]
将使用了玻璃纤维A的玻璃布5片和聚酰胺树脂A的膜10片重叠,利用模具进行压制成型。使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后1分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为285℃。进行成型品的A/E法测定,测定因层间剥离引起的破坏强度。
[实施例7-2]
作为连续增强纤维使用玻璃纤维C,除此以外与实施例7-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。
[实施例7-3]
除了利用双带装置进行成型以外,与实施例7-2同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。
[比较例7-1]
对于在玻璃布中含浸有聚酰胺66的Bond Laminate制“Tepex dynalite 101”,进行与实施例7-1同样的评价。
根据上述表6,与比较例7-1相比,实施例7-1~7-3的连续纤维增强树脂复合材料中,因层间剥离引起的破坏强度高,因此显示出非常高的拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量、冲击特性。
[实施例8-1]
将使用了玻璃纤维A的玻璃布5片和聚酰胺树脂A的膜10片重叠,利用模具进行压制成型。使成型时间为达到聚酰胺66的熔点265℃后1分钟,将模具骤冷后开放模具,取出成型体。成型中的最大温度为285℃。玻璃纤维A与聚酰胺树脂A的微滴生成系数为25。
[实施例8-2]
除了使用玻璃纤维C以外,与实施例8-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。玻璃纤维C与聚酰胺树脂A的微滴生成系数为27。
[比较例8-1]
除了作为聚酰胺树脂使用聚酰胺树脂C的膜以外,与实施例8-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。玻璃纤维A与聚酰胺树脂C的微滴生成系数为3。
[比较例8-2]
除了作为玻璃纤维使用玻璃纤维C以外,与比较例8-1同样地得到连续纤维增强树脂复合材料。玻璃纤维C与聚酰胺树脂C的微滴生成系数为3。
根据上述表7,与比较例8-1~8-2相比,实施例8-1~8-2的连续纤维增强树脂复合材料的微滴生成系数高,因此显示出非常高的拉伸应力、弯曲应力、弯曲模量、冲击特性、长期特性。
[实施例9]
制作图12所示形状的智能手机壳体。将使用了玻璃纤维C的1片玻璃布用聚酰胺树脂A的膜夹持,进行压制成型。
所得到的成型品的产品厚度为0.4mm,尺寸为长度方向135mm、宽度方向65mm、侧壁的高度5mm,长度方向的拉伸强度为550MPa、弯曲模量为35MPa,宽度方向的拉伸强度为530MPa、弯曲模量为33MPa。另外,利用KEC法对成型品的平面部的电场屏蔽特性进行测定,结果在频率1GHz的频带处,电场屏蔽特性为0dB,是电波透过性优异的物品。
关于成型品的外观,是纤维杂乱少、外观良好的成型品。
上述拉伸强度依据JISK7161进行测定。另外,上述弯曲模量依据JISK7171进行测定。另外,关于上述电场屏蔽特性,将切取成5cm×5cm的正方形的成型品利用导电性胶带粘贴至铝制造的样品固定夹具,使用“Anritsu”制电波屏蔽特性试验仪MA8602C施以电解(KEC法),使用“Anritsu”制光谱分析仪MS2661C测定1GHz处的电场屏蔽特性。
[实施例10]
将玻璃纤维C短切加工成3mm并使用同向旋转双螺杆混炼挤出机HK-25D(41D)Ф25mm、L/D=41(株式会社Parker Corporation)和计量装置(重量式双螺杆加料器K-CL-24-KT20(K-Tron公司))以螺杆转速175rpm、供给量5kg/h将其与聚酰胺树脂A混炼,得到粒料。使用所得到的粒料,利用电动式注射成型机(NEX140(日精树脂工业株式会社)、合模力140tf/螺杆径Ф40/全螺纹螺杆),在依据JISK 7152-1的条件下制作JISK 7139多用途试验片A1型、t4mm成型品。将此时的极界面部的观察照片示于图10。
[比较例10]
除了使聚酰胺树脂为聚酰胺树脂C以外,与实施例10同样地制作成型品。将此时的极界面部的观察照片示于图11。
如图10、11所示,微滴生成系数为10以上、玻璃纤维与树脂的相适性良好时,能够形成良好的极界面。
工业实用性
本实施方式的连续纤维增强树脂成型体作为各种机械或汽车等的结构部件等要求高水平的机械物性的材料的增强材料、并且作为与热塑性树脂组合物的复合成型体材料能够在产业上应用。另外,利用本发明的连续纤维增强树脂复合材料的制造方法,能够得到连续增强纤维与热塑性树脂之间的极界面处的粘接力、亲和性高、该极界面中存在的空隙、表现出充分的强度的连续纤维增强树脂复合材料。
符号的说明
r 大致圆形截面的连续增强纤维的半径
1 合成树脂
2 连续增强纤维
3 空隙
4 连续增强纤维束
5 在与连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该热塑性树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域
6 连续增强纤维
7 2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)以外的树脂(副树脂)
8 2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂(主树脂)
Claims (43)
