CN102666673A - 复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明是复合材料,其是包含熔点为200℃以上的有机长纤维和热塑性树脂的复合材料,其特征在于,有机长纤维的形态为捻纱线、或由捻纱线构成的机织物或针织物。本发明的复合材料的耐冲击性优异,还可制为以其为芯材的夹层材料使用。

Description

复合材料
技术领域
本发明涉及有机长纤维强化热塑性树脂复合材料,特别涉及适于要求耐冲击性的用途和构件的复合材料、和以该复合材料为芯材的夹层材料。
背景技术
塑料、特别是热塑性树脂可以利用各种成形方法进行加工,对于当下我们的生活来说是不可缺少的材料。但是,热塑性树脂的柔软性视情况而与强度或刚性的强弱相关,在要求高强度、高刚性的用途中,一直利用玻璃纤维或碳纤维等无机纤维的短纤维来进行补强。但是,作为有机物的热塑性树脂和无机物的玻璃纤维等的复合化难以再循环,在废弃方面存在问题。另外,另外,玻璃纤维由于是高比重因而重,存在不适于轻量化的问题。进而,利用无机纤维进行的补强虽然对提高复合材料的强度或刚性有效,但对于耐冲击性等性能来说并不那么有效。
因此,正在进行利用热塑性树脂和有机纤维的复合化的研究。例如,专利文献1中提出了为了改良强度而一边用辊将拉齐的长纤维状的有机纤维挤入从挤出机排出的熔融状态的热塑性树脂中一边进行复合化。另外,专利文献2中提出了通过将拉伸弹性率小于1GPa、伸长率为300%以上的热塑性弹性体和丝纤维的布帛复合化来改良树脂组合物的耐冲击性。
另一方面,将胶乳等橡胶或EPDM(乙烯−丙烯共聚物)等热塑性弹性体用有机纤维补强得到的橡胶材料被用于轮胎、软管、皮带等用途。
另外,如专利文献1中所记载,复合材料的强度等可以通过有机纤维的效果来进行改善。但是,有机纤维的大的特征是耐冲击性。专利文献1中关于该耐冲击性没有进行研究。专利文献2中使用丝纤维来改善复合材料的耐冲击性,但由于丝纤维是天然纤维,因而在生产率上存在问题,由于价格高故在成本等经济性方面也存在问题。丝纤维等天然纤维与合成纤维相比,通常还具有强度低的问题。
另外,将橡胶或热塑性弹性体用有机纤维补强得到的复合材料由于作为基质的橡胶或热塑性弹性体是柔软的,因而在耐冲击性方面没有问题,但是硬度或弹性率低。
专利文献1 : 日本特开2002−144395号公报
专利文献2 : 日本特表2009−530469号公报。
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明是考虑了上述以往的问题而完成的发明,其目的在于提供适于要求耐冲击性的用途、构件的再循环性、轻量性、生产率、经济性均优异的包含有机长纤维和热塑性树脂的复合材料。
用于解决技术问题的方法
本发明人等为了实现上述目的而进行了深入研究,结果发现:通过使用熔点为200℃以上的有机长纤维与热塑性树脂进行复合化,可以解决包括再循环性的上述问题。即,本发明为复合材料、由其形成的成形体、和以该复合材料为芯材的夹层材料,所述复合材料是包含熔点为200℃以上的有机长纤维和热塑性树脂的复合材料,其特征在于,有机长纤维的形态为捻纱线(撚糸コード)、或由捻纱线构成的机织物或针织物(編物)。
发明效果
根据本发明,可以经济性良好地提供维持高强度、高弹性率的同时还要求耐冲击性的复合材料。另外,本发明的复合材料在轻量性、生产率、再循环性上优异。另外,可以由本发明的复合材料提供成形体,可以适宜地提供冲击吸收材料。另外,通过制为以该复合材料为芯材的夹层材料,可以提供作为高强度、高刚性的冲击吸收材料的成形体,可以优选用作汽车结构材料用部件、汽车外装饰材料料用部件、汽车内装饰材料用部件。
附图说明
图1是实施例1的复合材料的截面相片(1000倍)。
图2是比较例6的复合材料的截面相片(1000倍)。
图3是显示实施例中的高速冲压试验的测定方法的模式图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式依次进行说明。
[有机长纤维]
作为本发明中使用的熔点为200℃以上的有机长纤维,例如可举出:聚醚醚酮纤维、聚苯硫醚纤维、聚醚砜纤维、芳族聚酰胺纤维、聚苯并噁唑纤维、聚芳酯纤维、聚酮纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维等。有机长纤维自然被用作复合材料的强化材料,但作为复合材料的基质的热塑性树脂中特别有用的树脂的成形温度除了例外之外均在170℃以上,因而有机长纤维使用熔点为200℃以上的有机长纤维。有机长纤维的熔点在成形温度以下时,会与热塑性树脂一起熔融而得不到复合材料。另外,在成形工序中,有机长纤维发生严重热劣化对于强化材料不优选。通常,在熔点附近时,有机长纤维内的聚合物的取向或结晶容易被松弛,因而有机长纤维的熔点优选比成形温度高10℃以上。若有机长纤维的熔点比成形温度高20℃以上则更优选。
另外,热塑性树脂中最多使用的聚烯烃等所属的通用塑料的成形温度通常为170℃以上,耐热性更高的聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯等工程塑料的成形温度为230℃以上。由此,本发明中使用的有机长纤维的熔点若为250℃以上,则不仅通用塑料而且工程塑料中也可使用,故更优选。
这里,熔点为200℃以上意指小于200℃则不发生熔融,虽然也包括实质上不具有熔点之类的物质,但优选具有熔点的有机长纤维,熔点的实质上的上限为350℃。
在本发明中,熔点为200℃以上的有机长纤维中,聚酯长纤维、聚酰胺长纤维、聚乙烯醇长纤维可获得力学特性或耐热性等物性与价格的平衡,故优选,其中特别优选聚酯长纤维或尼龙长纤维。
作为聚酯长纤维的骨架,可举出:聚萘二甲酸亚烷基酯、聚对苯二甲酸亚烷基酯、立构复合物型聚乳酸等。它们之中,优选熔点为250℃以上的聚萘二甲酸亚烷基酯与聚对苯二甲酸亚烷基酯。它们可以单独使用、可以将2种以上混合或进行共聚来使用。
作为聚萘二甲酸亚烷基酯,优选为以亚烷基−2,6−萘二甲酸酯或亚烷基−2,7−萘二甲酸酯为主要重复单元的聚酯。聚酯中的萘二甲酸亚烷基酯的含量优选为90摩尔%以上、更优选为95摩尔%以上、进一步优选为96~100摩尔%以上。作为亚烷基,脂肪族亚烷基、脂环族亚烷基均可,但优选碳原子数2~4的亚烷基,聚萘二甲酸亚烷基酯优选为聚萘二甲酸乙二醇酯、更优选为聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯。
作为聚对苯二甲酸亚烷基酯,优选为以亚烷基-对苯二甲酸酯为主要重复单元的聚酯。聚酯中的对苯二甲酸亚烷基酯的含量优选为90摩尔%以上、更优选为95摩尔%以上、进一步优选为96~100摩尔%。作为亚烷基,脂肪族亚烷基、脂环族亚烷基均可,但优选碳原子数2~4的亚烷基,聚对苯二甲酸亚烷基酯优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯。
聚酯纤维的全部重复单元中,在不损害本发明目的的范围内还可以含有第三成分。作为所述第三成分,可举出:(a)具有2个酯形成性官能团的化合物,例如草酸、琥珀酸、癸二酸、二聚酸等脂肪族二羧酸、环丙烷二甲酸、六氢对苯二甲酸等脂环族二羧酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、萘-2,7-二甲酸、二苯基甲酸等芳香族二羧酸、二苯醚二甲酸、二苯基磺酸、二苯氧乙烷二甲酸、3,5-二羧基苯磺酸钠等羧酸、乙醇酸、对羟基苯甲酸、对羟基乙氧基苯甲酸等羟基羧酸、丙二醇、三亚甲基二醇、二甘醇、四亚甲基二醇、六亚甲基二醇、新戊二醇、对苯二甲醇、1,4-环己烷二甲醇、双酚A、p,p’-二羟基苯基砜、1,4-双(β−羟基乙氧基)苯、2,2-双(对-β-羟基乙氧基苯基)丙烷、聚亚烷基二醇等羟基化合物、它们官能性衍生物、由上述羧酸、羟基羧酸、羟基化合物或它们的官能性衍生物衍生的高聚合度化合物、或(b)具有1个酯形成性官能团的化合物,例如苯甲酸、苄氧基苯甲酸、甲氧基聚亚烷基二醇等。进而,在聚合物实质上为线状的范围内还可以使用(c)具有3个以上酯形成性官能团的化合物,例如甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷等。另外,这些聚酯中,还可以含有二氧化钛等消光剂、磷酸、亚磷酸、它们的酯等稳定剂。
作为尼龙长纤维,可举出:尼龙66、尼龙6、聚酰胺46树脂、聚酰胺610树脂等包含脂肪族聚酰胺的尼龙长纤维。它们可以单独使用,也可以混合2种以上使用。它们中,优选通用性优异、廉价的尼龙66或尼龙6纤维,更优选熔点为250℃以上的尼龙66纤维。
本发明中的有机长纤维是具有连续长的有机长纤维,有机长纤维的形态为捻纱线、或由捻纱线构成的机织物或针织物。也可以组合于有机长纤维而使用不连续长的纤维、短纤维。
本发明中使用的有机长纤维优选为复丝。通常,有机长纤维中有以比较粗的1根单丝来作为商品的单纤丝,以及由比较的细的多根单丝构成的为束状的复丝。单纤丝由于生产率低因而昂贵,故在筛网纱等特殊用途中使用,通常的衣料、产业资材用途中使用复丝。本发明的复合材料中优选比较廉价的复丝。构成复丝的单丝的根数优选为2根至10000根、更优选为50根至5000根。进而更优选100根至1000根。单丝根数超过10000根时,生产困难,同时作为复丝的纤维的操作性显著变差。
作为本发明中使用的复丝的有机长纤维的总纤度优选为100dtex至10000dtex、更优选为200dtex至8000dtex。进而更优选为500dtex至5000dtex。纤度变得小于100dtex时,丝自身的断裂强度变小,因而得不到对复合材料的补强效果。纤度变得大于10000dtex时,丝的制造变得困难。
在本发明中,构成有机长纤维的单丝的纤度优选为1~30dtex,进而作为上限值,优选为25dtex以下、特别优选为20dtex以下。另外作为下限值,优选为1.5dtex以上。最优选为2~20dtex的范围。通过在上述范围内,变得容易实现本发明的目的。单丝纤度小于1dtex则有制丝性产生问题的倾向,纤度过大时则会有纤维/树脂间的界面强度降低、复合材料的物性降低的倾向。
本发明中使用的有机长纤维的抗拉强度优选为6~11cN/dtex。进一步优选为7~10cN/dtex。小于6cN/dtex则有所得复合材料的强度过低的倾向。
进而,本发明的有机长纤维优选180℃下的干热收缩率为20%以下。进一步优选为18%以下。超过20%时则有成形加工时的热所致的纤维的尺寸变化变大,补强树脂的成形形状容易发生不良的倾向。
具有这样的物性的有机长纤维的制造方法没有特别限定。例如,可以通过对熔融纺丝而得的未拉伸丝进行纺丝后、暂时卷取另外拉伸的方法、或不卷取未拉伸丝而连续拉伸的方法等来制造。所得的纤维为高强度且尺寸稳定性也优异。另外,通过对含有原料聚合物的溶液进行湿式纺丝的方法也可以得到有机长纤维。
另外,为了提高树脂成形品的特性,可以用合适的处理剂对纤维表面进行处理。此时,可以在纤维的表面,相对于该纤维100重量份而附着表面处理剂0.1~10重量份、优选0.1~3重量份。表面处理剂可对应于热塑性树脂的种类而适宜选定。
[加捻纱(撚糸)]
本发明的有机长纤维的形态为加捻的捻纱线、或由该捻纱线构成的机织物或针织物。通过加捻,可以使纤维束收紧、抑制树脂对纤维束内部的浸渗。关于树脂的浸渗后面会有详述,但优选有机长纤维为复丝,且其纤维束间实质上浸渗有热塑性树脂,另外,优选有机长纤维的纤维束内部实质上未浸渗有热塑性树脂。
有机长纤维为复丝时,由制丝厂商供给的原纱为无捻的状态,因而对该原纱直接进行加工时,单丝的拉齐发生混乱,有可能不能充分体现纤维的性能。另外,无捻的丝的收束性低因而操作性差。为了改善这种丝的拉齐或操作性,有效的是对纤维加捻。另外,对原纱加捻而得的捻纱线,由于与原纱相比伸长率变高,挠曲疲劳性变高等,因而在耐冲击性方面有效。另外,通过制为捻纱线,可以将构成复丝的单丝最密填充化。
捻构成没有特别限定,可以是对有机长纤维仅施加1次加捻的单丝加捻,也可以是使用2根以上的丝(糸)、以初捻和复捻构成的倍捻。考虑丝的强度或操作性时,优选容易抑制扭结的产生的倍捻,初捻和复捻各自的构成根数可以对应于要求的物性而适宜设定。纤维的捻度规定在每1m为1次~1000次、优选10~1000次的范围。其中,考虑捻纱线的强度和伸长率的积即韧性时,每1m的捻度优选为30次至700次、更优选为50次至500次。捻度超过1000次时,捻纱线的强度过于降低,因而若考虑复合材料的补强效果则不优选。另外,捻度超过1000次时,生产率也变得极差。在上述的捻度范围设定初捻和复捻的次数,但在考虑抑制扭结时,初捻和复捻优选对应于捻系数来设定捻度。另外,如被用于轮胎帘子线那样形成使初捻和复捻的次数相同的平衡捻在捻纱线的耐久性方面优选。
在本发明中,作为有机长纤维的形态,可将对纤维加捻而得的捻纱线直接多根拉齐作为单方向材料使用,也可以作为机织物或针织物等布帛形态、即双方向材料使用。本发明的复合材料可以根据单方向材料、双方向材料各自使用的形态而适宜选择。捻纱线通过原纱的纤度、捻度、和线的间隔等来规定,但优选的捻纱线的一层的单位面积重量为30~500g/m2、更优选为50~300g/m2。捻纱线的一层的单位面积重量变得小于30g/m2时,得不到所需的能量吸收性能。相反,变得大于500g/m2时,则成为树脂难以进入纤维束间、复合材料变得过重的倾向。
作为机织物中的机织组织,可举出平纹组织、斜纹组织、缎纹组织等。其中,树脂容易浸渗至有机长纤维束间的平纹组织是适宜的。机织物的经纱密度在考虑长纤维束间的树脂的浸渗性时优选为每2.5cm为5根至50根、更优选10根至40根。经纱密度变得小于5根时,丝变得容易移动,故变得容易发生开孔、机织物的操作性显著变差。经纱密度变得多于50根时,长纤维束间变得过于狭窄、树脂难以浸透纤维束间,变得得不到目的的复合材料。机织物的纬纱密度在考虑长纤维束间的树脂的浸渗性等时优选为每2.5cm为5根至50根、更优选10根至40根。机织物中,还存在机织物性能取决于经纱,纬纱用于抑制经纱的极端开孔的帘机织物。这种帘机织物被用于轮胎帘子线等,是纬纱极少的机织物,但在本发明中也可适用。由此,每2.5cm的纬纱密度为1根以上即可。与之相对,经纱密度变得过多、为50根以上时,则长纤维束间变得过于狭窄、树脂难以浸透纤维束间,变得得不到目的的复合材料。经纱和纬纱的密度只要在上述范围内则可以相同、也可以不同。机织物的单位面积重量、即复合材料中的有机长纤维机织物一层的单位面积重量,在考虑有机长纤维束间的树脂的浸渗性时,优选每1m2为30g至500g、更优选为50g至400g。单位面积重量变得少于30g时,机织物强度降低,因而得不到对复合材料的补强效果。单位面积重量变得多于500g时,长纤维束间变得狭窄、树脂难以浸渗至纤维束间,变得得不到目的的复合材料。
