CN108623873B - 树脂成型体用树脂组合物以及树脂成型体 - Google Patents

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Abstract

一种树脂成型体用树脂组合物,包括:第一树脂组合物,其含有第一聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维、以及作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃;以及第二树脂组合物,其含有第二聚烯烃和平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维,其中以所述第一聚烯烃和所述第二聚烯烃的总含量为100质量份,所述聚酰胺的含量为1质量份至50质量份,所述碳纤维的含量为1质量份至50质量份,所述有机纤维的含量为1质量份至20质量份,并且所述增容剂的含量为1质量份至10质量份。

Description

树脂成型体用树脂组合物以及树脂成型体
技术领域
本发明涉及树脂成型体用树脂组合物以及树脂成型体。
背景技术
迄今为止,已经提供了各种树脂组合物并且已被广泛使用。
含有聚烯烃的树脂组合物尤其不仅被用于(例如)各种家用电器和汽车的组件和外壳,还被用于其他部件,如办公仪器以及电工电子仪器的外壳。
JP-A-2003-528956公开了一种通过利用长度为3mm以上的长纤维进行增强的聚烯烃结构,其结构包含(a)0.1重量%至90重量%的至少一种聚烯烃,(b)0.1重量%至50重量%的至少一种聚酰胺, (c)0.1重量%至15重量%的至少一种改性聚烯烃,(d)5.0重量%至75重量%的至少一种用于增强的纤维,以及(e)0.1重量%至10 重量%的至少一种含硫添加剂。
JP-A-2014-181307公开了一种用于聚烯烃树脂的改性剂,其中所述改性剂包含聚合物(X),在该聚合物(X)中,含有酸改性聚烯烃嵌段(A)和聚酰胺嵌段(B),并且在13C-NMR测定中,来源于酰胺基的碳原子与来源于甲基、亚甲基和次甲基的碳原子之比(α) 在0.5/99.5至12/88的范围内。此外,在专利文件2中,公开了一种含有上述聚烯烃树脂改性剂(K)、聚烯烃树脂(D)和无机纤维(E) 的含无机纤维的聚烯烃树脂组合物。
JP-A-2000-071245公开了一种含碳纤维的聚烯烃成型体,其特征在于掺入含碳纤维的聚烯烃成型体中的碳纤维的总含量为0.5重量%至30重量%,此外长度小于1.5mm的碳纤维的含量为0.1重量%至4.7重量%。
发明内容
在含有聚烯烃、碳纤维、聚酰胺和增容剂的树脂组合物中,当树脂组合物中的碳纤维仅包括短纤维(例如平均纤维长度为1mm以下)时,可能存在这样的情况,其中由这种树脂组合物制成的树脂成型体的耐冲击性降低。
本发明的目的是提供一种含有聚烯烃、碳纤维、聚酰胺和增容剂的树脂组合物,与碳纤维的平均纤维长度为0.1mm至1mm并且增容剂为羧酸酐改性聚烯烃的情况相比,由本发明的树脂组合物能够获得耐冲击性改善的树脂成型体。
[1]根据本发明的一个方面,一种树脂成型体用树脂组合物,包括:
第一树脂组合物,其含有第一聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维、以及作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃;以及
第二树脂组合物,其含有第二聚烯烃和平均纤维长度为1mm至 20mm的有机纤维,
其中以第一聚烯烃和第二聚烯烃的总含量为100质量份,在树脂成型体用树脂组合物的总量中,聚酰胺的含量为1质量份至50质量份,碳纤维的含量为1质量份至50质量份,有机纤维的含量为1 质量份至20质量份,增容剂的含量为1质量份至10质量份。
[2]在[1]所述的树脂成型体用树脂组合物中,质量比CF1/OF2 优选为至少60/40到至多99/1,其中CF1表示相对于树脂成型体用树脂组合物的总量的碳纤维的含量,OF2表示相对于树脂成型体用树脂组合物的总量的有机纤维的含量。
[3]在[1]和[2]所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述第一聚烯烃和所述第二聚烯烃各自优选为选自由聚丙烯、聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂构成的组中的至少一种聚合物。
[4]在[3]所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述第一聚烯烃和所述第二聚烯烃各自优选为聚丙烯。
