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TW201945443A - 連續纖維強化樹脂成形物,以及其製造方法 - Google Patents

連續纖維強化樹脂成形物,以及其製造方法 Download PDF

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TW201945443A
TW201945443A TW108114334A TW108114334A TW201945443A TW 201945443 A TW201945443 A TW 201945443A TW 108114334 A TW108114334 A TW 108114334A TW 108114334 A TW108114334 A TW 108114334A TW 201945443 A TW201945443 A TW 201945443A
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continuous fiber
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秋山努
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日商旭化成股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種在連續強化纖維與合成樹脂之間的極界面之接著力、親和性高,而且在該極界面存在之空隙較少且能夠顯現充分的強度之連續纖維強化樹脂成形體、及其製法。本發明之連續纖維強化樹脂成形體係由大略圓剖面的連續強化纖維與合成樹脂所構成,其中,在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根該連續強化纖維與該合成樹脂之間的極界面中,從該連續強化纖維的周緣部起算離開1根該連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內的空隙率為10%以下的連續強化纖維的根數,為連續強化纖維的總數之10%以上。

Description

連續纖維強化樹脂成形物,以及其製造方法
本發明係有關於一種連續纖維強化樹脂成形體、及其製法。更詳言之,本發明係有關於一種在連續強化纖維與合成樹脂之間的極界面之接著力、親和性高,在該極界面存在之空隙較少且能夠顯現充分的強度之連續纖維強化樹脂成形體;一種連續纖維強化樹脂成形體的損失正切(loss tangent)充分地小且能夠顯現充分的衝撃吸收之連續纖維強化樹脂成形體;一種連續纖維強化樹脂成形體的儲存彈性模數充分地大且能夠顯現充分的衝撃強度之連續纖維強化樹脂成形體;及一種具有高的樹脂含浸性、高的強度和剛性之連續纖維強化樹脂成形體;以及該等連續纖維強化樹脂成形體的製造方法。
在各種機械、汽車輛等的結構零件、壓力容器、及管狀結構物等中,使用有在基質樹脂材料添加有玻璃纖維等的強化材料之複合材料成形體。特別是從強度的觀點而言,期望強化纖維為連續纖維,從成形週期的觀點及再利用性的觀點而言,期望樹脂為熱塑性樹脂之連續纖維強化樹脂成形體。就該連續纖維強化樹脂成形體而言,有提出在對添加在強化纖維之聚束劑(sizing agent)下功 夫(例如參照以下的專利文獻1),在熱塑性樹脂的熔解溫度(熔點)的結晶化溫度之差下功夫(例如參照以下的專利文獻2),在樹脂材料添加有機鹽之物(例如參照以下的專利文獻3),將成形前驅物之布帛使用熱塑性樹脂層積之物(例如參照以下的專利文獻4),使強化纖維先含浸低熔點的熱塑性樹脂而提升含浸性而成之物(例如參照以下的專利文獻5),及藉由將熔點不同的二種類樹脂使用在表面樹脂,使得在層間剝離具有良好的耐受性之物(例如參照以下的專利文獻6)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003-238213號公報
[專利文獻2]日本特許第5987335號公報
[專利文獻3]日本特開2017-222859號公報
[專利文獻4]日本特開2009-19202號公報
[專利文獻5]日本特開平10-138379號公報
[專利文獻6]日本特許第5878544號公報
但是,本申請發明人等專心研討之結果,發現在先前技術的連續纖維強化樹脂成形體中,任一者均是因為連續強化纖維在例如玻璃纖維與基質樹脂之間的界面的接著力、親和性較低,所以在纖維與樹脂的極界面的區域空隙較多,而未顯現充分的強度且未具備能夠因應利用在被要求高的強度之處之性能。而且發現在先前技術的連續纖維強化樹脂成形體,因為任一者的損失正切均 高,所以未顯現充分的衝撃吸收且未具備能夠因應利用在被要求高的衝撃吸收之處之性能;而且因為儲存彈性模數亦較低,所以未顯現充分的衝撃強且未具備能夠因應利用在被要求高的衝撃強度之處之性能;並且樹脂對連續強化纖維的含浸性較低,樹脂與連續強化纖維之間的接著不充分且強度和剛性之物性和生產性較差。
鑒於如此的先前技術水準,本發明欲解決之課題係提供一種在連續強化纖維與合成樹脂之間的極界面之接著力、親和性高,而且在該極界面存在之空隙較少且能夠顯現充分的強度之連續纖維強化樹脂成形體;一種損失正切較低且能夠顯現充分的衝撃強度之連續纖維強化樹脂成形體;一種儲存彈性模數充分地大且能夠顯現充分的衝撃強度之連續纖維強化樹脂成形體;及一種具有高的樹脂含浸性、高的強度和剛性之連續纖維強化樹脂成形體;以及該等連續纖維強化樹脂成形體的製造方法。
為了解決此種課題,本申請發明人等專心研討且實驗重複之結果,超乎預期地發現藉由對在製造連續強化纖維所塗佈的上漿劑(sizing agent)(亦稱為聚束劑)與樹脂的相容性、成形中的密閉性、及樹脂的流動等下功夫,使在連續強化纖維與合成樹脂之間的極界面之空隙成為非常少,使用該方法且藉由沖壓成形而能夠製造具有高的強度和剛性之連續纖維強化樹脂成形體;而且將連續纖維強化樹脂成形體的損失正切降低,使用該方法且藉由沖壓成形而能夠製造具有高的衝撃吸收之連續纖維強化樹脂成形體;提高連續纖維強化樹脂成形體的儲存彈性模數,使用該方法且藉由沖壓成形而能夠製造具有高的衝撃強度之連續纖維強化樹脂成形體;並且在具有2種類以上的熱塑性樹脂之連續纖 維強化樹脂成形體,藉由在連續強化纖維與樹脂的極界面區域之各樹脂的比例係與在其它樹脂區域之各樹脂的比例不同,連續纖維強化樹脂成形體能夠顯現高的強度和剛性,而完成了本發明。
亦即,本發明係如以下。
[1]一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係由大略圓剖面的連續強化纖維與合成樹脂所構成,其中:在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根該連續強化纖維與該合成樹脂之間的極界面中,從該連續強化纖維的周緣部起算離開1根該連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內的空隙率為10%以下的連續強化纖維的根數,為連續強化纖維的總數之10%以上。
[2]如前述[1]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述空隙率為10%以下之連續強化纖維的根數為前述連續強化纖維的總數之90%以上。
[3]如前述[2]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述空隙率為1%以下之連續強化纖維的根數為前述連續強化纖維的總數之90%以上。
[4]如前述[1]至[3]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述連續纖維強化樹脂複合體中之合成樹脂含浸率為99%以上。
[5]如前述[1]至[4]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述連續強化纖維為玻璃纖維且前述連續纖維強化樹脂成形體的拉伸應力為480Mpa以上。
[6]如前述[1]至[5]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述連續強化纖維為玻璃纖維且前述連續纖維強化樹脂成形體的彎曲彈性模數為22Gpa以上。
[7]一種連續纖維強化樹脂成形體,含有熱塑性樹脂及連續強化纖維且扭曲模式(twist mode)的損失正切為0.11以下。
[8]如前述[7]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述損失正切的峰值(peak)為78℃以上。
[9]一種連續纖維強化樹脂成形體,含有連續強化纖維及熱塑性樹脂且扭曲模式的儲存彈性模數為3.4GPa以上。
[10]如前述[9]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中往傾斜方向切削時的前述儲存彈性模數係往直行方向切削時的前述儲存彈性模數之1.5倍以上。
[11]如前述[9]或[10]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中在150℃之前述儲存彈性模數為最大的前述儲存彈性模數之25%以上。
[12]如前述[9]至[11]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中剪切黏度為330MPa.s-1以上。
[13]一種連續纖維強化樹脂成形體,含有連續強化纖維及熱塑性樹脂且彎曲儲存彈性模數為22GPa以上。
[14]如前述[13]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中在150℃之彎曲儲存彈性模數為在30℃之儲存彈性模數的76%以上。
[15]如前述[13]或[14]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中經傾斜地切削時之彎曲儲存彈性模數保持率為58%以上。
[16]如前述[13]至[15]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中在50℃之拉伸儲存彈性模數為22GPa以上。
[17]如前述[13]至[16]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中拉伸損失正切的最大值為0.037以下。
[18]如前述[13]至[17]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中拉伸儲存彈性模數與彎曲儲存彈性模數反轉之溫度為95℃以上。
[19]如前述[13]至[18]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中{在30℃之(拉伸儲存彈性模數-彎曲儲存彈性模數)}/{在200℃之((彎曲儲存彈性模數-拉伸儲存彈性模數)}≧1。
[20]一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係由大略圓剖面的連續強化纖維與2種以上的熱塑性樹脂所構成,其中,在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根該連續強化纖維與該熱塑性樹脂之間的極界面中,從該連續強化纖維的周緣部起算離開1根該連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內,該2種以上的熱塑性樹脂之中,就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的樹脂之佔有比例係比就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂之佔有比例為高,但是在該周緣外側區域以外的樹脂區域內,該2種以上的熱塑性樹脂之中,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外之各樹脂係均勻地分散或混合。
[21]如前述[20]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種類以上的熱塑性樹脂係具有海島結構。
[22]如前述[20]或[21]所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂之中,熔點最高的樹脂之熔點、與熔點為最低的樹脂之熔點之差為100℃以上。
[23]如前述[20]至[22]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂的混合物之熔點係與前述2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂之熔點為實質上相同。
[24]如前述[20]至[23]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂的混合物之升溫熔解峰值溫度與降溫結晶化峰值溫度之差係比前述2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂的升溫熔解峰值溫度與降溫結晶化峰值溫度之差為小。
[25]如前述[20]至[24]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂之中,相較於就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂與前述連續強化纖維之間的結合力,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的至少一種樹脂與前述連續強化纖維之間的結合力較大。
[26]如前述[20]至[25]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂之中,相較於就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂與前述連續強化纖維之間的表面張力之差,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的至少一種樹脂與前述連續強化纖維之間的表面張力之差較小。
[27]如前述[20]至[26]項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂之中,相較於就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂對前述連續強化纖維之濕潤性,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外之至少一種樹脂對前述連續強化纖維之濕潤性較高。
[28]一種連續纖維強化樹脂複合材料的製造方法,該製造方法係包含下列步驟:將添加有由偶合劑、結束劑、及潤滑劑所構成的聚束劑之連續強化纖維、及具有與該偶合劑有反應性的末端官能基之熱塑性樹脂,以成為該熱塑性樹脂的熔點以上之方式進行熱沖壓之步驟;及 將其冷卻至該熱塑性樹脂的熔點以下為止且得到連續纖維強化樹脂複合材料作為成形品之步驟。
[29]如前述[28]所述之製造方法,其中前述熱塑性樹脂的吸水率為0.1重量%以上。
[30]如前述[28]或[29]所述之製造方法,其中前述聚束劑的50重量%以上係在熱沖壓中擴散至前述熱塑性樹脂中。
[31]如前述[28]至[30]項中任一項所述之製造方法,其中前述偶合劑與前述熱塑性樹脂之末端官能基鍵結。
[32]如前述[28]至[31]項中任一項所述之製造方法,其中前述連續纖維強化樹脂複合材料中之末端官能基的量係比在前述熱塑性樹脂中所含有的末端官能基之量少。
[33]如前述[28]至[32]項中任一項所述之製造方法,其中前述末端官能基的量係在前述熱塑性樹脂中所含有的末端官能基之量之90%以下。
[34]如前述[28]至[33]項中任一項所述之製造方法,其中在前述熱塑性樹脂所含有的粒狀添加材料之含量為30ppm以下。
[35]如前述[28]至[34]項中任一項所述之製造方法,其中前述熱塑性樹脂為聚醯胺樹脂,在該聚醯胺樹脂所含有之作為與前述偶合劑具有反應性之末端官能基之羧基末端的濃度為65μmol/g以上。
[36]如前述[28]至[35]項中任一項所述之製造方法,其中前述熱塑性樹脂為聚醯胺樹脂,在該聚醯胺樹脂所含有之作為與前述偶合劑具有反應性之末端官能基之胺基末端的量為40μmol/g以上。
[37]一種連續纖維強化樹脂複合材料的賦形成形體的製造方法,該製造方法 係包含將使用如前述[28]至[36]項中任一項所述之製造方法所製造的連續纖維強化樹脂複合材料,加熱至前述熱塑性樹脂的熔點以上且使用模具進行沖壓,之後,冷卻至該熱塑性樹脂的熔點以下的溫度為止而予以賦形之步驟。
[38]如前述[37]所述之製造方法,其中該製造方法係在冷卻時進行壓縮。
[39]一種纖維強化樹脂成形體的製造方法,該製造方法係包含:將強化纖維、及與該強化纖維之μ液滴(μ drop)生成係數為10以上之熱塑性樹脂,以成為該熱塑性樹脂的熔點以上之方式進行熱沖壓之步驟;及將其冷卻至該熱塑性樹脂的結晶化溫度以下為止之步驟。