作为针织物中的编织组织,可举出经编、纬编、拉舍尔编(ラッセル編み)等。其中,考虑针织物的强度时,容易形成更强韧组织的拉舍尔编是适宜的。制为针织物时的单位面积重量、即复合材料中的有机长纤维针织物一层的单位面积重量,在考虑有机长纤维束间的树脂的浸渗性时,优选每1m2为30g至500g、更优选50g至400g。单位面积重量变得少于30g时,针织物强度降低,因而得不到对复合材料的补强效果。单位面积重量变得多于500g时,长纤维束间变得狭窄、树脂难以浸渗至纤维束间,变得得不到目的的复合材料。
[树脂对纤维的浸渗]
本发明中,树脂浸渗于纤维束间,但纤维束内具有树脂未浸渗的部分的、即纤维束内的浸渗度低的优选。有机长纤维的纤维束内部通过实质上未浸渗有热塑性树脂,可以获得更良好的物性。本发明的复合材料中,有机长纤维束间优选为实质上浸渗有热塑性树脂的结构。长纤维束间未被树脂充分填满时,长纤维束间成为残留有空隙的状态,因而复合材料的强度降低。在本发明中,有机长纤维束间实质上浸渗了树脂的结构是指纤维束间的空隙率为10%以下。其验证可以通过称量可算出体积的试样的重量、或截面的显微镜观察来实施。
另外,本发明的复合材料中,有机长纤维束内部实质上可以浸渗或未浸渗热塑性树脂,考虑耐冲击性时,由于认为在材料中对于纤维来说多少具有自由度的对于能量吸收是有效的,因而长纤维束内部实质上未浸渗树脂的更优选。在本发明中,作为复丝的有机长纤维束内部实质上未浸渗树脂是指在纤维束间的空隙率为10%以下的复合材料中、树脂对纤维束内部的浸透率为50%以下。
其验证可以通过计算能够从取出自复合材料的有机长纤维中取出多少构成复丝的单丝、即计算游离单丝率来进行判断。例如,在由250根单丝构成的有机长纤维的情形,若可取出150根游离单丝则游离单丝率为60%,树脂浸渗率则为剩余的40%。另外,还可利用电子显微镜或光学显微镜等显微镜观察来确认树脂浸渗率,具体地,可以通过复合材料的截面中的空隙部面积的比例来求出。
本发明的复合材料的截面相片的一例示于图1、相当于比较例的复合材料的截面相片的一例示于图2。相片中多处观察到的圆形状为有机纤维的单丝截面的轮廓、圆致密集中可见的是纤维束。圆的外侧可见的白色是热塑性树脂、可见的黑色是空隙部。图1中纤维束内部观察到空隙,图2中纤维束内部观察到进入有热塑性树脂。
通过形成如上述的结构,复合材料的强度可以通过有机长纤维和纤维束间的热塑性树脂来保持。另外,复合材料中由于有机长纤维、严格地说是构成纤维的单丝存在变形或运动的自由度,因而复合材料可以将所受到的冲击通过伴随破坏的这些自由度进行吸收,成为耐冲击性优异的材料。
树脂对纤维束内部的浸透程度除了上述加捻纱、机织物、针织物构成之外,还可通过热塑性树脂的种类选择、以及如后所述的树脂对纤维束间的浸渗工序中的成形的压力、热塑性树脂的温度等来控制。而在使热固性树脂浸渗于有机长纤维的纤维束以得到复合材料的情形中,固化前的热固性树脂由于为低粘度,故树脂浸透至纤维束内部,因而物性降低,例如耐冲击性变低。
[复合材料]
本发明是包含熔点为200℃以上的有机长纤维、和热塑性树脂的复合材料。在本发明中,有机长纤维和热塑性树脂的组成比,以体积比计相对于有机长纤维100份,热塑性树脂优选为20份至900份、更优选为25份至400份。相对于有机长纤维100份的热塑性树脂的比例变得小于20份时,长纤维的纤维束间变得空隙多,复合材料的力学强度大幅降低。而变得多于900份时,有机长纤维的补强效果无法充分体现。
复合材料中的每10mm厚度的有机长纤维的单位面积重量优选为1000~12000g/m2。更优选为2000~10000g/m2。有机长纤维的单位面积重量变得小于1000g/m2时,变得难以体现所需的能量吸收性能。而变得大于12000g/m2时,则长纤维的纤维束间容易产生空隙、复合材料的力学强度有可能大幅降低。
[热塑性树脂]
本发明的复合材料由于目的在兼具耐冲击性以及高强度、高弹性,因而基质优选为通常的热塑性树脂,热塑性弹性体或橡胶等弹性体并不适合。作为其基准,基质的热变形温度优选为80℃以上。作为热变形性的指标,采用负荷变形温度。
作为构成本发明的复合材料的热塑性树脂,例如可举出:氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、乙酸乙酯树脂、聚乙烯醇树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈−苯乙烯树脂(AS树脂)、丙烯腈−丁二烯−苯乙烯树脂(ABS树脂)、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺11树脂、聚酰胺12树脂、聚酰胺46树脂、聚酰胺66树脂、聚酰胺610树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚芳酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂等。
其中,更优选氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、ABS树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺66树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚芳酯树脂,特别优选聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺66树脂。
[制造方法]
本发明的复合材料、以及包含复合材料的成形体的制造方法由下述构成:利用树脂对纤维束间的浸渗的进行的复合化、和所得复合材料的赋形。树脂对纤维束间的浸渗方法没有特别限定,可以对应于使用的有机长纤维的形态而适宜选定。例如,在有机长纤维为机织物或针织物等布帛形态的情形,可以使用加压成形机或真空成形机等,在热塑性树脂熔融而有机纤维不熔融的温度下对层叠的机织物・针织物和树脂膜・无纺织物进行加压或减压,由此得到长纤维束间浸渗有热塑性树脂的复合材料。另外,在有机长纤维为捻纱线的情形,除了上述加压成形或真空成形之外,还可通过挤出成形或拉拔成形来得到长纤维束间浸透有热塑性树脂的复合材料。例如,一边将准备于筒子架上的多根捻纱线以一定张力送出,一边使用导丝器并丝,导入拉拔成形机的浸渗模具中。这里,使熔融树脂浸渗捻纱线间后,从浸渗模具拉拔并进行冷却,由此可以得到连续纤维的UD片材。
赋形方法没有特别限定,可在使树脂浸渗纤维束间之际同时进行,也可以暂先使树脂浸渗纤维束间然后在进行赋形。同时进行树脂浸渗和赋形时,只要利用可得到所需形状的模具则可容易地得到成形体。将树脂浸渗和赋形分开进行时,只要利用所需形状的花版框架(型枠)等则可以较为容易地进行赋形。
通过如此费心琢磨赋形方法,可以制作大型・平面・薄物构件直至小型・复杂形状构件。作为成形体的形状,除了平板之外,还可以举出波纹、浮石(トラス)、蜂窝等三维形态。
树脂对有机长纤维束间和纤维束内部的浸渗的控制除了上述的加捻纱、机织物、针织物构成或热塑性树脂的种类选择之外,还通过成形条件进行适宜调整。通常,若提高成形温度或压力,则树脂的熔融粘度降低,因而树脂的浸透性增大。对于温度,在树脂为结晶性树脂时,优选为熔点温度至熔点温度+50℃,在树脂为非晶性树脂时,优选为玻璃化转变温度至熔点+50℃的范围。压力优选为0.01MPa至20MPa的范围,时间优选为30秒至1小时左右的范围。
有机长纤维和热塑性树脂的组合在使用的树脂为结晶性树脂时,纤维的熔点优选比树脂的熔点高10℃以上。另外,在使用的树脂为非晶性树脂时,纤维的熔点优选比树脂的玻璃化转变温度高10℃以上。基于该观点,优选有机长纤维为聚酯长纤维或尼龙长纤维,热塑性树脂为聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺6树脂或聚酰胺66树脂的组合。更具体地,有机长纤维为尼龙6长纤维时,优选与热塑性树脂为聚丙烯树脂的组合,有机长纤维为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或尼龙66长纤维时,优选热塑性树脂为聚丙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺6树脂。另外,有机长纤维为聚萘二甲酸乙二醇酯纤维时,热塑性树脂优选为聚丙烯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺6树脂或聚酰胺66树脂。进而,有机长纤维为熔点280℃以上的高熔点类型的聚萘二甲酸乙二醇酯纤维时,与上述的热塑性树脂一并,还可适用熔点小于280℃的常规类型的聚萘二甲酸乙二醇酯树脂。
[冲击吸收性]
本发明的复合材料的特征在于,利用试验速度11m/sec、试验片固定夹具的开口部直径40mm、直径10mm撞针进行的高速冲孔试验中的吸收能为10J以上。更优选吸收能为12J以上。如上所述,根据有机长纤维的种类、单位面积重量、基质的热塑性树脂、纤维束间的浸渗程度、以及纤维束内部的浸渗程度可以制为具有所需能量吸收性能的复合材料。吸收能的上限实质为500J。
[夹层材料]
本发明进一步包含以上述复合材料为芯材的夹层材料。本发明的夹层材料是将上述复合材料以冲击吸收材料的形式用于芯材,并与表面层组合而构成的。作为表面材料,优选高刚性材料,对其叙述于后。对于表面材料和芯材的体积比,相对于表面材料100份,芯材优选为40~9900份。更优选相对于表面材料100份,芯材为100~1000份。相对于表面材料100份的芯材的体积变得小于40份时,夹层材料的强度或刚性虽然高,但是难以体现充分的冲击吸收性。而相对于表面材料100份的芯材的体积变得大于9900份时,强度或刚性停留在与芯材单独的情形差别不大的水平,没有必要费事地特意制为夹层材料。
[表面材料]
夹层材料中的表面材料优选为由含有下述式(1)所定义的比模量(E)为2.5以上的强化纤维的纤维强化复合材料构成的高刚性材料。
E=M/D/9.8    (1)
这里,E为比模量、M为纤维的弹性率(MPa)、D为纤维的密度(g/cm3)。
作为这种强化纤维的具体例,可举出:玻璃纤维、碳纤维、钢纤维(不锈钢纤维)、陶瓷纤维等无机纤维、以及芳族聚酰胺纤维等。其中,从通用性或操作性出发,优选玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维。
强化纤维优选为由多根单丝(单纤丝)构成的复丝。这是因为单纤丝的生产率低、价格昂贵的缘故。构成复丝的单丝的根数优选为2根至100000根、更优选为50根至50000根。进而更优选100根至30000根。单丝根数超过100000根时,生产困难,同时作为复丝的纤维的操作性显著变差。
作为复丝的强化纤维的总纤度优选为100dtex至100000dtex、更优选为200dtex至50000dtex。进而更优选为500dtex至30000dtex。纤度变得小于100dtex时,纤维的生产率低,因而纤维变得昂贵。纤度变得大于100000dtex时,丝的制造变得困难。
构成强化纤维的单丝的纤度优选为0.1~20dtex,进而作为上限值优选为15dtex以下、特别优选为10dtex以下。另外作为下限值,优选为0.3dtex以上。最优选为0.5~5dtex的范围。通过在上述范围内,变得容易实现本发明的目的。单丝纤度小于0.1dtex则有制丝性产生问题的倾向,纤度过大时则会有补强效果降低、夹层材料的物性降低的倾向。
构成高刚性材料的强化纤维的强度优选为500MPa以上。进一步优选为1000MPa以上。小于500MPa则有所得夹层材料的强度过低的倾向。
另外,强化纤维的弹性率优选为30GPa以上。进一步优选为50GPa以上。小于30GPa则有所得夹层材料的刚性过低的倾向。
具有这样的物性的纤维的制造方法没有特别限定。例如,可以通过将熔融纺丝而得的未拉伸丝拉伸的方法、对含有原料成分的溶液进行湿式纺丝的方法、对作为原料的纤维进行烧成、碳化的方法等来得到目标强化纤维。
另外,为了提高夹层材料和成形品的特性,可以用合适的处理剂对纤维表面进行处理。此时,可以在纤维的表面,相对于该纤维100重量份而附着表面处理剂0.1~10重量份、优选0.1~3重量份。表面处理剂可对应于热塑性树脂的种类而适宜选定。
另外,作为构成高刚性材料的基质,可举出:氯乙烯树脂、偏二氯乙烯树脂、乙酸乙酯树脂、聚乙烯醇树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈−苯乙烯树脂(AS树脂)、丙烯腈−丁二烯−苯乙烯树脂(ABS树脂)、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺11树脂、聚酰胺12树脂、聚酰胺46树脂、聚酰胺66树脂、聚酰胺610树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚芳酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚醚砜树脂、聚醚醚酮树脂等の热塑性树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、脲树脂、三聚氰胺树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂等热固性树脂。其中,优选成形性、生产率、加工性优异的热塑性树脂,热塑性树脂中,更优选氯乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、ABS树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺66树脂、聚缩醛树脂、聚碳酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚芳酯树脂,特别优选聚丙烯树脂、聚酰胺6树脂、聚酰胺66树脂。
表面材料的高刚性材料中,作为强化纤维的形态,可举出短纤维、长纤维、以及机织物或针织物等布帛形态,它们可以对应于夹层材料或成形体的用途而适宜分开使用。
另外,表面材料中的高刚性材料中,优选强化纤维束内部浸透有基质树脂,树脂的浸渗度以体积比计优选为80%以上,更优选为90%以上。进一步优选为95%以上。树脂对纤维束内部的浸渗度小于80%时,夹层材料的强度、刚性均到不到目标水平。
树脂对强化纤维束内部的浸渗度的验证可以如下进行:将体积明确的高刚性材料中的纤维成分或树脂成分的一者通过溶解、分解、燃烧等方法除去,由处理前后的重量差算出。
表面材料的高刚性材料中,强化纤维和基质树脂的组成比,以体积比计相对于强化纤维100份,基质树脂优选为20份至900份、更优选为25份至400份。
相对于强化纤维100份的基质树脂的体积比例变得小于20份时,材料中容易产生空隙,夹层材料的力学强度大幅降低。而变得比900份多时,变得无法充分体现强化纤维的补强效果。
通过使高刚性材料为如上述的原料、组成、构成,可以对夹层材料和成形体赋予强度和刚性。
作为表面材料的高刚性材料的基质树脂与作为芯材即作为冲击吸收材料的复合材料的基质树脂不一定相同,只要是熔敷的树脂、或相溶的树脂则可以不同。
[夹层材料的制造]
