本發(fā)明涉及纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品及纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料。更詳細(xì)而言,涉及能夠呈現(xiàn)優(yōu)異的耐沖擊特性的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品、和適用于所述纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料。
背景技術(shù):
包含增強(qiáng)纖維和熱塑性樹(shù)脂的成型品,由于輕質(zhì)且具有優(yōu)異的力學(xué)特性,所以被廣泛用于體育用品用途、航空航天用途和一般產(chǎn)業(yè)用途等。用于這些成型品的增強(qiáng)纖維根據(jù)其用途以各種方式來(lái)增強(qiáng)成型品。作為這樣的增強(qiáng)纖維,使用鋁纖維、不銹鋼纖維等金屬纖維、芳族聚酰胺纖維、PBO(聚對(duì)苯撐苯并噁唑)纖維等有機(jī)纖維、碳化硅纖維等無(wú)機(jī)纖維或碳纖維等。從比強(qiáng)度、比剛性及輕質(zhì)性的均衡性的觀點(diǎn)考慮,碳纖維是合適的,其中,優(yōu)選使用聚丙烯腈(PAN)系碳纖維。
由于碳纖維具有優(yōu)異的比強(qiáng)度和比剛性,因此,被碳纖維增強(qiáng)了的成型品具有優(yōu)異的機(jī)械特性。然而,在上述用途中,伴隨著對(duì)于輕質(zhì)化、薄型化的要求的進(jìn)一步提高,需要進(jìn)一步提高力學(xué)特性。
作為纖維分散性?xún)?yōu)異的成型材料,例如,提出了復(fù)合增強(qiáng)纖維束與熱塑性樹(shù)脂粘合而成的成型材料(例如,參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。另外,作為機(jī)械強(qiáng)度、尤其是沖擊特性?xún)?yōu)異的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂組合物,提出了由聚碳酸酯系樹(shù)脂、含有橡膠的苯乙烯系樹(shù)脂、酸改性烯烴化合物和碳纖維構(gòu)成的聚碳酸酯系樹(shù)脂組合物(例如,參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)2)、在含有纖維的芳香族聚碳酸酯樹(shù)脂組合物中配合烯烴系蠟和復(fù)合橡膠系接枝共聚物而成的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂組合物(例如,參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)3)等。此外,另一方面,作為金屬腐蝕性小、導(dǎo)熱特性?xún)?yōu)異的熱塑性樹(shù)脂組合物,提出了含有熱塑性樹(shù)脂和潤(rùn)滑劑等的熱塑性樹(shù)脂組合物(例如,參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)4)、包含熱塑性樹(shù)脂和纖維狀填充材料的導(dǎo)熱性樹(shù)脂材料(例如,參見(jiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)5)等。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2012-56232號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2008-38003號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)平7-238213號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2007-31611號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)5:國(guó)際公開(kāi)第2007/116973號(hào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
然而,在專(zhuān)利文獻(xiàn)1~5中公開(kāi)的任一種技術(shù)中,均存在成型品的沖擊強(qiáng)度不充分的課題。鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的課題,本發(fā)明的目的在于提供成型品受到?jīng)_擊時(shí)的增強(qiáng)纖維的折損被抑制、具有優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品。
為解決上述課題,本發(fā)明包含以下的構(gòu)成。
(1)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料,其包含熱塑性樹(shù)脂[A]、200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低的樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]而成的樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]、200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低、并且與所述熱塑性樹(shù)脂[A]的SP值之差為1.0以上的增強(qiáng)纖維改性成分[C],相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,所述纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料包含50~98.9重量份的熱塑性樹(shù)脂[A]、1~40重量份的增強(qiáng)纖維[B]、0.1~10重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C]、0.2~12重量份的樹(shù)脂[D],其中,所述樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]被含有所述熱塑性樹(shù)脂[A]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的樹(shù)脂組合物被覆。
(2)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料,其包含熱塑性樹(shù)脂[A]、和200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低、并且與所述熱塑性樹(shù)脂[A]的SP值之差為1.0以上的增強(qiáng)纖維改性成分[C]含浸增強(qiáng)纖維[B]而成的樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E],相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,所述纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料包含50~98.9重量份的熱塑性樹(shù)脂[A]、1~40重量份的增強(qiáng)纖維[B]、0.1~10重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C],其中,所述樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]被含有所述熱塑性樹(shù)脂[A]的樹(shù)脂組合物被覆。
(3)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品,其包含熱塑性樹(shù)脂[A]和增強(qiáng)纖維[B],其中,以2.9m/sec的沖擊速度破壞時(shí),來(lái)自成型品斷裂面的增強(qiáng)纖維的露出部位的數(shù)均長(zhǎng)度為0.1mm以上。
(4)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品,其包含熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]、和200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低、并且與熱塑性樹(shù)脂[A]的SP值之差為1.0以上的增強(qiáng)纖維改性成分[C],相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,所述纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品包含50~98.9重量份的熱塑性樹(shù)脂[A]、1~40重量份的增強(qiáng)纖維[B]、0.1~10重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C],其中,增強(qiáng)纖維[B]的重均纖維長(zhǎng)度(Lw)為0.3~4mm。
對(duì)于本發(fā)明的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品而言,由于成型品受到?jīng)_擊時(shí)的增強(qiáng)纖維的折損被抑制,所以耐沖擊特性?xún)?yōu)異。增強(qiáng)纖維具有導(dǎo)電性時(shí),成型品的電磁波屏蔽性飛躍性提高。本發(fā)明的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品對(duì)于電氣·電子設(shè)備、OA設(shè)備、家用電器、汽車(chē)等部件、內(nèi)部構(gòu)件和殼體等各種部件和構(gòu)件而言十分有用。
附圖說(shuō)明
圖1是表示增強(qiáng)纖維改性成分[C]向增強(qiáng)纖維[B]表面的附著狀態(tài)的示意圖。
圖2是表示附著于增強(qiáng)纖維[B]表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度的示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的成型材料的優(yōu)選縱截面形態(tài)的一例的簡(jiǎn)圖。
圖4是表示本發(fā)明的成型材料的優(yōu)選橫截面形態(tài)的一例的簡(jiǎn)圖。
圖5是表示本發(fā)明的成型材料的優(yōu)選橫截面形態(tài)的一例的簡(jiǎn)圖。
圖6是表示本發(fā)明的樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的橫截面形態(tài)的一例的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品(以下,有時(shí)記載為“成型品”)包含熱塑性樹(shù)脂[A]和增強(qiáng)纖維[B]。對(duì)于成型品而言,優(yōu)選還包含200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低的增強(qiáng)纖維改性成分[C]。
對(duì)于成型品而言,以2.9m/sec的沖擊速度破壞時(shí),優(yōu)選從成型品斷裂面露出的增強(qiáng)纖維[B]的露出部位的數(shù)均長(zhǎng)度(有時(shí)記為“露出纖維長(zhǎng)度(LB)”)為0.1mm以上。露出纖維長(zhǎng)度(LB)是表示對(duì)成型品施加沖擊時(shí),增強(qiáng)纖維[B]從成型品斷裂面中不斷裂地被拉拔的程度的指標(biāo)。若LB為0.1mm以上,則通過(guò)增強(qiáng)纖維[B]的拉拔能夠增大能量吸收量,因此成型品的沖擊強(qiáng)度提高。LB更優(yōu)選為0.2mm以上,進(jìn)一步優(yōu)選為0.3mm以上。需要說(shuō)明的是,來(lái)自成型品斷裂面的露出纖維長(zhǎng)度(LB)受到?jīng)_擊速度的影響,在本發(fā)明中,著眼于沖擊速度為2.9m/sec時(shí)的露出纖維長(zhǎng)度(LB)。
本發(fā)明中,露出纖維長(zhǎng)度(LB)的測(cè)定可以通過(guò)以下方法進(jìn)行。首先,對(duì)成型品施加沖擊速度為2.9m/sec的沖擊,破壞成型品。接著,利用光學(xué)顯微鏡(50~1000倍)觀察被破壞的成型品的斷裂面。測(cè)量從成型品斷裂面露出的增強(qiáng)纖維[B]中隨機(jī)選擇的1000根增強(qiáng)纖維[B]的長(zhǎng)度,將其算術(shù)平均值(number-averaged value)作為露出纖維長(zhǎng)度(LB)。需要說(shuō)明的是,在成型品的斷裂面不是平面的情況下,針對(duì)選擇的每根增強(qiáng)纖維[B]確定斷裂面,算出露出纖維長(zhǎng)度(LB)。
為了使成型品中的露出纖維長(zhǎng)度(LB)為上述范圍,優(yōu)選使用后述的本發(fā)明的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料。若使用本發(fā)明的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料,則如后述那樣能夠抑制注射成型時(shí)的增強(qiáng)纖維[B]的纖維折損。另外,為了使成型品中的露出纖維長(zhǎng)度(LB)為上述范圍,也優(yōu)選將斷裂伸長(zhǎng)率高的纖維用作增強(qiáng)纖維[B]、調(diào)節(jié)成型條件等。作為成型條件,例如,在注射成型的情況下,可舉出背壓、保壓壓力(holding pressure)等壓力條件,注射時(shí)間、保壓時(shí)間等時(shí)間條件,料筒溫度(cylinder temperature)、模具溫度等溫度條件等。
成型品中,存在于成型品內(nèi)部的增強(qiáng)纖維[B]的重均纖維長(zhǎng)度(Lw)優(yōu)選為0.1~4mm。對(duì)成型品施加沖擊時(shí),在成型品內(nèi)部發(fā)生的裂紋(crack)一邊發(fā)展,一邊繞過(guò)增強(qiáng)纖維、或者使增強(qiáng)纖維與熱塑性樹(shù)脂的界面剝離、或者拉拔增強(qiáng)纖維或使其斷裂。此時(shí),由于增強(qiáng)纖維的斷裂或拉拔導(dǎo)致的能量吸收大,因此,可以認(rèn)為在裂紋發(fā)展時(shí)增強(qiáng)纖維的斷裂或拉拔越容易發(fā)生,則成型品的沖擊強(qiáng)度越高。存在于成型品內(nèi)部的增強(qiáng)纖維越長(zhǎng),則在裂紋發(fā)展時(shí)越難繞過(guò)增強(qiáng)纖維,因此增強(qiáng)纖維的斷裂、拉拔越容易發(fā)生,并且拉拔時(shí)的摩擦越變大,從這一點(diǎn)考慮,越能夠提高成型品的沖擊強(qiáng)度。若存在于成型品內(nèi)部的增強(qiáng)纖維[B]的重均纖維長(zhǎng)度(Lw)為0.1mm以上,則成型品的沖擊強(qiáng)度進(jìn)一步提高。Lw優(yōu)選為0.3mm以上,更優(yōu)選為0.5mm以上。另一方面,若重均纖維長(zhǎng)度(Lw)為4mm以下,則增強(qiáng)纖維[B]彼此的單絲之間的纏結(jié)被抑制,增強(qiáng)纖維[B]的分散性進(jìn)一步提高,從而使成型品的沖擊強(qiáng)度進(jìn)一步提高。Lw更優(yōu)選為2.5mm以下。此處,所謂“重均纖維長(zhǎng)度”,并非是單純地取算術(shù)平均值,而是指利用將重均分子量的計(jì)算方法應(yīng)用于纖維長(zhǎng)度的計(jì)算、并考慮了纖維長(zhǎng)度的影響而得到的下式算出的平均纖維長(zhǎng)度。需要注意的是,下式適用于增強(qiáng)纖維[B]的纖維直徑和密度恒定的情況。
重均纖維長(zhǎng)度=∑(Mi2×Ni)/∑(Mi×Ni)
Mi:纖維長(zhǎng)度(mm)
Ni:纖維長(zhǎng)度Mi的增強(qiáng)纖維的根數(shù)。
上述重均纖維長(zhǎng)度可利用以下方法進(jìn)行測(cè)定。將成型品以?shī)A持在玻璃板之間的狀態(tài)設(shè)置于設(shè)定為200~300℃的熱臺(tái)(hot stage)上,進(jìn)行加熱熔融,得到增強(qiáng)纖維[B]均勻分散的膜。利用光學(xué)顯微鏡(50~200倍)觀察該膜。測(cè)量隨機(jī)選擇的1000根增強(qiáng)纖維[B]的纖維長(zhǎng)度,利用上式算出重均纖維長(zhǎng)度(Lw)。
需要說(shuō)明的是,成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的重均纖維長(zhǎng)度(Lw)可以根據(jù)例如后述的增強(qiáng)纖維[B]的種類(lèi)、成型條件等進(jìn)行調(diào)節(jié)。作為成型條件,例如,在注射成型的情況下,可舉出背壓、保壓壓力等壓力條件,注射時(shí)間、保壓時(shí)間等時(shí)間條件,料筒溫度、模具溫度等溫度條件等。
接著,對(duì)成型品的構(gòu)成成分進(jìn)行詳細(xì)記載。
對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]而言,成型溫度(熔融溫度)優(yōu)選為200~450℃。具體而言,可舉出聚烯烴樹(shù)脂、聚苯乙烯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、鹵代乙烯基樹(shù)脂、聚縮醛樹(shù)脂、飽和聚酯樹(shù)脂、聚碳酸酯樹(shù)脂、聚芳砜樹(shù)脂、聚芳酮樹(shù)脂、聚芳撐醚樹(shù)脂、聚芳硫醚樹(shù)脂、聚芳醚酮樹(shù)脂、聚醚砜樹(shù)脂、聚芳硫醚砜樹(shù)脂、聚芳酯樹(shù)脂、液晶聚酯、含氟樹(shù)脂等。它們均相當(dāng)于電絕緣體??墒褂?種以上的上述樹(shù)脂。這些樹(shù)脂的末端基團(tuán)可以被封端或改性。
上述熱塑性樹(shù)脂中,用于電氣·電子設(shè)備、汽車(chē)部件的用途時(shí),更優(yōu)選選自輕質(zhì)且力學(xué)特性、成型性的均衡性?xún)?yōu)異的聚烯烴樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、聚碳酸酯樹(shù)脂和聚芳硫醚樹(shù)脂的樹(shù)脂。作為聚烯烴樹(shù)脂,優(yōu)選聚丙烯樹(shù)脂。
聚丙烯樹(shù)脂可以是未改性的聚丙烯樹(shù)脂,也可以是改性的聚丙烯樹(shù)脂。
作為未改性的聚丙烯樹(shù)脂,具體而言,可舉出丙烯的均聚物、丙烯與選自α-烯烴、共軛二烯、非共軛二烯和其他的熱塑性單體中的至少1種單體的共聚物等。作為共聚物,可舉出無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物。作為α-烯烴,例如,可舉出乙烯、1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、4-甲基-1-己烯、4,4-二甲基-1-己烯、1-壬烯、1-辛烯、1-庚烯、1-己烯、1-癸烯、1-十一烯、1-十二烯等除丙烯以外的碳原子數(shù)為2~12的α-烯烴等。作為共軛二烯或非共軛二烯,例如,可舉出丁二烯、乙叉降冰片烯、二環(huán)戊二烯、1,5-己二烯等。可使用上述中的2種以上。例如,作為優(yōu)選例子,可舉出聚丙烯、乙烯·丙烯共聚物、丙烯·1-丁烯共聚物、乙烯·丙烯·1-丁烯共聚物等。從提高成型品的剛性的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選丙烯的均聚物。從進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選丙烯與選自α-烯烴、共軛二烯和非共軛二烯等中的至少1種單體的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物。