[5]在[1]至[4]所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述增容剂优选为选自由改性聚烯烃所构成的组中的至少一种,其中所述改性聚烯烃包括改性聚丙烯、改性聚乙烯和改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,所述改性聚烯烃各自具有含羧酸酐残基的改性部分。
[6]在[5]所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述羧酸酐残基优选为马来酸酐残基。
[7]在[6]所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述增容剂优选为马来酸酐改性聚丙烯。
[8]在[1]至[7]中任一项所述的树脂成型体用树脂组合物中,优选的是,所述有机纤维的熔点高于聚烯烃的熔点、其软化点高于聚烯烃的熔点、或者其热分解温度高于聚烯烃的熔点。
[9]在[8]所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述有机纤维优选为芳族聚酰胺纤维和维尼纶纤维中的至少一种。
[10]在[1]至[9]中任一项所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述聚酰胺的一部分在所述第一树脂组合物中的各碳纤维周围形成覆盖层。
[11]在[10]所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述增容剂优选形成位于所述覆盖层和所述第一树脂组合物中的所述第一聚烯烃之间的中间层。
[12]在[1]至[11]中任一项所述的树脂成型体用树脂组合物中,所述第一树脂组合物和所述第二树脂组合物各自优选为非交联树脂组合物。
[13]根据本发明的一个方面,一种树脂成型体,包含:
聚烯烃;
聚酰胺,在每100份聚烯烃中,所述聚酰胺的含量为1质量份至50质量份;
碳纤维,在每100份聚烯烃中,所述碳纤维的含量为1质量份至50质量份;
有机纤维,在每100份聚烯烃中,所述有机纤维的含量为1质量份至20质量份,所述有机纤维的平均纤维长度为1mm至20mm,以及
作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃,在每100份聚烯烃中,所述羧酸酐改性聚烯烃的含量为1质量份至10质量份,
其中,相对于全部所述碳纤维和所述有机纤维,纤维长度在1mm 至20mm范围内的碳纤维和有机纤维的数量比例为1%至20%。
[14]在[13]所述的树脂成型体中,所述聚烯烃优选为选自由聚丙烯、聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物构成的组中的至少一种。
[15]在[14]所述的树脂成型体中,所述聚烯烃优选为聚丙烯。
[16]在[13]至[15]中任一项所述的树脂成型体中,所述增容剂优选为选自由改性聚烯烃构成的组中的至少一种,所述改性聚烯烃包括改性聚丙烯、改性聚乙烯和改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,所述改性聚烯烃各自具有含羧酸酐残基的改性部分。
[17]在[16]所述的树脂成型体中,所述羧酸酐残基优选为马来酸酐残基。
[18]在[17]所述的树脂成型体中,所述增容剂优选为马来酸酐改性聚丙烯。
[19]在[13]至[18]中任一项所述的树脂成型体中,优选的是,所述有机纤维的熔点高于聚烯烃的熔点、其软化点高于聚烯烃的熔点、或者其热分解温度高于聚烯烃的熔点。
[20]在[19]所述的树脂成型体中,所述有机纤维优选为芳族聚酰胺纤维和维尼纶纤维中的至少一种。
[21]在[13]至[20]中任一项所述的树脂成型体中,所述聚酰胺的一部分优选形成围绕各个所述碳纤维的周围的覆盖层。
[22]在[21]所述的树脂成型体中,所述增容剂优选在所述覆盖层和所述聚烯烃之间形成中间层。
[23]在[13]至[22]中任一项所述的树脂成型体优选为非交联树脂成型体。
在[1]或[2]所述的构成中,本申请提供了一种含有聚烯烃、碳纤维、聚酰胺和增容剂的树脂组合物,与树脂组合物由聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维、以及作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃构成的情况相比,本发明的树脂组合物能够获得具有更高的耐冲击性的树脂成型体。