1.一种连续纤维增强树脂成型体,其含有大致圆形截面的连续增强纤维和合成树脂,其特征在于,
在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该合成树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内的空隙率为10%以下之处的连续增强纤维的根数为连续增强纤维的总数的10%以上。
2.如权利要求1所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述空隙率为10%以下的连续增强纤维的根数为所述连续增强纤维的总数的90%以上。
3.如权利要求2所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述空隙率为1%以下的连续增强纤维的根数为所述连续增强纤维的总数的90%以上。
4.如权利要求1~3中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述连续纤维增强树脂复合体中的合成树脂含浸率为99%以上。
5.如权利要求1~4中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述连续纤维增强树脂成型体的拉伸应力为480MPa以上。
6.如权利要求1~5中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述连续纤维增强树脂成型体的弯曲模量为22GPa以上。
7.一种连续纤维增强树脂成型体,其包含热塑性树脂和连续增强纤维,扭转模式的损耗角正切为0.11以下。
8.如权利要求7所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述损耗角正切的峰温度为78℃以上。
9.一种连续纤维增强树脂成型体,其包含连续增强纤维和热塑性树脂,扭转模式的储能模量为3.4GPa以上。
10.如权利要求9所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,沿倾斜方向切削时的所述储能模量为沿直行方向切削时的所述储能模量的1.5倍以上。
11.如权利要求9或10所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,150℃的所述储能模量为最大的所述储能模量的25%以上。
12.如权利要求9~11中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,剪切粘度为330MPa·s-1以上。
13.一种连续纤维增强树脂成型体,其包含连续增强纤维和热塑性树脂,弯曲储能模量为22GPa以上。
14.如权利要求13所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,150℃的弯曲储能模量为30℃的储能模量的76%以上。
15.如权利要求13或14所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,倾斜切削时的弯曲储能模量保持率为58%以上。
16.如权利要求13~15中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,50℃的拉伸储能模量为22GPa以上。
17.如权利要求13~16中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,拉伸损耗角正切的最大值为0.037以下。
18.如权利要求13~17中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,拉伸储能模量与弯曲储能模量发生逆转的温度为95℃以上。
19.如权利要求13~18中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,
{30℃的(拉伸储能模量-弯曲储能模量)}/{200℃的(弯曲储能模量-拉伸储能模量)}≧1。
20.一种连续纤维增强树脂成型体,其含有大致圆形截面的连续增强纤维和2种以上的热塑性树脂,其特征在于,
在与该连续增强纤维的长度方向正交的截面中的1根该连续增强纤维与该热塑性树脂之间的极界面处,在距离该连续增强纤维的周边部为1根该连续增强纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内,该2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的树脂的占有比例高于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的占有比例,在该周边外侧区域以外的树脂区域内,该2种以上的热塑性树脂之中该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的树脂均匀地分散或混合。
21.如权利要求20所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述2种以上的热塑性树脂具有海岛结构。
22.如权利要求20或21所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述2种以上的热塑性树脂之中,熔点最高的树脂的熔点与熔点最低的树脂的熔点之差为100℃以上。
23.如权利要求20~22中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述2种以上的热塑性树脂的混合物的熔点与所述2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的熔点实质上相同。