[40]一種纖維強化樹脂成形體,該纖維強化樹脂成形體係由玻璃纖維及聚醯胺樹脂所構成者,將前述纖維強化樹脂成形體進行切削且使用SEM觀察以施加400g/cm2的力量之方式進行研磨時的研磨面時,在與該玻璃纖維的長度方向正交的剖面中之1根玻璃纖維、與聚醯胺樹脂之間的極界面中,從該玻璃纖維的周緣部起算離開該1根玻璃纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內的空隙率為10%以下的玻璃纖維的根數,為玻璃纖維的總數之90%以上。
[41]如前述[40]所述之纖維強化樹脂成形體,其中前述玻璃纖維為連續纖維。
[42]一種通信機器殼體,該通信機器殼體係由熱塑性樹脂及連續玻璃強化纖維所構成的複合材料成形品所構成者,其中,拉伸強度滿足下述式(3)之關係,長度方向的拉伸強度(MPa)×0.5+寬度方向的拉伸強度(MPa)×0.5>500MPa 式(3)彎曲彈性模數滿足下述式(4)之關係,長度方向的彎曲彈性模數(MPa)×0.5+寬度方向彎曲彈性模數(MPa)×0.5>30MPa 式(4)而且使用KEC法所測定的電場屏蔽性係在頻率1GHz頻帶為10dB以下。
[43]一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係由連續強化纖維及熱塑性樹脂所構成,在聲波發射(acoustic emission)法測定中,起因於層間剝離之破壞產生強度為40MPa以上。
本發明之連續纖維強化樹脂成形體係在連續強化纖維與合成樹脂之間的極界面之接著力、親和性高,在該極界面存在之空隙較少且能夠顯現充分的強度、剛性、衝撃強度、高的長期特性,而且損失正切為充分地小且能夠顯現充分的衝撃吸收,儲存彈性模數為充分地大且能夠顯現充分的衝撃強度,並且樹脂脂含浸性高且能夠顯現高的強度和剛性。
1‧‧‧合成樹脂
2‧‧‧連續強化纖維
3‧‧‧空隙
4‧‧‧連續強化纖維束
5‧‧‧周緣外側區域
6‧‧‧連續強化纖維
7‧‧‧就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的樹脂(副樹脂)
8‧‧‧就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)
r‧‧‧連續強化纖維之半徑
第1圖係顯示用以說明在與連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根連續強化纖維與合成樹脂之間的極界面中,從連續強化纖維的周緣部起算離開該1根連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域(極界面區域)內存在之「空隙」、及「空隙率」之圖式。
第2圖係顯示實施例1-1、實施例2-1、實施例3-1、實施例4-1的極界面區域之照片。
第3圖係顯示實施例1-3的極界面區域之照片。
第4圖係顯示比較例1-2的極界面區域之照片。
第5圖係顯示比較例1-3的極界面區域之照片。
第6圖係顯示照相,以代替說明連續纖維強化樹脂成形體的合成樹脂「含浸 率」之圖式。
第7圖係顯示照片,以代替在沿著大略圓剖面的連續強化纖維的長度方向之剖面之1根連續強化纖維與合成樹脂之間的極界面中,從連續強化纖維的周緣部起算離開該1根連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內,2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的樹脂之佔有比例係比就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂之佔有比例高,但是在該周緣外側區域以外的樹脂區域內,該2種以上的熱塑性樹脂之中之就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的樹脂為均勻地分散之狀態之圖示。
第8圖係顯示實施例6-1的極界面區域之照片。
第9圖係顯示比較例6-2的極界面區域之照片。
第10圖係顯示實施例10的極界面區域之照片。
第11圖係顯示比較例10的極界面區域之照片。
第12圖係顯示實施例9的智慧型手機殼體的形狀之圖式。
以下,詳細地說明本發明的實施形態。
[連續纖維強化樹脂成形體]
本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體係由大略圓剖面的連續強化纖維及合成樹脂所構成,在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根該連續強化纖維與該合成樹脂之間的極界面中,從該連續強化纖維的周緣部起算離開1根該連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內的空隙率為10%以下的 連續強化纖維的根數,為連續強化纖維的總數之10%以上,又,在動態黏彈性測定之扭曲模式的損失正切(tanδ)為0.11以下,在動態黏彈性測定之扭曲模式的儲存彈性模數為3.4GPa以上,彎曲模式的儲存彈性模數係以22GPa以上為佳。又,使用2種類以上的熱塑性樹脂時,在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根該連續強化纖維與該熱塑性樹脂之間的極界面中,從該連續強化纖維的周緣部起算離開1根該連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域(亦稱為極界面區域)內,該2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(亦稱為主樹脂)以外的樹脂(亦稱為副樹脂)之佔有比例係比就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂之佔有比例高,但是在該周緣外側區域以外的樹脂區域(亦稱為其它樹脂區域)內,該2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的樹脂(副樹脂),以均勻地分散或混合為佳。
又,本實施形態的連續纖維強化樹脂複合材料之製造方法,較佳是包含下列步驟:將添加有由偶合劑、結束劑、及潤滑劑所構成的聚束劑之連續強化纖維、及與該偶合劑具有反應性的末端官能基之熱塑性樹脂,以成為該熱塑性樹脂的熔點以上之方式進行熱沖壓之步驟;及將其冷卻至該熱塑性樹脂的熔點以下為止且得到連續纖維強化樹脂複合材料作為成形品之步驟。
亦即,如第1圖顯示,本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體係由大略圓剖面的連續強化纖維及合成樹脂所構成,在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之該1根連續強化纖維與該合成樹脂之間的極界面中,觀察 到存在從該連續強化纖維的周緣部起算在半徑方向離開該1根連續強化纖維的半徑r的10分之1(亦即,r/10)之周緣外側區域(亦稱為極界面區域)內的空隙率為10%以下的連續強化纖維,其根數為連續強化纖維的總數之10%以上。又,連續強化纖維的剖面係以大略圓剖面為佳,但是亦可為如第1圖顯示之橢圓形狀。此時,所謂「半徑」係設為從纖維剖面之中心起算朝向周緣部之最短距離。
又,本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體中,在極界面區域內,2種以上的熱塑性樹脂之中,副樹脂的佔有比例係以比主樹脂的佔有比例高為佳。將該狀態顯示在第7圖。
在「在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根該連續強化纖維與該合成樹脂之間的極界面中,觀察到存在從該連續強化纖維的周緣部起算在半徑方向離開1根該連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域」之空隙率,例如能夠藉由使用帶鋸等切削成為1cm四方之連續纖維強化樹脂成形體,將與連續強化纖維的長度方向正交之剖面,以在研磨面承受400g/cm2的力量之方式使研磨台以100rpm旋轉,依序使用耐水砂紙號數#220研磨10分鐘、使用耐水砂紙號數#400研磨2分鐘、使用耐水砂紙號數#800研磨5分鐘、使用耐水砂紙號數#1200研磨10分鐘、使用耐水砂紙號數#2000研磨15分鐘、使用碳化矽膜粒度9μm研磨15分鐘、使用氧化鋁膜粒度5μm研磨15分鐘、使用氧化鋁膜粒度3μm研磨15分鐘、使用氧化鋁膜粒度1μm研磨15分鐘、使用採用拋光研磨紙發泡聚胺酯之粒度0.1μm的膠態氧化矽(Baikalox 0.1CR)研磨10分鐘且在各研磨邊以約7mL/min添加水邊研磨,而且將研磨後的試樣,使用掃描型電子顯微鏡(SEM)進行觀察且藉由ImageJ等的軟體進行畫像解析而能夠依照下述式來求取: 空隙率(%)=(從連續強化纖維的周緣部起算離開該連續強化纖維半徑的10分之1之周緣外側區域內的空隙面積)/(從連續強化纖維的周緣部起算離開該連續強化纖維半徑的10分之1之周緣外側區域的面積)×100。
首先,從任意大略圓剖面的1根連續強化纖維之連續強化纖維的周緣部,求取從該連續強化纖維的周緣部起算離開半徑的10分之1之距離的周緣外側區域(亦簡稱為「連續強化纖維直徑的10分之1之區域」、「極界面區域」)之空隙率,而且針對任意100根進行觀察空隙率。在本實施形態的成形體,從提高成形體的剛性和強度之觀點而言,連續強化纖維直徑的10分之1的區域的空隙率為10%以下者在100根之中為10根以上,亦即10%以上,良好為20%以上,較佳為50%以上,更佳為70%以上,最佳為90%以上。
又,在本實施形態的成形體,從提高成形體的剛性和強度的觀點而言,連續強化纖維直徑的10分之1的區域的空隙率係以5%以下為佳,較佳為2%以下,更佳為1%以下。
為了要將連續強化纖維直徑的10分之1的區域的空隙率為10%以下者設為100根之中為10%以上,例如連續強化纖維為玻璃纖維時,藉由在製造玻璃纖維時選擇所塗佈的上漿劑(聚束劑)與合成樹脂之間的μ液滴生成係數為10以上且相容性良好之物,而且選擇嵌入模具(inlay mold)等能夠在成形中將模具內密閉之成形方法;和使用經調整壓力的雙鋼帶沖壓法之成形方法,能夠防止樹脂漏出且減少連續纖維強化樹脂成形體之玻璃纖維的佔有體積(Vf,亦稱為體積含有率)在成形前後產生變化,而且以在適合於聚束劑之溫度條件下成形為佳。
扭曲模式的損失正切,例如能夠將使用帶鋸等在連續纖維的0°、 90°方向切削而成的連續纖維強化樹脂成形體,在氮氣環境下且升溫速度為固定的條件下進行測定扭曲模式的黏彈性,而從損失正切的峰頂之值算出。本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體的扭曲模式的損失正切係以0.11以下為佳,以0.10以下為良好,以0.095以下為較佳,以0.090以下為更佳,以0.087以下為最佳。
本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體顯示扭曲模式的損失正切的峰頂之溫度,以78℃以上為佳,以80℃以上為較佳,以82℃以上為更佳,以84℃以上為最佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體,將前述損失正切對各溫度而標繪時,峰頂係以出現2個為佳,前述二個峰頂之差係以80℃以下為佳,以60℃以下為較佳,以50℃以下為更佳,以35℃以下為最佳。
製造前述損失正切為0.11以下的連續纖維強化樹脂成形體時,例如連續強化纖維為玻璃纖維時,藉由在製造玻璃纖維時選擇所塗佈的上漿劑(聚束劑)與合成樹脂之間的μ液滴生成係數為10以上且相容性良好之物,而且選擇嵌入模具等能夠在成形中將模具內密閉之成形方法;和使用經調整壓力的雙鋼帶沖壓法之成形方法,能夠防止樹脂漏出且減少連續纖維強化樹脂成形體之玻璃纖維的佔有體積(Vf,亦稱為體積含有率)在成形前後產生變化,而且以在適合於聚束劑之溫度條件下成形為佳。
扭曲模式的儲存彈性模數例如能夠將使用帶鋸等在連續纖維的0°、90°方向切削而成的連續纖維強化樹脂成形體,在氮氣環境下且升溫速度為固定的條件下進行測定扭曲模式的黏彈性,從將在各溫度之儲存彈性模數進行標繪時之儲存彈性模數的峰頂之值算出。本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體的扭曲模式之儲存彈性模數係以3.4GPa以上為佳,3.5GPa以上為佳,以4.0GPa 以上為較佳,以4.5GPa以上為更佳,以6.0GPa以上為更佳,以7.0GPa以上為最佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體中,使用將連續纖維強化樹脂成形體在連續纖維的45°方向(傾斜方向)切削而成之試片進行測定前述儲存彈性模數時,前述儲存彈性模數係以使用在上述0°、90°方向切削而成之試片進行時之前述儲存彈性模數時的1.5倍以上為佳,以1.6倍以上為較佳,以1.7倍以上為更佳,以1.9倍以上為最佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體中,在150℃之前述儲存彈性模數係以最大的前述儲存彈性模數之25%以上為佳,以26%以上為較佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體中,在上述扭曲模式的黏彈性測定中,剪切黏度係以330MPa.s-1以上為佳,以470MPa.s-1以上為較佳,以500MPa.s-1以上為更佳,以700MPa.s-1以上為最佳。
製造扭曲模式的儲存彈性模數為3.4GPa以上的連續纖維強化樹脂成形體時,例如連續強化纖維為玻璃纖維時,藉由在製造玻璃纖維時選擇所塗佈的上漿劑(聚束劑)與合成樹脂之間的μ液滴生成係數為10以上且相容性良好之物,而且選擇嵌入模具等能夠在成形中將模具內密閉之成形方法;和使用經調整壓力的雙鋼帶沖壓法(double belt press)之成形方法,能夠防止樹脂漏出且減少連續纖維強化樹脂成形體之玻璃纖維的佔有體積(Vf,亦稱為體積含有率)在成形前後產生變化,而且以在適合於聚束劑之溫度條件下成形為佳。
彎曲儲存彈性模數例如能夠將使用帶鋸等在連續纖維的0°、90°方向切削而成的連續纖維強化樹脂成形體,在氮氣環境下且升溫速度為固定的條件下進行測定彎曲模式的黏彈性,從將在各溫度之儲存彈性模數進行標繪時之 最大的儲存彈性模算出。本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體的彎曲儲存彈性模數,以22GPa以上為佳,以23GPa以上為佳,以25GPa以上為較佳,以31GPa以上為更佳,以36GPa以上以上為最佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體中,在150℃進行測定上述彎曲儲存彈性模數時的彎曲儲存彈性模數係以在30℃之彎曲儲存彈性模數的76%以上為佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體中,使用將連續纖維強化樹脂成形體在連續纖維的45°方向(傾斜方向)切削而成之試片進行測定上述彎曲儲存彈性模數時,彎曲儲存彈性模數係以使用在上述0°、90°方向切削而成之試片進行時之儲存彈性模數時的58%以上為佳,以60%以上為較佳,以62%以上為更佳。
拉伸儲存彈性模數及拉伸損失正切例如能夠將使用帶鋸等在連續纖維的0°、90°方向切削而成的連續纖維強化樹脂成形體,在氮氣環境下且升溫速度為固定的條件進行測定拉模式的黏彈性而求取。在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體中,在50℃之拉伸儲存彈性模數係以22GPa以上為佳,以25GPa以上為佳,以30GPa以上為較佳,以32GPa以上為更佳,以35GPa以上為更佳,以40GPa以上為最佳。
最大的拉伸損失正切係能夠藉由標繪依照上述測定而得到之在各溫度的損失正切之極大點來求取。在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體,最大的損失正切係以0.037以下為佳,以0.035以下為較佳,以0.032以下為更佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體,將拉伸儲存彈性模數 及彎曲儲存彈性模數對各溫度而標繪時,拉伸儲存彈性模數與彎曲儲存彈性模數之值反轉之溫度,以95℃以上為佳,以100℃以上為較佳,以105℃以上為更佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體中,將拉伸儲存彈性模數及彎曲儲存彈性模數對各溫度而標繪時,較佳是滿足下列式:{在30℃之(拉伸儲存彈性模數-彎曲儲存彈性模數)}/{在200℃之((彎曲儲存彈性模數-拉伸儲存彈性模數)}≧1。
製造彎曲儲存彈性模數為22GPa以上的連續纖維強化樹脂成形體,例如連續強化纖維為玻璃纖維時,藉由在製造玻璃纖維時選擇所塗佈的上漿劑(聚束劑)與合成樹脂之間的μ液滴生成係數為10以上且相容性良好之物,而且選擇嵌入模具等能夠在成形中將模具內密閉之成形方法;和使用經調整壓力的雙鋼帶沖壓法之成形方法,能夠防止樹脂漏出且減少連續纖維強化樹脂成形體之玻璃纖維的佔有體積(Vf,亦稱為體積含有率)在成形前後產生變化,而且以在適合於聚束劑之溫度條件下成形為佳。