另外,作為改性聚丙烯樹(shù)脂,優(yōu)選酸改性聚丙烯樹(shù)脂,更優(yōu)選具有與聚合物鏈鍵合的羧酸及/或羧酸鹽基團(tuán)的酸改性聚丙烯樹(shù)脂。上述酸改性聚丙烯樹(shù)脂可以利用各種方法獲得。例如,可以通過(guò)將具有經(jīng)中和或未中和的羧酸基的單體、及/或具有經(jīng)皂化或未皂化的羧酸酯基的單體與未改性的聚丙烯樹(shù)脂進(jìn)行接枝聚合而獲得。
此處,作為具有經(jīng)中和或未中和的羧酸基的單體、或具有經(jīng)皂化或未皂化的羧酸酯基的單體,例如,可舉出烯鍵式不飽和羧酸、其酸酐、烯鍵式不飽和羧酸酯等。
作為烯鍵式不飽和羧酸,可示例(甲基)丙烯酸、馬來(lái)酸、富馬酸、四氫鄰苯二甲酸、衣康酸、檸康酸、丁烯酸、異丁烯酸等。作為其酸酐,可示例納迪克酸TM(內(nèi)順-雙環(huán)[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲酸)、馬來(lái)酸酐、檸康酸酐等。
作為烯鍵式不飽和羧酸酯,例如,可舉出(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正戊酯、(甲基)丙烯酸異戊酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸十八烷基酯、(甲基)丙烯酸硬脂醇酯、(甲基)丙烯酸十三烷基酯、(甲基)丙烯酸月桂酰基酯、(甲基)丙烯酸環(huán)己酯、(甲基)丙烯酸芐酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯、(甲基)丙烯酸二環(huán)戊基酯、(甲基)丙烯酸二環(huán)戊烯基酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸二乙基氨基乙酯等(甲基)丙烯酸酯類(lèi),丙烯酸羥基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羥基乙酯、(甲基)丙烯酸-2-羥基丙酯、丙烯酸-4-羥基丁酯、內(nèi)酯改性(甲基)丙烯酸羥基乙酯、丙烯酸-2-羥基-3-苯氧基丙酯等含有羥基的(甲基)丙烯酸酯類(lèi),(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、(甲基)丙烯酸甲基縮水甘油酯等含有環(huán)氧基的(甲基)丙烯酸酯類(lèi),(甲基)丙烯酸-N,N-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸N,N-二甲基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二丙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二丁基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸-N,N-二羥乙基氨基乙酯等(甲基)丙烯酸氨基烷基酯類(lèi)等。
可使用上述中的2種以上。其中,優(yōu)選烯鍵式不飽和羧酸酐類(lèi),更優(yōu)選馬來(lái)酸酐。
為了提高成型品的力學(xué)特性,優(yōu)選同時(shí)使用未改性聚丙烯樹(shù)脂和改性聚丙烯樹(shù)脂。尤其是從阻燃性和力學(xué)特性的均衡性的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選以未改性聚丙烯樹(shù)脂與改性聚丙烯樹(shù)脂的重量比成為95/5~75/25的方式使用。更優(yōu)選為95/5~80/20、進(jìn)一步優(yōu)選為90/10~80/20。
所謂聚酰胺樹(shù)脂,是以氨基酸、內(nèi)酰胺、或者二胺和二羧酸作為主要原料的樹(shù)脂。作為其主要原料,例如,可舉出6-氨基己酸、11-氨基十一烷酸、12-氨基十二烷酸、對(duì)氨基甲基苯甲酸等氨基酸;ε-己內(nèi)酰胺、ω-月桂內(nèi)酰胺等內(nèi)酰胺;1,4-丁二胺、1,6-己二胺、2-甲基戊二胺、壬二胺、1,11-十一烷二胺、1,12-十二烷二胺、2,2,4-/2,4,4-三甲基己二胺、5-甲基壬二胺等脂肪族二胺;間苯二甲胺、對(duì)苯二甲胺等芳香族二胺;1,3-雙(氨基甲基)環(huán)己烷、1,4-雙(氨基甲基)環(huán)己烷、1-氨基-3-氨基甲基-3,5,5-三甲基環(huán)己烷、雙(4-氨基環(huán)己基)甲烷、雙(3-甲基-4-氨基環(huán)己基)甲烷、2,2-雙(4-氨基環(huán)己基)丙烷、雙(氨基丙基)哌嗪、氨基乙基哌嗪等脂環(huán)族二胺;己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸等脂肪族二羧酸;對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸、2-氯對(duì)苯二甲酸、2-甲基對(duì)苯二甲酸、5-甲基間苯二甲酸、間苯二甲酸-5-磺酸鈉、六氫化對(duì)苯二甲酸、六氫化間苯二甲酸等芳香族二羧酸;1,4-環(huán)己烷二甲酸、1,3-環(huán)己烷二甲酸、1,2-環(huán)己烷二甲酸等脂環(huán)族二羧酸等??墒褂蒙鲜鲋械?種以上。
從耐熱性、強(qiáng)度優(yōu)異的觀點(diǎn)考慮,具有200℃以上的熔點(diǎn)的聚酰胺樹(shù)脂特別有用。作為其具體例,可舉出聚己酰胺(尼龍6)、聚己二酰己二胺(尼龍66)、聚己酰胺/聚己二酰己二胺共聚物(尼龍6/66)、聚己二酰丁二胺(尼龍46)、聚癸二酰己二胺(尼龍610)、聚十二烷二酰己二胺(尼龍612)、聚對(duì)苯二甲酰己二胺/聚己酰胺共聚物(尼龍6T/6)、聚己二酰己二胺/聚對(duì)苯二甲酰己二胺共聚物(尼龍66/6T)、聚十二酰胺/聚對(duì)苯二甲酰己二胺共聚物(尼龍12/6T)、聚己二酰己二胺/聚間苯二甲酰己二胺共聚物(尼龍66/6I)、聚己二酰己二胺/聚對(duì)苯二甲酰己二胺/聚間苯二甲酰己二胺共聚物(尼龍66/6T/6I)、聚己二酰己二胺/聚間苯二甲酰己二胺/聚己酰胺共聚物(尼龍66/6I/6)、聚對(duì)苯二甲酰己二胺/聚間苯二甲酰己二胺共聚物(尼龍6T/6I)、聚對(duì)苯二甲酰己二胺/聚十二酰胺共聚物(尼龍6T/12)、聚對(duì)苯二甲酰己二胺/聚對(duì)苯二甲酰-2-甲基戊二胺(poly(2-methylpentamethylene)terephthalamide)共聚物(尼龍6T/M5T)、聚己二酰間苯二甲胺(尼龍MXD6)、聚對(duì)苯二甲酰壬二胺(尼龍9T)以及它們的共聚物等??墒褂蒙鲜鲋械?種以上。
聚酰胺樹(shù)脂的聚合度沒(méi)有特別限制,但從成型時(shí)的流動(dòng)性?xún)?yōu)異、能夠容易地得到薄的成型品的觀點(diǎn)考慮,將0.25g聚酰胺樹(shù)脂溶解于25ml 98%濃硫酸中而得到的溶液于25℃測(cè)得的硫酸相對(duì)粘度ηr優(yōu)選為1.5~5.0的范圍,更優(yōu)選為2.0~3.5的范圍。此處,硫酸相對(duì)粘度ηr表示在25℃的恒溫槽內(nèi)使用奧斯特瓦爾德粘度計(jì)測(cè)得的樹(shù)脂濃度為1g/100ml的98%硫酸溶液的流下速度與同樣地測(cè)得的98%硫酸的流下速度之比。
所謂聚碳酸酯樹(shù)脂,是使二元酚類(lèi)與碳酸酯前體反應(yīng)而得到的樹(shù)脂??梢允鞘褂?種以上的二元酚類(lèi)或2種以上的碳酸酯前體而得到的共聚物。作為反應(yīng)方法之一例,可舉出界面聚合法、熔融酯交換法、碳酸酯預(yù)聚物的固相酯交換法以及環(huán)狀碳酸酯化合物的開(kāi)環(huán)聚合法等。例如,可使用日本特開(kāi)2002-129027號(hào)公報(bào)中記載的已知的聚碳酸酯樹(shù)脂。
作為二元酚類(lèi),例如,可舉出1,1-雙(4-羥基苯基)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷、雙(4-羥基苯基)烷烴(雙酚A等)、2,2-雙{(4-羥基-3-甲基)苯基}丙烷、α,α’-雙(4-羥基苯基)間二異丙基苯、9,9-雙(4-羥基-3-甲基苯基)芴等??墒褂蒙鲜鲋械?種以上。其中,優(yōu)選雙酚A,其能夠獲得沖擊強(qiáng)度更優(yōu)異的聚碳酸酯樹(shù)脂。另一方面,使用雙酚A與其他二元酚類(lèi)而得到的共聚物在高耐熱性或低吸水率的方面優(yōu)異。
作為碳酸酯前體,例如,可舉出碳酰鹵、碳酸二酯或鹵代甲酸酯等。具體而言,可舉出碳酰氯、碳酸二苯酯或二元酚類(lèi)的二鹵代甲酸酯等。
由上述二元酚類(lèi)和碳酸酯前體制造聚碳酸酯樹(shù)脂時(shí),可以根據(jù)需要使用催化劑、封端劑、用于防止二元酚類(lèi)氧化的抗氧化劑等。
另外,聚碳酸酯樹(shù)脂也可以是:三官能以上的多官能性芳香族化合物共聚而得到的支鏈狀聚碳酸酯樹(shù)脂、將芳香族或脂肪族(包含脂環(huán)族)的二官能性羧酸共聚而得到的聚酯碳酸酯樹(shù)脂、將二官能性脂肪族醇(包含脂環(huán)族)共聚而得到的共聚聚碳酸酯樹(shù)脂、同時(shí)共聚有二官能性羧酸和二官能性脂肪族醇的聚酯碳酸酯樹(shù)脂。此外,可使用上述聚碳酸酯樹(shù)脂中的2種以上。
聚碳酸酯樹(shù)脂的分子量沒(méi)有限定,優(yōu)選粘均分子量為10,000~50,000。若粘均分子量為10,000以上,則能夠進(jìn)一步提高成型品的強(qiáng)度。粘均分子量更優(yōu)選為15,000以上,進(jìn)一步優(yōu)選為18,000以上。另一方面,若粘均分子量為50,000以下,則成型加工性提高。粘均分子量更優(yōu)選為40,000以下,進(jìn)一步優(yōu)選為30,000以下。使用2種以上的聚碳酸酯樹(shù)脂時(shí),優(yōu)選至少1種聚碳酸酯樹(shù)脂的粘均分子量在上述范圍內(nèi)。該情況下,作為其他聚碳酸酯樹(shù)脂,優(yōu)選使用粘均分子量大于50,000、優(yōu)選大于80,000的聚碳酸酯樹(shù)脂。所述聚碳酸酯樹(shù)脂的熵彈性高,在合并使用氣體輔助成型等時(shí)是有利的,除此以外,還能發(fā)揮由高熵彈性帶來(lái)的特性(抗滴落(anti-drip)特性、垂伸(draw down)特性和噴射(jetting)改良等對(duì)熔融特性進(jìn)行改良的特性)。
聚碳酸酯樹(shù)脂的粘均分子量(M)如下求出:將0.7g聚碳酸酯樹(shù)脂溶解于100ml二氯甲烷中得到溶液,將由該溶液于20℃求出的比粘度(ηsp)代入下式從而求出。
ηsp/C=[η]+0.45×[η]2(其中,[η]為特性粘度)
[η]=1.23×10-4×M0.83
C=0.7。
聚碳酸酯樹(shù)脂的熔體粘度沒(méi)有限定,但優(yōu)選200℃時(shí)的熔體粘度為10~25000Pa·s。若200℃時(shí)的熔體粘度為10Pa·s以上,則能夠進(jìn)一步提高成型品的強(qiáng)度。熔體粘度更優(yōu)選為20Pa·s以上,進(jìn)一步優(yōu)選為50Pa·s以上。另一方面,若200℃時(shí)的熔體粘度為25,000Pa·s以下,則成型加工性提高。熔體粘度更優(yōu)選為20,000Pa·s以下,進(jìn)一步優(yōu)選為15,000Pa·s以下。
作為聚碳酸酯樹(shù)脂,也可使用Mitsubishi Engineering-Plastics公司制“Iupilon”(注冊(cè)商標(biāo))、“NOVAREX”(注冊(cè)商標(biāo))、帝人化成(株)制“Panlite”(注冊(cè)商標(biāo))、出光石油化學(xué)(株)制“TARFLON”(注冊(cè)商標(biāo))等市售的制品。
作為聚芳硫醚樹(shù)脂,例如,可舉出聚苯硫醚(PPS)樹(shù)脂、聚苯硫醚砜樹(shù)脂、聚苯硫醚酮樹(shù)脂、它們的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物等。可使用上述中的2種以上。其中,特別優(yōu)選使用聚苯硫醚樹(shù)脂。
對(duì)于聚芳硫醚樹(shù)脂而言,例如,可以通過(guò)日本特公昭45-3368號(hào)公報(bào)中記載的獲得分子量較小的聚合物的方法、日本特公昭52-12240號(hào)公報(bào)、日本特開(kāi)昭61-7332號(hào)公報(bào)中記載的獲得分子量較大的聚合物的方法等任意的方法進(jìn)行制造。
對(duì)于得到的聚芳硫醚樹(shù)脂,可以實(shí)施通過(guò)在空氣中加熱進(jìn)行的交聯(lián)/高分子量化、在氮等非活性氣體的氣氛下或減壓下的熱處理、利用有機(jī)溶劑、熱水、酸水溶液等的洗滌、利用酸酐、胺、異氰酸酯、含有官能團(tuán)的二硫化物化合物等含有官能團(tuán)的化合物進(jìn)行活性化等各種處理。
作為通過(guò)加熱聚芳硫醚樹(shù)脂進(jìn)行交聯(lián)/高分子量化的方法,例如,可以列舉在空氣、氧等氧化性氣體氣氛下或在所述氧化性氣體與氮、氬等非活性氣體的混合氣體氣氛下,在加熱容器中于規(guī)定的溫度進(jìn)行加熱直到得到希望的熔體粘度的方法。加熱處理溫度優(yōu)選為200~270℃的范圍,加熱處理時(shí)間優(yōu)選為2~50小時(shí)的范圍。通過(guò)調(diào)節(jié)處理溫度和處理時(shí)間,可以將得到的聚合物的粘度調(diào)節(jié)為希望的范圍。作為加熱處理裝置,可舉出通常的熱風(fēng)干燥機(jī)、旋轉(zhuǎn)式或裝有攪拌槳的加熱裝置等。從效率良好、更均勻地進(jìn)行加熱處理的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選使用旋轉(zhuǎn)式或裝有攪拌槳的加熱裝置。
在氮等非活性氣體氣氛下或減壓條件下對(duì)聚芳硫醚樹(shù)脂進(jìn)行熱處理時(shí),加熱處理溫度優(yōu)選為200~270℃的范圍,加熱處理時(shí)間優(yōu)選為2~50小時(shí)的范圍。在減壓下處理時(shí),壓力優(yōu)選為7,000Nm-2以下。作為加熱處理裝置,可舉出通常的熱風(fēng)干燥機(jī)、旋轉(zhuǎn)式或裝有攪拌槳的加熱裝置等。從效率良好、更均勻地進(jìn)行加熱處理的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選使用旋轉(zhuǎn)式或裝有攪拌槳的加熱裝置。
用有機(jī)溶劑清洗聚芳硫醚樹(shù)脂時(shí),作為有機(jī)溶劑,例如,可舉出N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等含氮極性溶劑;二甲基亞砜、二甲基砜等亞砜·砜系溶劑;丙酮、甲基乙基酮、二乙基甲酮、苯乙酮等酮系溶劑;二甲醚、二丙醚、四氫呋喃等醚系溶劑;氯仿、二氯甲烷、三氯乙烯、二氯乙烯、二氯乙烷、四氯乙烷、氯苯等鹵素系溶劑;甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇、苯酚、甲酚、聚乙二醇等醇系或酚系溶劑;苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴系溶劑等。可使用上述中的2種以上。這些有機(jī)溶劑中,優(yōu)選使用N-甲基吡咯烷酮、丙酮、二甲基甲酰胺和氯仿等。作為利用有機(jī)溶劑進(jìn)行洗滌的方法,例如,可舉出將聚芳硫醚樹(shù)脂浸漬在有機(jī)溶劑中的方法等。根據(jù)需要,也可以適當(dāng)攪拌或加熱。在有機(jī)溶劑中清洗聚芳硫醚樹(shù)脂時(shí)的清洗溫度優(yōu)選為常溫~150℃。需要說(shuō)明的是,優(yōu)選將實(shí)施過(guò)有機(jī)溶劑清洗的聚芳硫醚樹(shù)脂用水或溫水清洗數(shù)次,以除去殘留的有機(jī)溶劑。
用熱水清洗聚芳硫醚樹(shù)脂時(shí),為了呈現(xiàn)基于熱水清洗的聚芳硫醚樹(shù)脂的理想的化學(xué)改性的效果,所使用的水優(yōu)選為蒸餾水或去離子水。對(duì)于熱水清洗而言,通常,在規(guī)定量的水中投入規(guī)定量的聚芳硫醚樹(shù)脂,通過(guò)于常壓或在壓力容器內(nèi)進(jìn)行加熱、攪拌來(lái)進(jìn)行。關(guān)于聚芳硫醚樹(shù)脂與水的比例,優(yōu)選相對(duì)于1升水而言,聚芳硫醚樹(shù)脂為200g以下的浴比。
作為對(duì)聚芳硫醚樹(shù)脂進(jìn)行酸處理的方法,例如,可舉出將聚芳硫醚樹(shù)脂浸漬在酸或酸的水溶液中的方法等。根據(jù)需要,也可以適當(dāng)攪拌或加熱。作為酸,例如,可舉出甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等脂肪族飽和單羧酸;一氯乙酸、二氯乙酸等鹵素取代脂肪族飽和羧酸、丙烯酸、丁烯酸等脂肪族不飽和單羧酸;苯甲酸、水楊酸等芳香族羧酸;草酸、丙二酸、琥珀酸、鄰苯二甲酸、富馬酸等二羧酸;以及硫酸、磷酸、鹽酸、碳酸、硅酸等無(wú)機(jī)酸性化合物等。上述酸中,優(yōu)選使用乙酸或鹽酸。優(yōu)選將實(shí)施過(guò)酸處理的聚芳硫醚樹(shù)脂用水或溫水清洗數(shù)次,以除去殘留的酸或鹽等。用于清洗的水優(yōu)選為蒸餾水或去離子水。
對(duì)于聚芳硫醚樹(shù)脂的熔體粘度而言,在310℃、剪切速率1000/秒的條件下優(yōu)選為80Pa·s以下,更優(yōu)選為20Pa·s以下。對(duì)于熔體粘度的下限沒(méi)有特別限制,優(yōu)選為5Pa·s以上??梢院嫌萌垠w粘度不同的2種以上的聚芳硫醚樹(shù)脂。需要說(shuō)明的是,熔體粘度可使用Capilograph(東洋精機(jī)(株)公司制)裝置、以模長(zhǎng)10mm、??字睆?.5~1.0mm的條件進(jìn)行測(cè)定。
作為聚芳硫醚樹(shù)脂,也可使用東麗(株)制“TORELINA”(注冊(cè)商標(biāo))、DIC(株)制“DIC.PPS”(注冊(cè)商標(biāo))、Polyplastic(株)制“DURAFIDE”(注冊(cè)商標(biāo))等市售制品。
作為本發(fā)明的增強(qiáng)纖維[B],沒(méi)有特別限定,例如,可舉出碳纖維、玻璃纖維、芳族聚酰胺纖維等有機(jī)纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維、金屬纖維等高強(qiáng)度高彈性模量纖維??墒褂蒙鲜鲋械?種以上。
增強(qiáng)纖維[B]是能夠利用對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]的纖維增強(qiáng)效果來(lái)提高成型品的力學(xué)特性的纖維。此外,在增強(qiáng)纖維具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱特性等固有特性的情況下,能夠?qū)崴苄詷?shù)脂[A]單體所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的上述性質(zhì)賦予至成型品。從力學(xué)特性的進(jìn)一步提高、和成型品的輕質(zhì)化效果的觀點(diǎn)考慮,增強(qiáng)纖維中優(yōu)選PAN系碳纖維、瀝青系碳纖維、人造絲系碳纖維等碳纖維。從得到的成型品的強(qiáng)度與彈性模量的均衡性的觀點(diǎn)考慮,進(jìn)一步優(yōu)選PAN系碳纖維。此外,出于賦予導(dǎo)電性的目的,也優(yōu)選使用被覆有鎳、銅、鐿等金屬的增強(qiáng)纖維。
此外,作為碳纖維,利用X射線光電子能譜法測(cè)定的、纖維表面的氧(O)與碳(C)的原子數(shù)之比、即表面氧濃度比[O/C]優(yōu)選為0.05~0.5。通過(guò)使表面氧濃度比為0.05以上,能夠在碳纖維表面上確保充分的官能團(tuán)量,從而能夠獲得與熱塑性樹(shù)脂[A]的更牢固的粘合,因此,能夠進(jìn)一步提高成型品的強(qiáng)度。表面氧濃度比更優(yōu)選為0.08以上,進(jìn)一步優(yōu)選為0.1以上。另一方面,表面氧濃度比的上限沒(méi)有特別限制,但從碳纖維的操作性與生產(chǎn)率的均衡性考慮,通常優(yōu)選為0.5以下,更優(yōu)選為0.4以下,進(jìn)一步優(yōu)選為0.3以下。