夹层材料的制造方法可以为分别预先制作表面材料和芯材然后进行复合化的方法,和将表面材料和芯材的原料合在一起在一阶段进行复合化的方法的任一者。
例如,作为在二阶段进行复合化的方法,将作为表面材料和芯材的原料的强化纤维与基质树脂装入加压成形机、真空成形机、挤出成形机、拉拔成形机等分别进行成形。此时,高刚性材料由于树脂浸透于纤维束内的在性能方面优选,故多在更严格的温度、压力、时间条件下进行成形。之后,使用在比较温和的条件下成形的芯材的复合材料和加压成形机、真空成形机、高频熔敷机等进行熔敷。高刚性材料和芯材的复合材料的成形方法同样,若成形条件没有显著不同,则可以在一阶段进行成形。
另外,夹层材料的成形方法可根据用途的形状而适宜设定。复合材料的基质若为热塑性树脂,若为单一形态则可以在基质树脂的玻璃化转变温度以上的条件下进行赋形。另外即使为复杂的形状,也可以在基质树脂的熔点前后的温度下进行赋形。由此,可以在复合化之际的同时进行成形,也可以暂先制作平板等基材,然后再次加温进行赋形・成形。作为成形方法,可举出使用所需形状的花版框架或模具的加压成形、真空成形等,可以制作大型・平面・薄物构件直至小型・复杂形状构件。作为成形体的形状,除了平板之外,还可以举出波纹、浮石(トラス)、蜂窝等三维形态。
树脂对纤维束间和纤维束内部的浸渗的控制可以通过成形条件进行适宜调整。通常,若提高成形温度或压力,则树脂的熔融粘度降低,因而树脂的浸透性增大。对于温度,在树脂为结晶性树脂时,优选为熔点温度至熔点温度+50℃,在树脂为非晶性树脂时,优选为玻璃化转变温度至熔点+50℃的范围。压力优选为0.01MPa至20MPa的范围,时间优选为30秒至1小时左右的范围。
纤维和基质树脂的组合在使用的树脂为结晶性树脂时,纤维的熔点优选比树脂的熔点高10℃以上。另外,在使用的树脂为非晶性树脂时,纤维的熔点优选比树脂的玻璃化转变温度高10℃以上。
[成形体]
通过制为该复合材料、以及以该复合材料为芯材的夹层材料,可以提供作为高强度、高刚性的冲击吸收材料的成形体。本发明包含由上述复合材料而得的成形体。本发明包含由上述夹层材料而得的成形体。
[汽车用部件]
该复合材料、以及以该复合材料为芯材的夹层材料可优选用于汽车结构材料用部件、汽车外装饰材料用部件、汽车内装饰材料用部件。本发明包含由上述复合材料和/或夹层材料而得的汽车结构材用部件、汽车外装饰材料用部件、汽车内装饰材料用部件。作为汽车结构材料用部件,例如可举出碰撞结构、车身底板等。作为汽车外装饰材料用部件,例如可举出保险杠、发动机罩、挡泥板等。作为汽车内装饰构件,例如可举出仪表盘、车门内装板、中央操纵台、中柱罩(ピラーカバー)等。
该复合材料的冲击吸收优异,故可以用于冲击吸收构件、例如保险杠、发动机罩、挡泥板、底板、座席、车门内装板、中柱罩等中。
以该复合材料为芯材的夹层材料除了冲击吸收性以外刚性也优异,故除了上述用途之外,还可用于结构构件、例如碰撞结构、车身底板等中。
实施例
以下,列举实施例来更具体地说明本发明。本发明并不受其任何限定。
1)有机纤维的捻度测定
从机织物、针织物、捻纱线采样构成纱(構成糸),测定每1m的捻度(T/m)。构成纱为单丝加捻(1根加捻)时测定其捻度,倍捻(2根加捻)时对复捻、初捻各自的捻度进行测定。
2)纤维(有机长纤维和强化纤维)/树脂的纤维体积分数测定
称量1cm2至10cm2的试样的重量。使用溶解或分解纤维或树脂的任一者的药品,提取溶解成分。洗涤并干燥残渣后进行称量。由残渣与溶解成分的重量、以及纤维和树脂的比重算出纤维和树脂的体积分数。例如,树脂为聚丙烯时,通过使用加热的甲苯或二甲苯可以仅溶剂聚丙烯。树脂为聚酰胺时,通过使用加热的甲酸可将聚酰胺分解。树脂为聚碳酸酯时,通过使用加热的氯化烃,可以将聚碳酸酯溶解。另外由纤维/树脂的纤维体积分数可以求出相对于纤维100份的树脂的体积,例如纤维体积分数为50%时,则相对于树脂100份,纤维的体积份为100份。
3)复合材料每10mm厚度的纤维单位面积重量评价
由复合材料中的纤维体积分数和纤维比重,算出复合材料每10mm厚度的纤维单位面积重量(g/m2)。
4)纤维束间的空隙率测定
将试样用切片机切断,显微镜观察其截面,对纤维束间进行2值化处理,由此算出空隙率。
5)树脂对纤维的浸渗度评价
对于高刚性材料,显微镜观察试样的截面,算出气泡的比例,由此评价树脂的浸渗度。对于复合材料,将从试样取出的长纤维用镊子或针等解开,由可容易地挑选的复丝构成单丝的根数算出游离单丝率。例如,在由250根单丝构成的有机长纤维的情形,若可取出150根游离单丝,则游离单丝率为60%,树脂的浸渗度以体积分数计则为剩余的40%。
6)拉伸试验
高刚性材料和夹层材料的拉伸试验是以JIS K 7165为参考,使用A&D社制的Tensilon万能试验机进行测定。试验片的形状设为A形试验片,宽度设为15mm、厚度设为2mm。卡盘间距离设为136mm、试验速度设为2mm/分。对于复合材料,按照JIS K 7113,使用岛津制作所制的Autograph AG I型进行测定。试验片的形状设为1号形试验片,试长部的长度设为60mm、宽度设为10mm。卡盘间距离设为115mm、试验速度设为10mm/分。
7)成形品的落锤冲击试验
使用インストロン社制的Dynatup落锤冲击试验机9250HV型进行测定。试验片尺寸设为150mm×100mm、锤重量设为5.43kg、负荷能量量设为45J。
8)高速冲压试验
使用岛津制作所制的Hydroshot HITS−P10型,按照ISO 6603−2规格测定冲压试验片时的最大荷重和吸收能量、以及最大荷重点位移。试验片尺寸设为140mm×140mm、撞针直径设为10mm、固定夹具的开口部直径设为40mm、试验速度设为11m/秒。将该试验所得的位移−荷重曲线的面积作为试验片的吸收能量进行评价。
9)压缩试验
使用A&D社制的Tensilon万能试验机,按照SACMA SRM1规格进行测定。试验片的形状设为矩形,宽度设为15mm、长度设为80mm、标线间距离设为4.8mm。试验速度设为1mm/分。
[使用原料]
1)聚丙烯膜
SUNTOX CO., LTD.制SUNTOX−CP膜、K级别、厚度30μm
2)聚酰胺6膜
UNITIKA Ltd.制Emblem ON膜、标准级别、厚度25μm
3)聚碳酸酯膜
使用Teijin Chemicals Ltd.制Panlite L−1225L制作膜、厚度100μm
4)聚对苯二甲酸乙二醇酯膜
Teijin DuPont Films Japan Ltd.制Teijin Tetoron膜、标准S级别、厚度25μm
5)聚萘二甲酸乙二醇酯膜
Teijin DuPont Films Japan Ltd.制Teijin Teonex膜、标准Q51级别、厚度25μm
6)聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物
Teijin Fibers Ltd.制T−4498机织物:原纱;聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维1100dtex192f、捻度;120T/m(S方向)、组织;平纹、厚度;0.4mm、单位面积重量;175g/m2
7)聚萘二甲酸乙二醇酯机织物
Teijin Fibers Ltd.制PF−1200机织物:原纱;聚萘二甲酸乙二醇酯纤维1100dtex250f(熔点小于280℃)、捻度;30T/m(S方向)、组织;斜纹组织、厚度;0.5mm、单位面积重量;310g/m2
8)聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物
Teijin Fibers Ltd.制T−11588机织物:原纱;聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维560dtex96f、捻度;60T/m(S方向)、组织;拉舍尔编、厚度;0.3mm、单位面积重量;120g/m2
9)聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线
以Teijin Fibers Ltd.制聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维P900M 1100T250f作为原纱,使用Kaji Technology Corporation制的环锭捻纱机在Z方向上加以275T/m的初捻(捻系数为3.0)。接着,将2根初捻纱合并,在S方向上加以200T/m的复捻(捻系数为3.0)、制为实验用的捻纱线。1根捻纱线的直径为0.5mm。除此之外以相同的方法得到初/复捻度:7/10(T/m)、710/1000(T/m)、965/1365(T/m)的捻纱线。
10)聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线A
以Teijin Fibers Ltd.制聚萘二甲酸乙二醇酯纤维Q904M 1100T250f(熔点小于280℃)作为原纱,进行与聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线相同的加工,得到初/复捻度:200/275(T/m)的捻纱线。
11)聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线B
以通过WO2009/113555公报中记载的方法制丝的熔点285℃以上的聚萘二甲酸乙二醇酯纤维1100dtex250f作为原纱,进行与聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线相同的加工,得到初/复捻度:200/275(T/m)的捻纱线。
12)尼龙66捻纱线
以旭化成纤维社制尼龙66纤维T5 940T140f作为原纱,进行与聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线相同的加工,得到初/复捻度:210/300(T/m)的捻纱线。
13)聚对苯二甲酸乙二醇酯无捻纱线
以Teijin Fibers Ltd.制聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维P900M 1100T250f作为原纱,不加捻而将2根合丝的原纱制为无捻纱线。
14)聚对苯二甲酸乙二醇酯短纤维
以Teijin Fibers Ltd.制聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维P900M 1100T250f作为原纱,使用剪断机裁切为1mm的长度。
15)碳纤维原纱
使用Toho Tenax Co., Ltd.制STS40 24K(纤度16000dtex)、和HTS40 12K(纤度8000dtex)。 比模量为12.2
16)碳纤维短纤维
将碳纤维原纱使用转割机切割为5−50mm长。
17)碳纤维机织物
将Toho Tenax Co., Ltd.制STS40 24K使用Rapier织机进行织造。织组织设为平纹,单位面积重量调整为200g/m2
18)玻璃纤维原纱
Nitto Boseki Co., Ltd.制RS240 QR−483 比模量为4.2
19)芳族聚酰胺纤维
Teijin Techno Products Co., Ltd.制Technora T−241J 1670T1000f。进行实验时,一边将原纱10根拉齐一边合丝,将纤度调整为16700dtex来使用。 比模量为5.1。
实施例1:聚萘二甲酸乙二醇酯机织物/聚丙烯成形体
将聚萘二甲酸乙二醇酯机织物和聚丙烯膜按照膜8张/机织物1张/膜16张/机织物1张/膜16张/机织物1张/膜16张/机织物1张/膜8张的顺序层叠,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.5MPa条件下加热加压10分钟,从而将聚丙烯膜熔融、使聚丙烯浸透至聚萘二甲酸乙二醇酯机织物的纤维束间。然后,在加压状态下冷却、得到聚萘二甲酸乙二醇酯机织物/聚丙烯的一体成形体。成形体的厚度为1.6mm、机织物的体积分数为35%。聚丙烯对纤维束内的浸渗度以体积分数计为35%。由所得的成形体,以机织物的经纱方向为基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,还切出落锤冲击试验片、高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表1。
实施例2:聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物/聚丙烯成形体
将聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物和聚丙烯膜按照膜4张/机织物1张/膜8张/机织物1张/膜8张/机织物1张/膜8张/机织物1张/膜4张的顺序层叠,除此之外进行与实施例1相同的处理,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物/聚丙烯的一体成形体。成形体的厚度为1.4mm、机织物的体积分数为37%。聚丙烯对纤维束内的浸渗度以体积分数计为30%。将评价结果示于表1。
实施例3: 聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物/聚丙烯成形体
将成形条件设为210℃、2.0MPa,除此之外进行与实施例2相同的处理,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物/聚丙烯的一体成形体。成形体的厚度为1.3mm、机织物的体积分数为37%。聚丙烯对纤维束内的浸渗度以体积分数计为95%。将评价结果示于表1。
实施例4:聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物/聚丙烯成形体
将聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物和聚丙烯膜按照膜3张/针织物1张/膜6张/针织物1张/膜6张/针织物1张/膜6张/针织物1张/膜3张的顺序层叠,除此之外进行与实施例1相同的处理,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物/聚丙烯的一体成形体。成形体的厚度为0.9mm、针织物的体积分数为34%。聚丙烯对纤维内的浸渗度以体积分数计为28%。将评价结果示于表1。
实施例5:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯成形体