在本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之前述周緣外側區域內之各熱塑性樹脂的佔有比例(面積比例),例如能夠針對連續纖維強化樹脂成形體的厚度方向剖面(與連續強化纖維的長度方向正交之剖面)進行切取且埋封至環氧樹脂,以連續強化纖維不破損方式邊注意邊進行研磨之後,使用雷射拉曼顯微鏡拍攝該剖面的映射畫像,從所得到的畫像、光譜,特定在纖維強化樹脂所含有的樹脂之種類且藉由採用ImageJ之畫像處理而算出。
又,在纖維強化樹脂成形體之極界面區域以外的樹脂區域之熱塑性樹脂的分布,例如能夠在厚度方向剖面(與連續強化纖維的長度方向正交之剖面)進行切 削而成之連續纖維強化樹脂成形體的剖面(與連續強化纖維的長度方向正交之剖面),以在研磨面承受125g/cm2的力量之方式依序使用耐水砂紙號數#220研磨10分鐘、使用耐水砂紙號數#1200研磨10分鐘、使用耐水砂紙號數#2000研磨5分鐘、使用碳化矽膜粒度9μm研磨10分鐘、使用氧化鋁膜粒度1μm研磨15分鐘、使用採用拋光研磨紙發泡聚胺酯之粒度0.1μm的膠態氧化矽(Baikalox 0.1CR)研磨5分鐘且在各研磨邊以約7mL/min添加水邊研磨,而且將研磨後的試樣,使用磷鎢酸等進行電子染色之後,使用掃描型電子顯微鏡(SEM)進行觀察且藉由ImageJ等的軟體進行畫像解析而求取。熱塑性樹脂的佔有比例係能夠觀察任意10點且從其平均求取。
連續強化纖維與合成樹脂中,例如與熱塑性樹脂之體積比率因為Vf越高,成形體的強度越高,所以本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之連續纖維強化樹脂成形體中的連續強化纖維之體積含有率Vf係以40%以上為佳,以45%以上為較佳,以50%以上為更佳,以55%以上為又更佳,以65%以上為最佳。在先前技術的纖維強化樹脂成形體中,即便提高Vf,前述的空隙率亦高,而無法提高成形品的拉伸應力(拉伸強度)和彎曲彈性模數(彎曲剛性),但是本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體係藉由減少空隙率,而同時達成在Vf50%之連續纖維強化樹脂複合體中的合成樹脂含浸率99%以上、拉伸應力525Mpa以上、彎曲彈性模數27Gpa以上,在Vf65%之合成樹脂含浸率99%以上、拉伸應力600MPa以上、以及彎曲彈性模數35GPa以上。
連續強化纖維為玻璃纖維時,連續纖維強化樹脂成形體的拉伸應力係設為在玻璃纖維係實質上有配向的各方向進行試驗時之平均值,以480MPa以上為佳,以525MPa以上為較佳,以600MPa以上為更佳,以620MPa以上為最佳。 又,連續纖維強化樹脂成形體的彎曲彈性模數係設為在玻璃纖維係實質上有配向的各方向進行試驗時之平均值,以22GPa以上為佳,以27GPa以上為較佳,以30GPa以上為更佳,以35GPa以上為最佳。此時,拉伸應力及彎曲彈性模數係在連續纖維強化樹脂成形體所含有的連續強化纖維為實質上配置在二方向時之值且為對連續強化纖維為平行的二方向進行試驗而得到的值之平均值。三方向材料時,以2/3倍的應力或剛性為佳,n方向材料時係以2/n倍的應力或剛性為佳。
連續強化纖維為玻璃纖維時,在連續纖維強化樹脂成形體的玻璃纖維係實質上有配向的各方向進行試驗時之拉伸應力的平均值乘以玻璃纖維係實質上有配向的方向之數目而得到的值,以960MPa以上為佳,以1050MPa以上為較佳,以1200MPa以上為更佳,以1240MPa以上為最佳。又,在連續纖維強化樹脂成形體的玻璃纖維係實質上有配向的各方向進行試驗時之彎曲應力的平均值乘以玻璃纖維係實質上有配向的方向之數目而得到的值,以1260MPa以上為佳,以1400MPa以上為較佳,以1600MPa以上為更佳,以1700MPa以上為最佳。又,將連續纖維強化樹脂成形體的彎曲彈性模數乘以玻璃纖維係實質上有配向的方向之數目而得到的值,以44GPa以上為佳,以54GPa以上為較佳,以60GPa以上為更佳,以70GPa以上為最佳。又,連續纖維強化樹脂成形體之以下列式定義之彈性指數:彈性指數=(對玻璃纖維係實質上有配向的方向為平行方向的彈性模數的平均值×玻璃纖維係實質上有配向的方向數)/(Vf×玻璃纖維的彈性模數)係以1.2以上為佳,以1.3以上為較佳,以1.4以上為更佳,以1.5以上為又更佳,以1.58以上為最佳。
[聲波發射(AE)法測定]
本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體係在聲波發射法測定中,起因於層間剝離的破壞產生強度係以40MPa以上為佳,以50MPa以上為較佳。
聲波發射法測定係能夠藉由在層間剪切試驗(JIS K7078)安裝AE感測器而實施。
[連續纖維強化樹脂成形體的形態]
連續纖維強化樹脂成形體的形態係沒有特別限制,可舉出以下的各種形態。例如,可舉出將強化纖維的織物和編織物、編帶、管狀物與樹脂複合化而成的形態;將在一方向整理(並絲)而成的強化纖維與樹脂複合化而成之形態;將由強化纖維及樹脂所構成的紗在一方向整理(並絲)而成形之形態;將由強化纖維及樹脂所構成的紗成形成為織物和編織物、編帶、管狀之形態。
作為連續纖維強化樹脂成形體之成形前的中間材料之形態,可舉出連續強化纖維與樹脂纖維的混纖紗;使用樹脂將連續強化纖維的聚束周圍被覆而成之塗佈紗;使用連續強化纖維預先含浸樹脂且成為帶狀之物;使用樹脂薄膜將連續強化纖維夾住之物;使樹脂粉末附著在連續強化纖維而成之物,將連續強化纖維的聚束作為芯材且在其周圍使用樹脂纖維而製成編帶之物;及使強化纖維束之間預先含浸樹脂而成之物等。
[連續纖維強化樹脂成形體(複合材料)的製造方法]
本實施形態的連續纖維強化樹脂複合材料之製造方法,較佳是包含下列步驟:將添加有由偶合劑、結束劑、及潤滑劑所構成的聚束劑之連續強化纖維、及與該偶合劑具有反應性的末端官能基之熱塑性樹脂,以成為該熱塑性樹脂的熔 點以上之方式進行熱沖壓之步驟;及將其冷卻至該熱塑性樹脂的熔點以下為止且得到連續纖維強化樹脂複合材料作為成形品之步驟。
熱沖壓後的連續纖維強化樹脂複合材料的末端官能基之量,比在熱沖壓前的熱塑性樹脂所含有的末端官能基之量少,從熱塑性樹脂與連續強化纖維之間的接著性的觀點而言較佳,熱沖壓後的連續纖維強化樹脂複合材料的末端官能基之量,以在熱沖壓前的熱塑性樹脂所含有的末端官能基之量的90%以下為較佳,以85%以下為更佳。
從聚束劑的偶合劑與熱塑性樹脂的末端官能基之反應性的觀點而言,熱沖壓中的熱塑性樹脂的流動率係以10%以下為佳,以8%以下為較佳,以5%以下為更佳,以3%以下為最佳。
反應性末端官能基係例如使用聚丙烯作為熱塑性樹脂時,亦可為順丁烯二酸等接枝在主成分之聚丙烯樹脂而成之物。
熱沖壓中的熱塑性樹脂之流動率係能夠藉由(在熱沖壓中所產生的熱塑性樹脂的溢料之重量)/(熱沖壓前的熱塑性樹脂之重量)而求取。
熱沖壓的方法係沒有特別限定,從生產性的觀點而言,以藉由壓帶機之熱沖壓方法為佳。基材亦可從複數個捲狀物將強化纖維及熱塑性樹脂捲出而投入至雙鋼帶沖壓裝置,亦可將經切割成為所需要的大小之強化纖維及熱塑性樹脂重疊需要的片數而投入。此時,亦可在基材的前後將誘導用的薄片等例如Teflon(註冊商標)薄片一起投入。
作為其它熱沖壓方法,能夠適合舉出使用模具而進行者。使用模具而進行之潓壓方法沒有特別限制,可舉出以下的各種方法。例如將構成連續纖維強化樹脂 成形體之基材,配合需要的成形體而裁斷,而且考慮目標製品的厚度而使必要片數層積且配合模具形狀而安裝。
基材的裁斷係可逐片進行,亦可將需要的片數重疊之後而進行。從生產性的觀點而言,以在重疊狀態下進行裁斷為佳。裁斷方法可使用任意的方法,例如可舉出水刀、刀刃沖壓機、熱刀刃沖壓機、雷射、標繪機等。以具有優異的剖面形狀,而且較佳是在將複數片重疊而裁斷時藉由將端面熔接使得操作性變為良好之熱刀刃沖壓機。適當的裁斷形狀亦能夠藉由重複進行試誤法(try and error)而調整,以配合模具的形狀而進行採用CAE(電腦輔助工程;computer aided engineering)之模擬來設定為佳。
將基材安裝在模具之後,將模具關閉而沖壓(壓縮)。而且將模具調溫至構成連續纖維強化樹脂成形體之熱塑性樹脂的熔點以上之溫度而使熱塑性樹脂熔融且賦型。合模壓力係沒有特規定,良好為1MPa以上,較佳為3MPa以上。又,為了排氣等,亦可暫時合模且在沖壓成形之後暫時將模具的合模壓力解除。從強度顯現的觀點而言,沖壓成形時間係在所使用的熱塑性樹脂不熱劣化的範圍以越長越佳,但是從生產性的觀點而言,良好為2分鐘以內,較佳是在1分鐘以內為適合。
在連續纖維強化樹脂成形體的製造步驟,將基材安裝在模具內且將模具關閉而加壓,在預定時間後,進一步將預定熱塑性樹脂組成物射出填充而成形,藉由使熱塑性樹脂與預定熱塑性樹脂組成物接合而製造混合成形體。
將預定熱塑性樹脂組成物進行射出填充之時序,對兩熱塑性樹脂間的界面強度大大地造成影響。將預定熱塑性樹脂組成物進行射出填充之時序,較佳是將基材安裝在模具內而將模具關閉之後,升溫至模具溫度為熱塑性樹脂 的熔點、玻璃轉移溫度以上之後30秒以內。
將預定熱塑性樹脂組成物進行射出填充時之模具溫度,以構成連續纖維強化樹脂成形體之熱塑性樹脂的熔點以上或玻璃轉移溫度以上為佳。較佳是構成連續纖維強化樹脂成形體之熱塑性樹脂的熔點+10℃以上或玻璃轉移溫度+10℃以上,更佳是熔點+20℃以上或玻璃轉移溫度+20℃以上,又更佳是熔點+30℃以上或玻璃轉移溫度+30℃以上。
在混合成形體中,構成連續纖維強化樹脂成形體之熱塑性樹脂與藉由射出成形而形成的熱塑性樹脂組成物之接合部分,以成為互相摻混的凹凸構造為佳。
將模具溫度設為射出之熱塑性樹脂組成物的熔點以上且提高射出成形時的樹脂保壓例如設為1MPa以上,就提高界面強度而言,是有效的。為了提高界面強度,以將保壓設為5MPa以上為佳,以設為10MPa以上為較佳。
增長保壓時間為例如5秒以上、良好為10秒以上,較佳為模具溫度成為熱塑性樹脂組成物的熔點以下為止之期間的保持時間,從提高界面強度的觀點而言較佳。
[射出成形用樹脂]
作為用以製造混合成形體所用的射出成形用熱塑性樹脂組成物,只要被使用在通常的射出成形之熱塑性樹脂組成物,就沒有特別限定。
作為熱塑性樹脂組成物,不限定為下列者,例如可舉出將聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、丙烯酸樹脂、苯乙烯系樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚芳香酯(polyarylate)、聚苯醚(polyphenylene ether)、改質聚苯醚樹脂、全芳香族聚酯、聚縮醛、聚碳酸酯、聚醚醯亞胺、聚醚碸、聚醯胺系樹脂、聚碸、 聚醚醚酮、聚醚酮等之一種或二種以上混合而成之樹脂組成物。
又,在該等熱塑性樹脂組成物亦可調配有各種填充材。
作為各種填充材,可舉出與強化纖維同種材料之不連續強化材料亦即短纖維、長纖維材料等。
在不連續強化材料使用玻璃短纖維、長纖維時,亦可使用與在構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之連續強化纖維所塗佈的聚束劑相同之物。
上漿劑(聚束劑)係以由(矽烷)偶合劑、潤滑劑、及結束劑所構成為佳。有關於(矽烷)偶合劑、潤滑劑、結束劑的種類係能夠使用與前述的連續強化纖維的聚束劑相同之物。
從連續纖維強化樹脂成形體與射出成形後的熱塑性樹脂組成物部分之界面強度的觀點而言,使用在射出成形之熱塑性樹脂組成物,以與構成連續纖維強化樹脂成形體之熱塑性樹脂類似物為佳,以同種類之物為較佳。具體而言,在構成連續纖維強化樹脂成形體之熱塑性樹脂使用聚醯胺66時,射出成形用的熱塑性樹脂組成物的樹脂材料係以聚醯胺66為佳。
其它可舉出下列方法等:將基材設置在模具而使用雙鋼帶沖壓機進行壓縮之成形方法;以將所設置的基材之四方包圍之方式設模框且使用雙鋼帶沖壓機進行加壓而成形之方法;及準備設定在一個或複數個溫度之加熱用沖壓成形機、及設定在一個或複數個溫度之冷卻用沖壓成形機,將設置有基材的模具依序投入至沖壓成形機而成形之成形方法等。
[連續纖維強化樹脂成形體的樹脂含浸率]
如第2圖顯示,在連續纖維強化樹脂成形體之熱塑性樹脂的含浸率,能夠藉由在連續纖維強化樹脂成形體的剖面之空隙的比率來求取。具體而言,將連續纖 維強化樹脂成形體在任意位置切斷且埋封至環氧樹脂等且進行研磨之後,將進行光學顯微鏡觀察而得到的畫像,藉由使用解析軟體而進行畫像解析且計算。
如第6圖顯示,所謂含浸率(%)係將預定面積設為100%時,能夠依照下列式而計算:含浸率(%)={1-(空隙面積/連續強化纖維束面積)}×100本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體的含浸率,從強度、外觀觀點而言,以98%以上為佳,以99%以上為較佳,以99.5%以上為更佳,以99.9%以上為最佳。
[連續強化纖維]
連續強化纖維係能夠使用通常在連續纖維強化樹脂成形體所使用之物。
作為連續強化纖維,不限定為下列者,例如可舉出玻璃纖維、碳纖維、植物纖維、醯胺纖維(aramid fiber)、超高強力聚乙烯纖維、聚苯并唑(polybenzazole)系纖維、液晶聚酯纖維、聚酮纖維、金屬纖維、陶瓷纖維等。
從機械特性、熱特性、泛用性的觀點而言,以玻璃纖維、碳纖維、植物纖維、醯胺纖維為佳,從生產性方面而言,以玻璃纖維為佳。
選擇玻璃纖維作為連續強化纖維時,亦可使用聚束劑,上漿劑(聚束劑)係以由矽烷偶合劑、潤滑劑、及結束劑所構成為佳,藉由製造與被覆連續強化纖維的周圍之樹脂堅強的結合之聚束劑,能夠得到空隙率較少的連續纖維強化樹脂成形體,使用熱塑性樹脂作為合成樹脂時,聚束劑係以熱塑性樹脂用聚束劑為佳。所謂熱塑性樹脂用聚束劑係指使用電爐以30℃/min將連續強化纖維升溫至300℃為止,在使其返回室溫時連續強化纖維的剛性不會比加熱前的連續強化纖維的剛性更大之物。所謂熱塑性樹脂用聚束劑,例如選擇聚醯胺樹脂作為合成樹脂時,作為矽烷偶合劑,必須選擇容易與聚醯胺樹脂的末端基之羧基及胺基鍵結之 物。具體而言係例如可舉出γ-胺丙基三甲氧基矽烷和環氧基矽烷。
作為結束劑,必須使用與聚醯胺樹脂的濕潤性良好、或表面張力較近的樹脂。具體而言例如能夠選擇聚胺酯樹脂的乳化液和聚醯胺樹脂的乳化液和其改質物。作為潤滑劑,必須使用不對矽烷偶合劑及結束劑造成阻礙之物,例如可舉出巴西棕櫚蠟(carnauba wax)。
從熱塑性樹脂對連續強化纖維的含浸性之觀點而言,聚束劑係在熱沖壓中以50%以上擴散至熱塑性樹脂中為佳,以70%以上為較佳,以80%以上為更佳,以90%以上為最佳。聚束劑的擴散係能夠藉由將成形品使用良溶劑使基質樹脂溶解,且將殘留的強化纖維進行XPS測定等而求取,基質樹脂為聚醯胺時,以使用HFIP和苯酚為佳。
聚束劑係在熱沖壓中90%以上擴散至熱塑性樹脂中,而且熱塑性樹脂的末端官能基之中,與偶合劑具有反應性之末端基在熱沖壓前後為減少時,偶合劑與熱塑性樹脂的末端官能基為鍵結著。
在連續強化纖維亦可塗佈有用以促進偶合劑與熱塑性樹脂的末端官能基反應之觸媒,作為此種觸媒,例如選擇玻璃纖維作為連續強化纖維,聚醯胺樹脂作為熱塑性樹脂時,可舉出次磷酸鈉等的磷酸類作為用以促進矽烷偶合劑所具有的胺基與聚醯胺樹脂的末端基之羧基進行鍵結反應。
[矽烷偶合劑]
矽烷偶合劑係通常能夠使用作為玻璃纖維的表面處理劑,而有助於提升界面接著強度。
作為矽烷偶合劑係不限定為下列者,例如可舉出γ-胺丙基三甲氧基矽烷、N-β-(胺乙基)-γ-胺丙基甲基二甲氧基矽烷等的胺基矽烷類;γ-巰丙基三甲氧基矽 烷及γ-巰丙基三乙氧基矽烷等的巰基矽烷類;環氧基矽烷類;乙烯基矽烷類、順丁烯二酸類等。聚醯胺作為合成樹脂時係以胺基矽烷類和順丁烯二酸類為佳,使用環氧樹脂作為合成樹脂時係以環氧基矽烷類為佳。
[潤滑劑]
潤滑劑係有助於提升玻璃纖維的開纖性。
作為潤滑劑,能夠按照目的而使用通常液體或固體的任意潤滑材料,不限定為下列者,例如可舉出巴西棕櫚蠟、羊毛脂蠟等動植物系或礦物系的蠟;脂肪酸醯胺、脂肪酸酯、脂肪酸醚、芳香族系酯、芳香族系醚等的界面活性劑等。
[結束劑]
結束劑係有助於提升玻璃纖維的聚束性及提升界面接著強度。
作為結束劑,能夠使用按照目的之聚合物、熱塑性樹脂。
作為結束劑之聚合物,不限定為下列者,例如可舉出丙烯酸的均聚物、丙烯酸與其它共聚合性單體之共聚物、以及該等聚合物及共聚物與第1級、第2級及第3級胺之鹽等。又,例如亦能夠適合使用由間苯二甲基二異氰酸酯、4,4’-亞甲雙(環己基異氰酸酯)及異佛爾酮二異氰酸酯等的異氰酸酯、與聚酯系和聚醚系的二醇所合成的聚胺酯系樹脂。
作為丙烯酸的均聚物,重量平均分子量係以1,000至90,000為佳,較佳為1,000至25,000。
作為構成丙烯酸與其它共聚合性單體的共聚物之共聚合性單體,不限定為下列者,例如具有羥基及/或羧基之單體之中,可舉出選自由丙烯酸、順丁烯二酸、甲基丙烯酸、乙酸乙烯酯、巴豆酸、異巴豆酸、反丁烯二酸、伊康酸、檸康酸、及中康酸所組成群組之1種以上(但是將只有丙烯酸時除外)。作為共聚合性 單體,以具有1種以上的酯系單體為佳。
作為丙烯酸的均聚物及共聚物與第1級、第2級及第3級胺之鹽,不限定為下列者,例如可舉出三乙胺鹽、三乙醇胺鹽、甘胺酸鹽等。從提升與其它併用藥劑(矽烷偶合劑等)的混合溶液之安定性、減低胺臭味的觀點而言,中和度係以20至90%為佳,以40至60%為較佳。
形成為鹽之丙烯酸的聚合物之重量平均分子量係沒有特別限制,以3,000至50,000的範圍為佳。從提升玻璃纖維的聚束性之觀點而言,以3,000以上為佳,從提升作為複合成形體時的特性之觀點而言,以50,000以下為佳。