碳纖維的表面氧濃度比利用X射線光電子能譜法按如下步驟求出。首先,在碳纖維表面上附著有上漿劑等時(shí),用溶劑除去附著在碳纖維表面的上漿劑等。將碳纖維束切成20mm,鋪展排列在銅制的試樣支承臺(tái)上,制成測(cè)定試樣。將測(cè)定試樣安置在X射線光電子能譜法裝置的試樣室中,將試樣室中保持為1×10-8Torr,使用AlKα1、2作為X射線源,實(shí)施測(cè)定。作為伴隨著測(cè)定時(shí)的帶電而產(chǎn)生的峰的校正值,將C1s的主峰的動(dòng)能值(K.E.)設(shè)置為1202eV。在K.E.為1191~1205eV的范圍內(nèi)畫(huà)出直線基線,由此求出C1s峰面積。在K.E.為947~959eV的范圍內(nèi)畫(huà)出直線基線,由此求出O1s峰面積。
此處,所謂表面氧濃度比,是使用裝置固有的靈敏度校正值、由上述O1s峰面積與C1s峰面積之比以原子數(shù)比的形式算出的。作為X射線光電子能譜法裝置,使用國(guó)際電氣社制Model ES-200時(shí),將靈敏度校正值設(shè)為1.74。
作為將表面氧濃度比[O/C]調(diào)節(jié)為0.05~0.5的方法,沒(méi)有特別限定,例如,可舉出電解氧化處理、試劑氧化處理和氣相氧化處理等方法。其中,優(yōu)選電解氧化處理。
另外,增強(qiáng)纖維[B]的平均纖維直徑?jīng)]有特別限定,從成型品的力學(xué)特性和表面外觀的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選為1~20μm,更優(yōu)選為3~15μm。制成增強(qiáng)纖維束時(shí)的單纖維數(shù)沒(méi)有特別限制,優(yōu)選為100~350,000根,從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)考慮,更優(yōu)選為20,000~100,000根。
出于提高增強(qiáng)纖維[B]與作為基體樹(shù)脂的熱塑性樹(shù)脂[A]的粘合性等目的,也可以對(duì)增強(qiáng)纖維[B]進(jìn)行表面處理。作為表面處理的方法,例如,可舉出電解處理、臭氧處理、紫外線處理等。
出于防止增強(qiáng)纖維[B]起毛、提高增強(qiáng)纖維[B]與作為基體樹(shù)脂的熱塑性樹(shù)脂[A]的粘合性等目的,也可以用上漿劑被覆增強(qiáng)纖維。尤其是在碳纖維的情況下,通過(guò)賦予上漿劑,能夠提高與熱塑性樹(shù)脂[A]的粘合性和成型品的特性。
作為上漿劑,例如,可舉出環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚乙二醇、聚氨酯、聚酯、乳化劑或表面活性劑等。可使用上述中的2種以上。上漿劑優(yōu)選為水溶性或水分散性。作為增強(qiáng)纖維[B]使用碳纖維的情況下,優(yōu)選與碳纖維的潤(rùn)濕性?xún)?yōu)異的環(huán)氧樹(shù)脂,更優(yōu)選多官能環(huán)氧樹(shù)脂。
作為多官能環(huán)氧樹(shù)脂,可舉出雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂、苯酚Novolacs型環(huán)氧樹(shù)脂等。其中,優(yōu)選容易發(fā)揮與基體樹(shù)脂的粘合性的脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂。脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂具有柔軟的骨架,所以容易形成交聯(lián)密度高且韌性高的結(jié)構(gòu),使碳纖維與基體樹(shù)脂不易剝離,因此能夠進(jìn)一步提高成型品的強(qiáng)度。
作為多官能的脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂,例如,可舉出二縮水甘油基醚化合物、多縮水甘油基醚化合物等。作為二縮水甘油基醚化合物,可舉出乙二醇二縮水甘油基醚、聚乙二醇二縮水甘油基醚、丙二醇二縮水甘油基醚、聚丙二醇二縮水甘油基醚、1,4-丁二醇二縮水甘油基醚、新戊二醇二縮水甘油基醚、聚丁二醇二縮水甘油基醚、聚亞烷基二醇二縮水甘油基醚等。此外,作為多縮水甘油基醚化合物,可舉出甘油多縮水甘油基醚、二甘油多縮水甘油基醚、聚甘油多縮水甘油基醚、山梨糖醇多縮水甘油基醚、阿拉伯糖醇多縮水甘油基醚、三羥甲基丙烷多縮水甘油基醚、三羥甲基丙烷縮水甘油基醚、季戊四醇多縮水甘油基醚、脂肪族多元醇的多縮水甘油基醚等。
脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂中,優(yōu)選3官能以上的脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂,更優(yōu)選反應(yīng)性高、具有3個(gè)以上的縮水甘油基的脂肪族多縮水甘油基醚化合物。脂肪族的多縮水甘油基醚化合物的柔軟性、交聯(lián)密度和與基體樹(shù)脂的相容性的均衡性良好,能夠進(jìn)一步提高粘合性。其中,進(jìn)一步優(yōu)選甘油多縮水甘油基醚、二甘油多縮水甘油基醚、多甘油多縮水甘油基醚、聚乙二醇縮水甘油基醚或聚丙二醇縮水甘油基醚。
對(duì)于上漿劑的附著量而言,在包含上漿劑和增強(qiáng)纖維[B]的增強(qiáng)纖維束100重量%中,優(yōu)選為0.01~10重量%。若上漿劑附著量為0.01重量%以上,則能夠進(jìn)一步提高與熱塑性樹(shù)脂[A]的粘合性。更優(yōu)選為0.05重量%以上,進(jìn)一步優(yōu)選為0.1重量%以上。另一方面,若上漿劑附著量為10重量%以下,則能夠以較高的水平維持熱塑性樹(shù)脂[A]的物性。更優(yōu)選為5重量%以下,進(jìn)一步優(yōu)選為2重量%以下。
作為上漿劑的賦予手段,沒(méi)有特別限定,例如,可舉出下述方法:制備上漿劑溶解或分散于溶劑(包含分散的情況下的分散介質(zhì))中而得到的上漿處理液,對(duì)于增強(qiáng)纖維賦予該上漿處理液后,使溶劑干燥·氣化,除去溶劑。作為對(duì)于增強(qiáng)纖維賦予上漿處理液的方法,例如,可舉出經(jīng)由輥將增強(qiáng)纖維浸漬在上漿處理液中的方法、使增強(qiáng)纖維與附著有上漿處理液的輥接觸的方法、將上漿處理液制成霧狀并吹噴至增強(qiáng)纖維的方法等。另外,上漿處理液的賦予方法為分批式和連續(xù)式均可,但優(yōu)選生產(chǎn)率良好、可減小偏差的連續(xù)式。此時(shí),為了使上漿劑對(duì)于增強(qiáng)纖維的附著量在適當(dāng)范圍內(nèi)并且均勻,優(yōu)選對(duì)上漿處理液濃度、溫度、絲條張力等進(jìn)行調(diào)節(jié)。另外,更優(yōu)選在賦予上漿處理液時(shí),利用超聲波使增強(qiáng)纖維振動(dòng)。
干燥溫度和干燥時(shí)間應(yīng)當(dāng)根據(jù)上漿劑的附著量進(jìn)行調(diào)節(jié)。從縮短完全除去用于上漿處理液的溶劑和干燥所需要的時(shí)間、另一方面防止上漿劑的熱劣化、防止經(jīng)過(guò)上漿處理的增強(qiáng)纖維[B]變硬而導(dǎo)致纖維束的鋪展性惡化的觀點(diǎn)考慮,干燥溫度優(yōu)選為150℃以上且350℃以下,更優(yōu)選為180℃以上且250℃以下。
作為用于上漿處理液的溶劑,例如,可舉出水、甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮等,從操作容易和防災(zāi)的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選為水。因此,在將不溶或難溶于水的化合物用作上漿劑時(shí),優(yōu)選添加乳化劑、表面活性劑而將其制成水性分散液進(jìn)行使用。具體而言,作為乳化劑或表面活性劑,可使用苯乙烯-馬來(lái)酸酐共聚物、烯烴-馬來(lái)酸酐共聚物、萘磺酸鹽的甲醛縮合物、聚丙烯酸鈉等陰離子型乳化劑;聚乙烯亞胺、聚乙烯基咪唑啉等陽(yáng)離子型乳化劑;壬基酚環(huán)氧乙烷加成物、聚乙烯醇;聚氧乙烯醚酯共聚物、脫水山梨糖醇酯環(huán)氧乙烷加成物等非離子型乳化劑等。相互作用小的非離子型乳化劑不易損害上漿劑所含有的官能團(tuán)的粘合效果,因此優(yōu)選。
對(duì)于成型品而言,優(yōu)選還包含200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低的增強(qiáng)纖維改性成分[C]。對(duì)于增強(qiáng)纖維改性成分[C]而言,在成型時(shí),例如在注射成型的情況下,較之熱塑性樹(shù)脂[A]而言更容易在料筒內(nèi)流動(dòng)。另外,如后述的那樣,通過(guò)選擇增強(qiáng)纖維改性成分[C]和、熱塑性樹(shù)脂[A]及/或增強(qiáng)纖維[B]的組合,可以使增強(qiáng)纖維改性成分[C]與增強(qiáng)纖維[B]的親和性高于與熱塑性樹(shù)脂[A]的親和性,從而能夠在成型材料中使增強(qiáng)纖維改性成分[C]局部存在于增強(qiáng)纖維[B]附近。因此,在成型材料中,可以使容易流動(dòng)的增強(qiáng)纖維改性成分[C]存在于增強(qiáng)纖維[B]與熱塑性樹(shù)脂[A]之間,從而能夠抑制由于注射成型時(shí)的料筒內(nèi)的剪切應(yīng)力導(dǎo)致的增強(qiáng)纖維[B]的纖維折損。另外,通過(guò)使增強(qiáng)纖維改性成分[C]存在于增強(qiáng)纖維[B]與熱塑性樹(shù)脂[A]之間,在成型品斷裂時(shí),相較于增強(qiáng)纖維[B]的斷裂而言,增強(qiáng)纖維[B]的拉拔優(yōu)先發(fā)生,從而能夠抑制裂紋向增強(qiáng)纖維[B]發(fā)展。結(jié)果,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。需要說(shuō)明的是,成型溫度通常為200~450℃,其根據(jù)熱塑性樹(shù)脂[A]的種類(lèi)適當(dāng)設(shè)定,而本發(fā)明中,作為成型時(shí)的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的流動(dòng)性的指標(biāo),著眼于200℃時(shí)的熔體粘度。
作為增強(qiáng)纖維改性成分[C],只要是200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低的化合物則沒(méi)有特別限定,作為容易存在于增強(qiáng)纖維[B]與熱塑性樹(shù)脂[A]之間的成分,優(yōu)選使用潤(rùn)滑劑。
作為潤(rùn)滑劑,例如,可舉出礦物油、合成油、高級(jí)脂肪酸、高級(jí)脂肪酸金屬鹽、高級(jí)脂肪酸酯、高級(jí)脂肪酸酰胺、高級(jí)醇、聚有機(jī)硅氧烷、合成蠟、聚亞烷基二醇、含氟脂肪酸酯、氟油等。此處,所謂“高級(jí)”,是指碳原子數(shù)為8以上??墒褂蒙鲜鲋械?種以上。具體而言,作為高級(jí)脂肪酸,可舉出癸酸、辛酸、月桂酸、椰子酸(coconut acid)、肉豆蔻酸、硬脂酸、油酸等。作為高級(jí)脂肪酸金屬鹽,可舉出上述高級(jí)脂肪酸的鋅鹽、鈣鹽等。作為高級(jí)脂肪酸酯,可舉出硬脂酸單甘油酯、脫水山梨糖醇單硬脂酸酯、山梨糖醇單棕櫚酸酯(sorbin mono palmitate)等。作為高級(jí)脂肪酸酰胺,可舉出芥酸酰胺、硬脂酸酰胺、乙撐雙硬脂酸酰胺、棕櫚酸酰胺、油酸酰胺、椰油酸酰胺等。作為高級(jí)醇,可舉出辛醇、癸醇、十二烷醇、肉豆蔻醇、硬脂醇、鯨蠟醇等。作為聚有機(jī)硅氧烷,可舉出硅油、硅橡膠等。作為合成蠟,可舉出石蠟、烯烴系蠟、酮蠟、酯蠟等。作為聚亞烷基二醇,可舉出硬脂酸蠟等。作為氟油,可舉出三氟氯乙烯、聚六氟丙二醇等。上述化合物中,優(yōu)選烯烴系蠟或聚有機(jī)硅氧烷。烯烴系蠟、聚有機(jī)硅氧烷的耐熱性高,即使經(jīng)過(guò)熔融混煉、成型的工序也容易殘留在成型材料、成型品中,因此,能夠進(jìn)一步提高增強(qiáng)纖維[B]的折損抑制效果,從而進(jìn)一步提高沖擊強(qiáng)度。
作為烯烴系蠟,優(yōu)選聚烯烴蠟,更優(yōu)選聚乙烯蠟及/或1-烯烴聚合物(包含α-烯烴的聚合物)蠟。作為聚乙烯蠟,可使用當(dāng)前廣為人知的蠟,例如,可舉出將乙烯在高溫高壓下聚合而得到的蠟、將聚乙烯熱分解而得到的蠟、從聚乙烯中分離純化低分子量成分而得到的蠟等。也可以用各種官能團(tuán)將烯烴系蠟改性。
作為聚有機(jī)硅氧烷,優(yōu)選硅油。作為硅油,可舉出二甲基硅油、甲基苯基硅油、甲基含氫硅油、環(huán)狀二甲基硅油、聚醚改性硅油、高級(jí)脂肪酸酯改性硅油等。從操作性的觀點(diǎn)考慮,硅油的20℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度優(yōu)選為1×10-2m2/s以下。也可以用各種官能團(tuán)將聚有機(jī)硅氧烷改性。
增強(qiáng)纖維改性成分[C]的SP值與熱塑性樹(shù)脂[A]的SP值之差優(yōu)選為1.0以上,更優(yōu)選為2.5以上,最優(yōu)選為3.0以上。所謂SP值,是指溶解度參數(shù),已知2種成分的SP值之差越小則溶解度越大。此外,優(yōu)選增強(qiáng)纖維改性成分[C]與增強(qiáng)纖維[B]表面(在增強(qiáng)纖維[B]表面上附著有上漿劑的情況下,為上漿劑)的SP值之差小于增強(qiáng)纖維改性成分[C]與熱塑性樹(shù)脂[A]的SP值之差。另外,增強(qiáng)纖維改性成分[C]與增強(qiáng)纖維[B]表面的SP值之差優(yōu)選為1.0以下。由此,能夠使增強(qiáng)纖維改性成分[C]與增強(qiáng)纖維[B]表面的親和性高于增強(qiáng)纖維改性成分[C]與熱塑性樹(shù)脂[A]的親和性。由此,如前所述,在成型材料中,能夠使增強(qiáng)纖維改性成分[C]局部存在于增強(qiáng)纖維[B]附近,抑制由于成型時(shí)的剪切應(yīng)力導(dǎo)致的增強(qiáng)纖維[B]的纖維折損、受到?jīng)_擊時(shí)的裂紋向增強(qiáng)纖維[B]的發(fā)展,從而能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。因此,優(yōu)選以使增強(qiáng)纖維改性成分[C]與熱塑性樹(shù)脂[A]的SP值之差及增強(qiáng)纖維改性成分[C]與增強(qiáng)纖維[B]表面(在增強(qiáng)纖維[B]附著有上漿劑的情況下,為上漿劑)的SP值之差成為上述的范圍的方式選擇增強(qiáng)纖維改性成分[C]。
需要說(shuō)明的是,已知有多種SP值的測(cè)定方法,本發(fā)明中,使用利用Fedors的方法求出的SP值(參見(jiàn)SP值基礎(chǔ)·應(yīng)用和計(jì)算,2005年3月31日第1版,發(fā)行者:谷口彰敏,發(fā)行:株式會(huì)社情報(bào)機(jī)構(gòu),66~67頁(yè))(SP値基礎(chǔ)·応用と計(jì)算、2005年3月31日第1版、発行者谷口彰敏、発行株式會(huì)社情報(bào)機(jī)構(gòu)、66~67頁(yè)參照)。
作為增強(qiáng)纖維改性成分[C],優(yōu)選具有與熱塑性樹(shù)脂[A]成分的親和性低的結(jié)構(gòu)、且具有能夠與增強(qiáng)纖維[B]表面反應(yīng)的官能團(tuán)的成分,例如,可舉出用各種官能團(tuán)修飾了的潤(rùn)滑劑等。作為所述官能團(tuán),例如,可舉出羧基、羧酸酐基、環(huán)氧基、噁唑啉基、異氰酸酯基、酯基、氨基、烷氧基甲硅烷基等。
作為利用上述官能團(tuán)修飾潤(rùn)滑劑的方法,例如,可舉出:(1)使?jié)櫥瑒┡c具有上述的官能團(tuán)和與潤(rùn)滑劑有反應(yīng)性的官能團(tuán)的化合物反應(yīng)的方法;(2)在合成潤(rùn)滑劑時(shí)與具有上述的官能團(tuán)的化合物共聚的方法;(3)在加熱條件下將潤(rùn)滑劑、具有官能團(tuán)的化合物和自由基引發(fā)劑混合并使其反應(yīng)的方法;和(4)通過(guò)使?jié)櫥瑒嵫趸瘡亩M(jìn)行修飾的方法等。
作為增強(qiáng)纖維改性成分[C],更優(yōu)選具有羧基及/或羧酸酐基的聚烯烴蠟。其中,進(jìn)一步優(yōu)選馬來(lái)酸酐與α-烯烴的共聚物。進(jìn)行共聚的α-烯烴的碳原子數(shù)的平均值優(yōu)選為10~60,更優(yōu)選為16~60、進(jìn)一步優(yōu)選為25~55。
作為將羧基或羧酸酐基導(dǎo)入聚烯烴蠟的方法,例如,可舉出在加熱條件下、在自由基引發(fā)劑的存在下或不存在下混合馬來(lái)酸、馬來(lái)酸酐等化合物和、聚乙烯、1-烯烴(包含α-烯烴)的聚合物、1-烯烴(包含α-烯烴)與乙烯的共聚物等聚合物并使其反應(yīng)的方法;在將乙烯、丙烯、碳原子數(shù)為4以上的1-烯烴(包含α-烯烴)等進(jìn)行聚合時(shí)將馬來(lái)酸、馬來(lái)酸酐進(jìn)行共聚的方法等。作為共聚的方法,可舉出熔融聚合法、本體聚合法等。從熱負(fù)荷少、容易調(diào)節(jié)官能團(tuán)量的觀點(diǎn)考慮,更優(yōu)選后一種方法。
增強(qiáng)纖維改性成分[C]中的官能團(tuán)量?jī)?yōu)選為0.05meq/g以上。通過(guò)具有0.05meq/g以上的官能團(tuán),能夠提高與增強(qiáng)纖維[B]的親和性,進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。官能團(tuán)量更優(yōu)選為0.1meq/g以上,進(jìn)一步優(yōu)選為0.5meq/g以上。另一方面,官能團(tuán)量的上限沒(méi)有特別限定,一般而言為10meq/g以下。此處,所謂1eq(1當(dāng)量),是指每1g潤(rùn)滑劑中,例如羧基的情況下存在1摩爾的羧基,為羧酸酐基的情況下,存在0.5摩爾的羧酸酐基。
增強(qiáng)纖維改性成分[C]的200℃時(shí)的熔體粘度只要低于熱塑性樹(shù)脂[A]的200℃時(shí)的熔體粘度則沒(méi)有特別限定,增強(qiáng)纖維改性成分[C]與熱塑性樹(shù)脂[A]的200℃時(shí)的熔體粘度之差優(yōu)選為10Pa·s以上。若熔體粘度之差為10Pa·s以上,則在成型材料中,增強(qiáng)纖維改性成分[C]更容易局部存在于增強(qiáng)纖維[B]表面。熔體粘度之差更優(yōu)選為100Pa·s以上,進(jìn)一步優(yōu)選為1000Pa·s以上。需要說(shuō)明的是,對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的熔體粘度,可利用粘彈性測(cè)定器,使用40mm的平行板,在0.5Hz、200℃的條件下進(jìn)行測(cè)定而求出。
增強(qiáng)纖維改性成分[C]的200℃時(shí)的熔體粘度優(yōu)選為0.01~50Pa·s。若200℃時(shí)的熔體粘度為0.01Pa·s以上,則能夠進(jìn)一步抑制以增強(qiáng)纖維改性成分[C]作為起點(diǎn)的破壞,進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。200℃時(shí)的熔體粘度更優(yōu)選為0.03Pa·s以上。另一方面,若200℃時(shí)的熔體粘度為50Pa·s以下,則在成型時(shí)增強(qiáng)纖維改性成分[C]容易移動(dòng),增強(qiáng)纖維改性成分[C]更容易局部存在于增強(qiáng)纖維[B]的表面,因此,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。200℃時(shí)的熔體粘度更優(yōu)選為40Pa·s以下,進(jìn)一步優(yōu)選為30Pa·s以下。作為熔體粘度在上述范圍內(nèi)的增強(qiáng)纖維改性成分[C],例如,具有羧基及/或羧酸酐基的聚烯烴蠟的情況下,可以通過(guò)從市售的具有各種熔體粘度的蠟中選擇具有希望的熔體粘度的成分而得到。