将聚丙烯膜6张粘附在铝制平板上后,在100g的张力下,在其上以1mm的间距卷绕初/复捻度:200/275(T/m)的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。接着,在该捻纱线之上粘附6张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将聚丙烯膜熔融、并使聚丙烯浸透至聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的线间。然后,在加压状态下冷却,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯一体成形体。成形体的厚度为0.4mm、捻纱线的体积分数为33%。聚丙烯对纤维内的浸渗度以体积分数计为15%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯的三层成形体。成形体的厚度为1.2mm、捻纱线的体积分数为33%。由该三层成形体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表1。
实施例6: 聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯成形体
使成形条件为210℃、2.0MPa,除此之外进行与实施例5相同的处理,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯一体成形体。成形体的厚度为0.4mm、捻纱线的体积分数为33%。聚丙烯对纤维内的浸渗度以体积分数计为70%。将评价结果示于表1。
比较例1:聚对苯二甲酸乙二醇酯短纤维/聚丙烯成形体
将切断长度1mm的聚对苯二甲酸乙二醇酯短纤维和聚丙烯树脂,使用TPIC Co., Ltd.制的单轴挤出机TP15型,在210℃下混炼1分钟,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯短纤维和聚丙烯的复合材料须条(ストランド)。接着,使用日精树脂工业制的小型注射成形机EP5型,由所得须条在210℃下制作拉伸试验片、落锤冲击试验片、高速冲压试验片。试验片中的纤维的体积分数为34%。对试验片的截面进行激光显微镜观察,结果短纤维分开直至单丝水平,而在树脂中良好分散,未观察到单丝的凝集体(聚丙烯的浸渗度以体积分数计为100%)。将评价结果示于表1。
比较例2:聚丙烯成形体
将聚丙烯膜40张层叠,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力1.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚丙烯膜熔融,然后,在加压状态下冷却,从而得到聚丙烯的成形体。成形体的厚度为1.2mm。将评价结果示于表1。
比较例3:聚碳酸酯成形体
将聚碳酸酯膜12张层叠,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度250℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚碳酸酯膜软化熔融,然后在加压状态下冷却,从而得到聚碳酸酯的成形体。成形体的厚度为1.2mm。将评价结果示于表2。
实施例7:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6成形体
将聚酰胺6膜7张粘附在铝制平板上后,在100g的张力下,在其上以1mm的间距卷绕初/复捻度:200/275(T/m)的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。接着,在该捻纱线之上粘附7张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将聚酰胺6膜熔融、并使聚酰胺6浸透至聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的线间。然后,在加压状态下冷却,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6一体成形体。成形体的厚度为0.4mm、捻纱线的体积分数为35%。聚酰胺6对纤维内的浸渗度以体积分数计为20%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6的三层成形体。成形体的厚度为1.2mm、捻纱线的体积分数为35%。由该三层成形体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表2。
实施例8:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚碳酸酯成形体
将聚碳酸酯膜2张粘附在铝制平板上后,在一定的张力下,在其上以约1mm的间距卷绕初/复捻度:200/275(T/m)的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。接着,在该捻纱线之上粘附2张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度250℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚碳酸酯膜软化熔融、并使聚碳酸酯浸透至聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的线间。然后,在加压状态下冷却,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚碳酸酯一体成形体。成形体的厚度为0.4mm、捻纱线的体积分数为30%。聚碳酸酯对纤维内的浸渗度以体积分数计为10%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚碳酸酯的三层成形体。成形体的厚度为1.3mm、捻纱线的体积分数为30%。由该三层成形体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表2。
实施例9:聚萘二甲酸乙二醇酯机织物/聚对苯二甲酸乙二醇酯成形体
将聚萘二甲酸乙二醇酯机织物和聚对苯二甲酸乙二醇酯膜按照膜10张/机织物1张/膜19张/机织物1张/膜19张/机织物1张/膜19张/机织物1张/膜10张的顺序层叠,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度270℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,从而将聚对苯二甲酸乙二醇酯膜熔融、使聚对苯二甲酸乙二醇酯浸透至聚萘二甲酸乙二醇酯机织物的纤维束间。然后,在加压状态下冷却,得到聚萘二甲酸乙二醇酯机织物/聚对苯二甲酸乙二醇酯的一体成形体。成形体的厚度为1.6mm、机织物的体积分数为35%。聚对苯二甲酸乙二醇酯对纤维内的浸渗度以体积分数计为23%。将评价结果示于表2。
比较例4:聚酰胺6成形体
将聚酰胺6膜50张层叠,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚酰胺6膜熔融,然后在加压状态下冷却,从而得到聚酰胺6的成形体。成形体的厚度为1.2mm。这些结果示于表2。
比较例5:聚对苯二甲酸乙二醇酯成形体
将聚对苯二甲酸乙二醇酯50张层叠,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度270℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚对苯二甲酸乙二醇酯熔融,然后在加压状态下冷却,从而得到聚对苯二甲酸乙二醇酯的成形体。成形体的厚度为1.2mm。将评价结果示于表2。
实施例10~28
将纤维的种类、形态、捻度等改变为表3或4所示,在实施例1~6所示的成形条件进行加压处理,由此制作各种聚丙烯系复合材料并进行评价。将评价结果示于表3、表4。
实施例29:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6成形体
将聚酰胺6膜3张粘附在铝制平板上后,在100g的张力下,在其上以2mm的间距卷绕初/复捻度:200/275(T/m)的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。接着,在该捻纱线之上粘附4张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚酰胺6膜熔融、并使聚酰胺6浸透至聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的线间。然后,在加压状态下冷却,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6一体成形体。成形体的厚度为0.3mm、捻纱线的体积分数为35%。聚酰胺6对纤维内的浸渗度以体积分数计为56%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6的三层成形体。成形体的厚度为0.9mm、捻纱线的体积分数为35%。由该三层成形体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表4。
实施例30~40
将纤维的种类、形态、捻度等改变为表5或6所示,在实施例7或29所示的成形条件下进行加压处理,由此制作各种尼龙6系复合材料并进行评价。将评价结果示于表5、表6。
实施例41:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚碳酸酯成形体
将聚碳酸酯膜1张粘附在铝制平板上后,在一定的张力下,在其上以约2mm的间距卷绕初/复捻度:200/275(T/m)的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。接着,在该捻纱线之上粘附1张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度250℃、最大压力5.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚碳酸酯膜软化熔融、并使聚碳酸酯浸透至聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的线间。然后,在加压状态下冷却,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚碳酸酯一体成形体。成形体的厚度为0.3mm、捻纱线的体积分数为29%。聚碳酸酯对纤维内的浸渗度以体积分数计为48%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚碳酸酯的三层成形体。成形体的厚度为0.9mm、捻纱线的体积分数为29%。由该三层成形体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表6。
实施例42~48
将纤维的种类、形态、捻度等改变为表6所示,在实施例8或41所示的成形条件下进行加压处理,由此制作各种聚碳酸酯系复合材料并进行评价。将评价结果示于表6。
实施例49:聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线A/聚对苯二甲酸乙二醇酯成形体
将聚对苯二甲酸乙二醇酯膜3张粘附在铝制平板上后,在100g的张力下,在其上以1mm的间距卷绕初/复捻度:200/275(T/m)的聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线A。接着,在该捻纱线之上粘附4张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度270℃、最大压力3.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚对苯二甲酸乙二醇酯膜熔融,并使聚对苯二甲酸乙二醇酯浸透至聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线A的纤维束间。然后,在加压状态下冷却,得到聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线A/聚对苯二甲酸乙二醇酯的一体成形体。成形体的厚度为0.3mm、捻纱线的体积分数为49%。聚对苯二甲酸乙二醇酯对纤维内的浸渗度以体积分数计为57%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线A/聚对苯二甲酸乙二醇酯的三层成形体。成形体的厚度为1.0mm、捻纱线的体积分数为49%。由该三层成形体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表6。
实施例50:聚萘二甲酸乙二醇酯机织物/聚对苯二甲酸乙二醇酯成形体
将聚萘二甲酸乙二醇酯机织物和聚对苯二甲酸乙二醇酯膜按照膜5张/机织物1张/膜10张/机织物1张/膜10张/机织物1张/膜10张/机织物1张/膜5张的顺序层叠,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度270℃、最大压力3.0MPa下加热加压10分钟,从而将聚对苯二甲酸乙二醇酯膜熔融、使聚对苯二甲酸乙二醇酯浸透至聚萘二甲酸乙二醇酯机织物的纤维束间。然后,在加压状态下冷却,得到聚萘二甲酸乙二醇酯机织物/聚对苯二甲酸乙二醇酯的一体成形体。成形体的厚度为1.6mm、机织物的体积分数为50%。聚对苯二甲酸乙二醇酯对纤维内的浸渗度以体积分数计为55%。由所得的成形体,以机织物的经纱方向为基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,还切出落锤冲击试验片、高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表7。
实施例51:聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线B/聚萘二甲酸乙二醇酯成形体