就被使用作為結束劑之熱塑性樹脂而言,不限定為下列者,例如可舉出聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚縮醛系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚酯系樹脂、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯硫(polyphenylene sulfide)、熱塑性聚醚醯亞胺、熱塑性氟系樹脂、及使該等樹脂改質而成之改質熱塑性樹脂等。使用作為結束劑之熱塑性樹脂,與被覆連續強化纖維的周圍之樹脂同種的熱塑性樹脂及/或改質熱塑性樹脂時,成為複合成形體後,玻璃纖維與熱塑性樹脂的接著性提升,故較佳。
而且,在進一步使連續強化纖維與被覆其之熱塑性樹脂的接著性提升,而且使聚束劑以水分散體的方式附著在玻璃纖維之情況,從能夠減低乳化劑成分的比率、或不需要乳化劑等的觀點而言,作為使用作為結束劑之熱塑性樹脂,以改質熱塑性樹脂為佳。
在此,所謂改質熱塑性樹脂,意味著除了能夠形成熱塑性樹脂的主鏈之單體成分以外,為了使其熱塑性樹脂的性狀變化之目的,亦使不同的單體成分共聚合而將親水性、結晶性、熱力學特性等進行改質而成之物。
使用作為結束劑之改質熱塑性樹脂係不限定為下列者,例如可舉出改質聚烯烴系樹脂、改質聚醯胺系樹脂、改質聚酯系樹脂等。
所謂作為結束劑之改質聚烯烴系樹脂係乙烯、丙烯等的烯烴系單體與不飽和羧酸等能夠與烯烴系單體共聚合的單體之共聚物,能夠含有眾所周知的方法而製造。可為使烯烴系單體與不飽和羧酸共聚合而成之無規共聚物,亦可為使不飽和羧酸接枝在烯烴而成之接枝共聚物。
作為烯烴系單體,不限定為下列者,例如可舉出乙烯、丙烯、1-丁烯等。該等單體可單獨使用1種,亦可組合2種以上而使用。作為能夠與烯烴系單體共聚合的單體,例如可舉出丙烯酸、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、甲基丙烯酸、乙酸乙烯酯、巴豆酸、異巴豆酸、反丁烯二酸、伊康酸、檸康酸、中康酸等的不飽和羧酸等,該等單體可單獨只有使用1種,亦可組合2種以上而使用。
作為烯烴系單體與能夠與該烯烴系單體共聚合的單體之共聚合比率,為將共聚合的合計質量設為100質量%,以烯烴系單體60至95質量%且能夠與烯烴系單體共聚合的單體5至40質量%為佳,以烯烴系單體70至85質量%且能夠與烯烴系單體共聚合的單體15至30質量%為較佳。烯烴系單體為60質量%以上時,與基質的親和性良好,又,烯烴系單體的質量%為95質量%以下時,改質聚烯烴系樹脂的水分散性良好且容易均勻的賦予至連續強化纖維。
使用作為結束劑之改質聚烯烴系樹脂中,藉由共聚合而導入的羧基等的改質基亦可經使用鹼性化合物而中和。作為鹼性化合物,不限定為下列者,例如可舉出氫氧化鈉、氫氧化鉀等的鹼類;氨;一乙醇胺、二乙醇胺等的胺類。使用作為結束劑之改質聚烯烴系樹脂的重量平均分子量係沒有特別限制,以5,000至200,000為佳,以50,000至150,000為較佳。從提升玻璃纖維的聚束性 的觀點而言,以5,000以上為佳,從設為水分散性時的乳化安定性之觀點而言,以200,000以下為佳。
所謂使用作為結束劑之改質聚醯胺系樹脂,為在分子鏈中導入有聚環氧烷鏈、3級胺成分等的親水基之改質聚醯胺化合物,能夠使用眾所周知的方法而製造。
將聚環氧烷鏈導人至分子鏈中時,例如使聚乙二醇、聚丙二醇等的一部分或全部與經改質成為二胺或二羧酸之物共聚合而製造。導入3級胺成分時,例如能夠使胺乙基哌嗪、雙胺丙基哌嗪、α-二甲胺基ε-己內醯胺等共聚合而製造。
所謂使用作為結束劑之改質聚酯系樹脂係多元羧酸或其酐與多元醇的共聚物且在含有末端的分子骨架中具有親水基之樹脂,能夠使用眾所周知的方法而製造。
作為親水基,例如可舉出聚環氧烷基、磺酸鹽、羧基、及該等的中和鹽等。作為多元羧酸或其酐,可舉出芳香族二羧酸、含磺酸鹽的芳香族二羧酸、脂肪族二羧酸、脂環式二羧酸、3官能以上的多元羧酸等。
作為芳香族二羧酸,不限定為下列者,例如可舉出苯二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、鄰苯二甲酸、1,5-萘二羧酸、2,6-萘二羧酸、鄰苯二甲酸酯等。
作為含磺酸鹽的芳香族二羧酸,不限定為下列者,例如可舉出磺基對苯二甲酸鹽、5-磺基間苯二甲酸鹽、5-磺基苯二甲酸鹽等。
作為脂肪族二羧酸或脂環式二羧酸,不限定為下列者,例如可舉出反丁烯二酸、順丁烯二酸、伊康酸、琥珀酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、二聚酸、1,4-環己烷二羧酸、琥珀酸酐、順丁烯二酸酐等。
作為3官能以上的多元羧酸,不限定為下列者,例如可舉出偏苯三甲酸、焦 蜜石酸、偏苯三甲酸酐、焦蜜石酸酐等。
該等化合物之中,從使改質聚酯系樹脂的耐熱性提升之觀點而言,以總多元羧酸成分的40至99莫耳%為芳香族二羧酸為佳。又,從將改質聚酯系樹脂設為水分散液時的乳化安定性之觀點而言,以總多元羧酸成分的1至10莫耳%為含磺酸鹽的芳香族二羧酸為佳。
作為構成改質聚酯系樹脂之多元醇,可舉出二醇、3官能以上的多元醇等。
作為二醇,不限定為下列者,例如可舉出乙二醇、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、聚四亞甲二醇、1,4-環己烷二醇、1,4-環己烷二甲醇、雙酚A或其環氧烷加成物等。作為3官能以上的多元醇,可舉出三羥甲基丙烷、甘油、新戊四醇等。
作為構成改質聚酯系樹脂之多元羧酸或其酐與多元醇的共聚合比率,將共聚合成分的合計質量設為100質量%,以多元羧酸或其酐40至60質量%且多元醇40至60質量%為佳,以多元羧酸或其酐45至55質量%且多元醇45至55質量%為較佳。
作為改質聚酯系樹脂的重量平均分子量,以3,000至100,000為佳,以10,000至30,000為較佳。從提升玻璃纖維的聚束性之觀點而言,以3,000以上為佳,從設為水分散性時之乳化安定性的觀點而言,以100,000以下為佳。
使用作為結束劑之聚合物、熱塑性樹脂可單獨使用1種,亦可併用2種類以上。
將結束劑的總量設為100質量%,使用50質量%以上之選自丙烯酸的均聚物、丙烯酸與其它共聚合性單體之共聚物、以及該等聚合物及共聚物與第1級、 第2級及第3級胺之鹽之1種以上的聚合物,以使用60質量%以上為較佳。
[玻璃纖維用聚束劑的組成]
使用玻璃纖維作為連續強化纖維時,在該玻璃纖維的聚束劑,以各自含有0.1至2質量%的矽烷偶合劑、0.01至1質量%的潤滑劑、1至25質量%的結束劑為佳,以使用水將該等成分稀釋且將總質量調整成為100質量%為佳。
在玻璃纖維用聚束劑之矽烷偶合劑的調配量,從提升玻璃纖維的聚束性、提升界面接著強度及提升複合成形體的機械強度之觀點而言,以0.1至2質量%為佳,較佳為0.1至1質量%,更佳為0.2至0.5質量%。
在玻璃纖維用聚束劑之潤滑劑的調配量,從賦予充分的潤滑性之觀點而言,良好為0.01質量%以上,較佳為0.02質量%以上,從提升界面接著強度及提升複合成形體的機械強度之觀點而言,良好為1質量%以下,較佳為0.5質量%以下。
在玻璃纖維用聚束劑之結束劑的調配量,從控制玻璃纖維的聚束性及提升界面接著強度以及提升複合成形體的機械強度的觀點而言,良好為1至25質量%,較佳為3至15質量%,更佳為3至10質量%。
[玻璃纖維用聚束劑的使用態樣]
玻璃纖維用聚束劑可按照使用態樣而調整成為水溶液、膠態分散的形態、使用乳化劑之乳化液的形態等任一種形態,從提升聚束劑的分散安定性及提升耐熱性的觀點而言,以成為水溶液的形態為佳。
作為構成本實施形態連續纖維強化樹脂成形體之連續強化纖維的玻璃纖維能夠藉由在眾所周知的玻璃纖維之製造步驟,對使用滾輪型塗佈器等眾所周知的方法對玻璃纖維賦予上述聚束劑而製成的玻璃纖維進行乾燥而連續地得到。
相對於玻璃纖維100質量%,聚束劑中矽烷偶合劑、潤滑劑及結束劑的合計質量係良好為0.1至3質量%,較佳為0.2至2質量%,更佳為賦予0.2至1質量%。
從控制玻璃纖維聚束性及提升界面接著強度的觀點而言,相對於玻璃纖維100質量%,聚束劑的賦予量係矽烷偶合劑、潤滑劑及結束劑的合計質量係以0.1質量%以上為佳,從紗的操作性之觀點而言,以3質量%以下為佳。
又,選擇碳纖維作為連續強化纖維時,聚束劑係以由偶合劑、潤滑劑、結束劑所構成為佳。聚束劑、潤滑劑、結束劑的種類沒有特別限制。作為具體的材料,能夠使用在特開2015-101794號公報記載的材料。作為偶合劑,能夠選擇與在碳纖維表面存在的羥基相容性良好之物,作為結束劑,能夠選擇與所選擇的合成樹脂之濕潤性為良好之物和表面張力較接近之物,作為潤滑劑,能夠選擇不對偶合劑及結束劑造成阻礙之物。
使用其它連續強化纖維時,按照連續強化纖維的特性適當地選擇在玻璃纖維、碳纖維所使用的聚束劑之種類、及賦予量即可,以設為依據在碳纖維所使用的聚束劑之聚束劑的種類、及賦予量為佳。
[連續強化纖維的形狀]
連續強化纖維係由複數根強化纖維所構成之複絲,單絲數係從操作性的觀點而言,以30至15,000根為佳。連續強化纖維的單絲直徑係從強度的觀點、及操作性的觀點而言,以2至30μm為佳,以4至25μm為較佳,以6至20μm為更佳,以8至18μm為最佳。
連續強化纖維之單絲直徑R(μm)與密度D(g/cm3)的乘積RD係從複合紗的操作性及成形體強度的觀點而言,良好為5至100μm.g/cm3,較佳為10至50μm. g/cm3,更佳為15至45μm.g/cm3、又更佳為20至45μm.g/cm3
密度D係能夠使用比重計而測定。另一方面,單絲直徑(μm)係能夠從密度(g/cm3)、纖度(dtex)、及單絲數(根)且依照下列式而算出:
Figure TW201945443A_D0001
為了要將連續強化纖維的乘積RD設為預定範圍,對在市售取得的連續強化纖維,按照連續強化纖維所具有的密度而適當地選擇纖度(dtex)及單絲數(根)即可。例如玻璃纖維作為連續強化纖維時,因為密度為約2.5g/cm3,所以選擇單絲直徑為2至40μm之物即可。具體而言,玻璃纖維的單絲直徑為9μm時,藉由選擇纖度660dtex且單絲數400根的玻璃纖維,讓乘積RD成為23。又,玻璃纖維的單絲直徑為17μm時,藉由選擇纖度11,500dtex且單絲數2,000根的玻璃纖維,讓乘積RD成為43。使用碳纖維作為連續強化纖維時,因為密度為約1.8g/cm3,所以選擇單絲直徑為2.8至55μm之物即可。具體而言,碳纖維的單絲直徑為7μm,藉由選擇纖度纖度2,000dtex且單絲數3,000根的碳纖維,乘積RD成為13。使用醯胺纖維作為連續強化纖維時,因為密度為約1.45g/cm3,所以選擇單絲直徑為3.4至68μm之物即可。具體而言,醯胺纖維的單絲直徑為12μm,藉由選擇纖度纖度1,670dtex且單絲數1,000根的醯胺纖維,乘積RD成為17。
連續強化纖維例如玻璃纖維係計量原料玻璃且混合,在熔融爐成為熔融玻璃且將其進行紡絲而成為玻璃單絲,而且塗佈聚束劑且經過紡絲機而能夠以直接纏繞紗束(DWR;Direct Wind Roving)、絲餅、施加捻轉而成之紗線(yarn)等的 捲取形態而製造。連續強化纖維係任何形態均無妨,成為紗線、絲餅、捲取成為DWR時,因為在使其被覆樹脂之步驟,生產性、及生產安定性提高,故較佳。從生產性的觀點而言係以DWR為最佳。
[合成樹脂]
構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體的基質樹脂之合成樹脂可為熱塑性樹脂,熱硬化性樹脂亦無妨,從成形週期的觀點且從再利用性的觀點而言,以熱塑性樹脂為佳。
[熱塑性樹脂]
構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之熱塑性樹脂可只有使用1種類,併用複數種亦無妨。從與連續纖維強化樹脂的接著性之觀點而言,以含有2種類以上的熱塑性樹脂為佳。含有2種類以上的熱塑性樹脂時,從生產性及強化纖維與樹脂的界面強度之觀點而言,較佳為在與連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根連續強化纖維與合成樹脂之間的極界面中,在從該連續強化纖維的周緣部起算離開該1根連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域,2種類以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的樹脂之佔有比例係比就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂之佔有比例高者。
從偶合劑與熱塑性樹脂的末端官能基之反應性的觀點而言,熱塑性樹脂之吸水率係以0.1重量%以上為佳,以0.3重量%以上為較佳,以0.5重量%以上為較佳,以0.8重量%以上為更佳,以1.0重量%以上為又更佳,以1.5重量%以上為最佳。熱塑性樹脂的吸水率係能夠使用卡耳-費雪(Karl Fisher’s)水分計等而測定。
熱塑性樹脂係以添加有用以促進偶合劑與熱塑性樹脂的末端官能基的反應之觸媒為佳,作為此種觸媒,例如選擇玻璃纖維作為連續強化纖維且選擇聚醯胺樹脂作為熱塑性樹脂時,可舉出用以促進矽烷偶合劑所具有的胺基與聚醯胺樹脂的末端基之羧基之間進行鍵結反應之次磷酸鈉等的磷酸類。
從連續纖維強化樹脂複合材料的機械強度的觀點而言,在熱塑性樹脂所含有的粒狀添加材料之含量,以30ppm以下為佳,以20ppm以下為較佳,以10ppm以下為更佳,以5ppm以下為最佳。
作為在熱塑性樹脂所含有的粒狀添加材料,例如可舉出碳黑等。
[μ液滴生成係數]
μ液滴生成係數係顯示樹脂與強化纖維的相容性之指標,μ液滴生成係數係不只是對樹脂的主成分造成影響,在樹脂所含有的微量成分亦造成影響。熱塑性樹脂與強化纖維的μ液滴生成係數以10以上(接觸次數為4次時)為佳。μ液滴生成係數係例如能夠藉由使用複合材界面特性評價裝置(HM410、東榮產業股份有限公司),將樹脂塗抹在強化纖維的單絲1根時,使樹脂接觸強化纖維複數次,而且計算所生成的液滴之數目且依照下述式而算出:(μ液滴生成係數)={(生成的μ液滴數)/(使樹脂接觸強化纖維之次數)}×10。
[2種以上的熱塑性樹脂]
構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體的基質樹脂之熱塑性樹脂亦可為2種類以上。2種類以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂),在2種類以上的熱塑性樹脂的合計的佔有面積之中,以85%至99%為佳,2種類以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)係熔點為最高的樹脂時,從耐熱性的觀點而言較佳。
2種類以上的熱塑性樹脂之中,熔點為最高的樹脂之熔點與熔點為最低的樹脂之熔點之差,以35℃以上為佳,較佳為100℃以上。在連續纖維強化樹脂成形體所含有的熱塑性樹脂之種類能夠藉由使用雷射拉曼顯微鏡進行解析連續纖維強化樹脂成形體的剖面而特定,各熱塑性樹脂的熔點及玻璃轉移溫度,可從樹脂的組成藉由使用差示掃描熱量計(DSC)而算出。又,熱塑性樹脂的混合物之熔點,與熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)的熔點相同時,從耐熱性的觀點而言較佳。
構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之2種以上的熱塑性樹脂混合物之升溫熔解峰值溫度與降溫結晶化峰值溫度之差係比構成該2種以上的熱塑性樹脂之樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)的升溫熔解峰值溫度與降溫結晶化峰值溫度之差小時,因為成形性與含浸速度的平衡為優異的,故較佳。升溫熔解峰值溫度及降溫結晶化峰值溫度係能夠使用DSC而算出。
從含浸性及強度的觀點而言,較佳為相較於本實施形態之構成連續纖維強化樹脂成形體之2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)與連續強化纖維之間的結合力,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)以外的至少一種樹脂(副樹脂)與前述連續強化纖維之間的結合力為大者。各熱塑性樹脂與連續強化纖維之間的結合力能夠藉由使用奈米壓痕儀之推出(push out)試驗而求取。
從含浸性及強度的觀點而言,較佳為相較於構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之2種以上熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)與連續強化纖維之間的表面張力之差,就該樹脂區域全 體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)以外的至少一種樹脂(副樹脂)與前述連續強化纖維之間的表面張力之差為小者。又,相較於構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)對連續強化纖維之濕潤性,比就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)以外的至少一種樹脂(副樹脂)對連續強化纖維之濕潤性為大,從含浸性及強度的觀點而言較佳。各熱塑性樹脂與連續強化纖維之間的表面張力之差、濕潤性能夠藉由將1根連續強化纖維埋入至在加熱板上熔融後的熱塑性樹脂,將連續強化纖維拉拔時熱塑性樹脂被連續纖維拉伸之長度來進行評價。