增強(qiáng)纖維改性成分[C]的重均分子量?jī)?yōu)選為500~40,000。若重均分子量為500以上,則與熱塑性樹(shù)脂[A]的混煉性?xún)?yōu)異,成型性?xún)?yōu)異。重均分子量更優(yōu)選為2,000以上。另一方面,若重均分子量為40,000以下,則在注射成型時(shí)更容易向增強(qiáng)纖維[B]含浸。需要說(shuō)明的是,增強(qiáng)纖維改性成分[C]的重均分子量的測(cè)定可使用凝膠滲透色譜法(GPC)進(jìn)行測(cè)定。
另外,優(yōu)選在存在于成型品內(nèi)的增強(qiáng)纖維[B]表面(以下,有時(shí)記載為“纖維表面”)上附著有10~90%的增強(qiáng)纖維改性成分[C]。通過(guò)使增強(qiáng)纖維改性成分[C]向纖維表面的附著率為10%以上,在對(duì)成型品施加沖擊時(shí),在成型品內(nèi)發(fā)生的裂紋不直接朝向增強(qiáng)纖維[B]發(fā)展,而是在增強(qiáng)纖維改性成分[C]表面發(fā)展。此時(shí),由于熱塑性樹(shù)脂[A]與增強(qiáng)纖維改性成分[C]的親和性低,因此發(fā)生界面剝離,裂紋繞過(guò)增強(qiáng)纖維[B]。結(jié)果,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。附著率更優(yōu)選為30%以上,進(jìn)一步優(yōu)選為60%以上。另一方面,通過(guò)使增強(qiáng)纖維改性成分[C]向纖維表面的附著率為90%以下,還能夠維持存在于增強(qiáng)纖維[B]表面的偶聯(lián)劑的效果,從而能夠維持熱塑性樹(shù)脂[A]與增強(qiáng)纖維[B]的適度的界面粘合。結(jié)果,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。附著率更優(yōu)選為85%以下。需要說(shuō)明的是,通過(guò)以使熱塑性樹(shù)脂[A]與增強(qiáng)纖維改性成分[C]的親和性適度降低的方式選擇熱塑性樹(shù)脂[A]和增強(qiáng)纖維改性成分[C],使增強(qiáng)纖維改性成分[C]優(yōu)先地局部存在于纖維表面,由此可以將[C]向纖維表面的附著率調(diào)節(jié)為上述范圍。
纖維表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的附著率可以利用透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行觀察。切出相對(duì)于成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的纖維長(zhǎng)度方向而言的垂直截面,以40000倍的倍率進(jìn)行TEM觀察。圖1示出了表示利用TEM觀察到的、增強(qiáng)纖維改性成分[C]向增強(qiáng)纖維[B]的附著狀態(tài)的示意圖。圖1中,符號(hào)2表示增強(qiáng)纖維[B],符號(hào)3表示增強(qiáng)纖維改性成分[C]。
上述的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的附著率可利用如下方法進(jìn)行測(cè)定。從上述的TEM觀察圖像中隨機(jī)選擇5根增強(qiáng)纖維[B]。測(cè)定選擇的增強(qiáng)纖維[B](2)的直徑、存在于增強(qiáng)纖維[B]的圓周表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C](3)的端部距離(LcI)。此處,所謂端部距離,表示與增強(qiáng)纖維[B]圓周表面平行的方向上的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的長(zhǎng)度。分別測(cè)定存在于增強(qiáng)纖維[B]圓周表面上的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的端部距離,由下式(1)算出附著率[%]。此時(shí),增強(qiáng)纖維改性成分[C]沒(méi)有空隙地覆蓋增強(qiáng)纖維[B]整個(gè)表面的情況下,將附著率設(shè)為100%。針對(duì)隨機(jī)選擇的5根增強(qiáng)纖維[B]測(cè)定附著率,算出其算術(shù)平均值。
增強(qiáng)纖維改性成分附著率[%]={由TEM截面觀察檢測(cè)到的、增強(qiáng)纖維改性成分[C]的各端部距離(LcI)的總和/[相對(duì)于纖維長(zhǎng)度方向的垂直截面中的增強(qiáng)纖維[B]的直徑(D)×圓周率(π)]}×100(1)。
另外,在成型品中,附著于纖維表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度優(yōu)選為5~20nm。通過(guò)使附著于纖維表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度為5nm以上,對(duì)成型品施加沖擊時(shí),在成型品內(nèi)產(chǎn)生的裂紋不直接朝向增強(qiáng)纖維[B]發(fā)展,而是在增強(qiáng)纖維改性成分[C]表面發(fā)展。此時(shí),由于熱塑性樹(shù)脂[A]與增強(qiáng)纖維改性成分[C]的親和性低,因此發(fā)生界面剝離,裂紋繞過(guò)增強(qiáng)纖維[B]。結(jié)果,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。另一方面,通過(guò)使向纖維表面附著的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度為20nm以下,還能夠維持存在于增強(qiáng)纖維[B]表面的偶聯(lián)劑的效果,從而能夠維持熱塑性樹(shù)脂[A]與增強(qiáng)纖維[B]的適度的界面粘合。結(jié)果,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。需要說(shuō)明的是,通過(guò)使增強(qiáng)纖維改性成分[C]的配合量為后述的優(yōu)選范圍、以使熱塑性樹(shù)脂[A]與增強(qiáng)纖維改性成分[C]的親和性適度降低的方式選擇熱塑性樹(shù)脂[A]和增強(qiáng)纖維改性成分[C],使增強(qiáng)纖維改性成分[C]優(yōu)先地局部存在于纖維表面,由此可以將附著于纖維表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度調(diào)節(jié)為上述范圍。
增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度可以利用透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行觀察。切出相對(duì)于成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的纖維長(zhǎng)度方向而言的垂直截面,以40000倍的倍率進(jìn)行TEM觀察。圖2示出了表示利用TEM觀察到的、附著在增強(qiáng)纖維[B]表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度的示意圖。圖2中,符號(hào)2表示增強(qiáng)纖維[B],符號(hào)3表示增強(qiáng)纖維改性成分[C]。
上述的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度可以利用以下方法進(jìn)行測(cè)定。從上述的TEM觀察圖像中隨機(jī)選擇5根增強(qiáng)纖維[B]。測(cè)定存在于選擇的增強(qiáng)纖維[B]的圓周表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C](3)的最大膜厚(LcII)。針對(duì)隨機(jī)選擇的5根增強(qiáng)纖維[B]測(cè)定最大膜厚(LcII),算出其算術(shù)平均值。
對(duì)于成型品而言,優(yōu)選相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,包含50~98.9重量份的熱塑性樹(shù)脂[A]、1~40重量份增強(qiáng)纖維[B]、0.1~10重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C]。通過(guò)使成型品包含1重量份以上的增強(qiáng)纖維[B],能夠進(jìn)一步提高沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度,通過(guò)包含40重量份以下,能夠提高增強(qiáng)纖維[B]的分散性,進(jìn)一步提高沖擊強(qiáng)度。另外,通過(guò)包含0.1~10重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C],可以容易地將增強(qiáng)纖維改性成分[C]的附著率、皮膜厚度調(diào)節(jié)為上述的優(yōu)選范圍。更優(yōu)選包含0.5重量份以上的增強(qiáng)纖維改性成分[C],進(jìn)一步優(yōu)選包含1重量份以上。另一方面,更優(yōu)選包含7重量份以下的增強(qiáng)纖維改性成分[C],進(jìn)一步優(yōu)選包含5重量份以下。
對(duì)于成型品而言,在不損害本發(fā)明目的的范圍內(nèi),還可以含有其他成分。作為其他的成分,沒(méi)有特別限定,例如,可舉出與上述熱塑性樹(shù)脂[A]不同的熱塑性樹(shù)脂、熱固性樹(shù)脂、阻燃劑、導(dǎo)電性賦予劑、晶核劑、紫外線吸收劑、抗氧化劑、減振劑、抗菌劑、防蟲(chóng)劑、防臭劑、防著色劑、熱穩(wěn)定劑、脫模劑、抗靜電劑、增塑劑、著色劑、顏料、染料、發(fā)泡劑、制泡劑、偶聯(lián)劑等??墒褂蒙鲜鲋械?種以上。含有彈性體、橡膠成分的情況下,能夠進(jìn)一步提高沖擊強(qiáng)度。另外,含有與熱塑性樹(shù)脂[A]不同的熱塑性樹(shù)脂(以下,有時(shí)稱(chēng)為熱塑性樹(shù)脂[F])的情況下,能夠進(jìn)一步提高增強(qiáng)纖維[B]的折損抑制效果,從而進(jìn)一步提高成型品的力學(xué)特性,例如彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度。含有導(dǎo)熱填充材料[G]的情況下,能夠提高成型品的熱導(dǎo)率。
作為熱塑性樹(shù)脂[F],從進(jìn)一步提高增強(qiáng)纖維[B]的折損抑制效果的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選苯乙烯系樹(shù)脂。所謂苯乙烯系樹(shù)脂,是含有芳香族乙烯基系單體作為聚合成分的樹(shù)脂,也可以是芳香族乙烯基系單體與、能夠與其共聚的其他的成分形成的共聚物。作為其他的成分,例如,可舉出芳香族以外的乙烯基系單體、橡膠成分等。另外,作為共聚的方式?jīng)]有特別限制,例如,可舉出無(wú)規(guī)共聚、交替共聚、嵌段共聚、接枝共聚等。也可以合用上述中的2種以上。另外,作為苯乙烯系樹(shù)脂的形態(tài),可以是單一的苯乙烯系樹(shù)脂,也可以是其他的成分及苯乙烯系樹(shù)脂形成所謂核-殼結(jié)構(gòu)而得到的樹(shù)脂。
作為芳香族乙烯基系單體的具體例,例如,可舉出苯乙烯、α-甲基苯乙烯、對(duì)甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、叔丁基苯乙烯、鄰乙基苯乙烯、鄰氯苯乙烯、和鄰/對(duì)二氯苯乙烯等。可使用上述中的2種以上。特別優(yōu)選使用苯乙烯、α-甲基苯乙烯。
另外,優(yōu)選使芳香族乙烯基系單體和能夠與其共聚的其他的乙烯基系單體進(jìn)行共聚。通過(guò)選擇共聚成分,能夠進(jìn)一步提高耐化學(xué)藥品性、耐熱性、沖擊強(qiáng)度等希望的特性。作為能夠共聚的其他的乙烯基系單體,例如,可舉出丙烯腈、甲基丙烯腈、乙基丙烯腈、(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸氯甲酯、(甲基)丙烯酸縮水甘油酯、馬來(lái)酸酐、衣康酸酐、N-甲基馬來(lái)酰亞胺、N-乙基馬來(lái)酰亞胺、N-環(huán)己基馬來(lái)酰亞胺、N-苯基馬來(lái)酰亞胺等。可使用上述中的2種以上。特別優(yōu)選使用丙烯腈。
對(duì)于苯乙烯系樹(shù)脂而言,進(jìn)一步優(yōu)選包含作為芳香族乙烯基系單體和能夠與其共聚的橡膠成分形成的共聚物的、橡膠改性苯乙烯系樹(shù)脂。由橡膠成分構(gòu)成的軟鏈段在成型時(shí)緩和對(duì)于增強(qiáng)纖維[B]施加的外力,因此可以期待更大的纖維折損抑制效果,從而能夠進(jìn)一步提高成型品的彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度。
作為橡膠成分,例如,可舉出聚丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚物、氫化苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯酸丁酯-丁二烯共聚物、和異戊二烯橡膠等。可使用上述中的2種以上。其中,優(yōu)選聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物等二烯系橡膠。
作為上述苯乙烯系樹(shù)脂,例如,可舉出聚苯乙烯(PS)樹(shù)脂、高抗沖聚苯乙烯(HIPS)樹(shù)脂、苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS樹(shù)脂)、改性AS樹(shù)脂、丙烯腈-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物(AAS樹(shù)脂)、丙烯腈-乙烯-苯乙烯共聚物(AES樹(shù)脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹(shù)脂)、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS樹(shù)脂)、苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR樹(shù)脂)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS樹(shù)脂)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS樹(shù)脂)、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯共聚物(SIS樹(shù)脂)等。從進(jìn)一步提高增強(qiáng)纖維[B]的折損抑制效果、進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選作為橡膠改性苯乙烯系樹(shù)脂的MBS樹(shù)脂、SBS樹(shù)脂或SEBS樹(shù)脂,更優(yōu)選SEBS樹(shù)脂。
此處,SEBS樹(shù)脂沒(méi)有特別限定,更優(yōu)選使苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物氫化而成的氫化嵌段共聚物。作為優(yōu)選的SEBS樹(shù)脂,就市售的制品而言,可舉出Asahi Kasei Chemicals Ltd.制“Tuftec”(注冊(cè)商標(biāo))、(株)Kuraray制“SEPTON”(注冊(cè)商標(biāo))、Kraton Polymers Japan(株)制“KRATON”(注冊(cè)商標(biāo))等。
另外,相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,成型品中的熱塑性樹(shù)脂[F]的含量?jī)?yōu)選為0.5~10重量份。通過(guò)使熱塑性樹(shù)脂[F]的含量為0.5重量份以上,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。熱塑性樹(shù)脂[F]的含量?jī)?yōu)選為1重量份以上,更優(yōu)選為2重量份以上。另一方面,通過(guò)使熱塑性樹(shù)脂[F]的含量為10重量份以下,成型品的剛性提高,能夠進(jìn)一步提高彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性。熱塑性樹(shù)脂[F]的含量更優(yōu)選為7重量份以下,進(jìn)一步優(yōu)選為5重量份以下。
作為導(dǎo)熱填充材料[G],選擇上述增強(qiáng)纖維[B]以外的、具有導(dǎo)熱特性的填充材料。作為填充材料的形狀,可舉出板狀、鱗片狀、粒狀、不規(guī)則形狀、破碎品等非纖維狀形狀。作為具體例,可舉出云母、滑石、高嶺土、二氧化硅、碳酸鈣、玻璃珠、玻璃薄片、玻璃微球、粘土、二硫化鉬、硅灰石、聚磷酸鈣、石墨、金屬粉、金屬薄片、金屬帶(metal ribbon)、金屬氧化物(氧化鋁、氧化鋅、氧化鈦等)、碳粉末、石墨、碳薄片、鱗片狀碳、碳納米管等。可以含有上述中的2種以上。需要說(shuō)明的是,作為構(gòu)成金屬粉、金屬薄片、金屬帶的金屬的具體例,可列舉銀、鎳、銅、鋅、鋁、不銹鋼、鐵、黃銅、鉻、錫等。
其中,從進(jìn)一步提高成型品的熱導(dǎo)率的觀點(diǎn)考慮,熱導(dǎo)率優(yōu)選為20W/mK以上。作為熱導(dǎo)率為20W/mK以上的導(dǎo)熱填充材料[G],例如,可舉出金屬粉、金屬薄片、金屬帶;氧化鈹、氧化鋁、氧化鋅、氧化鎂等金屬氧化物;氮化鋁、氮化硼、氮化硅等金屬氮化物;被這些導(dǎo)熱性物質(zhì)被覆了的各種無(wú)機(jī)填充材料、碳粉末、石墨;或石墨化度較高的碳薄片、鱗片狀碳、和碳納米管等。需要說(shuō)明的是,導(dǎo)熱填充材料[G]的熱導(dǎo)率原則上指用激光閃射法測(cè)得的值,但在由碳系的材料構(gòu)成的導(dǎo)熱填充材料等無(wú)法利用激光閃射法直接測(cè)定的情況下,為利用能夠測(cè)定的方法、例如穩(wěn)態(tài)法(steady-state method)在流動(dòng)方向測(cè)得的熱導(dǎo)率的值。利用穩(wěn)態(tài)法的熱導(dǎo)率的測(cè)定可以如下進(jìn)行:從ISO型啞鈴形試驗(yàn)片中切出20mm×20mm×4mm厚的試驗(yàn)片,使用ULVAC-RIKO制GH-1S,測(cè)定80℃時(shí)的厚度方向的熱導(dǎo)率。由此,可以測(cè)定成型品的厚度方向、即相對(duì)于成型時(shí)的樹(shù)脂的流動(dòng)而言的垂直方向的熱導(dǎo)率。另外,從上述ISO型啞鈴形試驗(yàn)片中切出5片20mm×4mm×4mm厚的試驗(yàn)片,與流動(dòng)方向垂直地將5片試驗(yàn)片橫向排列,使用ULVAC-RIKO制GH-1S,測(cè)定80℃時(shí)的熱導(dǎo)率,由此可以測(cè)定成型時(shí)的樹(shù)脂的流動(dòng)方向的熱導(dǎo)率。
在熱導(dǎo)率為20W/mK以上的導(dǎo)熱性填充材料中,從成型品的輕質(zhì)化的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選氧化鋁、氧化鋅、氮化鋁、氮化硼、氮化硅、碳粉末、石墨、碳薄片、鱗片狀碳和碳納米管等。其中,更優(yōu)選導(dǎo)熱特性更優(yōu)異、比較廉價(jià)的石墨。
石墨發(fā)揮提高成型品的熱導(dǎo)率的效果。此外,有趣的是,通過(guò)含有石墨,可以使成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的露出纖維長(zhǎng)度(LB)和重均纖維長(zhǎng)度(LW)進(jìn)一步增長(zhǎng),能夠進(jìn)一步提高成型品的彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量等機(jī)械特性。對(duì)于其理由尚無(wú)法斷定,但可以推測(cè),通過(guò)使石墨存在于增強(qiáng)纖維[B]的周?chē)?,在成型時(shí),石墨受到剪切力而使剪切力分散,從而抑制了增強(qiáng)纖維[B]的折損,能夠使增強(qiáng)纖維[B]的露出纖維長(zhǎng)度(LB)和重均纖維長(zhǎng)度(LW)進(jìn)一步增長(zhǎng)。