将聚萘二甲酸乙二醇酯膜3张粘附在铝制平板上后,在100g的张力下、在其上以1mm的间距卷绕初/复捻度:200/275(T/m)的聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线B。接着,在该捻纱线之上粘附4张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度280℃、最大压力3.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚萘二甲酸乙二醇酯膜熔融、并使聚萘二甲酸乙二醇酯浸透至聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线B的纤维束间。然后,在加压状态下冷却,得到聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线B/聚萘二甲酸乙二醇酯的一体成形体。成形体的厚度为0.3mm、捻纱线的体积分数为49%。聚萘二甲酸乙二醇酯对纤维内的浸渗度以体积分数计为59%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚对苯二甲酸乙二醇酯的三层成形体。成形体的厚度为1.0mm、捻纱线的体积分数为49%。由该三层成形体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表7。
比较例6:聚对苯二甲酸乙二醇酯无捻纱线/聚丙烯成形体
将聚丙烯膜3张粘附在铝制平板上后,在100g的张力下、在其上以1mm的间距卷绕聚对苯二甲酸乙二醇酯无捻纱线。接着,在该捻纱线之上粘附3张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度210℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚丙烯膜熔融、并使聚丙烯浸透至聚对苯二甲酸乙二醇酯无捻纱线。然后,在加压状态下冷却,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯无捻纱线/聚丙烯一体成形体。成形体的厚度为0.3mm、捻纱线的体积分数为50%。聚丙烯对纤维内的浸渗度以体积分数计为98%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与无捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯无捻纱线/聚丙烯的三层成形体。成形体的厚度为1.0mm、捻纱线的体积分数为50%。将评价结果示于表7。
比较例7:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯成形体
将聚丙烯膜3张粘附在铝制平板上后,在100g的张力下,在其上以1mm的间距卷绕初/复捻度:965/1365(T/m)的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。接着,在该捻纱线之上粘附3张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度210℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将聚丙烯膜熔融、并使聚丙烯浸透至聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。然后,在加压状态下冷却,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯一体成形体。成形体的厚度为0.4mm、捻纱线的体积分数为49%。聚丙烯对纤维内的浸渗度以体积分数计为10%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与无捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯无捻纱线/聚丙烯的三层成形体。成形体的厚度为1.1mm、捻纱线的体积分数为49%。将评价结果示于表7。
比较例8:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯成形体
将聚丙烯膜6张粘附在铝制平板上后,在100g的张力下,在其上以10mm的间距卷绕初/复捻度:200/275(T/m)的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。接着,在该捻纱线之上粘附6张膜后,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度210℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚丙烯膜熔融、并使聚丙烯浸透至聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线。然后,在加压状态下冷却,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯一体成形体。成形体的厚度为0.4mm、捻纱线的体积分数为5%。聚丙烯对纤维内的浸渗度以体积分数计为60%。由所得的成形体,以捻纱线方向为基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,将成形体与无捻纱线在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后,再次加热加压,然后在加压状态下冷却,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯无捻纱线/聚丙烯的三层成形体。成形体的厚度为1.2mm、捻纱线的体积分数为5%。将评价结果示于表7。
比较例9:聚萘二甲酸乙二醇酯成形体
将聚萘二甲酸乙二醇酯50张层叠,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度280℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此将聚萘二甲酸乙二醇酯熔融,然后,在加压状态下冷却,由此得到聚萘二甲酸乙二醇酯的成形体。成形体的厚度为1.2mm。将评价结果示于表7。
实施例52:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 复合材料的制作
在一面粘附了6张聚酰胺6膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,以均匀的厚度卷绕聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线,以达到200g/m2的单位面积重量。使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压该铝板10分钟,由此得到聚酰胺6树脂浸渗了一部分的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的单方向材料。树脂浸渗度为30%、厚度为0.3mm、纤维的体积分数为40%。由所得的单方向材料,以纤维方向为基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,以单方向材料的纤维方向为基准,与在0度方向、90度方向、0度方向上重叠,切出至适合的尺寸后使用30cm×20cm的模具,再次加热加压,由此得到复合材料。厚度为1.0mm。由该复合材料切出冲击试验片进行评价。评价结果示于表8。
实施例53:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 复合材料的制作
使加压成形中的最大压力为2.0MPa,除此之外与实施例52相同地进行处理,得到含有树脂浸渗度95%、厚度0.3mm、纤维体积分数为40%的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的单方向材料的复合材料。评价结果示于表8。
实施例54:聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物/聚酰胺6树脂 复合材料的制作
在一面粘附了6张聚酰胺6膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,粘附单位面积重量为200g/m2的聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物1张。该铝板使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此得到聚酰胺6树脂浸渗了一部分的聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物的双方向材料。树脂浸渗度为30%、厚度为0.3mm、纤维的体积分数为40%。由所得的双方向材料,以经纱方向为基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,使双方向材料的纤维轴一致,将3张重叠,切出为合适的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,再次加热加压,由此得到复合材料。厚度为1.0mm。由该复合材料切出冲击试验片进行评价。评价结果示于表8。
实施例55:聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物/聚酰胺6树脂 复合材料的制作
将机织物改变为针织物,除此之外进行与实施例54相同的处理,得到含有树脂浸渗度30%、厚度0.3mm、纤维体积分数40%的聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物的双方向材料的复合材料。评价结果示于表8。
实施例56:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂 复合材料的制作
在一面粘附了5张聚丙烯膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,以均匀的厚度卷绕聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线,以达到200g/m2的单位面积重量。使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.5MPa下加热加压该铝板10分钟,由此得到聚丙烯树脂浸渗了一部分的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的单方向材料。树脂浸渗度为30%、厚度为0.3mm、纤维的体积分数为40%。由所得的单方向材料,以纤维方向为基准,切出拉伸试验片进行评价。另外,以单方向材料的纤维方向为基准,与在0度方向、90度方向、0度方向上重叠,切出至适合的尺寸后使用30cm×20cm的模具,再次加热加压,由此得到复合材料。厚度为1.0mm。由该复合材料切出冲击试验片进行评价。评价结果示于表8。
如上所述,实施例1至实施例56中制作的成形体与比较例1至比较例9的成形体相比,显示出兼具优异的强度和耐冲击性(能量吸收性)。特别是,虽然可以说比较例3的聚碳酸酯树脂在热塑性树脂中是耐冲击性最高的原材料,但本发明的实施例1至实施例56的成形体与该聚碳酸酯树脂相比具有更优异的特性。可知这是用作补强材料的有机长纤维的效果。另外,调整成形条件而使有机长纤维束间实质上浸渗有热塑性树脂,调整纤维束内部的热塑性树脂的浸渗度,由此进一步提高耐冲击性。
参考例1:碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
在一面粘附了5张聚酰胺6膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,以均匀的厚度卷绕碳纤维,以达到200g/m2的单位面积重量。使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度260℃、最大压力2.0MPa下加热加压该铝板10分钟,由此得到聚酰胺6树脂浸渗了一部分的碳纤维单方向材料。接着,将部分浸渗的单方向材料以相同纤维方向的方式3张重叠,切出适当的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度260℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到碳纤维为单方向的高刚性材料。树脂的浸渗度为99%。厚度为0.5mm、纤维的体积分数为50%。使用该成形品进行纤维方向(0度方向)的拉伸试验和压缩试验。另外,将部分浸渗的单方向材料在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后再次加热加压,得到0度/90度层叠的高刚性材料。成形体的厚度为0.5mm、纤维的体积分数为50%。由该0度/90度层叠体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表9。
参考例2:碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
使部分浸渗中的聚酰胺6膜的张数为7张,除此之外与参考例1相同地进行处理,得到树脂浸渗度99%、厚度0.5mm、纤维体积分数40%的碳纤维为单方向的高刚性材料和0度/90度层叠的高刚性材料。将评价结果示于表9。
参考例3:碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
使使用30cm×20cm模具的加压成形中的最大压力为2.5MPa,除此之外与参考例1相同地进行处理,得到树脂浸渗度92%、厚度0.5mm、纤维体积分数为50%的碳纤维为单方向的高刚性材料和0度/90度层叠的高刚性材料。将评价结果示于表9。
参考例4:碳纤维短纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
将切断长度10mm的碳短纤维24g散布于40cm×30cm的铝板上,成为均匀的厚度。在其上放置5张聚酰胺6膜,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度260℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此得到聚酰胺6树脂部分浸渗的碳纤维各向同性材料。接着,将部分浸渗各向同性材料3张重叠,切出合适的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度260℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到树脂的浸渗度提高至99%的碳纤维的各向同性材料。碳纤维各向同性的高刚性材料的厚度为0.5mm、纤维的体积分数为50%。将评价结果示于表9。
参考例5:碳纤维机织物/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