在[3]或[4]所述的构成中,提供了含有第一聚烯烃和第二聚烯烃的树脂组合物,所述第一聚烯烃和第二聚烯烃各自包含聚丙烯、聚乙烯、和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的至少一种,与树脂组合物由聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维和作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃构成的情况相比,本申请的树脂组合物能够获得具有更高的耐冲击性的树脂成型体。
在[5]至[7]所述的构成中,提供了这样的树脂组合物,该树脂组合物包含选自由包括改性聚丙烯、改性聚乙烯和改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的改性聚烯烃构成的组中的增容剂,与树脂组合物由聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维和羧酸酐改性聚烯烃构成的情况相比,本申请的树脂组合物能够获得具有更高的耐冲击性的树脂成型体。
在[8]或[9]所述的构成中,提供了这样的树脂组合物,该树脂组合物包含有机纤维,该有机纤维的熔点高于聚烯烃的熔点、其软化点高于聚烯烃的熔点、或者其热分解温度高于聚烯烃的熔点,与树脂组合物由聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维和作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃构成的情况相比,本申请的树脂组合物能够获得具有更高的耐冲击性的树脂成型体。
在[10]所述的构成中,提供了这样的树脂组合物,与聚酰胺未在第一树脂组合物中的各第一碳纤维周围形成覆盖层的情况相比,本申请的树脂组合物能够获得具有更高的耐冲击性的树脂成型体。
在[11]所述的构成中,提供了这样的树脂组合物,与增容剂未在覆盖层和第一树脂组合物中的第一聚烯烃之间形成中间层的情况相比,本申请的树脂组合物能够获得具有更高的耐冲击性的树脂成型体。
在[12]所述的构成中,提供了这样的非交联树脂组合物,与树脂组合物由聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维和作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃组成的情况相比,本申请的树脂组合物能够获得具有更高的耐冲击性的树脂成型体。
在[13]所述的构成中,提供了包含聚烯烃、碳纤维、聚酰胺以及增容剂的树脂成型体,与树脂成型体包含平均纤维长度为0.1mm至 1mm的碳纤维和平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维,并且各自具有1mm至20mm的纤维长度的碳纤维和有机纤维在全部碳纤维和有机纤维中的数量比例小于1%的情况相比,本申请的树脂成型体能够获得具有更高的耐冲击性的树脂成型体。
在[14]或[15]所述的构成中,提供了包含聚烯烃的树脂成型体,该聚烯烃含有聚丙烯、聚乙烯、和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的至少一种,与树脂成型体包含平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维和平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维,并且各自具有1mm至20mm的纤维长度的碳纤维和有机纤维在全部碳纤维和有机纤维中的数量比例小于1%的情况相比,本申请的树脂成型体具有更高的耐冲击性。
在[16]至[18]所述的构成中,提供了包含增容剂的树脂成型体,该增容剂选自由改性聚烯烃所构成的组中的至少一种,其中所述改性聚烯烃包括改性聚丙烯、改性聚乙烯和改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,与树脂成型体包含平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维和平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维,并且各自具有1mm至20mm 的纤维长度的碳纤维和有机纤维在全部碳纤维和有机纤维中的数量比例小于1%的情况相比,本申请的树脂成型体具有更高的耐冲击性。
在[19]或[20]所述的构成中,提供了含有有机纤维的树脂成型体,该有机纤维的熔点高于聚烯烃的熔点、其软化点高于聚烯烃的熔点、或者其热分解温度高于聚烯烃的熔点,与树脂成型体包含平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维和平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维,并且各自具有1mm至20mm的纤维长度的碳纤维和有机纤维在全部碳纤维和有机纤维中的数量比例小于1%的情况相比,本申请的树脂成型体具有更高的耐冲击性。