作為石墨,沒(méi)有特別限定,可舉出天然石墨、各種人工石墨等。作為天然石墨,例如,可舉出土狀石墨、塊狀石墨、鱗片狀石墨等。所謂人工石墨,是通過(guò)將無(wú)定形碳進(jìn)行熱處理從而人工地使不規(guī)則排列的微小石墨結(jié)晶進(jìn)行取向而得到的,除了用于常規(guī)碳材料的人工石墨以外,可舉出凝析石墨(Kish Graphite)、分解石墨、熱分解石墨等。用于常規(guī)碳材料的人工石墨以石油焦炭、煤系瀝青焦炭作為主要原料,可以通過(guò)石墨化處理制造。上述石墨中,從進(jìn)一步提高沖擊特性和導(dǎo)熱特性的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選鱗片狀石墨。
另外,成型品中的石墨的粒徑優(yōu)選為10~100μm。通過(guò)使成型品中含有的石墨的粒徑為10μm以上,可以高效地形成導(dǎo)熱的通路,從而能夠進(jìn)一步提高熱導(dǎo)率。另一方面,通過(guò)使成型品中含有的石墨的粒徑為100μm以下,能夠提高成型品的外觀。
此處,所謂石墨的粒徑,是指以200~2000倍的倍率拍攝成型品的截面,從在照片上觀察到的粒徑較大的石墨中選擇50個(gè),測(cè)定50個(gè)的粒徑而得到的平均值。需要說(shuō)明的是,在照片上觀察到的石墨并非圓形時(shí),測(cè)定最大直徑作為粒徑。
需要說(shuō)明的是,作為用于使成型品中的石墨的粒徑為上述范圍的方法,例如,可舉出將石墨的粒徑在后述優(yōu)選范圍內(nèi)的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料進(jìn)行成型的方法等。
另外,相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,成型品中的導(dǎo)熱填充材料[G]的含量?jī)?yōu)選為1~40重量份。若導(dǎo)熱填充材料[G]的含量為1重量份以上,則能夠進(jìn)一步提高成型品的熱導(dǎo)率、彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量。導(dǎo)熱填充材料[G]的含量?jī)?yōu)選為3重量份以上,更優(yōu)選為5重量份以上。另一方面,若導(dǎo)熱填充材料[G]的含量為40重量份以下,則能夠適度地抑制成型品的剛性,進(jìn)一步提高彎曲強(qiáng)度。導(dǎo)熱填充材料[G]的含量更優(yōu)選為35重量份以下,進(jìn)一步優(yōu)選為30重量份以下。
接下來(lái),對(duì)本發(fā)明的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型材料(以下,有時(shí)記載為“成型材料”)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是,本發(fā)明中所謂“成型材料”,意思是在通過(guò)注射成型等成型為成型品時(shí)使用的原材料。
對(duì)于成型材料而言,優(yōu)選樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]具有被熱塑性樹(shù)脂[A]被覆的結(jié)構(gòu)。此處,所謂“被覆的結(jié)構(gòu)”,是指熱塑性樹(shù)脂[A]配置在樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維[E]的表面、兩者粘合的結(jié)構(gòu)。另外,所謂樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E],是增強(qiáng)纖維改性成分[C]及/或后述的樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]的束而成的。
本發(fā)明的成型材料的第一方案包含熱塑性樹(shù)脂[A]、和樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E](其是增強(qiáng)纖維改性成分[C]含浸增強(qiáng)纖維[B]束而成的),其中,上述樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]被上述熱塑性樹(shù)脂[A]或含有上述熱塑性樹(shù)脂[A]的樹(shù)脂組合物被覆。本發(fā)明的成型材料的第二方案包含熱塑性樹(shù)脂[A]、和200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低的樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]而成的樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]、增強(qiáng)纖維改性成分[C],其中,上述樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]被含有上述熱塑性樹(shù)脂[A]和上述增強(qiáng)纖維改性成分[C]的樹(shù)脂組合物被覆。在第一方案中,優(yōu)選相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,包含50~98.9重量份的熱塑性樹(shù)脂[A]、1~40重量份的增強(qiáng)纖維[B]、0.1~10重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C]。在第二方案中,優(yōu)選相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,包含50~98.9重量份的熱塑性樹(shù)脂[A]、1~40重量份的增強(qiáng)纖維[B]、0.1~10重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C]、0.2~12重量份的樹(shù)脂[D]。通過(guò)包含0.2~12重量份的樹(shù)脂[D],在注射成型時(shí),能夠進(jìn)一步提高增強(qiáng)纖維[B]向熱塑性樹(shù)脂[A]內(nèi)的分散性。通過(guò)使成型材料包含1重量份以上的增強(qiáng)纖維[B],能夠進(jìn)一步提高沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度。另外,通過(guò)包含40重量份以下的增強(qiáng)纖維[B],能夠提高增強(qiáng)纖維[B]的分散性,進(jìn)一步提高沖擊強(qiáng)度。更優(yōu)選包含3重量份以上的增強(qiáng)纖維[B],進(jìn)一步優(yōu)選包含5重量份以上。另一方面,優(yōu)選包含30重量份以下的增強(qiáng)纖維[B],進(jìn)一步優(yōu)選包含20重量份以下。另外,通過(guò)包含0.1~10重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C],可以容易地將增強(qiáng)纖維改性成分[C]的附著率、皮膜厚度調(diào)節(jié)為上述的優(yōu)選范圍。更優(yōu)選包含0.5重量份以上的增強(qiáng)纖維改性成分[C],進(jìn)一步優(yōu)選包含1重量份以上。另一方面,更優(yōu)選包含7重量份以下的增強(qiáng)纖維改性成分[C],進(jìn)一步優(yōu)選包含5重量份以下。
圖3是表示本發(fā)明的成型材料的優(yōu)選縱截面形態(tài)的一例的簡(jiǎn)圖。需要說(shuō)明的是,所謂縱截面,在圓筒狀的成型材料的情況下,指包含圓筒的軸心方向的面上的截面。圖3中,符號(hào)1表示熱塑性樹(shù)脂[A],符號(hào)4(黑色部分)表示增強(qiáng)纖維[B],符號(hào)5(白色部分)表示增強(qiáng)纖維改性成分[C]及/或后述樹(shù)脂[D],符號(hào)6表示樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]。對(duì)于圖3所示的成型材料而言,增強(qiáng)纖維[B](4)的各單纖維與成型材料的軸心方向基本平行地排列,增強(qiáng)纖維[B](4)的長(zhǎng)度與成型材料的長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上相同。
此處,所謂“基本平行地排列”,表示增強(qiáng)纖維[B]的長(zhǎng)軸的軸線與成型材料的長(zhǎng)軸的軸線指向相同方向的狀態(tài)。軸線之間形成的角度優(yōu)選為20°以下,更優(yōu)選為10°以下,進(jìn)一步優(yōu)選為5°以下。另外,所謂“長(zhǎng)度實(shí)質(zhì)上相同”,表示在成型材料內(nèi)部,增強(qiáng)纖維[B]并未被特意切斷、或?qū)嵸|(zhì)上不含有明顯短于成型材料全長(zhǎng)的增強(qiáng)纖維[B]。關(guān)于比成型材料全長(zhǎng)短的增強(qiáng)纖維[B]的量沒(méi)有特別限定,但在全部增強(qiáng)纖維[B]中,長(zhǎng)度為成型材料全長(zhǎng)的50%以下的增強(qiáng)纖維[B]的含量?jī)?yōu)選為30質(zhì)量%以下,更優(yōu)選為20質(zhì)量%以下。通過(guò)使增強(qiáng)纖維[B]具有與成型材料實(shí)質(zhì)上相同的長(zhǎng)度,能夠使得到的成型品中的增強(qiáng)纖維長(zhǎng)度增長(zhǎng),進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。增強(qiáng)纖維[B]和成型材料的長(zhǎng)度各自?xún)?yōu)選為10mm以下,更優(yōu)選為8mm以下。增強(qiáng)纖維[B]和成型材料的長(zhǎng)度各自?xún)?yōu)選為3mm以上,更優(yōu)選為5mm以上。對(duì)于成型材料而言,優(yōu)選在長(zhǎng)度方向上保持基本相同的截面形狀,且連續(xù)。
對(duì)于成型材料的截面形態(tài)而言,只要是樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]被熱塑性樹(shù)脂[A]被覆的結(jié)構(gòu)則不限于圖中所示的形態(tài),但優(yōu)選如圖3的縱截面形態(tài)所示的那樣,樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]成為芯材,被熱塑性樹(shù)脂[A]夾持著配置成層狀的結(jié)構(gòu)。另外,優(yōu)選如圖4的橫截面形態(tài)所示的那樣,配置成以樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]作為芯結(jié)構(gòu)、其周?chē)粺崴苄詷?shù)脂[A]被覆的芯鞘結(jié)構(gòu)。另外,如圖5所示的那樣,以熱塑性樹(shù)脂[A]被覆多個(gè)樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的方式進(jìn)行配置的情況下,希望樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的數(shù)量為約2~6。
熱塑性樹(shù)脂[A]可以在樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]與熱塑性樹(shù)脂[A]的邊界附近部分地進(jìn)入到樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的一部分中,成為含浸在構(gòu)成樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的增強(qiáng)纖維改性成分[C]及/或樹(shù)脂[D]中的狀態(tài)。
作為熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C],可以使用之前列舉的成分。另外,上述各成分在成型材料中的作用效果正如上文所說(shuō)明的那樣。
另外,對(duì)于成型材料而言,優(yōu)選在存在于成型材料內(nèi)的增強(qiáng)纖維[B]表面的至少一部分上附著有增強(qiáng)纖維改性成分[C]。
樹(shù)脂[D]是200℃時(shí)的熔體粘度比熱塑性樹(shù)脂[A]低、與上述的增強(qiáng)纖維改性成分[C]不同的化合物。樹(shù)脂[D]與增強(qiáng)纖維[B]一同形成樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E],在成型時(shí)有助于使熱塑性樹(shù)脂[A]含浸增強(qiáng)纖維[B],另外,有助于使增強(qiáng)纖維[B]在熱塑性樹(shù)脂[A]中分散,即具有所謂含浸助劑兼分散助劑的作用。
樹(shù)脂[D]的200℃時(shí)的熔體粘度優(yōu)選為0.01~10Pa·s。若200℃時(shí)的熔體粘度為0.01Pa·s以上,則能夠進(jìn)一步抑制以樹(shù)脂[D]作為起點(diǎn)的破壞,進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。熔體粘度更優(yōu)選為0.05Pa·s以上,進(jìn)一步優(yōu)選為0.1Pa·s以上。另一方面,若200℃時(shí)的熔體粘度為10Pa·s以下,則容易使樹(shù)脂[D]含浸到增強(qiáng)纖維[B]的內(nèi)部。因此,將成型材料成型時(shí),能夠進(jìn)一步提高增強(qiáng)纖維[B]的分散性。熔體粘度更優(yōu)選為5Pa·s以下,進(jìn)一步優(yōu)選為2Pa·s以下。此處,對(duì)于樹(shù)脂[D]在200℃時(shí)的熔體粘度,可使用40mm的平行板,以0.5Hz利用粘彈性測(cè)定器進(jìn)行測(cè)定。
作為樹(shù)脂[D],優(yōu)選與熱塑性樹(shù)脂[A]的親和性高的樹(shù)脂。通過(guò)選擇與熱塑性樹(shù)脂[A]的親和性高的樹(shù)脂[D],在成型材料的制造時(shí)、成型時(shí),與熱塑性樹(shù)脂[A]效率良好地相容,因此能夠進(jìn)一步提高增強(qiáng)纖維[B]的分散性。
樹(shù)脂[D]根據(jù)與作為基體樹(shù)脂的熱塑性樹(shù)脂[A]的組合而適當(dāng)選擇。例如,若成型溫度為150~270℃的范圍則適合使用萜烯樹(shù)脂,若成型溫度為270~320℃的范圍,則適合使用環(huán)氧樹(shù)脂。具體而言,熱塑性樹(shù)脂[A]為聚丙烯樹(shù)脂的情況下,樹(shù)脂[D]優(yōu)選為萜烯樹(shù)脂。熱塑性樹(shù)脂[A]為聚碳酸酯樹(shù)脂、聚芳硫醚樹(shù)脂的情況下,樹(shù)脂[D]優(yōu)選為環(huán)氧樹(shù)脂。熱塑性樹(shù)脂[A]為聚酰胺樹(shù)脂的情況下,樹(shù)脂[D]優(yōu)選為萜酚樹(shù)脂。
需要說(shuō)明的是,如后述,在使樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]而得到樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]時(shí),供給樹(shù)脂[D]時(shí)的熔融溫度(熔融浴內(nèi)的溫度)優(yōu)選為100~300℃。因此,在本發(fā)明中,作為樹(shù)脂[D]向增強(qiáng)纖維[B]的含浸性的指標(biāo),著眼于樹(shù)脂[D]的200℃時(shí)的熔體粘度。若200℃時(shí)的熔體粘度為上述的優(yōu)選范圍,則在該優(yōu)選的熔融溫度范圍中,向增強(qiáng)纖維[B]的含浸性?xún)?yōu)異,因此增強(qiáng)纖維[B]的分散性進(jìn)一步提高,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。
樹(shù)脂[D]于200℃加熱2小時(shí)后的熔體粘度變化率優(yōu)選為2%以下。此處,熔體粘度變化率利用下式(2)求出。
(熔體粘度變化率[%])={|(于200℃加熱2小時(shí)后的200℃時(shí)的熔體粘度-于200℃加熱2小時(shí)前的200℃時(shí)的熔體粘度)|/(于200℃加熱2小時(shí)前的200℃時(shí)的熔體粘度)}×100(2)。
如后述,在使樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]而形成樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]時(shí),供給樹(shù)脂[D]時(shí)的熔融溫度(熔融浴內(nèi)的溫度)優(yōu)選為100~300℃。因此,通過(guò)使該熔體粘度變化率為2%以下,即使在長(zhǎng)時(shí)間地制造樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的情況下,也能夠抑制含浸不均等,確保樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的穩(wěn)定制造。熔體粘度變化率更優(yōu)選為1.5%以下,進(jìn)一步優(yōu)選為1.3%以下。
需要說(shuō)明的是,樹(shù)脂[D]的熔體粘度變化率可以利用如下方法求出。首先,使用40mm的平行板,以0.5Hz利用粘彈性測(cè)定器測(cè)定200℃時(shí)的熔融粘度。然后,將樹(shù)脂[D]在200℃的熱風(fēng)干燥機(jī)中靜置2小時(shí)后,同樣地測(cè)定200℃時(shí)的熔體粘度,利用上述式(2)算出熔體粘度變化率。
另外,對(duì)于樹(shù)脂[D]而言,在以10℃/分鐘進(jìn)行升溫(空氣中)的條件下測(cè)得的在成型溫度時(shí)的加熱減量?jī)?yōu)選為5重量%以下。若所述加熱減量為5重量%以下,則能夠抑制含浸時(shí)分解氣體的產(chǎn)生,并能夠抑制在樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]內(nèi)部產(chǎn)生空隙。另外,能夠抑制成型時(shí)的揮發(fā),從而抑制由成型品內(nèi)部的揮發(fā)成分導(dǎo)致的缺陷。更優(yōu)選為3重量%以下。
需要說(shuō)明的是,本發(fā)明中所謂“加熱減量”,表示將加熱前的樹(shù)脂[D]的重量設(shè)為100%、在上述加熱條件下的加熱后的樹(shù)脂[D]的重量減量率,可以利用下式(3)求出。需要說(shuō)明的是,加熱前后的重量可以如下求出:使用白金試樣盤(pán),在空氣氣氛下,以升溫速度10℃/分鐘的條件利用熱重分析(TGA)測(cè)定在成型溫度時(shí)的重量從而求出。
(加熱減量)[重量%]={(加熱前重量-加熱后重量)/加熱前重量}×100 (3)。
使上述增強(qiáng)纖維改性成分[C]及/或上述樹(shù)脂[D]熔融含浸上述增強(qiáng)纖維束[B],得到樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維[E]。
作為樹(shù)脂[D]而優(yōu)選使用的環(huán)氧樹(shù)脂為下述樹(shù)脂:所述樹(shù)脂是具有2個(gè)以上環(huán)氧基的化合物,實(shí)質(zhì)上不含固化劑,即使進(jìn)行加熱也不發(fā)生由所謂的三維交聯(lián)引起的固化。若環(huán)氧樹(shù)脂具有縮水甘油基,則容易與增強(qiáng)纖維[B]進(jìn)行相互作用,容易與樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]相容,從而容易含浸,故優(yōu)選。另外,能夠進(jìn)一步提高成型加工時(shí)的增強(qiáng)纖維[B]的分散性。