在一面粘附了5张聚酰胺6膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,粘附1张单位面积重量为200g/m2的碳纤维机织物。使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度260℃、最大压力2.0MPa下加热加压该铝板10分钟,由此得到聚酰胺6树脂部分浸渗的碳纤维双方向材料。接着,将部分浸渗双方向材料的纤维轴一致而重叠3张、切出合适的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度260℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到树脂的浸渗度提高至99%的碳纤维为双方向的高刚性材料。厚度为0.5mm、纤维的体积分数为50%。将评价结果示于表9。
参考例6:碳纤维长纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
在一面粘附了4张聚丙烯膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,以均匀的厚度卷绕碳纤维,以达到200g/m2的单位面积重量。使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度220℃、最大压力2.0MPa下加热加压该铝板10分钟,由此得到聚丙烯树脂部分浸渗的碳纤维单方向材料。接着,将部分浸渗单方向材料以相同纤维方向的方式3张重叠,切出合适的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度220℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到树脂的浸渗度提高至99%的碳纤维为单方向的高刚性材料。厚度为0.5mm、纤维的体积分数为50%。使用该成形品进行纤维方向(0度方向)的拉伸试验和压缩试验。另外,将部分浸渗的单方向材料在0度方向、90度方向、0度方向上重叠后再次加热加压,得到0度/90度层叠的高刚性材料。成形体的厚度为0.5mm、纤维的体积分数为50%。由该0度/90度层叠体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表9。
参考例7:玻璃纤维长纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
将碳纤维改变为玻璃纤维,除此之外与参考例1相同地进行处理,得到树脂浸渗度99%、厚度0.5mm、纤维体积分数50%的玻璃纤维为单方向的高刚性材料和0度/90度重叠的高刚性材料。将评价结果示于表9。
参考例8:芳族聚酰胺纤维长纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
将碳纤维改变为芳族聚酰胺纤维,除此之外,与参考例1相同地进行处理,得到树脂浸渗度99%、厚度0.5mm、纤维体积分数50%的芳族聚酰胺纤维为单方向的高刚性材料与0度/90度重叠的高刚性材料。将评价结果示于表9。
参考例9:碳纤维长纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
使单方向材料制作时的聚丙烯膜为9张,使高刚性材料制作时的层叠张数为9张,除此之外进行与参考例6相同的处理,得到树脂浸渗度99%、厚度1.5mm、纤维体积分数31%的碳纤维为单方向的高刚性材料与0度/90度层叠的高刚性材料。将评价结果示于表10。
参考例10:碳纤维长纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
使单方向材料制作时的聚丙烯膜为9张、使高刚性材料制作时的层叠张数为9张、使加压成形压力为2MPa,除此之外进行与参考例6相同的处理,得到树脂浸渗度91%、厚度1.5mm、纤维体积分数31%的碳纤维为单方向的高刚性材料和0度/90度层叠的高刚性材料。将评价结果示于表10。
参考例11~13:碳纤维长纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
改变使用的聚丙烯膜张数、高刚性材料制作时的层叠张数,进行与参考例6相同的处理,得到各种碳纤维为单方向的高刚性材料和0度/90度层叠的高刚性材料。将评价结果示于表10。
参考例14:碳纤维短纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
将切断长度20mm的碳短纤维24g散布于40cm×30cm的铝板上,成为均匀的厚度。在其上放置6张聚丙烯膜,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度220℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此得到聚丙烯树脂部分浸渗的碳纤维各向同性材料。接着,将部分浸渗各向同性材料9张重叠,切出合适的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度220℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到树脂的浸渗度提高至99%的碳纤维的各向同性材料。碳纤维各向同性的高刚性材料的厚度为1.5mm、纤维的体积分数为40%。将评价结果示于表10。
参考例15~19:碳纤维短纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
改变使用的碳纤维的纤度、单位面积重量、聚丙烯膜张数、高刚性材料制作时的层叠张数、加压成形压力,进行与参考例14相同的处理,得到各种碳纤维各向同性的高刚性材料。将它们的评价结果示于表10和11。
参考例20:碳纤维短纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
使碳纤维短纤维的切断长度为50mm、使部分浸渗各向同性材料制作时的聚丙烯膜张数为9张,进行与参考例14相同的处理,得到树脂浸渗度99%、厚度1.5mm、纤维体积分数30%的碳纤维各向同性的高刚性材料。将评价结果示于表11。
参考例21:碳纤维短纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
使碳纤维短纤维的切断长度为5mm、使部分浸渗各向同性材料制作时的聚丙烯膜张数为9张,进行与参考例14相同的处理,得到树脂浸渗度99%、厚度1.5mm、纤维体积分数30%的碳纤维各向同性的高刚性材料。将评价结果示于表11。
参考例22:玻璃纤维长纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
将碳纤维改变为玻璃纤维,使聚丙烯膜张数为9张、使高刚性材料制作时的层叠张数为9张,进行与参考例6相同的处理,得到树脂浸渗度99%、厚度1.5mm、纤维体积分数30%的玻璃纤维为单方向的高刚性材料和0度/90度层叠的高刚性材料。将评价结果示于表11。
参考例23:芳族聚酰胺纤维长纤维/聚丙烯树脂 高刚性材料的制作
将碳纤维改变为芳族聚酰胺纤维,使聚丙烯膜张数为9张、使高刚性材料制作时的层叠张数为9张,进行与参考例6相同的处理,得到树脂浸渗度99%、厚度1.5mm、纤维体积分数30%的芳族聚酰胺纤维为单方向的高刚性材料与0度/90度层叠的高刚性材料。将评价结果示于表11。
参考例24、25:碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
改变使用的聚酰胺6膜张数、高刚性材料制作时的层叠张数,进行与参考例1相同的处理,得到纤维体积分数和厚度不同的碳纤维为单方向的高刚性材料和0度/90度层叠的高刚性材料。将评价结果示于表11。
参考例26:碳纤维机织物/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
改变使用的聚酰胺6膜张数、高刚性材料制作时的层叠张数,进行与参考例5相同的处理,得到纤维体积分数和厚度不同的碳纤维为双方向的高刚性材料。将评价结果示于表11。
参考例27~31:碳纤维短纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
使所用的碳纤维短纤维的切断长度为20mm、改变碳纤维的纤度、单位面积重量、聚酰胺6膜张数、高刚性材料制作时的层叠张数、加压成形压力,进行与参考例4相同的处理,得到各种碳纤维各向同性的高刚性材料。评价结果示于表12。
参考例32:碳纤维短纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
使碳纤维短纤维的切断长度为50mm、使部分浸渗各向同性材料制作时的聚丙烯膜张数为9张、使高刚性材料制作时的层叠张数为9张,进行与参考例4相同的处理,得到树脂浸渗度99%、厚度1.5mm、纤维体积分数30%的碳纤维各向同性的高刚性材料。评价结果示于表12。
参考例33:碳纤维短纤维/聚酰胺6树脂 高刚性材料的制作
使碳纤维短纤维的切断长度为5mm、使部分浸渗各向同性材料制作时的聚丙烯膜张数为9张、使高刚性材料制作时的层叠张数为9张,进行与参考例4相同的处理,得到树脂浸渗度99%、厚度1.5mm、纤维体积分数30%的碳纤维各向同性的高刚性材料。评价结果示于表12。
参考例34:碳纤维长纤维/聚碳酸酯树脂 高刚性材料的制作
在一面粘附了3张聚碳酸酯膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,以均匀的厚度卷绕碳纤维,以达到200g/m2的单位面积重量。使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度300℃、最大压力2.0MPa下加热加压该铝板10分钟,由此得到聚碳酸酯树脂部分浸渗的碳纤维单方向材料。接着,将部分浸渗的单方向材料以相同纤维方向的方式9张重叠,切出适当的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度300℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到碳纤维为单方向的高刚性材料。树脂的浸渗度为99%。厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。使用该成形品进行纤维方向(0度方向)的拉伸试验和压缩试验。另外,使部分浸渗单方向材料在0度方向、90度方向、0度方向上交替地重叠9张后,再次加热加压,得到0度/90度层叠的高刚性材料。成形体的厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。由该0度/90度层叠体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。评价结果示于表12。
参考例35:碳纤维短纤维/聚碳酸酯树脂 高刚性材料的制作
将切断长度20mm的碳短纤维24g散布在40cm×30cm的铝板上,成为均匀的厚度。在其上放置3张聚碳酸酯膜,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度300℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此得到聚碳酸酯树脂部分浸渗的碳纤维各向同性材料。接着,将部分浸渗各向同性材料9张重叠,切出合适的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度300℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到树脂的浸渗度提高至99%的碳纤维的各向同性材料。碳纤维各向同性的高刚性材料的厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。评价结果示于表12。
参考例36:碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂 高刚性材料的制作
在一面粘附了11张聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,以均匀的厚度卷绕碳纤维,以达到200g/m2的单位面积重量。使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度290℃、最大压力2.0MPa下加热加压该铝板10分钟,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂部分浸渗的碳纤维单方向材料。接着,将部分浸渗的单方向材料以相同纤维方向的方式9张重叠,切出适当的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度290℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到碳纤维为单方向的高刚性材料。树脂的浸渗度为99%。厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。使用该成形品进行纤维方向(0度方向)的拉伸试验和压缩试验。另外,使部分浸渗单方向材料在0度方向、90度方向、0度方向上交替地重叠9张后,再次加热加压,得到0度/90度层叠的高刚性材料。成形体的厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。由该0度/90度层叠体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。评价结果示于表13。
参考例37:碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂 高刚性材料的制作
将切断长度20mm的碳短纤维24g散布于40cm×30cm的铝板上,成为均匀的厚度。在其上放置11张聚对苯二甲酸乙二醇酯膜,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度290℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此得到聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂部分浸渗的碳纤维各向同性材料。接着,将部分浸渗各向同性材料9张重叠,切出合适的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度290℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到树脂的浸渗度提高至99%的碳纤维的各向同性材料。碳纤维各向同性的高刚性材料的厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。评价结果示于表13。