在[21]所述的构成中,与聚酰胺未在各碳纤维的周围形成覆盖层的情况相比,树脂成型体具有更高的耐冲击性。
在[22]所述的构成中,提供了这样的树脂成型体,与树脂成型体未在覆盖层和所述聚烯烃之间形成中间层的情况相比较,本申请的树脂成型体具有更高的耐冲击性。
在[23]所述的构成中,提供了非交联树脂成型体,与树脂成型体包含平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维和平均纤维长度为1mm 至20mm的有机纤维,并且各自具有1mm至20mm的纤维长度的碳纤维和有机纤维在全部碳纤维和有机纤维中的数量比例小于1%的情况相比,本申请的非交联树脂成型体具有更高的耐冲击性。
附图说明
将基于以下附图对本发明的示例性实施方案进行详细说明,其中:
图1是用于说明与本发明的实施方案相关的树脂成型体的主要部分的一个实例的示意图。
具体实施方式
根据本发明的树脂组合物和树脂成型体的实施例如下所述。
(树脂成型体用树脂组合物)
与本发明实施方案相关的用于树脂成型体的树脂组合物(以下在某些情况下简称为“树脂组合物”)包括:含有第一聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维以及作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃的第一树脂组合物;和含有第二聚烯烃和平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维的第二树脂组合物。此外,以第一聚烯烃的含量和第二聚烯烃的含量的总含量为100质量份,在树脂成型体用树脂组合物的总量中,聚酰胺的含量为1质量份至50质量份,碳纤维的含量为1质量份至50质量份,有机纤维的含量为1质量份至 20质量份,增容剂的含量为1质量份至10质量份。
换言之,与本发明的实施方案相关的树脂组合物包括第一树脂组合物和第二树脂组合物。
第一树脂组合物包含第一聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为 0.1mm至1mm的第一碳纤维(以下在某些情况下简称为“第一碳纤维”)和作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃。
第二树脂组合物包括第二聚烯烃和平均纤维长度为6mm至 20mm的第二碳纤维(以下在某些情况下简称为“第二碳纤维”)。
此外,以第一聚烯烃含量和第二聚烯烃含量的总含量为100质量份,在树脂组合物的总量中,聚酰胺的含量为1质量份至50质量份,第一碳纤维含量和第二碳纤维含量的总含量为1质量份至50质量份,作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃(以下在某些情况下简称为“增容剂”)的含量为1质量份至10质量份。
近年来,为了获得机械强度优异的树脂成型体,使用了各自含有作为基材(基质)的聚烯烃树脂和增强纤维的树脂组合物。
在这种树脂组合物中,当增强纤维和聚烯烃之间的亲和力低时,在这些成分之间的界面处产生空间,并且存在这些空间可能导致界面处的附着力降低的情况。
当树脂组合物含有增强纤维,特别是碳纤维时,尽管要求树脂组合物确保高机械强度,特别是高弯曲弹性模量,但与含有玻璃纤维等的树脂组合物相比,存在于碳纤维表面上的能够提高增强纤维与聚烯烃之间的粘附性的极性基团(例如羟基和羧基)的数量相较于存在于玻璃纤维表面上的这些极性基团的量要少,因此,碳纤维-聚烯烃界面处的粘附性变低。结果,考虑到碳纤维的混合量,机械强度、特别是弯曲弹性模量难以提高。特别是当重复施加冲击时,在碳纤维- 聚烯烃界面处易于进行分离,因此在很大程度上产生降低机械强度、特别是弯曲弹性模量的趋势。
作为这种趋势的原因,据推测与玻璃纤维和其他纤维增强剂相比,碳纤维是刚性的,并且当向碳纤维施加弯曲载荷时其会抵抗弯曲变形,因此碳纤维会与聚烯烃表面分离。
在这种情况下,通过使含有(例如)聚烯烃、碳纤维、聚酰胺和增容剂这四种成分的树脂组合物成型,所得树脂成型体具有优异的机械强度,特别是具有优异的弯曲弹性模量。
在含有聚烯烃、碳纤维、聚酰胺和增容剂的树脂组合物中,当树脂组合物中的碳纤维仅包括短纤维(例如,平均纤维长度为1mm 以下)时,可能存在由这种树脂组合物制成的树脂成型体的耐冲击性降低的情况。
例如,在含有碳纤维的树脂组合物中,由于碳纤维的刚性,因此在熔融捏合碳纤维和聚烯烃的过程中所施加的机械载荷下,碳纤维易于断裂。结果,树脂组合物中的碳纤维的纤维长度易于降低(例如使平均纤维长度为1mm以下)。