構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之2種以上的熱塑性樹脂的混合物的熔融黏度係與該2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)的熔融黏度相同時,因為強度與含浸性的平衡為優異的,故較佳。樹脂的熔融黏度係能夠使用雙毛細管流變計等而測定。
構成本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體之2種以上的熱塑性樹脂,可按照中間材料的形態進行預混合而使用,可以藉由乾式摻合而形成中間材料的樹脂形態。
[熱塑性樹脂的形態]
作為熱塑性樹脂的形態沒有特別限制,例如可舉出薄膜、丸粒、纖維、板、粉狀、經塗佈在強化纖維之物等。
[1種或2種以上的熱塑性樹脂的種類]
熱塑性樹脂係不限定為下列者,但例如可舉出聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烴系樹脂;聚醯胺6、聚醯胺66、聚醯胺46等的聚醯胺系樹脂;聚對苯二甲酸乙二 酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚對苯二甲酸丙二酯等的聚酯系樹脂;聚甲醛(polyoxymethylene)等的聚縮醛系樹脂;聚碳酸酯系樹脂;聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚二醇、聚丙二醇、聚四亞甲基醚二醇等的聚醚系樹脂;聚醚碸;聚苯硫;熱塑性聚醚醯亞胺;四氟乙烯-乙烯共聚物等的熱塑性氟系樹脂;聚胺酯系樹脂;丙烯酸系樹脂及將該等樹脂改質而成之改質熱塑性樹脂。
該等熱塑性樹脂之中,從機械物性、泛用性的觀點而言,以聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚酯系樹脂、聚醚系樹脂、聚醚碸、聚苯硫、熱塑性聚醚醯亞胺、熱塑性氟系樹脂為佳,聚烯烴系樹脂、改質聚烯烴系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚酯系樹脂、聚胺酯系樹脂及丙烯酸系樹脂為較佳,加上熱物性之觀點時,以聚醯胺系樹脂及聚酯系樹脂為更佳。又,從對重複荷重負荷之耐久性的觀點而言,以聚醯胺系樹脂為又更佳。
[聚酯系樹脂]
所謂聚酯系樹脂係意味著在主鏈具有-CO-O-(酯)鍵之高分子化合物。
作為聚酯系樹脂,不限定為下列者,例如可舉出聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚四亞甲基對苯二甲酸酯、聚-1,4-伸環己基二亞甲基對苯二甲酸酯、聚乙烯-2,6-萘二羧酸酯等。
聚酯系樹脂可為同元聚酯,而且亦可為共聚合聚酯。
共聚合聚酯時,以使適當的第3成分對同元聚酯共聚合而成之物為佳,作為第3成分,不限定為下列者,例如可舉出二乙二醇、新戊二醇、聚烷二醇等的二醇成分、己二酸、癸二酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、5-磺基間苯二甲酸鈉等的二羧酸成分等。
又,亦能夠使用採用源自生質資源的原料之聚酯系樹脂,不限定為下列者, 例如可舉出聚乳酸、聚琥珀酸丁二酯、聚琥珀酸丁二酯己二酯等的脂肪族聚酯系樹脂;及聚己二酸丁二酯對苯二甲酸酯等的芳香族聚酯系樹脂等。
[聚醯胺系樹脂]
所謂聚醯胺系樹脂係意味著在主鏈具有-CO-NH-(醯胺)鍵之高分子化合物。例如可舉出脂肪族系聚醯胺、芳香族系聚醯胺、全芳香族系聚醯胺等,從與強化纖維之親和性的觀點及容易得到高之使用強化纖維的增強效果之觀點而言,以脂肪族系聚醯胺為佳。
從樹脂與強化纖維的接著之觀點而言,在聚醯胺樹脂所含有的羧基末端基之量係以65μmol/g以上為佳,以70μmol/g以上為較佳,以75μmol/g以上為更佳,以80μmol/g以上為又更佳。
從樹脂與強化纖維的接著之觀點而言,在聚醯胺樹脂所含有的胺基末端基之量係以40μmol/g以下為佳,以35μmol/g以下為較佳,以30μmol/g以下為更佳,以25μmol/g以下為又更佳。
作為聚醯胺系樹脂,不限定為下列者,例如可舉出藉由內醯胺的開環聚合而得到的聚醯胺、藉由ω-胺基羧酸自縮合而得到的聚醯胺、藉由二胺與二羧酸縮合而得到的聚醯胺、以及該等的共聚物。
聚醯胺系樹脂可單獨使用1種,亦可以2種以上的混合物之方式使用。
作為內醯胺,不限定為下列者,例如可舉出吡咯啶酮、己內醯胺、十一內醯胺、十二內醯胺。作為ω-胺基羧酸,不限定為下列者,例如可舉出內醯胺藉由水之開環化合物亦即ω-胺基脂肪酸。內醯胺或ω-胺基羧酸亦可將各自2種以上的單體併用而使其縮合。
作為二胺(單體),不限定為下列者,例如可舉出己二胺、戊二胺等 的直鏈狀脂肪族二胺;2-甲基戊烷二胺、2-乙基己二胺等的分枝型脂肪族二胺;對苯二胺、間苯二胺等的芳香族二胺;環己烷二胺、環戊二胺、環辛二胺等的脂環式二胺。
作為二羧酸(單體),不限定為下列者,例如可舉出己二酸、庚二酸、癸二酸等的脂肪族二羧酸;鄰苯二甲酸、間苯二甲酸等的芳香族二羧酸;環己烷二羧酸等的脂環式二羧酸。單體之二胺及二羧酸係各自可為單獨1種或藉由併用2種以上而使其縮合。
作為聚醯胺系樹脂,不限定為下列者,例如可舉出聚醯胺4(聚α-吡咯啶酮)、聚醯胺6(聚己醯胺)、聚醯胺11(聚十一烷醯胺)、聚醯胺12(聚十四烷醯胺)、聚醯胺46(聚四亞甲基己二醯二胺)、聚醯胺66(聚六亞甲基己二醯二胺)、聚醯胺610、聚醯胺612、聚醯胺6T(聚六亞甲基對苯二甲醯胺)、聚醯胺9T(聚九亞甲基對苯二甲醯胺)、及聚醯胺6I(聚六亞甲基間苯二甲醯胺)、以及含有該等聚醯胺作為構成成分之共聚合聚醯胺。
作為共聚合聚醯胺,不限定為下列者,例如可舉出六亞甲基己二醯二胺及六亞甲基對苯二甲醯胺的共聚物、六亞甲基己二醯二胺及六亞甲基間苯二甲醯胺的共聚物、以及六亞甲基對苯二甲醯胺及2-甲基戊烷二胺對苯二甲醯胺的共聚物。
[連續纖維強化複合材料的賦形成形體之製造方法]
能夠藉由包含將使用前述方法所製成的連續纖維強化樹脂複合材料,使用IR加熱器等加熱至前述熱塑性樹脂的熔點以上且使用金屬模具等的模具進行沖壓,之後,冷卻至該熱塑性樹脂的熔點以下之溫度為止而賦形之步驟,來製造連續纖維強化複合材料的賦形成形體。
[熱硬化性樹脂]
熱硬化性樹脂係不限定為下列者,但例如可舉出環氧樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、不飽和聚酯樹脂等。該等熱硬化性樹脂係能夠單獨使用1種、或組合2種類以上而使用。
[本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體(複合材料)之用途]
本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體能夠適合使用在飛機、車輛、建設材料、機器人、通信機器殼體等的構造材料用途。
在車輛用途,不限定為下列者,例如能夠使用在底盤/框架、車盤零件(undercarriage parts)、驅動系統零件、內裝零件、外裝零件、功能零件、其它零件。
具體而言,能夠適合使用作為方向盤軸、架台、天窗、踏板、車頂飾板、車門飾板、行李箱、行李箱蓋、引擎蓋、座椅架、座椅靠背、安全帶收縮器、安全帶收縮器支撐架、離合器、齒輪、滑輪、凸軸、GA軸、彈性梁、阻尼、燈、反射鏡、安全玻璃材料、前端模組、後車門內板、煞車踏板、方向盤、電裝材料、吸音材料、車門外裝、內裝面板、儀表板、尾門、車頂內襯、座椅、座椅骨架、雨刷連桿、EPS(Electric Power Steering:電子動力輔助轉向)、小型馬達、散熱片、ECU(Engine Control Unit:引擎控制單元)箱、ECU外罩、轉向齒輪箱外罩、塑膠外罩、EV(Electric Vehicle:電動車)馬達用框體、線組、車用儀表、綜合開關、小型馬達、彈簧、減震器、車輪、輪圈蓋、車架、副車架、側車架、機車車架、燃料槽、油盤、進氣歧管、傳動軸、驅動用馬達、單體座艙、氫氣槽、燃料電池的電極、板件、車底板、外板件、車門、車室、車頂、引擎蓋、汽門、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排氣再循環)汽門、可變汽門正時單元、連桿、汽缸孔、樑件 (引擎腳、前地板橫樑、放腳空間的橫樑、座椅橫樑、內側、後橫樑、懸吊、車柱強化樑、前側、前板、上板、前圍板橫樑、轉向)、通道、鎖固插入件、潰縮箱、潰縮軌、橋殼、車頂軌、上車體、側軌、葉片、車門包圍總成、安全氣囊用構件、車柱、前圍至車柱撐件、懸吊塔、保險桿、車體下柱、前車柱、強化件(儀表板、軌道、前車柱、車頂軌、車頂側軌、置物箱、車門腰線、前地板下層、前車體上柱、前車體下柱、中柱、中柱鉸鏈、車門外側板)、側面外板、前門車窗框、MICS(Minimum Intrusion Cabin System:座艙撞擊防護系統)組件、扭力箱、散熱器支架、散熱器風扇、水泵、燃料泵、電子控制節流閥本體、引擎控制ECU、啟動器、交流發電機、歧管、變速箱、離合器、前圍板、前圍板絕緣墊、車門側向衝擊防護橫樑、保險桿橫樑、車門橫樑、隔牆、外側墊、內側墊、後座椅桿、車門板、車門飾板副總成、能量吸收件(保險桿、衝擊吸收)、衝擊吸收體、衝擊吸收飾條、車柱飾條、車頂內側飾條、潰縮箱、樹脂肋、側軌前間隔材、側軌後間隔材、安全帶預縮器、安全氣囊感測器、臂(懸吊、下臂、引擎蓋鉸鏈)、懸吊連桿、衝擊吸收支架、擋泥板支架、反相器支架、反相器模組、引擎蓋內板、引擎蓋板、前罩板通風孔、前罩板頂部外側前板、前罩板頂部外側板、地板靜音層、減震座椅、引擎蓋絕緣層、擋泥板側板保護件、前罩板絕緣層、前罩板頂部通風孔、汽缸蓋外蓋、輪胎導流板、擋泥板支撐架、引擎室拉桿、中央通道、地板通道、散熱器心子支撐架、行李箱飾板、行李箱地板、加速器踏板(accelerator pedal)、加速器踏板座等的零件。
本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體(複合材料)係在通信機器殼體用途,例如亦可為長方體狀。
殼體的特性係在被要求電波透射性之構件,使用KEC法而測定之電場屏蔽 性,在頻率1GHz頻帶係以小於10dB為佳,較佳為小於5dB,更佳為小於0.1dB。作為具有本特性之連續強化纖維能夠使用連續強化玻璃纖維。
殼體的平均壁厚係以1mm以下為佳,以0.5mm以下為更佳,以0.4mm以下為最佳。例如藉由經由預成型體(preform)而製造,能夠製造連續纖維的雜亂較少且不產生空隙之目標厚度的殼體。
[實施例]
以下,藉由實施例、比較例而更具體地說明本發明,但是本發明係不被該等實施例限定,在本發明的要旨之範圍內能夠進行各種變形而實施為自不待言。
首先,說明在實施例、比較例所使用的測定方法等。
[從1根連續強化纖維的末端起算1根連續強化纖維的半徑之10分之1的區域的平均空隙率]
使用帶鋸將連續纖維強化樹脂成形體進行切削,將經切削的試片使用研磨機(小型精密試料製造(製作)系統IS-POLISHER ISPP-1000(池上精機股份有限公司))以在研磨面承受400g/cm2的力量之方式進行研。
研磨係依序使用耐水砂紙號數#220研磨10分鐘、使用耐水砂紙號數#400研磨2分鐘、使用耐水砂紙號數#800研磨5分鐘、使用耐水砂紙號數#1200研磨15分鐘、使用耐水砂紙號數#2000研磨15分鐘、使用碳化矽膜粒度9μm研磨15分鐘、使用氧化鋁膜粒度5μm研磨15分鐘、使用氧化鋁膜粒度3μm研磨15分鐘、使用氧化鋁膜粒度1μm研磨15分鐘、使用採用拋光研磨紙發泡聚胺酯之粒度0.1μm的膠態氧化矽(Baikalox 0.1CR)研磨10分鐘且在各研磨邊以約7mL/min添加水邊研磨。將研磨後的試樣使用SEM(S-4700、日立HIGHTECHNOLOGIES股 份有限公司)進行觀察且從所得到的畫像,算出1根連續強化纖維的半徑之10分之1的區域的空隙率。針對任意選擇的連續強化纖維100根進行觀察,且求取在1根連續強化纖維的半徑之10分之1的區域的平均空隙率,及空隙率為10%以下之物的比率。
[含浸率]
切取成形體的剖面且埋封至環氧樹脂,以連續強化纖維不破損的方式邊注意邊進行研磨後。從藉由顯微鏡觀察而得到的畫像,求取連續強化纖維束、合成樹脂、空隙各自的佔有面積,而且求取空隙面積對連續強化纖維束(全體)面積之比例且依照下列式而算出: 含浸率(%)={1-(空隙面積/連續強化纖維束面積)}×100
[拉伸應力]
從成形體切取長度70mm、寬度10mm、壁厚2mm的薄長形試片,使用INSTRON萬能試驗機且將試片在長度方向以30mm的間隔使用夾具夾住,而且在速度5mm/min、23℃ 50%RH環境下且在150℃、50%的恆溫槽內測定拉伸應力(MPa)。
[彎曲應力、彎曲彈性模數]
從成形體切取長度100mm、寬度10mm、壁厚2mm的薄長形試片,使用INSTRON萬能試驗機且使用3點彎曲用輔助具,將間距之間設定為32mm且在速度1mm/min、23℃、50%RH環境下測定彎曲應力(MPa)、及彎曲彈性模數(GPa)。
[連續纖維強化樹脂中的強化纖維的體積比率(Vf)之測定及在成形中漏出的樹脂量比率]
切取連續纖維強化樹脂成形體2g放入電爐且在溫度650℃加熱3小時而將 樹脂燒盡。之後,自然冷卻至室溫為止,藉由測定剩下的玻璃纖維之質量來求取在連續纖維強化樹脂成形體所含有的玻璃纖維與樹脂之比例。又,藉由從所求取的比率除以密度,來求取強化纖維對連續纖維強化樹脂成形體的體積比率(Vf)。又,從添加的樹脂量及在成形後的連續纖維強化樹脂成形體所含有的樹脂量,來求取在成形中漏出的樹脂量,藉由將漏出的樹脂量除以添加的樹脂量而求取漏出的樹脂量比率。
[2種以上的纖維強化樹脂內的各熱塑性樹脂的種類及佔有比例]
將連續纖維強化樹脂成形體的厚度方向剖面(與連續強化纖維的長度方向正交之剖面)針對任意5處進行切取且埋封至環氧樹脂,以連續強化纖維不破損的方式邊注意邊進行研磨。
使用雷射拉曼顯微鏡(inViaQontor共焦點拉曼顯微鏡;Renishaw股份有限公司)拍攝該剖面的映射畫像,從得到的畫像、光譜特定在纖維強化樹脂所含有的樹脂種類。又,藉由使用ImageJ之畫像處理而算出各自的面積,且算出從1根連續強化纖維的末端起算佔有1根連續強化纖維的半徑之10分之1的區域之樹脂的佔有比例(面積比例)。又,針對該剖面中的任意10根連續強化纖維,算出佔有1根連續強化纖維的半徑之10分之1的區域之各樹脂的面積比例且求取其平均值。
[在纖維強化樹脂成形體之極界面區域以外的樹脂區域內之熱塑性樹脂的分布]
將連續纖維強化樹脂成形體使用研磨機(小型精密試料製造(製作)系統IS-POLISHER ISPP-1000(池上精機股份有限公司)),以在研磨面承受125g/cm2的力量之方式進行研磨。研磨係依序使用耐水砂紙號數#220研磨10分鐘、使用耐水 砂紙號數#1200研磨10分鐘、使用耐水砂紙號數#2000研磨5分鐘、使用碳化矽膜粒度9μm研磨10分鐘、使用氧化鋁膜粒度5μm研磨10分鐘、使用氧化鋁膜粒度3μm研磨5分鐘、使用氧化鋁膜粒度1μm研磨5分鐘、使用採用拋光研磨紙發泡聚胺酯之粒度0.1μm的膠態氧化矽(Baikalox 0.1CR)研磨5分鐘且在各研磨邊以約7mL/min添加水邊研磨。將研磨後的試樣以研磨面不塌陷的方式邊注意邊浸漬在12鎢(VI)磷酸n水合物5wt%水溶液中18小時而電子染色。乾燥後,使用SEM(S-4700、日立HIGHTECHNOLOGIES股份有限公司)觀察任意5處之50μm×50μm部分的熱塑性樹脂分布且藉由使用imageJ之畫像處理算出各自的面積。從所得到的分布,判定在極界面區域以外的樹脂區域內,特定樹脂是否均勻地分散或混合。
[連續纖維強化樹脂成形體的損失正切之測定方法]
將厚度2mm的連續纖維強化樹脂成形體使用帶鋸,在對纖維方向於0°、90°方向切削成為寬度5mm、長度60mm且使用動態黏彈性測定裝置(AresG2、TA Instruments股份有限公司)在氮氣環境下、且測定溫度範圍30℃至250℃、升溫速度5.0℃/分鐘、角頻率10rad/s的條件下以扭曲模式測定變形模態。從將在各溫度之損失正切進行標繪而成之圖表的峰頂之值及此時的溫度,得到損失正切之值與此時溫度。損失正切之值係設為低溫側的峰頂之值。
[面衝撃試驗]
從成形體切取長度60mm、寬度60mm、壁厚2mm的試片,使用高速衝撃試驗機(島津HYDRO SHOT HITS-P10、島津製作所股份有限公司),依據JIS K7211-2;2006且在Stryker直徑20mm
Figure TW201945443A_D0002
、接受直徑40mm
Figure TW201945443A_D0003
、試驗速度4.4m/sec、試驗溫度23℃、試驗數n=5的條件下進行試驗。畫下試驗力對位移之圖表,算 出到達最大衝撃力為止之積分值且將5試樣的平均值設為衝撃吸收能量。
[連續纖維強化樹脂成形體之扭曲模式的儲存彈性模數的測定方法]