参考例38:碳纤维长纤维/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂 高刚性材料的制作
在一面粘附了11张聚萘二甲酸乙二醇酯膜的40cm×30cm尺寸的铝板上,以均匀的厚度卷绕碳纤维,以达到200g/m2的单位面积重量。使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度300℃、最大压力2.0MPa下加热加压该铝板10分钟,由此得到聚萘二甲酸乙二醇酯树脂部分浸渗的碳纤维单方向材料。接着,将部分浸渗的单方向材料以相同纤维方向的方式9张重叠,切出适当的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度290℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到碳纤维为单方向的高刚性材料。树脂的浸渗度为99%。厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。使用该成形品进行纤维方向(0度方向)的拉伸试验和压缩试验。另外,使部分浸渗单方向材料在0度方向、90度方向、0度方向上交替地重叠9张后,再次加热加压,得到0度/90度层叠的高刚性材料。成形体的厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。由该0度/90度层叠体切出落锤冲击试验片和高速冲压试验片进行评价。评价结果示于表13。
参考例39:碳纤维短纤维/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂 高刚性材料的制作
将切断长度20mm的碳短纤维24g散布于40cm×30cm的铝板上,成为均匀的厚度。在其上放置11张聚萘二甲酸乙二醇酯膜,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度300℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此得到聚萘二甲酸乙二醇酯树脂部分浸渗的碳纤维各向同性材料。接着,将部分浸渗各向同性材料9张重叠,切出合适的尺寸后,使用30cm×20cm的模具,在最高温度300℃、最大压力3.0MPa下加热加压20分钟,由此得到树脂的浸渗度提高至99%的碳纤维的各向同性材料。碳纤维各向同性的高刚性材料的厚度为1.5mm、纤维的体积分数为30%。评价结果示于表13。
参考例1至39的高刚性材料的拉伸试验和压缩试验的结果为强度与弹性率优异的材料。
实施例57:碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以实施例52的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂复合材料为芯材,用参考例1的碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以碳纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。评价结果示于表14。
实施例58:碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以实施例53的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6复合材料为芯材,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。评价结果示于表14。
实施例59:碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以实施例54的聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物/聚酰胺6树脂复合材料为芯材,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯机织物/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。评价结果示于表14。
实施例60:碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以实施例55的聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物/聚酰胺6树脂复合材料为芯材,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯针织物/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。评价结果示于表14。
比较例10 碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂 双方向性高刚性材料的制作
将参考例1的碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料,以纤维轴方向为基准,在0度方向、90度方向、90度方向、0度方向上4张层叠,放入30cm×20cm的模具,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将各层的界面熔合,得到碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂的双方向性的高刚性材料。夹层材料的厚度为2.0mm。由所得的双方向性高刚性材料,以一个纤维轴方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。评价结果示于表14。
比较例11:碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
将44张聚酰胺6膜层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此得到聚酰胺6的成形品。厚度为1.0mm。以所得聚酰胺6成形品为芯材,用参考例1的碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以碳纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。评价结果示于表14。
实施例61:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 复合材料的制作
将实施例52的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂复合材料2张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将界面熔合,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的复合材料。夹层材料的厚度为2.0mm。由所得复合材料,以经纱方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。评价结果示于表15。
实施例62:聚酰胺6树脂/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线 夹层材料的制作
将聚酰胺6膜22张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此得到聚酰胺6的成形品。厚度为0.5mm。以所得聚酰胺6成形品为表面材料,夹持实施例52的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂复合材料的芯材,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到聚酰胺6树脂/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以经纱方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。评价结果示于表15。
实施例63:碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以参考例2的碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料为表面材料,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以碳纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表15。
实施例64:碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以参考例3的碳纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料为表面材料,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。评价结果示于表15。
实施例65:碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以参考例4的碳纤维短纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料为表面材料,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。评价结果示于表15。
实施例66:碳纤维机织物/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以参考例5的碳纤维机织物/聚酰胺6树脂高刚性材料为表面材料,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到碳纤维机织物/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。评价结果示于表15。
实施例67:碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂 夹层材料的制作
以实施例56的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂复合材料为芯材,用参考例6的碳纤维长纤维/聚丙烯树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以碳纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表16。
比较例12:碳纤维长纤维/聚丙烯树脂 双方向性高刚性材料的制作
将参考例6的碳纤维长纤维/聚丙烯树脂高刚性材料,以纤维轴方向为基准,在0度方向、90度方向、90度方向、0度方向上4张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将各层的界面熔合,得到碳纤维长纤维/聚丙烯树脂的双方向性的高刚性材料。夹层材料的厚度为2.0mm。由所得的双方向性高刚性材料,以一个纤维轴方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表16。
实施例68:聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂 复合材料的制作
将实施例56的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂复合材料2张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将界面熔合,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂的复合材料。复合材料的厚度为2.0mm。由所得复合材料,以纤维轴方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表16。
比较例13:碳纤维长纤维/聚丙烯树脂 夹层材料的制作
将38张聚丙烯膜层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此得到聚丙烯的成形品。厚度为1.0mm。以所得的聚丙烯成形品为芯材,用参考例6的碳纤维长纤维/聚丙烯树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维长纤维/聚丙烯树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以碳纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表16。
实施例69:聚丙烯树脂/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线 夹层材料的制作
将聚丙烯膜19张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此得到聚丙烯的成形品。厚度为0.5mm。以所得的聚丙烯成形品为表面材料,夹持实施例56的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂复合材料的芯材,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度200℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到聚丙烯树脂/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以纤维轴方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表16。
实施例70:玻璃纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以参考例7的玻璃纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料为表面材料,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到玻璃纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以玻璃纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表17。