因此,对于含有聚烯烃、碳纤维、聚酰胺和增容剂的组合物,得知由树脂组合物形成的树脂成型体中的碳纤维通过熔融捏合碳纤维和聚烯烃的过程中所施加的机械载荷而变成了短纤维,尽管抑制了其弯曲弹性模量的降低,但是存在耐冲击性易于降低的倾向。
据认为这种现象的原因如下。因为树脂成型体中的碳纤维改变为长度较短的碳纤维,所以认为碳纤维在树脂成型体中的缠结有限。因此,据推测当树脂成形体受到冲击力时,冲击力难以扩散通过树脂成型体的内部,使得树脂成形体断裂。
相反,本发明实施方案的树脂组合物具有如上所述的构成,由此得到的树脂成型体的耐冲击性提高。这种提高的原因仍然不确定,但是据认为原因如下。
与本实施方案相关的树脂组合物包含第一树脂组合物中的平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维、以及第二树脂组合物中的平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维。由于有机纤维的弹性高于碳纤维,因此其能够抵抗断裂和切割。因此,使用该树脂组合物而形成的树脂成型体除了包含纤维长度缩短的碳纤维以外,还含有纤维长度较长的有机纤维。具体而言,树脂成型体包含(例如)平均纤维长度在0.1mm至1mm范围内的碳纤维和平均纤维长度在1mm至20mm 范围内的有机纤维。并且树脂成型体处于这样一种状态:相对于碳纤维数量和有机纤维数量的总数量,纤维长度为1mm到20mm的纤维数量的百分比为1%至20%。
在这种状态下,即使当冲击力施加在树脂成型体上时,也可认为冲击力容易扩散到树脂成型体的内部。因此,推测使用具有上述构成的树脂组合物形成的树脂成型体的抗冲击强度提高。
如上所述,与本实施方案相关的树脂组合物使得在由其形成的树脂成型体中,存在纤维长度缩短的碳纤维以及部分含有长纤维的碳纤维,因此推测获得了具有更高的抗冲击强度的树脂成型体。
在此,对于通过使用与本发明实施方案相关的树脂组合物得到的树脂成型体,也抑制了其弯曲弹性模量的降低。尽管引起这种效果的原因尚未明确,但是据推测原因如下。
在由与本发明实施方案相关的并且包含第一树脂组合物和第二树脂组合物的树脂组合物来制造树脂成型体的情况下,将树脂组合物进行热熔混合,由此将作为基质的聚烯烃和增容剂熔融在一起,除此之外,聚酰胺通过增容剂分子内部的一部分和存在于聚酰胺分子中的酰胺或酰亚胺键与增容剂相容,使其分散到树脂组合物中。
顺便提及,本说明书中使用的术语聚酰胺旨在包括不仅在其各自的主链中具有酰胺键的树脂,而且包括在其各自主链中同时具有酰胺键和酰亚胺键的树脂(被称为所谓的聚酰胺酰亚胺)。
在上述状态下,当聚酰胺分子与碳纤维(包括第一碳纤维和第二碳纤维)接触时,沿着聚酰胺的分子链大量存在的酰胺键或酰亚胺键以及碳纤维表面上少量存在的极性基团通过亲和力(引力和氢键) 而在多个位点处物理连接在一起。此外,由于聚烯烃与碳纤维的相容性以及聚烯烃对碳纤维的亲和性均普遍较低,因此在聚烯烃和聚酰胺之间以及聚烯烃和碳纤维之间产生了排斥力,从而增加了聚酰胺与碳纤维之间的接触频率,使得在聚烯烃基质中形成碳纤维-聚酰胺复合物。因此,与碳纤维结合的聚酰胺的量和面积增加。因此,在碳纤维周围形成了聚酰胺的覆盖层(参见图1)。顺便提及,图1中的PP、 CF和CL分别代表聚烯烃、碳纤维和覆盖层。
此外,形成覆盖层的聚酰胺与增容剂分子中的一些反应性基团发生化学反应,并且这些成分中的极性基团之间发生静电相互作用,从而使聚酰胺与增容剂具有相容性,此外,增容剂与聚烯烃也具有相容性。因此,在引力和排斥力之间产生平衡状态,进而形成处于薄且均匀状态的聚酰胺覆盖层。由于存在于碳纤维表面上的羧基对于存在于聚酰胺分子中的酰胺键或酰亚胺键的亲和力特别高,因此推测更易于在碳纤维的周围形成聚酰胺的覆盖层,并且所形成的覆盖层薄且均匀性优异。
此外,覆盖层优选覆盖全部的碳纤维表面,但碳纤维表面上可能存在未覆盖部分。
如上所述,与本发明实施方案有关的树脂组合物可以提高碳纤维-聚烯烃界面处的粘附性。因此,认为由本发明实施方案的树脂组合物获得的树脂成型体的机械强度、特别是弯曲弹性模量优异。
对于与本发明实施方案相关且包含第一树脂组合物和第二树脂组合物的树脂组合物、以及由该树脂组合物获得的树脂成型体,通过在制备第一树脂组合物期间的热熔捏合(例如粒料的形式)和树脂组合物的注射成型,从而在碳纤维的周围形成聚酰胺的覆盖层,并且所形成的覆盖层的厚度优选为5nm至700nm。
在与本发明实施方案相关的树脂组合物中,聚酰胺的覆盖层的厚度为5nm至700nm,从进一步提高弯曲弹性模量的观点出发,其厚度优选为10nm至650nm。覆盖层厚度在5nm以上(特别是10nm 以上)可提高弯曲弹性模量,而覆盖层厚度在700nm以下可抑制穿过聚酰胺介质的碳纤维和聚烯烃之间的界面变脆,从而控制弯曲弹性模量的降低。