此處,作為具有縮水甘油基的化合物,例如,可舉出縮水甘油醚型環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯型環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油胺型環(huán)氧樹(shù)脂、脂環(huán)式環(huán)氧樹(shù)脂等??墒褂?種以上的上述化合物。
作為縮水甘油醚型環(huán)氧樹(shù)脂,例如,可舉出雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚AD型環(huán)氧樹(shù)脂、鹵代雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚S型環(huán)氧樹(shù)脂、間苯二酚型環(huán)氧樹(shù)脂、氫化雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、苯酚Novolacs型環(huán)氧樹(shù)脂、甲酚Novolacs型環(huán)氧樹(shù)脂、具有醚鍵的脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂、萘型環(huán)氧樹(shù)脂、聯(lián)苯型環(huán)氧樹(shù)脂、聯(lián)苯芳烷基型環(huán)氧樹(shù)脂、二環(huán)戊二烯型環(huán)氧樹(shù)脂等。
作為縮水甘油酯型環(huán)氧樹(shù)脂,例如,可舉出六氫鄰苯二甲酸縮水甘油酯、二聚酸二縮水甘油酯等。
作為縮水甘油胺型環(huán)氧樹(shù)脂,例如,可舉出異氰脲酸三縮水甘油酯、四縮水甘油基二氨基二苯基甲烷、四縮水甘油基間苯二甲胺、氨基苯酚型環(huán)氧樹(shù)脂等。
作為脂環(huán)式環(huán)氧樹(shù)脂,例如,可舉出3,4-環(huán)氧基-6-甲基環(huán)己基甲基甲酸酯、3,4-環(huán)氧基環(huán)己基甲基甲酸酯等。
其中,因?yàn)檎扯群湍蜔嵝缘木庑詢(xún)?yōu)異,優(yōu)選縮水甘油醚型環(huán)氧樹(shù)脂,更優(yōu)選雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚F型環(huán)氧樹(shù)脂。
另外,用作樹(shù)脂[D]的環(huán)氧樹(shù)脂的數(shù)均分子量?jī)?yōu)選為200~5000。若環(huán)氧樹(shù)脂的數(shù)均分子量為200以上,則能夠進(jìn)一步提高成型品的力學(xué)特性。數(shù)均分子量更優(yōu)選為800以上,進(jìn)一步優(yōu)選為1000以上。另一方面,若環(huán)氧樹(shù)脂的數(shù)均分子量為5000以下,則向增強(qiáng)纖維[B]的含浸性?xún)?yōu)異,能夠進(jìn)一步提高增強(qiáng)纖維[B]的分散性。數(shù)均分子量更優(yōu)選為4000以下,進(jìn)一步優(yōu)選為3000以下。需要說(shuō)明的是,環(huán)氧樹(shù)脂的數(shù)均分子量可以采用凝膠滲透色譜法(GPC)進(jìn)行測(cè)定。
另外,作為萜烯樹(shù)脂,例如,可舉出如下化合物:于有機(jī)溶劑中,在弗瑞德-克萊福特(Friedel-Crafts)型催化劑的存在下,將萜烯單體根據(jù)需要與芳香族單體等聚合而得到的均聚物或共聚物等。
作為萜烯單體,例如,可舉出α-蒎烯、β-蒎烯、二戊烯、d-苧烯、香葉烯、別羅勒烯、羅勒烯、α-水芹烯、α-萜品烯、γ-萜品烯、異松油烯、1,8-桉樹(shù)腦、1,4-桉樹(shù)腦、α-松油醇、β-松油醇、γ-松油醇、檜烯、對(duì)薄荷二烯類(lèi)、蒈烯類(lèi)等單環(huán)式單萜烯等。此外,作為芳香族單體,例如,可舉出苯乙烯、α-甲基苯乙烯等。
其中,選自α-蒎烯、β-蒎烯、二戊烯和d-苧烯中的萜烯單體與熱塑性樹(shù)脂[A]的相容性?xún)?yōu)異,故優(yōu)選。此外,更優(yōu)選上述萜烯單體的均聚物。此外,對(duì)這些萜烯樹(shù)脂進(jìn)行氫化處理而得到的氫化萜烯樹(shù)脂與熱塑性樹(shù)脂[A]、特別是聚丙烯樹(shù)脂的相容性更優(yōu)異,故優(yōu)選。
另外,萜烯樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度沒(méi)有特別限定,優(yōu)選為30~100℃。若玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為30℃以上,則在成型加工時(shí)樹(shù)脂[D]的操作性?xún)?yōu)異。另外,若玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為100℃以下,則能夠適度抑制成型加工時(shí)的樹(shù)脂[D]的流動(dòng)性,提高成型性。
另外,萜烯樹(shù)脂的數(shù)均分子量?jī)?yōu)選為200~5000。若數(shù)均分子量為200以上,則能夠進(jìn)一步提高成型品的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。另外,若數(shù)均分子量為5000以下,則由于萜烯樹(shù)脂的粘度適度地低,所以含浸性?xún)?yōu)異,能夠進(jìn)一步提高成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的分散性。需要說(shuō)明的是,萜烯樹(shù)脂的數(shù)均分子量可以采用凝膠滲透色譜法(GPC)進(jìn)行測(cè)定。
萜酚樹(shù)脂是利用催化劑使萜烯單體與酚類(lèi)反應(yīng)而得到的。此處,作為酚類(lèi),優(yōu)選使用在酚的苯環(huán)上具有1~3個(gè)烷基、鹵原子及/或羥基的酚類(lèi)。作為其具體例,可舉出甲酚、二甲酚、乙基苯酚、丁基苯酚、叔丁基苯酚、壬基苯酚、3,4,5-三甲基苯酚、氯苯酚、溴苯酚、氯甲酚、氫醌、間苯二酚、地衣酚等。可使用上述中的2種以上。其中,優(yōu)選苯酚和甲酚。
另外,萜酚樹(shù)脂的數(shù)均分子量?jī)?yōu)選為200~5,000。若數(shù)均分子量為200以上,則能夠進(jìn)一步提高成型品的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。另外,若數(shù)均分子量為5,000以下,則由于萜酚樹(shù)脂的粘度適度地低,所以含浸性?xún)?yōu)異,能夠進(jìn)一步提高成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的分散性。需要說(shuō)明的是,萜酚樹(shù)脂的數(shù)均分子量可以采用凝膠滲透色譜法(GPC)進(jìn)行測(cè)定。
使增強(qiáng)纖維改性成分[C]及/或樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]而得到樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維[E]的方法沒(méi)有特別限定,例如,樹(shù)脂[D]含浸的情況下,可舉出包括下述工序的方法等:對(duì)增強(qiáng)纖維[B]供給樹(shù)脂[D]、使樹(shù)脂[D]與增強(qiáng)纖維[B]接觸的工序(工序(I));和加熱通過(guò)工序(I)得到的、與樹(shù)脂[D]接觸了的狀態(tài)的增強(qiáng)纖維[B]而使樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]的工序(工序(II))。以下,以樹(shù)脂[D]含浸的情況作為例子進(jìn)行說(shuō)明,增強(qiáng)纖維改性成分[C]含浸的情況也相同。
上述工序(I)中,供給樹(shù)脂[D]并使其與增強(qiáng)纖維[B]接觸的方法沒(méi)有特別限定,例如,可使用對(duì)于增強(qiáng)纖維賦予油劑、上漿劑、基體樹(shù)脂等時(shí)使用的任意方法。其中,優(yōu)選使用浸漬(dipping)或涂布。
此處,所謂浸漬,是指用泵將樹(shù)脂[D]供給至熔融浴,使增強(qiáng)纖維[B]從該熔融浴內(nèi)通過(guò)的方法。通過(guò)將增強(qiáng)纖維[B]浸入樹(shù)脂[D]的熔融浴中,能夠可靠地使樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]。另外,所謂涂布,是指使用例如反向旋轉(zhuǎn)輥法、正向旋轉(zhuǎn)輥法(normal rotating roll method)、吻式輥法、噴霧法、簾式法等涂布手段在增強(qiáng)纖維[B]上涂布樹(shù)脂[D]的方法。此處,所謂反向旋轉(zhuǎn)輥法、正向旋轉(zhuǎn)輥法、吻式輥法,是指用泵將熔融的樹(shù)脂[D]供給至輥,使增強(qiáng)纖維[B]與所述輥接觸,由此在增強(qiáng)纖維[B]上涂布樹(shù)脂[D]的熔融物的方法。此外,反向旋轉(zhuǎn)輥法是2根輥沿彼此相反的方向旋轉(zhuǎn)、涂布樹(shù)脂[D]的方法,正向旋轉(zhuǎn)輥法是2根輥沿相同方向旋轉(zhuǎn)、涂布樹(shù)脂[D]的方法。通常,反向旋轉(zhuǎn)輥法和正向旋轉(zhuǎn)輥法中,使用進(jìn)一步設(shè)置輥,用輥夾持增強(qiáng)纖維[B]從而使樹(shù)脂[D]可靠地含浸的方法。另一方面,吻式輥法是僅通過(guò)使增強(qiáng)纖維[B]與輥接觸來(lái)使樹(shù)脂[D]含浸的方法。因此,吻式輥法優(yōu)選在粘度較低的情況下使用。使用任一種輥方法均能夠通過(guò)使增強(qiáng)纖維[B]一邊與輥接觸一邊行進(jìn),從而使每單位長(zhǎng)度的增強(qiáng)纖維被規(guī)定量的樹(shù)脂[D]含浸。噴霧法是利用噴霧的原理,將熔融的樹(shù)脂[D]制成霧狀對(duì)增強(qiáng)纖維[B]進(jìn)行吹噴的方法。簾式法是通過(guò)使熔融的樹(shù)脂[D]從細(xì)孔自然滴落、或從熔融槽中溢出(overflow)并在增強(qiáng)纖維[B]上涂布的方法。簾式法容易調(diào)節(jié)涂布所需要的量,因此可以減少樹(shù)脂[D]的損失。
上述的工序中,供給樹(shù)脂[D]時(shí)的熔融溫度(熔融浴內(nèi)的溫度)優(yōu)選為100~300℃。若熔融溫度為100℃以上,則能夠適度地抑制樹(shù)脂[D]的粘度,抑制含浸不均。更優(yōu)選150℃以上。另一方面,若熔融溫度為300℃以下,則即使在長(zhǎng)時(shí)間地制造時(shí),也能夠抑制樹(shù)脂[D]的熱分解。更優(yōu)選250℃以下。通過(guò)在100~300℃的熔融狀態(tài)下與增強(qiáng)纖維[B]接觸,能夠穩(wěn)定地供給樹(shù)脂[D]。
接著,說(shuō)明對(duì)在工序(I)中得到的、與樹(shù)脂[D]接觸了的狀態(tài)的增強(qiáng)纖維[B]進(jìn)行加熱而使樹(shù)脂[D]含浸增強(qiáng)纖維[B]的工序(工序(II))。具體而言,所述工序中,通過(guò)于樹(shù)脂[D]熔融的溫度,用輥、棒對(duì)與樹(shù)脂[D]接觸了的狀態(tài)的增強(qiáng)纖維[B]施加張力、重復(fù)加寬和集束、施加壓力、振動(dòng)等操作,使樹(shù)脂[D]含浸到增強(qiáng)纖維[B]的內(nèi)部。作為更具體的例子,可舉出使增強(qiáng)纖維[B]以與經(jīng)過(guò)加熱的復(fù)數(shù)的輥、棒的表面接觸的方式從其中通過(guò)來(lái)進(jìn)行加寬等的方法。其中,優(yōu)選使用利用拉伸噴嘴、拉伸輥、輥壓機(jī)、雙帶壓力機(jī)進(jìn)行含浸的方法。此處,所謂拉伸噴嘴,是指噴嘴直徑朝向行進(jìn)方向變窄的噴嘴,其一邊使增強(qiáng)纖維[B]集束,一邊刮取多余地附著的樹(shù)脂[D],同時(shí)促進(jìn)含浸。另外,所謂拉伸輥,是通過(guò)用輥對(duì)增強(qiáng)纖維[B]施加張力,從而在刮取多余地附著的樹(shù)脂[D]的同時(shí)促進(jìn)含浸的輥。另外,輥壓機(jī)是在利用2個(gè)輥之間的壓力連續(xù)地除去增強(qiáng)纖維[B]內(nèi)部的空氣的同時(shí)促進(jìn)含浸的裝置,所謂雙帶壓力機(jī),是通過(guò)從增強(qiáng)纖維[B]的上下經(jīng)由帶進(jìn)行加壓來(lái)促進(jìn)含浸的裝置。
工序(II)中,優(yōu)選在增強(qiáng)纖維[B]中含浸供給量的80~100重量%的樹(shù)脂[D]。若含浸量為80重量%以上,則能夠抑制工序(II)中由樹(shù)脂[D]引起的揮發(fā)成分的產(chǎn)生,從而抑制樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維[E]內(nèi)部的空隙的產(chǎn)生。從經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)率的觀點(diǎn)考慮,相對(duì)于供給量而言的含浸量越高則越理想。含浸量更優(yōu)選為85~100重量%,進(jìn)一步優(yōu)選為90~100重量%。
另外,工序(II)中,樹(shù)脂[D]的最高溫度優(yōu)選為150~400℃。若最高溫度為150℃以上,則樹(shù)脂[D]充分地熔融,能夠更高效地含浸。最高溫度更優(yōu)選為180℃以上,進(jìn)一步優(yōu)選為200℃以上。另一方面,若最高溫度為400℃以下,則能夠抑制樹(shù)脂[D]的分解反應(yīng)等不利的副反應(yīng)。最高溫度更優(yōu)選為380℃以下,進(jìn)一步優(yōu)選為350℃以下。
作為工序(II)中的加熱方法,沒(méi)有特別限定,具體而言,可以列舉使用加熱的腔室的方法、使用熱輥同時(shí)進(jìn)行加熱和加壓的方法等。
另外,從抑制樹(shù)脂[D]的交聯(lián)反應(yīng)、分解反應(yīng)等不利的副反應(yīng)的發(fā)生的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選在非氧化性氣氛下進(jìn)行加熱。此處,所謂非氧化性氣氛,是指氧濃度為5體積%以下、優(yōu)選為2體積%以下、進(jìn)一步優(yōu)選不含有氧的氣氛、即氮、氦、氬等非活性氣體氣氛。特別地,從經(jīng)濟(jì)性和操作的容易性的方面考慮,優(yōu)選氮?dú)夥铡?/p>
另外,在上述工序(I)、(II)的前階段,可以預(yù)先將增強(qiáng)纖維[B]束開(kāi)纖。所謂開(kāi)纖是使集束而成的增強(qiáng)纖維束進(jìn)行分纖的操作,可以期待進(jìn)一步提高樹(shù)脂[D]的含浸性的效果。通過(guò)開(kāi)纖,增強(qiáng)纖維束的厚度變薄。將開(kāi)纖前的增強(qiáng)纖維束的寬度設(shè)為b1(mm)、厚度設(shè)為a1(μm)、開(kāi)纖后的增強(qiáng)纖維束的寬度設(shè)為b2(mm)、厚度設(shè)為a2(μm)時(shí),開(kāi)纖比=(b2/a2)/(b1/a1)優(yōu)選為2.0以上,進(jìn)一步優(yōu)選為2.5以上。
作為增強(qiáng)纖維束的開(kāi)纖方法,沒(méi)有特別限制,例如可以利用下述方法:使其交替地通過(guò)凹輥和凸輥的方法;使用太鼓型輥的方法;對(duì)于軸向振動(dòng)施加張力波動(dòng)的方法;利用垂直地往復(fù)運(yùn)動(dòng)的2個(gè)摩擦體使增強(qiáng)纖維束的張力波動(dòng)的方法;對(duì)增強(qiáng)纖維束吹噴空氣的方法等。
圖6是表示樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的橫截面形態(tài)的一例的簡(jiǎn)圖。需要說(shuō)明的是,所謂橫截面,是指與樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的軸心方向垂直的面上的截面。在增強(qiáng)纖維[B]2的各單纖維1之間,充滿(mǎn)了增強(qiáng)纖維改性成分[C]或/和樹(shù)脂[D]5。即,成為在增強(qiáng)纖維改性成分[C]及/或樹(shù)脂[D]的海中,增強(qiáng)纖維[B]的各單纖維以島狀分散的狀態(tài)。
通過(guò)用熱塑性樹(shù)脂[A]或含有熱塑性樹(shù)脂[A]的樹(shù)脂組合物被覆上述樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E],由此可以得到本發(fā)明的成型材料。作為得到這樣的結(jié)構(gòu)的方法,優(yōu)選將熔融的含有熱塑性樹(shù)脂[A]的樹(shù)脂組合物以與樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]接觸的方式進(jìn)行配置、冷卻·固化的方法。關(guān)于其手法,沒(méi)有特別限定,具體而言,可舉出使用擠出機(jī)和電線被覆法用的涂布模,以在樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的周?chē)B續(xù)地被覆含有熱塑性樹(shù)脂[A]的樹(shù)脂組合物的方式進(jìn)行配置的方法;使用擠出機(jī)和T模,從用輥等進(jìn)行了扁平化的樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的單面或兩面來(lái)配置熔融并呈膜狀的含有熱塑性樹(shù)脂[A]的樹(shù)脂組合物,用輥等將其一體化的方法等。
成型材料不需要必須由單一的成型材料構(gòu)成,也可以是2種以上的成型材料的組合。將2種以上的成型材料進(jìn)行組合的情況下,作為其制造方法,可舉出將以下成分以各成分的含量成為上述范圍的方式進(jìn)行干混的方法:(i)包含熱塑性樹(shù)脂[A]、和增強(qiáng)纖維改性成分[C]含浸增強(qiáng)纖維[B]而成的樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的成型材料(混合成分1),以及,(ii)由將熱塑性樹(shù)脂[A]與增強(qiáng)纖維改性成分[C]熔融混煉而成的樹(shù)脂組合物形成的成型材料(混合成分2)。此處,混合成分1與混合成分2的混合比率(混合成分1/混合成分2)優(yōu)選為75/25~25/75(重量比),更優(yōu)選為70/30~30/70,進(jìn)一步優(yōu)選為67/33~33/67。在上述混合比率中,優(yōu)選以使各成分的含量成為上述優(yōu)選范圍的方式調(diào)節(jié)混合成分1和混合成分2的組成。
對(duì)于成型材料而言,在不損害本發(fā)明的目的的范圍內(nèi),除了上述成分[A]~[C]、和根據(jù)需要而添加的樹(shù)脂[D]以外,也可以含有其他的成分。作為其他的成分,例如,可舉出上述熱塑性樹(shù)脂[F]、上述導(dǎo)熱填充材料[G]等。通過(guò)含有熱塑性樹(shù)脂[F],能夠進(jìn)一步提高成型品的力學(xué)特性,例如彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度。另外,通過(guò)含有導(dǎo)熱填充材料[G],能夠提高成型品的熱導(dǎo)率。
作為熱塑性樹(shù)脂[F],可使用前文列舉的樹(shù)脂。其中,從進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選作為橡膠改性苯乙烯系樹(shù)脂的MBS樹(shù)脂、SBS樹(shù)脂、SEBS樹(shù)脂,更優(yōu)選SEBS樹(shù)脂。