比较例14:玻璃纤维长纤维/聚酰胺6树脂 双方向性高刚性材料的制作
将参考例7的玻璃纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料,以纤维轴方向为基准,在0度方向、90度方向、90度方向、0度方向上4张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将各层的界面熔合,得到玻璃纤维长纤维/聚酰胺6树脂的双方向性的高刚性材料。高刚性材料的厚度为2.0mm。由所得的双方向性高刚性材料,以一个纤维轴方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表17。
比较例15:玻璃纤维长纤维/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
将聚酰胺6膜44张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此得到聚酰胺6的成形品。厚度为1.0mm。以所得的聚酰胺6成形品为芯材,用参考例7的玻璃纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到玻璃纤维长纤维/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以玻璃纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表17。
实施例71:芳族聚酰胺纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
以参考例8的芳族聚酰胺纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料为表面材料,除此之外,进行与实施例57相同的处理,得到芳族聚酰胺纤维长纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以芳族聚酰胺纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表17。
比较例16:芳族聚酰胺纤维长纤维/聚酰胺6树脂 双方向性高刚性材料的制作
将参考例8的芳族聚酰胺纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料,以纤维轴方向为基准,在0度方向、90度方向、90度方向、0度方向上4张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将各层的界面熔合,得到芳族聚酰胺纤维长纤维/聚酰胺6树脂的双方向性的高刚性材料。高刚性材料的厚度为2.0mm。由所得的双方向性高刚性材料,以一个纤维轴方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表17。
比较例17:芳族聚酰胺纤维长纤维/聚酰胺6树脂 夹层材料的制作
将聚酰胺6膜44张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,得到聚酰胺6的成形品。厚度为1.0mm。以所得的聚酰胺6成形品为芯材,用参考例8的芳族聚酰胺纤维长纤维/聚酰胺6树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度240℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到芳族聚酰胺纤维长纤维/聚酰胺6树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为2.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,以芳族聚酰胺纤维方向为基准,切出拉伸试验片和压缩试验片进行评价。相同地,由夹层材料还切出落锤试验片和高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表17。
实施例72:碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚碳酸酯树脂 夹层材料的制作
以实施例42的聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚碳酸酯树脂复合材料为芯材,用参考例35的碳纤维短纤维/聚碳酸酯树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度250℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚丙烯树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为4.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,切出拉伸试验片、压缩试验片、落锤试验片、高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表18。
比较例18:碳纤维短纤维/聚碳酸酯树脂 夹层材料的制作
将聚碳酸酯膜11张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度250℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此得到聚碳酸酯的成形品。厚度为1.0mm。以所得聚碳酸酯成形品为芯材,用参考例35的碳纤维短纤维/聚碳酸酯树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度250℃、最大压力0.5MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维短纤维/聚碳酸酯树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为4.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,切出拉伸试验片、压缩试验片、落锤试验片、高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表18。
实施例73:碳纤维短纤维/聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂 夹层材料的制作
以实施例49的聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂复合材料为芯材,用参考例37的碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度270℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维短纤维/聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为4.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,切出拉伸试验片、压缩试验片、落锤试验片、高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表18。
比较例19:碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂 夹层材料的制作
将聚对苯二甲酸乙二醇酯膜44张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度270℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,得到聚对苯二甲酸乙二醇酯的成形品。厚度为1.0mm。以所得聚对苯二甲酸乙二醇酯成形品为芯材,用参考例37的碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度270℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维短纤维/聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为4.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,切出拉伸试验片、压缩试验片、落锤试验片、高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表18。
实施例74:碳纤维短纤维/高熔点聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂 夹层材料的制作
以实施例51的高熔点聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂复合材料为芯材,用参考例39的碳纤维短纤维/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度280℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维短纤维/高熔点聚萘二甲酸乙二醇酯捻纱线/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为4.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,切出拉伸试验片、压缩试验片、落锤试验片、高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表18。
比较例20:碳纤维短纤维/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂 夹层材料的制作
将聚萘二甲酸乙二醇酯膜44张层叠,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度280℃、最大压力2.0MPa下加热加压10分钟,由此得到聚萘二甲酸乙二醇酯的成形品。厚度为1.0mm。以所得聚萘二甲酸乙二醇酯成形品为芯材,用参考例39的碳纤维短纤维/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂高刚性材料的表面材料2张夹持,放入30cm×20cm的模具中,使用名机制作所制热压机MHPC型,在最高温度280℃、最大压力0.2MPa下加热加压10分钟,由此将表面材料和芯材的界面熔合,得到碳纤维短纤维/聚萘二甲酸乙二醇酯树脂的夹层材料。夹层材料的厚度为4.0mm、芯材的体积分数为50%。由所得夹层材料,切出拉伸试验片、压缩试验片、落锤试验片、高速冲压试验片进行评价。将评价结果示于表18。
参考例的高刚性材料的拉伸试验和压缩试验的结果为强度与弹性率优异的材料。另外,实施例的复合材料为冲击吸收材料,是富有能量吸收性的材料。组合这些高刚性材料和复合材料而得的实施例57~60、63~67、70~74的夹层材料兼具两者的优点,成为强度和刚性的力学强度优异、进而耐冲击性也优异的材料。将这种夹层材料成形而得的成形品可用于整个产业资材用途,特别是对汽车用结构部件、外装饰部件、内装饰部件有用。
以下表1~表18中显示所得复合材料和夹层材料的评价结果。
符号说明
1 冲压方向
2 撞针
3 开口部
4 试验片的固定夹具
5 试验片。
Figure 243740DEST_PATH_IMAGE001
Figure 160881DEST_PATH_IMAGE002
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Figure 177378DEST_PATH_IMAGE007
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Figure 165648DEST_PATH_IMAGE014
Figure 407273DEST_PATH_IMAGE015
Figure 744714DEST_PATH_IMAGE016
Figure 388185DEST_PATH_IMAGE017
Figure 723351DEST_PATH_IMAGE018

Claims (14)

1.复合材料,其是包含熔点为200℃以上的有机长纤维与热塑性树脂的复合材料,其特征在于,有机长纤维的形态为捻纱线、或由捻纱线构成的机织物或针织物。
2.权利要求1所述的复合材料,其中,有机长纤维的熔点为250℃以上。
3.权利要求1所述的复合材料,其特征在于,有机长纤维为复丝,其纤维束间实质上浸渗有热塑性树脂。
4.权利要求1所述的复合材料,其特征在于,有机长纤维的纤维束内部实质上未浸渗有热塑性树脂。
5.权利要求1所述的复合材料,其特征在于,有机长纤维和热塑性树脂的体积比为相对于有机长纤维100份,热塑性树脂为20份至900份。
6.权利要求1所述的复合材料,其中,复合材料中的每10mm厚度的有机长纤维的单位面积重量为1000~12000g/m2
7.权利要求1所述的复合材料,其特征在于,捻纱线的捻度是每1m为10~1000次。
8.权利要求1所述的复合材料,其中,有机长纤维为聚酯长纤维或尼龙长纤维。
9.权利要求8所述的复合材料,其特征在于,聚酯长纤维使聚亚烷基对苯二甲酸酯和/或聚亚烷基萘二甲酸酯为聚酯中的95摩尔%以上的成分。
10.权利要求1所述的复合材料,其特征在于,热塑性树脂为选自由聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂和聚酯树脂构成的组中的至少1种。
11.权利要求1所述的复合材料,其中,利用试验速度11m/sec、试验片固定夹具的开口部径40mm、直径10mm撞针进行的高速冲孔试验中的吸收能为10J以上。
12.夹层材料,其以由含有下述式(1)所定义的比模量(E)为2.5以上的强化纤维的纤维强化复合材料构成的高刚性材料为表面材料,以权利要求1所述的复合材料为芯材,
E=M/D/9.8    (1)
这里,E为比模量、M为纤维的弹性率(MPa)、D为纤维的密度(g/cm3)。
13.权利要求12所述的夹层材料,其中,高刚性材料的强化纤维为选自由碳纤维、芳族聚酰胺纤维和玻璃纤维构成的组中的至少1种。
14.权利要求12所述的夹层材料,其中,表面材料和芯材的体积比为相对于表面材料100份,芯材为40~9900份。
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