將厚度2mm的連續纖維強化樹脂成形體使用帶鋸,在對纖維方向為0°、90°之方向切削成為寬度5mm、長度60mm且使用動態黏彈性測定裝置(AresG2、TA Instruments股份有限公司)在氮氣環境下、且測定溫度範圍30℃至250℃、升溫速度5.0℃/分鐘、角頻率10rad/s的條件下以扭曲模式測定變形模態。從將各溫度的儲存彈性模數進行標繪而成之圖表的峰頂之值及此時的溫度,得到儲存彈性模數之值與此時溫度。
[面衝撃試驗]
從成形體切取長度60mm、寬度60mm、壁厚2mm的試片,使用高速衝撃試驗機(島津HYDRO SHOT HITS-P10、島津製作所股份有限公司),依據JIS K7211-2;2006且在Stryker直徑20mm
Figure TW201945443A_D0004
、接受直徑40mm
Figure TW201945443A_D0005
、試驗速度4.4m/sec、試驗溫度23℃、試驗數n=5的條件下進行試驗。畫下試驗力對位移之圖表,採用5試樣的平均值而求取最大衝撃強度。
[連續纖維強化樹脂成形體的彎曲儲存彈性模數之測定方法]
將厚度2mm的連續纖維強化樹脂成形體使用帶鋸,在對纖維方向於0°、90°方向或45°方向(傾斜方向)切削成為寬度5mm、長度60mm且使用動態黏彈性測定裝置(Eplexor-500N、GABO公司)在氮氣環境下、且測定溫度範圍25℃至250℃、升溫速度3.0℃/分鐘、振動頻率8Hz的條件下以彎曲模式測定變形模態,將最高值設為彎曲儲存彈性模數而得到彎曲儲存彈性模數。而且得到在各溫度之儲存彈性模數。
[連續纖維強化樹脂成形體的拉伸儲存彈性模數、損失正切之測定方法]
將厚度2mm的連續纖維強化樹脂成形體使用帶鋸,在對纖維方向於0°、90°方向切削成為寬度5mm、長度60mm且使用動態黏彈性測定裝置(Eplexor-500N、GABO公司)在氮氣環境下、且測定溫度範圍25℃至250℃、升溫速度3.0℃/分鐘、振動頻率8Hz的條件下以拉伸模式測定變形模態,而得到在各溫度之儲存彈性模數。又,標繪在各溫度之損失正切時,將在20℃至200℃之間之極大值設為拉伸損失正切。
[熱塑性樹脂的熔點及降溫結晶化溫度的測定方法]
將2種以上的熱塑性樹脂之混合物或各自使用島津製作所製DSC-60且試料量係設為約5mg,環境氣體係以30mL/分鐘流動且升溫溫度係在10℃/分鐘的條件下從室溫(25℃)加熱至預料熔點以上的溫度為止使其熔融,而且將熔融後的聚醯胺樹脂使其以10℃/分鐘冷卻時所觀測到之發熱峰值的峰頂溫度設為結晶化溫度。之後,將以10℃/分鐘的速度再升溫至熔點以上的溫度時所觀測到的吸熱峰值的峰頂溫度設為熔點。
[強化纖維與各熱塑性樹脂的結合力之測定]
將連續纖維強化樹脂成形體,切削成為30μm的厚度而設為與強化纖維的長度方向正交之剖面,而且以連續強化纖維不破損的方式邊注意邊進行研磨。藉由將研磨後的試樣使用奈米壓痕儀(iMicro、Nanomechenics,Inc.)而將強化纖維擠出,來測定強化纖維與熱塑性樹脂之結合力。相較於熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)與強化纖維之間的結合力,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)以外的樹脂(副樹脂)與強化纖維之間 的結合力為大時判定為「○」,較弱時判定為「×」。
[濕潤性、表面張力的測定]
將1根連續強化纖維埋入至在經加熱至280℃的加熱板上熔融後的熱塑性樹脂,邊使用顯微鏡觀察邊以1mm/秒將1mm連續強化纖維拉拔時,依照熱塑性樹脂被連續纖維拉伸的長度而進行評價。相較於熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)被強化纖維拉伸後的長度,該熱塑性樹脂之中就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)以外的樹脂(副樹脂)被強化纖維拉伸後的長度為大時,將濕潤性、表面張力判定為「○」,較弱時判定為「×」。
[樹脂的熔融黏度之測定]
使用雙毛細管流變計(ROSAND PRECISION),在280℃使剪切速率(shear rate)變化成為100/s、200/s、400/s、1000/s、2000/s、4000/s、8000/s而進行測定。在剪切速率4000/s,2種以上的熱塑性樹脂的混合物之熔融黏度係前述2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂的黏度之4/5倍至5/4倍時判定為「○」,此外的情況判定為「×」。
[熱塑性樹脂的吸水率之測定]
使用卡耳-費雪水分計(京都電子工業股份有限公司、MKC610)且氮氣環境下,量取0.3g熱塑性樹脂且進行測定。
[熱塑性樹脂的熱沖壓中的流動率之測定]
藉由秤量在成形中漏出的樹脂之重量,除以原來的熱塑性樹脂之重量而求取。
[連續纖維強化樹脂複合材料強化纖維的體積比率之測定]
切取連續纖維強化樹脂複合材料2g,放入至電爐且在溫度650℃加熱3小時而將樹脂燒盡。之後,自然冷卻至室溫為止,藉由測定剩下的玻璃纖維之質量來求取在連續纖維強化樹脂複合材料所含有的玻璃纖維與樹脂之比例。又,藉由從所求取的比率除以密度,來求取強化纖維對連續纖維強化樹脂複合材料的體積比率(Vf)。
[已擴散至熱塑性樹脂中之聚束劑的比率之測定]
將連續纖維強化樹脂複合材料1g及連續強化纖維1g各自浸漬在六氟異丙醇(HFIP)20mLbm且使用攪拌輥攪拌5小時而使熱塑性樹脂溶解。將溶解殘留之物使用HFIP洗淨2次,進而浸漬在HFIP且使用攪拌輥攪拌5小時。將溶解殘留物使用HFIP洗淨2次,真空乾燥之後,使用XPS(Versa probeII、Ulvac-phi股份有限公司)而在激發源mono.AlKα 20kV×5mA 100W、分析尺寸100μm×1.4mm的條件下,在光電子取出角進行測定。
[末端官能基量的測定]
使試料15mg溶解在D2SO41.5mg,在室溫進行1H-NMR(JEOL-ECZ500)測定來求取。
[聲波發射(AE)法測定]
聲波發射法測定係將切削成為長度14mm(厚度的7倍)、寬度10mm之厚度2.0mm的連續纖維強化樹脂複合材料。在設定為間距之間10mm(厚度的5倍)、試驗速度1mm/min之層間剪切試驗(JIS K7078),藉由安裝AE感測器(AE-900M)而實施。將前置增幅器(Preamp)設定為34dB,將臨限值設定為30dB,將濾波器設定為95kHz-960kHz,而且將AE振幅小於50dB且AE信號的持續時間小於1000μs的AE信號設為相當於樹脂損傷,將AE振幅為60dB以上且AE信號的 持續時間為1000μs以上的AE信號設為相當於層間剝離,將AE振幅為50dB以上且AE信號的持續時間小於1000μs的AE信號設為相當於玻璃纖維損傷而進行解析。
[μ液滴生成係數的測定]
μ液滴生成係數係使用複合材界面特性評價裝置(HM410、東榮產業股份有限公司)而進行,將樹脂安裝在裝置的加熱爐部分,將爐內溫度設定為樹脂的熔點-40℃,而且安裝在裝置且將樹脂塗抹在強化纖維的1根單絲。樹脂不熔融而未附著在強化纖維時,使爐內每次上升10℃溫度至樹脂熔融為止且將樹脂塗抹在強化纖維。使用熔融後的樹脂接觸強化纖維4次而使樹脂附著之後,靜置1分鐘且計算所生成的μ液滴之數目,依照下述式: (μ液滴生成係數)={(生成的μ液滴數)/4}×10而算出。
[振動疲勞試驗]
準備ASTM-D1822拉伸衝撃啞鈴狀物TypeS的試片,使用EHF-EB50kN-40L(RV)(島津製作所股份有限公司),在試驗溫度23℃、頻率20Hz、波形設為正弦波、夾頭之間35mm的條件下且將負荷最低荷重設定為負荷荷重的10%而進行。
[連續強化纖維]
[玻璃纖維(A)]
製造使聚束劑附著0.45質量%之纖度11500dtex且單絲數2000根的玻璃纖維。捲取形態係設為DWR,平均單絲直徑係設為17μm。
玻璃纖維聚束劑係藉由使γ-胺丙基三乙氧基矽烷(以下、胺基矽烷)KBE-903(信越化學工業股份有限公司製)0.5質量%、巴西棕櫚蠟1質量%、聚胺酯樹 脂Y65-55(ADEKA股份有限公司製)2質量%、順丁烯二酸酐40質量%、丙烯酸甲酯50質量%、及甲基丙烯酸甲酯10質量%共聚合,以重量平均分子量為20000之共聚合化合物成為3質量%、共聚合化合物水溶液成為3質量%之方式使用脫離子水進行調製而製造。
[玻璃纖維B]
除了設為纖度2900dtex、單絲數800根、平均單絲直徑13μm以外,製造與玻璃纖維(A)相同的玻璃。
[玻璃纖維C]
ER1200T-423(日本電氣硝子股份有限公司)
[熱塑性樹脂]
聚醯胺樹脂A:聚醯胺66(LEONA1300S(旭化成股份有限公司))、熔點265℃、熔解峰值溫度與降溫結晶化峰值溫度之差(Tm-Tc)=53℃、羧基末端基數為70μmol/g、胺基末端基為32μmol/g之(實施例6-)。
聚醯胺樹脂B:聚醯胺6/12(Grilon CCF6S(EMS-CHEMIE Japan股份有限公司))、熔點130℃
聚醯胺樹脂C:聚醯胺66(LEONA1402S(旭化成股份有限公司))或聚醯胺6(實施例4-、5-)(Grilon BS2natural(EMS-CHEMIE Japan股份有限公司))、熔點225℃
聚醯胺6I(實施例5-):LEONAR16024(旭化成股份有限公司)玻璃轉移溫度:130℃
聚醯胺6T/6I(實施例5-):東洋紡股份有限公司試製品
聚乙烯(PE)(實施例5-):SUNTEC J240(旭化成股份有限公司)熔點:125℃
[聚醯胺膜]
藉由將前述熱塑性樹脂A及/或B,使用T字模擠製成形機(創研股份有限公司製)進行成形而得到薄膜。薄膜的厚度為100μm。
[玻璃布、碳纖維布帛]
使用劍杆織布機(rapier loom)(織寬2m),使用前述玻璃纖維作為經紗、緯紗而進行織造來製造玻璃布。所得到的玻璃布之織物形態為平紋編織(plain weave),織物密度為6.5根/25mm、單位面積重量為600g/m2
玻璃布(實施例5-):WFR 350 100BS6(日東紡股份有限公司)
碳纖維布帛(實施例5-):製造使聚乙烯基吡咯啶酮附著2.8質量%之纖度8000dtex且單絲數12000根的碳纖維,之後使用劍杆織布機而進行織造(平紋編織)。
[粒狀添加材料]
使用含有碳黑的母料(旭化成股份有限公司)作為粒狀添加材料。碳黑為含有3wt%。
[連續纖維強化樹脂成形體的製造]
使用最大合模力50噸的油壓成形機(Shoji股份有限公司)作為成形機。準備用以得到平板型的連續纖維強化樹脂成形體(縱200mm、橫100mm、壁厚2mm)之嵌入構造的模具。
將前述玻璃布及前述聚醯胺膜配合模具形狀而切斷,而且重疊預定片數且設置在模具內。
將成形機內溫度加熱至330℃,其次以合模力5MPa合模且進行沖壓成形。 成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點之265℃之後起算1分鐘,將模具急冷之後將模具打開且將成形體取出。成形中的最大溫度為275℃。
[使用雙鋼帶沖壓法裝置而製造]
使用雙鋼帶沖壓法裝置(製程系統股份有限公司)作為成形機。將前述玻璃布5片及前述聚醯胺膜10根從捲物捲出。將裝置加熱部溫度設為330℃且冷卻係藉由水冷卻而進行。以壓力30kN進行加壓且以0.2m/min進行搬運。
[實施例1-1]
將玻璃布6片及聚醯胺樹脂A的薄膜7片進行重疊成形。成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後1分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為285℃。
[實施例1-2]
將玻璃布6片及聚醯胺樹脂A的薄膜7片進行重疊成形。將成形機內的溫度設定在300℃,成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後15分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為300℃。
[實施例1-3]
除了設為到達265℃之後30秒的成形以外,與實施例1-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。成形中的最大溫度為280℃。
[實施例1-4]
除了聚醯胺膜係從聚醯胺樹脂A與聚醯胺樹脂B的乾式摻合品(A:B=8:1)得到以外,與實施例1-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[實施例1-5]
除了使用環氧樹脂代替聚醯胺樹脂A的薄膜以外,與實施例1-2相同地進 行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
使用作為聚束劑之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷(KBM-402、信越化學工業股份有限公司)0.3質量%、環氧樹脂乳化液1.5質量%、使巴西棕櫚蠟附著0.2質量%而成之前述玻璃纖維而製造玻璃布。使該玻璃布層積6片而設置在模具,在此,將雙酚A型液狀環氧樹脂(jER828、三菱化學股份有限公司)16g及雙酚A(4、4’-(丙烷-2,2-二基)二苯酚1.6g投入,而且將成形機內的溫度設定為40℃且以合模力5MPa進行沖壓成形3天,來得到連續纖維強化樹脂成形體。
[實施例1-6]
除了將玻璃布的片數設為5片,使聚醯胺樹脂A的薄膜片數成為10片以外,與實施例1-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例1-1]
除了使用不添加聚束劑的玻璃纖維以外,與實施例1-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例1-2]
除了使用使附著有作為矽烷偶合劑之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷0.3質量%、環氧樹脂乳化液1.5質量%、及巴西棕櫚蠟0.2質量%作為聚束劑之玻璃纖維以外,與實施例1-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例1-3]
有關使玻璃布含浸聚醯胺66而成之Bond Laminate製「Tepex dynalite 101」,亦與實施例1-1進行相同的評價。
[比較例1-6]
將成形機內溫度設定在265℃且成形以外,與實施例1-2相同地進行而得到 連續纖維強化樹脂成形體。成形中的最大溫度為265℃。
從上述表1中,實施例1-1至6的連續纖維強化樹脂成形體係因為從1根連續強化纖維的末端起算1根連續強化纖維的半徑之10分之1的區域的空隙率為10%以下者,為全體的10%以上之連續纖維強化樹脂,所以顯示非常高的拉伸應力、彎曲應力、及彎曲彈性模數。相較於在比較例1-3使用市售品之中間材料而得到的成形體之物性,該等物性係相當地較為良好。
如比較例1-1、2,使用不塗佈聚束劑的連續強化纖維或是塗佈與樹脂的相容性較差的聚束劑之連續強化纖維時,空隙率大於10%且拉伸應力、彎曲應力、彎曲彈性模數低落。
如比較例1-6,成形溫度較低時,空隙率大於10%且拉伸應力、彎曲應力、彎曲彈性模數低落。
[實施例2-1]
將玻璃布6片及聚醯胺樹脂A的薄膜7片進行重疊成形。成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後1分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為285℃。
[實施例2-2]
將玻璃布6片及聚醯胺樹脂A的薄膜7片進行重疊成形。將成形機內的溫度設定為300℃且成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後1分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為300℃。
[實施例2-3]
除了設為到達265℃之後30秒的成形以外,與實施例2-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。成形中的最大溫度為280℃。
[實施例2-4]
除了聚醯胺膜為聚醯胺樹脂B的薄膜以外,與實施例2-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[實施例2-5]
除了將玻璃布的片數設為5片,將聚醯胺樹脂A的薄膜的片數設為10片以外,與實施例2-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[實施例2-6]
除了將玻璃布的片數設為5片,將聚醯胺樹脂A的薄膜的片數設為10片以外,與實施例2-2相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例2-1]
除了使用不添加聚束劑的玻璃纖維以外,與實施例2-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例2-2]
除了使用使附著有作為矽烷偶合劑之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷0.3質量%、環氧樹脂乳化液1.5質量%、及巴西棕櫚蠟0.2質量%作為聚束劑之玻璃纖維以外,與實施例2-6相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例2-3]