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,成型材料中的熱塑性樹(shù)脂[F]的含量?jī)?yōu)選為0.5~10重量份。通過(guò)使熱塑性樹(shù)脂[F]的含量為0.5重量份以上,能夠進(jìn)一步提高成型品的沖擊強(qiáng)度。優(yōu)選1重量份以上,更優(yōu)選2重量份以上。另一方面,通過(guò)使熱塑性樹(shù)脂[F]的含量為10重量份以下,成型品的剛性提高,能夠進(jìn)一步提高彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性。含量更優(yōu)選為7重量份以下,進(jìn)一步優(yōu)選為5重量份以下。
作為導(dǎo)熱填充材料[G],可使用前文列舉的材料。其中,優(yōu)選石墨。通過(guò)含有石墨,能夠使成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的露出纖維長(zhǎng)度(LB)和重均纖維長(zhǎng)度(LW)進(jìn)一步增長(zhǎng),進(jìn)一步提高成型品的彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量等機(jī)械特性。此外,能夠提高成型品的厚度方向的熱導(dǎo)率。
成型材料中的石墨的粒徑優(yōu)選為50~500μm。若成型材料中的石墨的粒徑為50μm以上,則能夠進(jìn)一步抑制增強(qiáng)纖維[B]的折損。石墨的粒徑更優(yōu)選為60μm以上,進(jìn)一步優(yōu)選為70μm以上。另一方面,若成型材料中的石墨的粒徑為500μm以下,則能夠提高其在成型品中的分散性,提高外觀。石墨的粒徑更優(yōu)選為400μm以下,進(jìn)一步優(yōu)選為300μm以下。另外,通過(guò)使成型材料中的石墨的粒徑為上述的優(yōu)選范圍,能夠容易地將成型品中的石墨的粒徑調(diào)節(jié)為上述的優(yōu)選范圍。
成型材料中,相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,導(dǎo)熱填充材料[G]的含量?jī)?yōu)選為1~40重量份。若導(dǎo)熱填充材料[G]的含量為1重量份以上,則能夠進(jìn)一步提高成型品的熱導(dǎo)率、彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量。含量?jī)?yōu)選為3重量份以上,更優(yōu)選為5重量份以上。另一方面,若導(dǎo)熱填充材料[G]的含量為40重量份以下,則能夠適度地抑制成型品的剛性,進(jìn)一步提高彎曲強(qiáng)度。含量更優(yōu)選為35重量份以下,進(jìn)一步優(yōu)選為30重量份以下。
將本發(fā)明的成型材料利用例如注射成型、加壓成型等方法成型,制成成型品。從成型材料的操作性的觀點(diǎn)考慮,優(yōu)選樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]和熱塑性樹(shù)脂[A]持續(xù)粘合而不分離,保持如上述那樣的形狀直到實(shí)施成型為止。樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]與熱塑性樹(shù)脂[A]的形狀(大小、縱橫比)、比重和質(zhì)量完全不同,因此,在樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]與熱塑性樹(shù)脂[A]分離的情況下,其在直到成型為止的材料的運(yùn)輸、操作時(shí)和成型工序中的材料轉(zhuǎn)送時(shí)等情況下進(jìn)行分級(jí),有時(shí)會(huì)使成型品的力學(xué)特性產(chǎn)生偏差,或流動(dòng)性低下而引發(fā)模具堵塞,或在成型工序中發(fā)生粘連。若成型材料為圖4中列舉的那樣的芯鞘結(jié)構(gòu),則熱塑性樹(shù)脂[A]約束樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E],能夠?qū)崿F(xiàn)更牢固的復(fù)合化,故優(yōu)選。
本發(fā)明的成型材料可以是連續(xù)的,也可以被切斷成一定的長(zhǎng)度。成型材料的長(zhǎng)度優(yōu)選為1~50mm的范圍,通過(guò)調(diào)節(jié)為所述長(zhǎng)度,能夠充分地提高成型時(shí)的流動(dòng)性和操作性。作為這樣切斷成合適的長(zhǎng)度的成型材料的特別優(yōu)選的形態(tài),可以列舉注射成型用的長(zhǎng)纖維粒料。
另外,根據(jù)成型方法,本發(fā)明的成型材料也可以以連續(xù)且長(zhǎng)尺寸的形式進(jìn)行使用。例如,作為熱塑性紗線預(yù)浸料坯,可以一邊加熱一邊在心軸上卷繞,得到輥狀成型品。作為這樣的成型品的例子,可舉出液化天然氣罐等。另外,也可以將復(fù)數(shù)根本發(fā)明的成型材料以連續(xù)且長(zhǎng)尺寸的形式單向拉齊并進(jìn)行加熱·熔融,由此制作單向熱塑性預(yù)浸料坯。這樣的預(yù)浸料坯可以適用于例如汽車(chē)構(gòu)件等要求輕質(zhì)性、高強(qiáng)度、彈性模量和耐沖擊特性的領(lǐng)域。
通過(guò)將本發(fā)明的成型材料成型,能夠得到成型品。作為成型方法,沒(méi)有特別限制,可舉出注射成型、高壓釜成型、加壓成型、長(zhǎng)絲纏繞成型、沖壓成型等生產(chǎn)率優(yōu)異的成型方法。也可以將上述方法組合使用。另外,也可以應(yīng)用嵌件成型(insert molding)、基體上注塑成型(outsert molding)等一體化成型。此外,在成型后,也可以靈活應(yīng)用利用加熱的矯正處理、熱熔接、振動(dòng)熔接、超聲波熔接等生產(chǎn)率優(yōu)異的粘合工藝方法。其中,優(yōu)選使用模具的成型方法。尤其是通過(guò)使用注射成型機(jī)的成型方法,可以連續(xù)地得到穩(wěn)定的成型品。作為注射成型的條件,沒(méi)有特別規(guī)定,例如,優(yōu)選以下條件:注射時(shí)間:0.5秒~10秒,更優(yōu)選為2秒~10秒;背壓:0.1MPa~15MPa,更優(yōu)選為2~10MPa,進(jìn)一步優(yōu)選為2MPa~8MPa;保壓壓力:1MPa~50MPa,更優(yōu)選為1MPa~30MPa;保壓時(shí)間:1秒~20秒,更優(yōu)選為5秒~20秒;料筒溫度:200℃~320℃;模具溫度:20℃~100℃。此處,料筒溫度是指注射成型機(jī)的將成型材料加熱熔融的部分的溫度,模具溫度是指用于制成規(guī)定形狀的注入樹(shù)脂的模具的溫度。通過(guò)適當(dāng)選擇這些條件、特別是注射時(shí)間、背壓和模具溫度,可以將成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的露出纖維長(zhǎng)度(LB)和重均纖維長(zhǎng)度(LW)調(diào)節(jié)為上述的優(yōu)選范圍。
作為本發(fā)明的成型品的用途,例如,可舉出儀表盤(pán)、車(chē)門(mén)防撞梁、下蓋板(underside covers)、燈罩、踏板護(hù)罩、散熱器支架、備胎罩、前端(front end)等各種組件;氣缸頭蓋、滾動(dòng)軸承保持架、進(jìn)氣歧管、踏腳板等汽車(chē)部件·構(gòu)件和外板;起落架艙(landing gear pod)、翼梢小翼、擾流器、翼緣(edge)、方向舵、整流罩、翼肋等航空機(jī)相關(guān)部件·構(gòu)件和外板;打樁錘、扳手等工具類(lèi);電話(huà)、傳真、VTR、復(fù)印機(jī)、電視、微波爐、音響設(shè)備、盥洗用品、Laser Disc(注冊(cè)商標(biāo))、冰箱、空調(diào)等家庭·辦公電氣制品部件;個(gè)人電腦、數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)等的殼體、在個(gè)人電腦的內(nèi)部支承鍵盤(pán)的構(gòu)件即鍵盤(pán)支承體等電氣·電子設(shè)備用構(gòu)件等。作為增強(qiáng)纖維[B],使用具有導(dǎo)電性的碳纖維的情況下,由于被賦予了電磁波屏蔽性,所以可以更優(yōu)選用于電氣·電子設(shè)備用構(gòu)件。
實(shí)施例
以下,通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明,但本發(fā)明不限于下述實(shí)施例。首先,對(duì)各種特性的評(píng)價(jià)方法進(jìn)行說(shuō)明。
(1)熔體粘度
針對(duì)各實(shí)施例和比較例中使用的熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維改性成分[C]、樹(shù)脂[D],使用40mm的平行板,以0.5Hz利用粘彈性測(cè)定器測(cè)定200℃時(shí)的熔體粘度。另外,將樹(shù)脂[D]在200℃的熱風(fēng)干燥機(jī)中靜置2小時(shí)后,同樣地測(cè)定200℃時(shí)的熔體粘度。
(2)成型品斷裂面的增強(qiáng)纖維[B]的露出纖維長(zhǎng)度
在由各實(shí)施例和比較例得到的80mm×10mm×4mm厚的試驗(yàn)片上,按照ISO 2818:1994,實(shí)施缺口角度為45°、深度為2mm的缺口加工。在施加了缺口加工的試驗(yàn)片上,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的沖擊錘,施加沖擊速度為2.9m/sec的沖擊進(jìn)行破壞。利用光學(xué)顯微鏡(50~1000倍)觀察被破壞的試驗(yàn)片的斷裂面。測(cè)量從成型品斷裂面露出的增強(qiáng)纖維[B]中隨機(jī)選擇的1000根增強(qiáng)纖維[B]的長(zhǎng)度,將其算術(shù)平均值作為露出纖維長(zhǎng)度(LB)。需要說(shuō)明的是,成型品的斷裂面不是平面的情況下,針對(duì)選擇的每根增強(qiáng)纖維[B]確定斷裂面,算出露出纖維長(zhǎng)度(LB)。
(3)成型品中的增強(qiáng)纖維[B]的重均纖維長(zhǎng)度
在由各實(shí)施例和比較例得到的80mm×10mm×4mm厚的試驗(yàn)片上,按照ISO 2818:1994,實(shí)施缺口角度為45°、深度為2mm的缺口加工。在施加了缺口加工的試驗(yàn)片上,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的沖擊錘,施加沖擊進(jìn)行破壞。將破壞的試驗(yàn)片以?shī)A持在玻璃板之間的狀態(tài)設(shè)置于設(shè)定為200~300℃的熱臺(tái)上,進(jìn)行加熱,得到增強(qiáng)纖維[B]均勻分散的膜。利用光學(xué)顯微鏡(50~200倍)觀察增強(qiáng)纖維[B]均勻分散了的膜。測(cè)量隨機(jī)選擇的1000根增強(qiáng)纖維[B]的纖維長(zhǎng)度。由于各實(shí)施例中均使用了共通的增強(qiáng)纖維,所以增強(qiáng)纖維的密度和直徑相同,因此,利用下式算出重均纖維長(zhǎng)度(LW)。
重均纖維長(zhǎng)度=∑(Mi2×Ni)/∑(Mi×Ni)
Mi:纖維長(zhǎng)度(mm)
Ni:纖維長(zhǎng)度Mi的纖維的根數(shù)。
(4)成型品中的增強(qiáng)纖維改性成分[C]向纖維表面的附著率
在由各實(shí)施例和比較例得到的80mm×10mm×4mm厚的試驗(yàn)片上,按照ISO 2818:1994,實(shí)施缺口角度為45°、深度為2mm的缺口加工。對(duì)于施加了缺口加工的試驗(yàn)片,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的沖擊錘進(jìn)行破壞后,從試驗(yàn)片中切出相對(duì)于增強(qiáng)纖維[B]的纖維長(zhǎng)度方向而言的垂直截面,以40000倍的倍率進(jìn)行TEM觀察。從TEM觀察圖像中隨機(jī)選擇5根增強(qiáng)纖維[B],測(cè)定增強(qiáng)纖維[B]的直徑、和存在于增強(qiáng)纖維[B]的圓周表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的端部距離(LcI)。此處,所謂端部距離(LcI)如圖1所示,表示與增強(qiáng)纖維[B]圓周表面平行的方向上的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的長(zhǎng)度。分別測(cè)定存在于增強(qiáng)纖維[B]圓周表面上的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的端部距離,由下式(1)算出附著率[%]。此時(shí),在增強(qiáng)纖維改性成分[C]沒(méi)有空隙地覆蓋了增強(qiáng)纖維[B]整個(gè)表面的情況下,附著率為100%。針對(duì)隨機(jī)選擇的5根增強(qiáng)纖維[B]測(cè)定附著率,算出其算術(shù)平均值。
增強(qiáng)纖維改性成分附著率[%]={由TEM截面觀察檢測(cè)到的、增強(qiáng)纖維改性成分[C]的各端部距離(LcI)的總和/[相對(duì)于纖維長(zhǎng)度方向的垂直截面中的增強(qiáng)纖維[B]的直徑(D)×圓周率(π)]}×100(1)。
(5)成型品中的附著在纖維表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的皮膜厚度
在由各實(shí)施例和比較例得到的80mm×10mm×4mm厚的試驗(yàn)片上,按照ISO 2818:1994,實(shí)施缺口角度為45°、深度為2mm的缺口加工。對(duì)于施加了缺口加工的試驗(yàn)片,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的沖擊錘進(jìn)行破壞后,從試驗(yàn)片中切出相對(duì)于增強(qiáng)纖維[B]的纖維長(zhǎng)度方向而言的垂直截面,以40000倍的倍率進(jìn)行TEM觀察。從TEM觀察圖像中隨機(jī)選擇5根增強(qiáng)纖維[B],如圖2所示的那樣,測(cè)定存在于增強(qiáng)纖維[B]的圓周表面的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的最大膜厚(LcII)。針對(duì)隨機(jī)選擇的5根增強(qiáng)纖維[B]測(cè)定最大膜厚(LcII),算出其算術(shù)平均值。
(6)成型品的纖維分散性
通過(guò)目視計(jì)數(shù)存在于由各實(shí)施例和比較例得到的、80mm×80mm×3mm厚的試驗(yàn)片的內(nèi)外各面上的未分散的增強(qiáng)纖維束的個(gè)數(shù)。針對(duì)50片試驗(yàn)片,求出未分散的增強(qiáng)纖維束的總個(gè)數(shù),按照以下標(biāo)準(zhǔn)判定纖維分散性。將A、B視為合格。
A:未分散的增強(qiáng)纖維束小于1個(gè)
B:未分散的增強(qiáng)纖維束為1個(gè)以上且小于10個(gè)
C:未分散的增強(qiáng)纖維束為10個(gè)以上。
(7)成型品的彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量
針對(duì)由各實(shí)施例和比較例得到的ISO型啞鈴狀試驗(yàn)片,按照ISO178,使用3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)夾具(壓頭半徑為5mm),將支點(diǎn)距離設(shè)定為64mm,在試驗(yàn)速度2mm/分鐘的試驗(yàn)條件下測(cè)定彎曲強(qiáng)度和彎曲彈性模量。作為試驗(yàn)機(jī),使用“Instron”(注冊(cè)商標(biāo))萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)5566型(Instron公司制)。
(8)成型品的沖擊強(qiáng)度
在由各實(shí)施例和比較例得到的80mm×10mm×4mm厚的試驗(yàn)片上,按照ISO 2818:1994,實(shí)施缺口角度為45°、深度為2mm的缺口加工。對(duì)于實(shí)施了缺口加工的試驗(yàn)片,按照ISO179-1:2010,使用1.0J的沖擊錘,測(cè)定帶有缺口的夏比沖擊強(qiáng)度。
(9)成型品的熱導(dǎo)率測(cè)定
從由各實(shí)施例和比較例得到的ISO型啞鈴形試驗(yàn)片中切出20mm×20mm×4mm厚的試驗(yàn)片,使用ULVAC-RIKO制GH-1S,測(cè)定80℃時(shí)的試驗(yàn)片的厚度方向的熱導(dǎo)率。另外,從上述ISO型啞鈴形試驗(yàn)片中切出5片20mm×4mm×4mm厚的試驗(yàn)片,與成型時(shí)的樹(shù)脂的流動(dòng)方向垂直地將5片試驗(yàn)片橫向排列,使用ULVAC-RIKO制GH-1S,測(cè)定80℃時(shí)的流動(dòng)方向的熱導(dǎo)率。
(參考例1)碳纖維的制作
將以聚丙烯腈為主要成分的共聚物用作原料,經(jīng)過(guò)紡絲、燒結(jié)處理和表面氧化處理各工序,得到總單絲數(shù)為24,000根、單纖維直徑為7μm、每單位長(zhǎng)度的質(zhì)量為1.6g/m、比重為1.8g/cm3、表面氧濃度[O/C]為0.12的均勻碳纖維[B-1]。該碳纖維的線束拉伸強(qiáng)度為4880MPa、線束拉伸彈性模量為225GPa。
此處,關(guān)于表面氧濃度比,使用經(jīng)過(guò)表面氧化處理后的碳纖維,利用X射線光電子能譜法按如下步驟求出。首先,將碳纖維束切成20mm,鋪展排列在銅制的試樣支承臺(tái)上,制成測(cè)定試樣。將測(cè)定試樣設(shè)置在X射線光電子能譜法裝置的試樣室中后,將試樣室中保持為1×10-8Torr,使用AlKα1、2作為X射線源,進(jìn)行測(cè)定。作為伴隨著測(cè)定時(shí)的帶電而產(chǎn)生的峰的校正值,將C1s的主峰的動(dòng)能值(K.E.)設(shè)置為1202eV。在K.E.為1191~1205eV的范圍內(nèi)畫(huà)出直線基線,由此求出C1s峰面積。在K.E.為947~959eV的范圍內(nèi)畫(huà)出直線基線,由此求出O1s峰面積。使用裝置固有的靈敏度校正值,由O1s峰面積與C1s峰面積之比以原子數(shù)比的形式算出表面氧濃度[O/C]。作為X射線光電子能譜法裝置,使用國(guó)際電氣公司制Model ES-200,將靈敏度校正值設(shè)為1.74。
接著,作為上漿劑,使聚甘油多縮水甘油基醚(環(huán)氧當(dāng)量:140g/eq)以成為2重量%的方式溶解于水,制備上漿處理液。利用浸漬法,以使附著量成為1.0重量%的方式對(duì)上述碳纖維賦予上述上漿劑,于230℃進(jìn)行干燥,得到碳纖維[B-1]的束。由此得到的碳纖維的上漿劑附著量為1.0重量%。另外,計(jì)算上漿劑的SP值,結(jié)果為10。
(參考例2)樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]的制作
在加熱至涂布溫度150℃的輥上將各實(shí)施例和比較例中所示的環(huán)氧樹(shù)脂[D-1]加熱熔融,形成液態(tài)的被膜。為了在輥上形成厚度恒定的被膜,使用了反向旋轉(zhuǎn)輥。使由參考例1得到的連續(xù)的碳纖維[B-1]束一邊與該輥接觸一邊在輥上通過(guò),使環(huán)氧樹(shù)脂[D-1]附著。接著,在氮?dú)夥障?,在加熱至溫?50℃的腔室內(nèi),使附著有環(huán)氧樹(shù)脂的碳纖維束從5組直徑為50mm的輥壓機(jī)之間通過(guò)。通過(guò)該操作,使環(huán)氧樹(shù)脂[D-1]含浸到碳纖維束的內(nèi)部,得到樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E-1]。
(參考例3)熱塑性樹(shù)脂組合物的制作