覆盖层的厚度值通过以下方法确定。使测量对象在液氮中断裂,并观察其在电子显微镜(VE-9800,由KEYENCE CORPORATION制造)下的横截面。在横截面上,在覆盖碳纤维周围的覆盖层中的100 个点处进行厚度测量,并计算这些测量值的平均值。
顺便提及的是,在上述观察横截面时,进行覆盖层的检查。
此外,由与本发明实施方案相关且包含第一树脂组合物和第二树脂组合物的树脂组合物成型的树脂成型体具有这样的结构,其中增容剂在覆盖层和聚烯烃之间进行部分相容化。
具体而言,(例如)在聚酰胺覆盖层和作为基质的聚烯烃之间存在增容剂的中间层是适当的(参见图1)。换言之,在覆盖层的表面上形成增容剂层,并且覆盖层通过增容剂层与聚烯烃相邻是适当的。所形成的增容剂层的厚度小于覆盖层的厚度,并且通过增容剂层增强了覆盖层与聚烯烃的粘附性(结合),从而容易获得具有优异的机械强度、特别是弯曲弹性模量的树脂成型体。顺便提及,图1中的 PP、CF、CL和CA分别代表聚烯烃、碳纤维、覆盖层和增容剂。
特别适当的是,增容剂层以这样的状态存在于覆盖层和聚烯烃之间:增容剂层与覆盖层结合(通过增容剂的官能团和聚酰胺之间的反应形成的氢键和共价键),并与聚烯烃相容。通过采用这样的增容剂易于实现这种构造,该增容剂具有(例如)与聚烯烃基质相同的结构或者能够与聚烯烃相容的结构,此外,该增容剂的部分分子中含有与聚酰胺的上述官能团反应的部分。
更具体而言,在采用例如聚烯烃、聚酰胺和作为增容剂的马来酸酐改性聚烯烃的情况下,适当的是,马来酸酐改性聚烯烃层(增容剂层)以这样的状态存在:由马来酸酐部分的开环形成的羧基与聚酰胺层的胺残基反应,以将这些层结合在一起,并使这种聚烯烃部分与聚烯烃相容。
现在,用于检查覆盖层和聚烯烃之间增容剂层的存在的方法如下所述。
使用红外显微光谱分析仪(IRT-5200,由JASCO Corporation制造)作为分析装置。例如,由包含聚丙烯(PP)作为聚烯烃、PA66 作为聚酰胺、以及马来酸酐改性聚烯烃(MA-PP)作为改性聚烯烃的树脂成型体上切下切片,并且观察其横截面。对位于碳纤维横截面周围的覆盖层部分进行IR映射(IR mapping),从而检查覆盖层-来源于增容剂层的的马来酸酐(1,820cm-1至1,750cm-1)。通过这样做,可以确定在覆盖层和聚烯烃之间增容剂层的存在。更具体而言,当在 MA-PP和PA66之间发生反应时,MA-PP的环状马来酸化部分发生开环,从而进行与PA66的胺残基的化学键合以减少环状马来酸化部分。因此,可以确定在覆盖层和聚烯烃之间存在增容剂层(结合层)。
(第一树脂组合物和第二树脂组合物)
如上所述,与本发明实施方案相关的树脂组合物具有包含第一聚烯烃、聚酰胺、第一碳纤维以及增容剂的第一树脂组合物,除此之外,所述树脂组合物还具有包含第二聚烯烃和第二碳纤维的第二树脂组合物。
此外,适当的是,第一树脂组合物和第二树脂组合物各自为非交联树脂组合物。
此处,所述第二树脂组合物可以由两种成分组成,即第二聚烯烃和第二碳纤维,或者,除上述两种成分之外,其还可以包含第二聚酰胺或羧酸酐改性聚烯烃中的至少一者作为第二增容剂。
在与本发明实施方案相关的树脂组合物中,对于第一树脂组合物和第二树脂组合物之间的比例(质量)没有特别的限制。可以如此确定这两种树脂组合物之间的比例,使得将第一聚烯烃和第二聚烯烃的总含量设定为100质量份,并作为树脂组合物的总量,则聚酰胺的含量为1质量份至50质量份,第一碳纤维和第二碳纤维的总含量为1 质量份至50质量份,并且增容剂的含量为1质量份至10质量份。
对于第一树脂组合物含量与第二树脂组合物含量之比,取决于第一树脂组合物的成分和第二树脂组合物的成分,当整个树脂组合物中的第一树脂组合物含量由W1表示,并且整个树脂组合物中的第二树脂组合物含量由W2表示时,W1/W2的质量比为(例如):W1/W2=1/99 至99/1(优选为10/90至90/10)。
为了改善将要形成的树脂成型体的耐冲击性,适当的是,第一树脂组合物中的成分,即第一聚烯烃、聚酰胺、第一碳纤维和增容剂各自的比例在下述范围内。
适当的是,第一树脂组合物中的聚烯烃的含量为第一树脂组合物总质量的(例如)5质量%至95质量%(优选为10质量%至95质量%,更优选为20质量%至95质量%)。
适当的是,相对于100质量份的聚烯烃,第一树脂组合物中的聚酰胺的含量为0.1质量份至100质量份(优选为0.5质量份至90 质量份,更优选为1质量份至80质量份)。
适当的是,相对于100质量份的聚烯烃,第一树脂组合物中的第一碳纤维的含量为0.1质量份至200质量份(优选为1质量份至180 质量份,更优选为5质量份至150质量份)。