有關使玻璃布含浸聚醯胺66而成之Bond Laminate製「Tepex dynalite 101」,亦與實施例2-1進行相同的評價。
從上述表2中,因為實施例2-1至6的連續纖維強化樹脂成形體之扭曲模式的損失正切為0.11以下,所以顯示非常高的衝撃吸收能量。相較於 在比較例2-3之使用市售品的中間材料而得到的成形體之物性,該等物性為相當地較良好。
如比較例,損失正切高時,衝撃吸收能量低落。
[實施例3-1]
將玻璃布6片及聚醯胺樹脂A的薄膜7片進行重疊成形。成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後1分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為285℃。
[實施例3-2]
將玻璃布6片及聚醯胺樹脂A的薄膜7片進行重疊成形。將成形機內的溫度設定為300℃,成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後10分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為300℃。
[實施例3-3]
除了設為到達265℃之後30秒的成形以外,與實施例3-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。成形中的最大溫度為280℃。
[實施例3-4]
聚醯胺膜係除了聚醯胺樹脂B的薄膜以外,與實施例3-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[實施例3-5]
除了將玻璃布的片數設為5片、聚醯胺樹脂A薄膜的片數設為10片以外,與實施例3-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[實施例3-6]
除了將玻璃布的片數設為5片、聚醯胺樹脂A薄膜的片數設為10片以外, 與實施例3-2相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例3-1]
除了使用不添加聚束劑的玻璃纖維以外,與實施例3-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例3-2]
除了使用使附著有作為矽烷偶合劑之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷0.3質量%、環氧樹脂乳化液1.5質量%、及巴西棕櫚蠟0.2質量%作為聚束劑之玻璃纖維以外,與實施例3-6相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例3-3]
有關使玻璃布含浸聚醯胺66而成之Bond Laminate製「Tepex dynalite 101」,亦與實施例3-1進行相同的評價。
從上述表中3,因為實施例3-1至6的連續纖維強化樹脂成形體 之扭曲模式的儲存彈性模數為3.4GPa以上,所以顯示非常高的衝撃強度。相較於在比較例3-3之使用市售品的中間材料而得到的成形體之物性,該等物性為相當地較良好。
如比較例,扭曲模式的儲存彈性模數較低時,衝撃強度低落。
[實施例4-1]
將玻璃布5片及聚醯胺樹脂A的薄膜10片進行重疊成形。將成形機內的溫度設定為300℃,成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後10分鐘、將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為300℃。此時的彎曲儲存彈性模數為31GPa,在150℃之彎曲儲存彈性模數為24GPa(保持率77%),傾斜地切削時之彎曲儲存彈性模數為20GPa(保持率64%),在50℃之拉伸儲存彈性模數為25GPa,拉伸損失正切為0.033,拉伸儲存彈性模數與彎曲儲存彈性模數反轉之溫度為115℃,{在30℃之(拉伸儲存彈性模數-彎曲儲存彈性模數)}/{在200℃之((彎曲儲存彈性模數-拉伸儲存彈性模數)}之值為2.3,衝撃強度為8.50kN。
[實施例4-2]
將玻璃布6片及聚醯胺樹脂A的薄膜7片進行重疊成形。將成形機內的溫度設定為300℃,成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後10分鐘、將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為300℃。此時的彎曲儲存彈性模數為37GPa,衝撃強度為9.25kN。
[實施例4-3]
除了設為到達265℃之後30秒的成形以外,與實施例4-2相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。成形中的最大溫度為280℃。此時的彎曲儲存彈性 模數為28GPa,衝撃強度為8.81kN。
[實施例4-4]
除了聚醯胺膜為聚醯胺樹脂B的薄膜以外,與實施例4-2相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。此時的彎曲儲存彈性模數為33GPa,衝撃強度為9.05kN。
[實施例4-5]
除了設為到達265℃之後1分鐘的成形以外,與實施例4-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。成形中的最大溫度為285℃。此時的彎曲儲存彈性模數為31GPa,衝撃強度為8.50kN。
[實施例4-6]
將玻璃布6片及聚醯胺樹脂A的薄膜7片進行重疊成形。成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後1分鐘、將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為285℃。此時的彎曲儲存彈性模數為36GPa,衝撃強度為9.10kN。
[比較例4-1]
除了使用不添加聚束劑的玻璃纖維以外,與實施例6相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。此時的彎曲儲存彈性模數為15GPa,衝撃強度為3.20kN。
[比較例4-2]
除了使用使附著有作為矽烷偶合劑之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷0.3質量%、環氧樹脂乳化液1.5質量%、及巴西棕櫚蠟0.2質量%作為聚束劑之玻璃纖維以外,與實施例4-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂成形體。此時的彎 曲儲存彈性模數為20GPa,衝撃強度為5.21kN。
[比較例4-3]
有關於使玻璃布含浸聚醯胺66而成之Bond Laminate製「Tepex dynalite 101」,與實施例4-1進行相同的評價。此時的彎曲儲存彈性模數為20.8GPa、在150℃之彎曲儲存彈性模數為15.7GPa(保持率75%)、傾斜地切削時之彎曲儲存彈性模數為11.9GPa(保持率57%),在50℃之拉伸儲存彈性模數為21GPa、拉伸損失正切為0.038、拉伸儲存彈性模數與彎曲儲存彈性模數反轉之溫度為90℃、{在30℃之(拉伸儲存彈性模數-彎曲儲存彈性模數)}/{在200℃之((彎曲儲存彈性模數-拉伸儲存彈性模數)}之值為0.57,衝撃強度為5.32kN。
因為實施例4-1至6的連續纖維強化樹脂成形體之彎曲儲存彈性模數為22GPa以上,所以顯示非常高的衝撃強度。相較於在比較例4-3之使用市售品之中間材料而得到的成形體之物性,該等物性為相當地較良好。
如比較例,彎曲儲存彈性模數較低時,衝撃強度為低落。
[實施例5-1]
使用將PA66與PA6/12以重量比8:1乾式摻合而成物而製造熱塑性樹脂膜。該薄膜的厚度為100μm。將該薄膜11片與玻璃布10片交替地層積來進行成形。在與玻璃纖維的極界面區域以外的樹脂區域內,PA6/12係均勻地分散在PA66中。
[實施例5-2]
除了使用PA6代替PA6/12以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。在與玻璃纖維的極界面區域以外的樹脂區域內,PA6/12係均勻地分散在PA66中。
[實施例5-3]
除了使用PE代替PA6/12以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。在與玻璃纖維的極界面區域以外的樹脂區域內,PE係均勻地分散在PA66中。
[實施例5-4]
除了使用PA6I代替PA6/12以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。在與玻璃纖維的極界面區域以外的樹脂區域內,PA6I係均勻地分散在PA66中。
[實施例5-5]
除了將PA66與PA6/12以重量比5:4乾式摻合以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。在與玻璃纖維的極界面區域以外的樹脂區域內,PA6/12係均勻地分散在PA66中。
[實施例5-6]
除了使用藉由雙軸擠製機(TEM26SS、東芝機械)以添加比(重量比)8:1將PA66及PA6/12預混煉而成之物而製造熱塑性樹脂膜以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。在與玻璃纖維極界面區域以外的樹脂區域內,PA6/12係均勻地分散在PA66中。
[實施例5-7]
除了使用碳纖維布帛代替玻璃布以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。在與玻璃纖維極界面區域以外的樹脂區域內,PA6/12係均勻地分散在PA66中。
[比較例5-1]
除了只有使用PA66而製造薄膜以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。
[比較例5-2]
除了使用PA6T/6I代替PA6/12以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。與玻璃纖維極界面區域以外的樹脂區域內及極界面區域內的任一者,PA6T/6I係均勻地分散在PA66中。
[比較例5-3]
將玻璃布切取19.5cm×9.5cm,浸漬在經使用純水調整成為30質量%之聚醯胺乳化液(Seporujon PA200、住友精化股份有限公司)的溶液,之後使用80℃的熱風循環乾燥機1小時乾燥1小時而調製複合材料。所得到的複合材料之聚醯胺乳化液的固形成分亦即PA6/12在玻璃布的附著量為6質量%。之後月PA66的薄膜層積且與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。在該例子,PA6/12係未均勻地分散在PA66中,而只有存在於極界面區域內。
[比較例5-4]
除了將PA66與PA6/12以重量比1:8乾式摻合以外,與實施例5-1相同地製造連續纖維強化樹脂成形體。在與玻璃纖維極界面區域以外的樹脂區域內,PA66係均勻地分散在PA6/12中。
將實施例5-1至7、比較例5-1至4結果顯示在以下的表4。
從表4中,本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體係如實施例5-1至7顯示,在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之該1根連續強化纖維與該熱塑性樹脂之間的極界面中,在從該連續強化纖維的周緣部起算離開該2種以上的1根連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內,該2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)以外的樹脂(副樹脂)的佔有比例係比該主樹脂的佔有比例高,但是因為在該周緣外側區域以外的樹脂區域內,該2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)以外的各副樹脂係均勻地分散或混合,所以顯示高的拉伸應力、彎曲應力、彎曲彈性模數、及在高溫的拉伸應力。另一方面,如比較例5-1顯示,熱塑性樹脂為1種類時,強化纖維與熱塑性樹脂的接著變為不充分且拉伸應力、彎曲應力、彎曲彈性模數、在高溫的拉伸應力低落。又,如比較例5-2、4顯示,即便熱塑性樹脂為2種類以上,在從連續強化纖維的周緣部起算離開該2種以上的1根連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內,該2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)的佔有比例係比副樹脂的佔有比例高時,強化纖維與熱塑性樹脂的接著變為不充分且拉伸應力、彎曲應力、彎曲彈性模數、在高溫的拉伸應力低落。又,如比較例3顯示,在從連續強化纖維的周緣部起算離開該2種以上的1根連續強化纖維的半徑的10分之1之外側區域內,即便該2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂(主樹脂)以外的副樹脂存在,因為在該周緣外側區域以外的樹脂區域內,該副樹脂未均勻地分散或混合之緣故,在高溫的拉伸應力低落。
[實施例6-1]
將玻璃布5片與聚醯胺樹脂的薄膜10片使用重疊雙鋼帶沖壓法裝置進行成形。聚醯胺樹脂的吸水率為0.2wt%。將所得到的成形品的極界面區域之照片顯示在第3圖。
[實施例6-2]
將玻璃布5片與聚醯胺樹脂的薄膜10片使用重疊雙鋼帶沖壓法裝置進行成形。成形時間係設為到達聚醯胺66的熔點亦即265℃之後1分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為285℃。聚醯胺樹脂的吸水率為0.2wt%。
[實施例6-3]
除了在將聚醯胺樹脂的薄膜成形前,使用真空乾燥機使其乾燥以外,與實施例6-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。聚醯胺樹脂的吸水率為0.01wt%。
[實施例6-4]
在成形為聚醯胺膜時,除了將聚醯胺樹脂與碳黑母料乾式摻合而成形且使用作為聚醯胺樹脂膜以外,與實施例1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。聚醯胺樹脂的吸水率為0.2wt%。碳黑的含量為90ppm。又,在實施例6-4以外的實施例、比較例係不含有碳黑作為粒狀添加材料。
[實施例6-5]
除了使用羧基末端基的量為50μmol/g、羧基末端基量為30μmol/g之物作為聚醯胺66以外,與實施例6-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。聚醯胺樹脂的吸水率為0.2wt%。
[實施例6-6]
除了使用羧基末端基的量為70μmol/g、羧基末端基量為50μmol/g之物作為聚醯胺66以外,與實施例6-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。聚醯胺樹脂的吸水率為0.2wt%。
[實施例6-7]
除了將聚醯胺66及作為用以促進矽烷偶合劑與羧基末端基反應的觸媒之次磷酸鈉0.05wt%使用雙軸混煉機混煉而成之物使用作為熱塑性樹脂以外,與實施例6-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。聚醯胺樹脂的吸水率為0.2wt%。
[實施例6-8]
除了在玻璃纖維的聚束劑添加0.05wt%次磷酸鈉以外,與實施例6-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。聚醯胺樹脂的吸水率為0.2wt%。
[實施例6-9]
除了使用長邊方向開口之模具作為模具以外,與實施例6-2相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。聚醯胺樹脂的吸水率為0.2wt%。
[比較例6-1]
除了使用不添加聚束劑的玻璃纖維以外,與實施例1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。
[比較例6-2]
除了使用使附著有作為矽烷偶合劑之3-環氧丙氧基丙基三甲氧基矽烷0.3質量%、環氧樹脂乳化液1.5質量%、及巴西棕櫚蠟0.2質量%作為聚束劑之玻璃纖維以外,與實施例6-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。將所得到的成形品的極界面區域之照片顯示在第4圖。
從上述表5中,實施例6-1至9的連續纖維強化樹脂複合材料係因為偶合劑的在熱塑性樹脂所含有的末端官能基具有反應性,所以顯示非常高的拉伸應力、 彎曲應力、彎曲彈性模數。
如實施例6-3,熱塑性樹脂的吸水率較低,能夠觀察到物性低落。
如實施例6-4,粒狀添加材料的含量高時,能夠觀察到物性低落。
如實施例6-5,聚醯胺樹脂的羧基末端基量較少時,能夠觀察到物性低落。
如實施例6-6,聚醯胺樹脂的胺基末端基量較多時,能夠觀察到物性低落。
如實施例6-9,熱塑性樹脂加壓中的流動率高時,偶合劑未與熱塑性樹脂所含有的末端官能基充分地反應而能夠觀察到物性低落。