24.如权利要求20~23中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述2种以上的热塑性树脂的混合物的升温熔解峰温度与降温结晶峰温度之差小于所述2种以上的热塑性树脂之中以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂的升温熔解峰温度与降温结晶峰温度之差。
25.如权利要求20~24中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述2种以上的热塑性树脂之中,以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的至少一种树脂与所述连续增强纤维之间的结合力大于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂与所述连续增强纤维之间的结合力。
26.如权利要求20~25中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述2种以上的热塑性树脂之中,以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的至少一种树脂与所述连续增强纤维之间的表面张力之差小于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂与所述连续增强纤维之间的表面张力之差。
27.如权利要求20~26中任一项所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述2种以上的热塑性树脂之中,以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂以外的至少一种树脂针对所述连续增强纤维的润湿性高于该以树脂区域的整体计占有比例最高的树脂针对所述连续增强纤维的润湿性。
28.一种连续纤维增强树脂复合材料的制造方法,其包括下述工序:
将添加有包含偶联剂、成束剂以及润滑剂的集束剂的连续增强纤维和具有与该偶联剂具有反应性的末端官能团的热塑性树脂按照达到该热塑性树脂的熔点以上的方式进行加热压制的工序;和
将其冷却至该热塑性树脂的熔点以下,得到作为成型品的连续纤维增强树脂复合材料的工序。
29.如权利要求28所述的方法,其中,所述热塑性树脂的吸水率为0.1重量%以上。
30.如权利要求28或29所述的方法,其中,所述集束剂的50重量%以上在加热压制过程中扩散到所述热塑性树脂中。
31.如权利要求28~30中任一项所述的方法,其中,所述偶联剂与热塑性树脂的末端官能团键结。
32.如权利要求28~31中任一项所述的方法,其中,所述连续纤维增强树脂复合材料中的末端官能团的量少于所述热塑性树脂中包含的末端官能团的量。
33.如权利要求28~32中任一项所述的方法,其中,所述末端官能团的量为所述热塑性树脂中包含的末端官能团的量的90%以下。
34.如权利要求28~33中任一项所述的方法,其中,所述热塑性树脂中包含的颗粒状添加材料的含量为30ppm以下。
35.如权利要求28~34中任一项所述的方法,其中,所述热塑性树脂为聚酰胺树脂,该聚酰胺树脂中包含的作为与所述偶联剂具有反应性的末端官能团的羧基末端的量为65μmol/g以上。
36.如权利要求28~35中任一项所述的方法,其中,所述热塑性树脂为聚酰胺树脂,该聚酰胺树脂中包含的作为与所述偶联剂具有反应性的末端官能团的氨基末端的量为40μmol/g以下。
37.一种连续纤维增强树脂复合材料的赋形成型体的制造方法,其包括下述工序:
将通过权利要求28~36中任一项所述的方法制造的连续纤维增强树脂复合材料加热至所述热塑性树脂的熔点以上,使用模具压制,然后冷却至该热塑性树脂的熔点以下的温度,进行赋形。
38.如权利要求37所述的方法,其中,在冷却时进行压缩。
39.一种纤维增强树脂成型体的制造方法,其包括下述工序:
将增强纤维和与该增强纤维的微滴生成系数为10以上的热塑性树脂按照达到该热塑性树脂的熔点以上的方式进行加热压制的工序;和
将其冷却至该热塑性树脂的结晶温度以下的工序。
40.一种纤维增强树脂成型体,其是含有玻璃纤维和聚酰胺树脂的增强纤维树脂成型体,其中,在对所述纤维增强树脂成型体进行切削,按照施加400g/cm2的力的方式进行研磨并通过SEM对研磨后的研磨面进行观察时,在与该玻璃纤维的长度方向正交的截面中的1根玻璃纤维与聚酰胺树脂之间的极界面处,在距离玻璃纤维的周边部为1根玻璃纤维的半径的十分之一的周边外侧区域内的空隙率为10%以下之处的玻璃纤维的根数为玻璃纤维的总数的90%以上。
41.如权利要求40所述的连续纤维增强树脂成型体,其中,所述玻璃纤维为连续纤维。
42.一种通信设备壳体,其是由含有热塑性树脂和连续玻璃增强纤维的复合材料成型品形成的通信设备壳体,其特征在于,
拉伸强度满足下述式(3)的关系:
长度方向的拉伸强度(MPa)×0.5+宽度方向的拉伸强度(MPa)×0.5>500MPa式(3)
弯曲模量满足下述式(4)的关系:
长度方向的弯曲模量(MPa)×0.5+宽度方向弯曲模量(MPa)×0.5>30MPa式(4)
并且,通过KEC法测定的电场屏蔽性在频率1GHz频带处为10dB以下。
43.一种连续纤维增强树脂成型体,其含有连续增强纤维和热塑性树脂,其中,
在声发射法测定中,因层间剥离引起的破坏发生强度为40MPa以上。
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