适当的是,相对于100质量份的聚烯烃,第一树脂组合物中的增容剂的含量为0.1质量份至50质量份(优选为0.1质量份至40质量份,更优选为0.1质量份至30质量份)。
此外,适当的是,为了改善将要形成的树脂成型体的耐冲击性,第二树脂组合物中的成分,即第二聚烯烃和第二碳纤维各自的比例在下述范围内。
适当的是,第二树脂组合物中的聚烯烃的含量为第二树脂组合物总质量的(例如)40质量%至90质量%(优选为50质量%至80 质量%)。
适当的是,相对于100质量份的聚烯烃,第二树脂组合物中的第二碳纤维的含量为11质量份至150质量份(优选为25质量份至 100质量份)。
为了改善耐冲击性,适当的是,第一树脂组合物中的碳纤维与第二树脂组合物中的有机纤维之比(以质量计)在以下规定的范围内。
当碳纤维含量和有机纤维含量(称为树脂成型体用树脂组合物的总量)分别由CF1和OF2表示时,适当的是,CF1和OF2的质量比(比值CF1/OF2)在至少CF1/OF2=60/40到至多CF1/OF2=99/1之间(优选为至少70/30到至多95/5)。此外,当有机纤维含量变高时,弯曲弹性模量更可能劣化。
(树脂组合物的制造方法)
通过将第一聚烯烃、聚酰胺、切至预期长度的碳纤维以及增容剂进行熔融捏合的方法制造第一树脂组合物。
在此,公知的系统可以用作熔融捏合装置,其实例包括双螺杆挤出机、亨舍尔混合机、班伯里混合机、单螺杆挤出机、多螺杆挤出机和共捏合机。
可以根据树脂组合物中包含的树脂成分等的熔融温度来确定熔融捏合期间的温度(料筒温度)。
优选的是,尤其通过这样的制造方法来获得第一树脂组合物,该制造方法包括使聚烯烃、聚酰胺、切至预期长度的碳纤维和增容剂进行熔融捏合的工序。当使一组聚烯烃、聚酰胺、切至预期长度的碳纤维和增容剂熔融捏合为单一的单元时,在各个碳纤维周围易于形成薄而均匀状态的聚酰胺覆盖层,从而能够提高机械强度,特别是弯曲弹性模量。
作为制造第二树脂组合物的方法的一个实例,可以使用将第二聚烯烃和切至预期长度的长度较长的有机纤维进行熔融捏合的方法。作为另一个实例,可以使用提到这样一种方法,当对连续纤维形式(称为粗纱)的有机纤维进行开松时,使其表面浸渍并包覆有熔融的聚烯烃树脂,然后将如此处理的碳纤维拉出(拉挤成型工艺)。从抑制有机纤维断裂的观点出发,第二树脂组合物尤其优选通过使用这种拉挤成型工艺进行制造。
作为拉挤成型工艺的一个实例,可以使用公知的方法。更具体而言,在这种方法中,利用例如十字头模具使连续纤维形式的碳纤维浸渍并包覆有熔融聚烯烃。在通过冷却固化后,将所得碳纤维切至预期长度,从而制成第二树脂组合物。
通过使用上述任一方法可获得与本发明实施方案相关的并且包含第一树脂组合物和第二树脂组合物的树脂组合物。顺便提及,与本发明实施方案相关的树脂组合物可以是通过混合第一树脂组合物和第二树脂组合物而获得的组合物,或者也可以是通过混合第一树脂组合物和第二树脂组合物、然后对第一树脂组合物和第二树脂组合物进行熔融而获得的组合物。
(树脂组合物的构成)
然后,描述了树脂组合物的总量中各成分含量的比例。
如上所述,基于包括第一树脂组合物和第二树脂组合物的树脂组合物的总量,与本发明实施方案相关的树脂组合物的成分含量各自具有如下限定的比例。
相对于100质量份的第一聚烯烃和第二聚烯烃的总含量,聚酰胺的含量为1质量份至50质量份,碳纤维的含量为1质量份至50 质量份,有机纤维的含量为1质量份至20质量份,增容剂的含量为 1质量份至10质量份。
可以根据所得树脂成型体的用途来确定聚烯烃的含量(第一聚烯烃含量和第二聚烯烃含量之和)相对于树脂组合物总质量的百分比。例如,相对于树脂组合物的总质量,所述聚烯烃的含量优选为5 质量%至95质量%,更优选为10质量%至95质量%,进一步优选为 20质量%至95质量%。
基于100质量份的聚烯烃,碳纤维含量为1质量份至50质量份,优选为10质量份至50质量份,更优选为20质量份至40质量份。
基于100质量份的聚烯烃,通过包含至少1质量份的碳纤维,树脂组合物能够实现增强,并且基于100质量份的聚烯烃,通过将碳纤维含量调整为50质量份以下,可在树脂成型体的生产时实现良好的成型性。
此后,相对于100质量份的聚烯烃的含量(以质量计)在某些情况下缩写为phr(每一百份树脂)。
使用该缩写,上述短语表示为“碳纤维含量为1phr至50phr”。
基于100质量份聚烯烃,有机纤维含量为1质量份至20质量份,优选为2质量份至15质量份,更优选为5质量份至15质量份。
基于100质量份聚烯烃,通过包含至少1质量份的有机纤维,树脂组合物能够实现增强,并且可以实现耐冲击性的改善,基于100 质量份聚烯烃,通过将有机纤维含量调整为20质量份以下,可在树脂成型体的生产时实现良好的成型性。
顺便提及,在除了使用碳纤维和有机纤维外,还另外使用了纤维增强剂的情况下,适合的是,相对于碳纤维、有机纤维和纤维增强剂的总量,碳纤维和有机纤维的总量为至少90质量%。