使用JSW制TEX-30α型雙螺桿擠出機(jī)(螺桿直徑為30mm,模直徑為5mm,機(jī)筒溫度為290℃,螺桿旋轉(zhuǎn)數(shù)為150rpm),從主料斗供給將各實(shí)施例和比較例中所示的熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維改性成分[C]、熱塑性樹(shù)脂[F]、導(dǎo)熱填充材料[G]以成為各實(shí)施例和比較例中所示的組成比的方式進(jìn)行干混而成的混合物,一邊通過(guò)下流的真空通氣口(vent)進(jìn)行脫氣,一邊熔融混煉。將熔融樹(shù)脂組合物從模口排出,將得到的線束冷卻后,用切割器切斷,得到熱塑性樹(shù)脂組合物的粒料。
各實(shí)施例和比較例所使用的原料如下所示。
熱塑性樹(shù)脂[A-1]
使用了聚碳酸酯樹(shù)脂(帝人化成(株)制,“Panlite(注冊(cè)商標(biāo))”L-1225L)。利用上述(1)中記載的方法測(cè)定200℃時(shí)的熔體粘度,結(jié)果為14000Pa·s。
熱塑性樹(shù)脂[A-2]
使用了聚酰胺6樹(shù)脂(東麗(株)制,“Amilan(注冊(cè)商標(biāo))”CM1001)。利用上述(1)中記載的方法測(cè)定200℃時(shí)的熔體粘度,結(jié)果為1000Pa·s。
熱塑性樹(shù)脂[A-3]
使用將聚丙烯樹(shù)脂(Prime Polymer(株)制“Prime Polypro(注冊(cè)商標(biāo))”J137G)和馬來(lái)酸改性聚丙烯樹(shù)脂(三井化學(xué)(株)制“ADMER”(注冊(cè)商標(biāo))QE840)(PP)以85/15的重量比進(jìn)行混合制粒而得到的混合物。利用上述(1)中記載的方法測(cè)定200℃時(shí)的熔體粘度,結(jié)果為50Pa·s。
增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]
使用了具有羧基的烯烴系蠟(三菱化學(xué)(株)制“DIACARNA”(注冊(cè)商標(biāo))30)。將其投入涂布有含浸助劑的裝置內(nèi)的罐內(nèi),將罐內(nèi)的溫度設(shè)定為200℃,加熱1小時(shí)使其成為熔融狀態(tài)。利用上述(1)中記載的方法測(cè)定此時(shí)的200℃時(shí)的熔體粘度,結(jié)果為0.03Pa·s。另外,利用GPC測(cè)得的重均分子量為9,000。本發(fā)明涉及的GPC的測(cè)定方法實(shí)施如下。
使用機(jī)型:Waters公司制“150C”測(cè)定溫度:140℃溶劑:鄰二氯苯(ODCB)色譜柱:“AD806M/S”(3根)流速:1.0ml/分鐘分子量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):標(biāo)準(zhǔn)聚苯乙烯
增強(qiáng)纖維改性成分[C-2]
使用了用官能團(tuán)改性了的烯烴化合物(三洋化成(株)制“Umex”(注冊(cè)商標(biāo))1010)。將其投入涂布有含浸助劑的裝置內(nèi)的罐內(nèi),將罐內(nèi)的溫度設(shè)定為200℃,加熱1小時(shí)使其成為熔融狀態(tài)。利用上述(1)中記載的方法測(cè)定此時(shí)的200℃時(shí)的熔體粘度,結(jié)果為20Pa·s。另外,在與(C-1)同樣的測(cè)定條件下,利用GPC測(cè)得的重均分子量為30,000。
增強(qiáng)纖維改性成分[C-3]
使用了水溶性尼龍(東麗(株)制“AQ-NYLON”(注冊(cè)商標(biāo))P70)。將其投入涂布有含浸助劑的裝置內(nèi)的罐內(nèi),將罐內(nèi)的溫度設(shè)定為200℃,加熱1小時(shí)使其成為熔融狀態(tài)。利用上述(1)中記載的方法測(cè)定此時(shí)的200℃時(shí)的熔體粘度,結(jié)果為20Pa·s。另外,利用GPC測(cè)得的重均分子量為1,000。需要說(shuō)明的是,重均分子量為1,000以下的成分含量的測(cè)定實(shí)施如下。
使用機(jī)型:Tosoh公司制“HLC-8320GPC”測(cè)定溫度:40℃溶劑:六氟異丙醇(HFIP)(三氟乙酸鈉濃度為10mmol/l)色譜柱:“TSKgel SuperHM-H”(2根)流速:0.3ml/分鐘分子量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
樹(shù)脂[D-1]
使用了固態(tài)的雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂(三菱化學(xué)(株)制“jER”(注冊(cè)商標(biāo))1004AF,軟化點(diǎn)為97℃)。將其投入涂布有含浸助劑的裝置內(nèi)的罐內(nèi),將罐內(nèi)的溫度設(shè)定為200℃,加熱1小時(shí)使其成為熔融狀態(tài)。利用上述(1)中記載的方法測(cè)定此時(shí)的200℃時(shí)的熔體粘度,結(jié)果為1Pa·s。另外,算出了熔體粘度變化率,結(jié)果為1.1%。
熱塑性樹(shù)脂[F-1]
使用了Asahi Kasei Chemicals Ltd.制氫化苯乙烯·丁二烯嵌段共聚物(SEBS樹(shù)脂)“Tuftec”(注冊(cè)商標(biāo))M1943。
導(dǎo)熱填充材料[G-1]
使用了(株)中越石墨工業(yè)所制鱗片狀石墨CFW-50A。
(實(shí)施例1)
將按照參考例2、在碳纖維[B-1]中含浸樹(shù)脂[D-1]而得到的樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E-1]送入設(shè)置于日本制鋼所(株)TEX-30α型雙螺桿擠出機(jī)(螺桿直徑為30mm,L/D=32)前端的電線被覆法用的涂布模中。另一方面,從TEX-30α型雙螺桿擠出機(jī)的主料斗供給按照參考例3制作的、含有熱塑性樹(shù)脂[A-1]和增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]的樹(shù)脂組合物進(jìn)行熔融混煉,使其在熔融的狀態(tài)下排出至上述模內(nèi),以被覆樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E-1]的周?chē)姆绞竭B續(xù)地配置。此時(shí),調(diào)節(jié)樹(shù)脂組合物的排出量,使相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]、增強(qiáng)纖維改性成分[C]和樹(shù)脂[D]成為表1記載的配合量。將得到的連續(xù)狀的成型材料冷卻后,用切割器切斷,得到長(zhǎng)度為7mm的長(zhǎng)纖維顆粒狀的樹(shù)脂成型材料。
使用住友重機(jī)械工業(yè)社制SE75DUZ-C250型注射成型機(jī),通過(guò)將得到的長(zhǎng)纖維顆粒狀的成型材料以注射時(shí)間:10秒、螺桿旋轉(zhuǎn)數(shù):100rpm、背壓力:10MPa、保壓時(shí)間:10秒、料筒溫度:300℃、模具溫度:100℃的條件進(jìn)行注射成型,由此制作ISO型拉伸啞鈴形試驗(yàn)片、80mm×80mm×3mm厚的試驗(yàn)片和80mm×10mm×4mm厚的試驗(yàn)片(成型品)。此處,所謂料筒溫度表示注射成型機(jī)的將成型材料加熱熔融的部分的溫度,所謂模具溫度表示注入成型材料以制成規(guī)定形狀的模具的溫度。將得到的試驗(yàn)片(成型品)在已調(diào)節(jié)為溫度23℃、50%RH的恒溫恒濕室中靜置24小時(shí)后,利用上述的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例2)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]為0.5重量份、熱塑性樹(shù)脂[A-1]為89.5重量份,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例3)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]為5.0重量份、熱塑性樹(shù)脂[A-1]為85.0重量份,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例4)
除了將成型時(shí)的螺桿旋轉(zhuǎn)數(shù)變更為200rpm以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例5)
除了將增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]變更為[C-2]以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例6)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]為15重量份、熱塑性樹(shù)脂[A-1]為75.0重量份,將成型時(shí)的背壓力設(shè)為30MPa,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例7)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使熱塑性樹(shù)脂[F-1]為2.0重量份,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。另外,測(cè)定了熱導(dǎo)率,結(jié)果,厚度方向的熱導(dǎo)率為0.4W/m·K,流動(dòng)方向的熱導(dǎo)率為1.0W/m·K。
(實(shí)施例8)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使樹(shù)脂[D-1]為0重量份,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例9)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]為0重量份、熱塑性樹(shù)脂[A-1]為90.0重量份,將背壓力設(shè)為1MPa,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例10)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使導(dǎo)熱填充材料[G-1]為25.0重量份,除此以外,與實(shí)施例7同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。另外,測(cè)定了熱導(dǎo)率,結(jié)果,厚度方向的熱導(dǎo)率為1.1W/m·K,流動(dòng)方向的熱導(dǎo)率為3.5W/m·K。
(實(shí)施例11)
將按照參考例2、在碳纖維[B-1]中含浸樹(shù)脂[D-1]而得到的樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E-1]送入設(shè)置于日本制鋼所(株)TEX-30α型雙螺桿擠出機(jī)(螺桿直徑為30mm,L/D=32)前端的電線被覆法用的涂布模中。另一方面,從TEX-30α型雙螺桿擠出機(jī)的主料斗供給按照參考例3制作的、含有熱塑性樹(shù)脂[A-1]和增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]的樹(shù)脂組合物進(jìn)行熔融混煉,使其在熔融的狀態(tài)下排出至模內(nèi),以被覆樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E-1]的周?chē)姆绞竭B續(xù)地配置。此時(shí),調(diào)節(jié)樹(shù)脂組合物的排出量,使相對(duì)于熱塑性樹(shù)脂[A]、增強(qiáng)纖維[B]和增強(qiáng)纖維改性成分[C]的總量100重量份而言,熱塑性樹(shù)脂[A-1]為74.0重量份、增強(qiáng)纖維[B-1]為20.0重量份、增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]為3.0重量份。將得到的連續(xù)狀的成型材料冷卻后,用切割器切斷,得到長(zhǎng)度為7mm的長(zhǎng)纖維粒料(X-1)。
接著,按照參考例3,得到包含43.0重量份的熱塑性樹(shù)脂[A-1]、3.0重量份的增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]、4重量份的熱塑性樹(shù)脂[F-1]、50重量份的導(dǎo)熱填充材料[G-1]的樹(shù)脂成型材料(Y-1)。
將由上述得到的長(zhǎng)纖維粒料(X-1)和樹(shù)脂成型材料(Y-1)以相對(duì)于(X-1)和(Y-1)的總量100重量份而言,(X-1)為50.0重量份、(Y-1)為50.0重量份的方式進(jìn)行干混,制作成型材料。對(duì)于得到的成型材料,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。另外,測(cè)定了熱導(dǎo)率,結(jié)果,厚度方向的熱導(dǎo)率為1.0W/m·K,流動(dòng)方向的熱導(dǎo)率為3.2W/m·K。
(實(shí)施例12)
除了將熱塑性樹(shù)脂[A-1]變更為[A-2]以外,與實(shí)施例8同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(實(shí)施例13)
除了將熱塑性樹(shù)脂[A-1]變更為[A-3]、將增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]變更為[C-3]以外,與實(shí)施例8同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表1。
(比較例1)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]為0重量份、熱塑性樹(shù)脂[A-1]為90.0重量份,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。
(比較例2)
除了將增強(qiáng)纖維改性成分變更為[C-3]以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。
(比較例3)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使增強(qiáng)纖維[B-1]為0.5重量份、熱塑性樹(shù)脂[A-1]為96.5重量份,并且,將背壓力變更為50MPa,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。
(比較例4)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使增強(qiáng)纖維[B-1]為50重量份、熱塑性樹(shù)脂[A-1]為47.0重量份,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。
(比較例5)
相對(duì)于成分[A]~[C]的總量100重量份而言,使增強(qiáng)纖維改性成分[C-1]為0重量份、熱塑性樹(shù)脂[F-1]為2.0重量份、熱塑性樹(shù)脂[A-1]為90.0重量份,除此以外,與實(shí)施例1同樣地操作,制作成型品并進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。
(比較例6)
將在上述所示的增強(qiáng)纖維(B-1)束中以表2所示的比例含浸樹(shù)脂(D-1)而得到的樹(shù)脂含浸纖維束(E)、和熱塑性樹(shù)脂(A-1)供給至日本制鋼所(株)TEX-30α型雙螺桿擠出機(jī)(螺桿直徑為30mm,L/D=32),以200rpm的螺桿旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行熔融混煉。將從模前端排出的線束冷卻固化后,用切割器切斷為長(zhǎng)度為7mm的粒料,制作含有纖維的熔融混煉粒料。此時(shí),以使相對(duì)于成分(A)~(C)的總量100重量份而言,熱塑性樹(shù)脂(A-1)為87.0重量份、增強(qiáng)纖維(B)為10重量份、增強(qiáng)纖維改性成分(C-1)為3.0重量份的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。
使用住友重機(jī)械工業(yè)社制SE75DUZ-C250型注射成型機(jī),將得到的含有纖維的熔融混煉粒料以注射時(shí)間:10秒、背壓力:10MPa、保壓時(shí)間:10秒、料筒溫度:300℃、模具溫度:100℃的條件注射成型,制作ISO型拉伸啞鈴形試驗(yàn)片、80mm×80mm×3mm厚的試驗(yàn)片和80mm×10mm×4mm厚的試驗(yàn)片。此處,所謂料筒溫度表示注射成型機(jī)的將成型材料加熱熔融的部分的溫度,所謂模具溫度表示注入成型材料以制成規(guī)定形狀的模具的溫度。將得到的試驗(yàn)片在已調(diào)節(jié)為溫度23℃、50%RH的恒溫恒濕室中靜置24小時(shí)后,利用上述的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果示于表2。
實(shí)施例1~13中的任一種材料均呈現(xiàn)出優(yōu)異的分散性和沖擊強(qiáng)度。對(duì)于配合了熱塑性樹(shù)脂[F]的實(shí)施例7而言,在與實(shí)施例1的比較中,確認(rèn)到?jīng)_擊強(qiáng)度的提高效果。另外,對(duì)于配合了導(dǎo)熱填充材料[G]的實(shí)施例10而言,在與實(shí)施例7的比較中,呈現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱特性和彎曲特性。
另一方面,對(duì)于不含有增強(qiáng)纖維改性成分[C]的比較例1而言,增強(qiáng)纖維[B]的露出纖維長(zhǎng)度和重均纖維長(zhǎng)度短,沖擊強(qiáng)度低。同樣,對(duì)于使用了與熱塑性樹(shù)脂[A]的SP值之差小的增強(qiáng)纖維改性成分[C]的比較例2而言,增強(qiáng)纖維[B]的露出纖維長(zhǎng)度和重均纖維長(zhǎng)度短,沖擊強(qiáng)度低。另外,對(duì)于增強(qiáng)纖維[B]的配合量少、并且注射成型時(shí)的背壓力高的比較例3而言,增強(qiáng)纖維[B]的重均纖維長(zhǎng)度和露出纖維長(zhǎng)度短,由增強(qiáng)纖維[B]帶來(lái)的增強(qiáng)效果弱,沖擊強(qiáng)度低。另外,對(duì)于增強(qiáng)纖維[B]的配合量多的比較例4而言,在注射成型時(shí)纖維的交織增加,增強(qiáng)纖維[B]的重均纖維長(zhǎng)度和露出纖維長(zhǎng)度短,沖擊強(qiáng)度低。對(duì)于不含有增強(qiáng)纖維改性成分[C]、而是配合了熱塑性樹(shù)脂[F]的比較例5而言,露出纖維長(zhǎng)度短,沖擊強(qiáng)度低。對(duì)于使用了通過(guò)熔融混煉制作的成型材料的比較例6而言,成型品內(nèi)的增強(qiáng)纖維[B]的重均纖維長(zhǎng)度短,因此露出纖維長(zhǎng)度也短,沖擊強(qiáng)度降低。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂成型品具有優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度,因此可以應(yīng)用于各種用途。尤其適合電氣·電子設(shè)備、OA設(shè)備、家電設(shè)備、汽車(chē)的部件·內(nèi)部構(gòu)件和殼體等各種部件·構(gòu)件。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1 熱塑性樹(shù)脂[A]
2 增強(qiáng)纖維[B]
3 增強(qiáng)纖維改性成分[C]
4 (黑色部分)增強(qiáng)纖維[B]
5 (白色部分)增強(qiáng)纖維改性成分[C]及/或樹(shù)脂[D]
6 樹(shù)脂含浸增強(qiáng)纖維束[E]