使用不塗佈聚束劑的連續強化纖維之比較例6-1、和使用塗佈有含有實質上與樹脂的末端基無反應性的偶合劑的聚束劑之連續強化纖維之比較例6-2係拉伸應力、彎曲應力、彎曲彈性模數低落。
[實施例7-1]
將使用玻璃纖維A之玻璃布5片及聚醯胺樹脂A的薄膜10片,使用重疊模具而進行沖壓成形。成形時間係設為到達聚醯胺66熔點亦即265℃之後1分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為285℃。進行成形品的A/E法測定來測定起因於層間剝離的破壞強度。
[實施例7-2]
除了使用玻璃纖維C作為連續強化纖維以外,與實施例7-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。
[實施例7-3]
除了使用雙帶機裝置進行成形以外,與實施例7-2相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。
[比較例7-1]
有關於使玻璃布含浸聚醯胺66而成之Bond Laminate製「Tepex dynalite 101」,亦與實施例7-1進行相同的評價。
從上述表6中,相較於比較例7-1,因為實施例7-1至3的連續纖維強化樹脂複合材料起因於層間剝離的破壞強度高,顯示非常高的拉伸應力、彎曲應力、彎曲彈性模數、衝撃特性。
[實施例8-1]
將使用玻璃纖維A之玻璃布5片與聚醯胺樹脂A的薄膜10片藉由重疊模具而進行沖壓成形。成形時間係設為到達聚醯胺66熔點亦即265℃之後1分鐘,將模具急冷之後將模具打開且取出成形體。成形中的最大溫度為285℃。玻璃纖維A與聚醯胺樹脂A之μ液滴生成係數為25。
[實施例8-2]
除了使用玻璃纖維C以外,與實施例8-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。玻璃纖維C與聚醯胺樹脂A之液滴生成係數為27。
[比較例8-1]
除了使用聚醯胺樹脂C作為聚醯胺樹脂的薄膜以外,與實施例8-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。玻玻璃纖維A與聚醯胺樹脂C之液滴生成係數為3。
[比較例8-2]
除了使用玻璃纖維C作為玻璃纖維以外,與比較例8-1相同地進行而得到連續纖維強化樹脂複合材料。玻璃纖維C與聚醯胺樹脂C之μ液滴生成係數為3。
從上述表7中,實施例8-1至2的連續纖維強化樹脂複合材料,因為相較於比較例8-1至2,μ液滴生成係數高,顯示非常高的拉伸應力、彎曲應力、彎曲彈性模數、衝撃特性、長期特性。
[實施例9]
製造第12圖顯示形狀的智慧型手機殼體。使用聚醯胺樹脂A的薄膜將採用玻璃纖維C的玻璃布1片夾住且進行沖壓成形。
所得到的成形品係製品壁厚0.4mm、尺寸為長度方向135mm、寬度方向65mm、側壁的高度5mm,長度方向的拉伸強度為550MPa、彎曲彈性模數為35MPa、寬度方向的拉伸強度為530MPa、彎曲彈性模數為33MPa。又,使用KEC法測定成形品的平面部之電場屏蔽特性之結果,在頻率1GHz頻帶為0dB之具有優異的電波透過性之物。
成形品的外觀係纖維無雜亂之外觀良好的成形品。
上述拉伸強度係依據JIS K7161而測定。又,上述彎曲彈性模數係依據JIS K7171而測定。又,上述電場屏蔽特性係將切取5cm×5cm的正方形之成形品使用導電性膠帶貼附在鋁製試樣固定輔助具,使用「Anritsu」製電波屏蔽特性試驗器MA8602C而施行電解(KEC法),而且使用「Anritsu」製光譜分析器-MS2661C測定在1GHz之電解屏蔽特性。
[實施例10]
將玻璃纖維C進行切股加工成為3mm之物,使用同向旋轉雙軸混煉擠製機HK-25D(41D)Φ25mm、L/D=41(PARKER CORPORATION股份有限公司)及計量裝置(重量式雙軸SCREW FEEDER K-CL-24-KT20(K-TRON公司)),在螺桿轉數175rpm、供給量5kg/h的條件下與聚醯胺樹脂A進行混煉且得到丸粒。使用所得到的丸粒且使用電動式射出成形機(NEX140(日精樹脂工業股份有限公司)、合模力140tf/螺桿徑Φ40/全螺旋片型螺桿),在依據JIS K 7152-1的條件下,製造JIS K 7139多目的試片形式A1、t4mm成形品。將此時的極界面部之觀察照片顯示在第10圖。
[比較例10]
除了將聚醯胺樹脂設為聚醯胺樹脂C以外,與實施例10相同地進行而製造成形品。將此時的極界面部之觀察照片顯示在第11圖。
如第10、11圖顯示,μ液滴生成係數為10以上且玻璃纖維與樹脂相容性良好之物能夠形成良好的極界面。
[產業上之可利用性]
本實施形態的連續纖維強化樹脂成形體能夠利用作為各種機械、汽車輛等的結構零件等被要求高水準的機械物性的材料之增強材枓,而且在產業上能夠利用作為與熱塑性樹脂組成物的複合成形體材料。又,依照本發明之連續纖維強化樹脂複合材料的製造方法,在連續強化纖維及熱塑性樹脂之間的極界面之接著力、親和性高、在該極界面存在的空隙較少,能夠得到顯現充分的強度之連續纖維強化樹脂複合材料。

Claims (43)

  1. 一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係由大略圓剖面的連續強化纖維與合成樹脂所構成,其中,在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根該連續強化纖維與該合成樹脂之間的極界面中,從該連續強化纖維的周緣部起算離開1根該連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內的空隙率為10%以下的連續強化纖維的根數,為連續強化纖維的總數之10%以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述空隙率為10%以下之連續強化纖維的根數為前述連續強化纖維的總數之90%以上。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述空隙率為1%以下之連續強化纖維的根數為前述連續強化纖維的總數之90%以上。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述連續纖維強化樹脂複合體中之合成樹脂含浸率為99%以上。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述連續纖維強化樹脂成形體的拉伸應力為480Mpa以上。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述連續纖維強化樹脂成形體的彎曲彈性模數為22Gpa以上。
  7. 一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係含有熱塑性樹脂及連續強化纖維且扭曲模式的損失正切為0.11以下。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前 述損失正切的峰值溫度為78℃以上。
  9. 一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係含有連續強化纖維及熱塑性樹脂且扭曲模式的儲存彈性模數為3.4GPa以上。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中往傾斜方向切削時的前述儲存彈性模數係往直行方向切削時的前述儲存彈性模數之1.5倍以上。
  11. 如申請專利範圍第9或10項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中在150℃之前述儲存彈性模數為最大的前述儲存彈性模數之25%以上。
  12. 如申請專利範圍第9至11項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中剪切黏度為330MPa.s -1以上。
  13. 一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係含有連續強化纖維及熱塑性樹脂且彎曲儲存彈性模數為22GPa以上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中在150℃之彎曲儲存彈性模數為在30℃之儲存彈性模數的76%以上。
  15. 如申請專利範圍第13或14項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中經傾斜地切削時之彎曲儲存彈性模數保持率為58%以上。
  16. 如申請專利範圍第13至15項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中在50℃之拉伸儲存彈性模數為22GPa以上。
  17. 如申請專利範圍第13至16項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中拉伸損失正切的最大值為0.037以下。
  18. 如申請專利範圍第13至17項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中拉伸儲存彈性模數與彎曲儲存彈性模數反轉之溫度為95℃以上。
  19. 如申請專利範圍第13至18項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中{在30℃之(拉伸儲存彈性模數-彎曲儲存彈性模數)}/{在200℃之((彎曲儲存彈性模數-拉伸儲存彈性模數)}≧1。
  20. 一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係由大略圓剖面的連續強化纖維與2種以上的熱塑性樹脂所構成,其中,在與該連續強化纖維的長度方向正交的剖面中之1根該連續強化纖維與該熱塑性樹脂之間的極界面中,從該連續強化纖維的周緣部起算離開1根該連續強化纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內,該2種以上的熱塑性樹脂之中,就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的樹脂之佔有比例係比就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂之佔有比例為高,但是在該周緣外側區域以外的樹脂區域內,該2種以上的熱塑性樹脂之中,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外之樹脂係均勻地分散或混合。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種類以上的熱塑性樹脂係具有海島結構。
  22. 如申請專利範圍第20或21項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂之中,熔點最高的樹脂之熔點、與熔點最低的樹脂之熔點之差為100℃以上。
  23. 如申請專利範圍第20至22項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂的混合物之熔點係與前述2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂之熔點為實質上相同。
  24. 如申請專利範圍第20至23項中任一項所述之連續纖維強化樹脂 成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂的混合物之升溫熔解峰值溫度與降溫結晶化峰值溫度之差係比前述2種以上的熱塑性樹脂之中就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂的升溫熔解峰值溫度與降溫結晶化峰值溫度之差為小。
  25. 如申請專利範圍第20至24項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂之中,相較於就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂與前述連續強化纖維之間的結合力,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的至少一種樹脂與前述連續強化纖維之間的結合力較大。
  26. 如申請專利範圍第20至25項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂之中,相較於就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂與前述連續強化纖維之間的表面張力之差,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外的至少一種樹脂與前述連續強化纖維之間的表面張力之差較小。
  27. 如申請專利範圍第20至26項中任一項所述之連續纖維強化樹脂成形體,其中前述2種以上的熱塑性樹脂之中,相較於就樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂對前述連續強化纖維之濕潤性,就該樹脂區域全體而言佔有比例為最高的樹脂以外之至少一種樹脂對前述連續強化纖維之濕潤性較高。
  28. 一種連續纖維強化樹脂複合材料的製造方法,該製造方法係包含下列步驟:將添加有由偶合劑、結束劑、及潤滑劑所構成的聚束劑之連續強化纖維、及具有與該偶合劑有反應性的末端官能基之熱塑性樹脂,以成為該熱塑性樹脂的熔點以上之方式進行熱沖壓之步驟;及 將其冷卻至該熱塑性樹脂的熔點以下為止且得到連續纖維強化樹脂複合材料作為成形品之步驟。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之製造方法,其中前述熱塑性樹脂的吸水率為0.1重量%以上。
  30. 如申請專利範圍第28或29項所述之製造方法,其中前述聚束劑的50重量%以上係在熱沖壓中擴散至前述熱塑性樹脂中。
  31. 如申請專利範圍第28至30項中任一項所述之製造方法,其中前述偶合劑與前述熱塑性樹脂之末端官能基鍵結。
  32. 如申請專利範圍第28至31項中任一項所述之製造方法,其中前述連續纖維強化樹脂複合材料中之末端官能基的量係比在前述熱塑性樹脂中所含有的末端官能基之量少。
  33. 如申請專利範圍第28至32項中任一項所述之製造方法,其中前述末端官能基的量為在前述熱塑性樹脂中所含有的末端官能基之量之90%以下。
  34. 如申請專利範圍第28至33項中任一項所述之製造方法,其中在前述熱塑性樹脂所含有的粒狀添加材料之含量為30ppm以下。
  35. 如申請專利範圍第28至34項中任一項所述之製造方法,其中前述熱塑性樹脂為聚醯胺樹脂,在該聚醯胺樹脂所含有之作為與前述偶合劑具有反應性之末端官能基之羧基末端的濃度為65μmol/g以上。
  36. 如申請專利範圍第28至35項中任一項所述之製造方法,其中前述熱塑性樹脂為聚醯胺樹脂,在該聚醯胺樹脂所含有之作為與前述偶合劑具有反應性之末端官能基之胺基末端的量為40μmol/g以上。
  37. 一種連續纖維強化樹脂複合材料的賦形成形體的製造方法,該製造方法係包含:將使用如申請專利範圍第28至36項中任一項所述之製造方法所製造的連續纖維強化樹脂複合材料加熱至前述熱塑性樹脂的熔點以上且使用模具進行沖壓,之後,冷卻至該熱塑性樹脂的熔點以下的溫度為止而予以賦形之步驟。
  38. 如申請專利範圍第37項所述製造之方法,其中該製造方法係在冷卻時進行壓縮。
  39. 一種纖維強化樹脂成形體的製造方法,該製造方法係包含:將強化纖維、及與該強化纖維之μ液滴生成係數為10以上之熱塑性樹脂,以成為該熱塑性樹脂的熔點以上之方式進行熱沖壓之步驟;及將其冷卻至該熱塑性樹脂的結晶化溫度以下為止之步驟。
  40. 一種纖維強化樹脂成形體,該纖維強化樹脂成形體係由玻璃纖維及聚醯胺樹脂所構成者,將前述纖維強化樹脂成形體進行切削且使用SEM觀察以施加400g/cm 2的力量之方式進行研磨時的研磨面時,在與該玻璃纖維的長度方向正交的剖面中之1根玻璃纖維、與聚醯胺樹脂之間的極界面中,從玻璃纖維的周緣部起算離開1根玻璃纖維的半徑的10分之1之周緣外側區域內的空隙率為10%以下的玻璃纖維的根數,為玻璃纖維的總數之90%以上。
  41. 如申請專利範圍第40項所述之纖維強化樹脂成形體,其中前述玻璃纖維為連續纖維。
  42. 一種通信機器殼體,該通信機器殼體係由熱塑性樹脂及連續玻璃強化纖維所構成的複合材料成形品所構成者,其中,拉伸強度滿足下述式(3)之關係, 長度方向的拉伸強度(MPa)×0.5+寬度方向的拉伸強度(MPa)×0.5>500MPa 式(3)彎曲彈性模數滿足下述式(4)之關係,長度方向的彎曲彈性模數(MPa)×0.5+寬度方向彎曲彈性模數(MPa)×0.5>30MPa 式(4),而且使用KEC法所測定的電場屏蔽性係在頻率1GHz頻帶為10dB以下。
  43. 一種連續纖維強化樹脂成形體,該連續纖維強化樹脂成形體係由連續強化纖維及熱塑性樹脂所構成,在聲波發射法測定中,起因於層間剝離之破壞產生強度為40MPa以上。
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