基于100质量份的聚烯烃,聚酰胺的含量为1质量份至50质量份。从进一步提高耐冲击性的观点出发,聚酰胺的含量优选为2质量份至40质量份,更优选为5质量份至30质量份。
通过将聚酰胺含量调节至上述范围内,提高了对碳纤维的亲和性,并实现了耐冲击性的提高。
相对于100质量份的聚烯烃,在含有大于1质量份且小于等于 50质量份的大量聚酰胺的特殊情况下,相对于聚酰胺的含量,增容剂的含量变低,因此聚酰胺难以扩散到聚烯烃基质中,并且聚烯胺定位于碳纤维周围的趋势增强。因此,认为在具有较短纤维长度的碳纤维周围形成了稍微厚的且接近均匀状态的聚酰胺的覆盖层。因此,在聚烯烃与碳纤维之间的界面处的粘附性增强,容易获得机械强度、特别是耐冲击性优异的树脂成型体。
从使聚酰胺本身显示出对碳纤维的亲和力并提高树脂组合物的流动性的观点出发,优选聚酰胺含量与上述碳纤维含量成比例。
相对于100质量份的聚烯烃,增容剂的含量为1质量份至10质量份,优选为1质量份至8质量份,更优选为1质量份至5质量份。
通过将增容剂的含量调节至上述范围内,提高了聚烯烃与聚酰胺之间的亲和性,从而提高了耐冲击性。
从提高聚烯烃与聚酰胺之间的亲和性的观点出发,优选增容剂的含量与聚酰胺含量成比例(并且与碳纤维含量间接成比例)。
以下将详细描述与本发明实施方案相关的树脂组合物的各个成分。
-聚烯烃-
与本发明实施方案相关的并且用于树脂成型体的树脂组合物包含第一树脂组合物中的第一聚烯烃和第二树脂组合物中的第二聚烯烃。
第一聚烯烃和第二聚烯烃可以彼此相同或不同,但优选是相同的。此外,作为用于第一聚烯烃的聚烯烃和用于第二聚烯烃的聚烯烃,可以仅使用一种聚烯烃,也可以组合使用两种或更多种聚烯烃。
在下文中,关于针对第一聚烯烃和第二聚烯烃共有的细节,只要不需要区分第一聚烯烃和第二聚烯烃,则仅通过简单地使用术语“聚烯烃”进行说明即可。
聚烯烃是树脂组合物的基质,并且是指将要由碳纤维增强的树脂成分(也称为基质树脂)。
聚烯烃是含有来源于烯烃的重复单元的树脂,该树脂还可以含有来自烯烃以外的单体的重复单元,只要其他重复单元在全部树脂中所占比例为30质量%以下即可。
聚烯烃通过烯烃(如果需要,以及除了烯烃以外的单体)的加成聚合制备。
此外,用于制备聚烯烃的烯烃和除烯烃以外的单体各自可以仅是一种,或是两种或更多种的组合。
顺便提及,所述聚烯烃可以是均聚物或共聚物。此外,所述聚烯烃可以具有直链或支链的形式。
这种烯烃的实例包括直链或支链的脂肪族烯烃和脂环族烯烃。
脂肪族烯烃的实例包括:α-烯烃,如乙烯、丙烯、1-丁烯、1- 己烯、4-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十六碳烯和1-十八碳烯。
另一方面,脂环族烯烃的实例包括:环戊烯、环丁烯、环庚烯、降冰片烯、5-甲基-2-降冰片烯、四环十二碳烯和乙烯基环己烯。
在这些烯烃中,从成本观点出发,α-烯烃相较于其他烯烃是优选的,进一步优选乙烯和丙烯,特别优选为丙烯。
此外,可以选择公知的加成聚合性化合物作为除烯烃以外的单体。
加成聚合性化合物的实例包括:苯乙烯化合物,如苯乙烯、甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、β-甲基苯乙烯、叔丁基苯乙烯、氯苯乙烯、氯甲基苯乙烯、甲氧基苯乙烯和苯乙烯磺酸或它们的盐;(甲基)丙烯酸酯,如(甲基)丙烯酸烷基酯、(甲基)丙烯酸苄酯和(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯;卤代乙烯基化合物,如氯乙烯;乙烯基酯,如乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯;乙烯基醚,如乙烯基甲基醚;卤代亚乙烯基化合物,如偏二氯乙烯;以及N-乙烯基化合物,如N-乙烯基吡咯烷酮。
适当的聚烯烃的实例包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和乙烯- 乙酸乙烯酯共聚物树脂(EVA)。适当的是,聚烯烃为选自由聚丙烯 (PP)、聚乙烯(PE)和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂(EVA)所构成的组中的至少一种。
在上述烯烃聚合物中,仅含有来源于烯烃的重复单元的树脂相较于其他烯烃聚合物而言是优选的,而在成本方面,特别优选聚丙烯。
对于聚烯烃的分子量没有特别的限制,可以根据所使用的树脂的种类、成型条件、所得树脂成型体的用途等来确定。例如,聚烯烃的重均分子量(Mw)优选在10,000至300,000范围内,更优选在10,000 至200,000范围内。
此外,与分子量的情况相同,对于聚烯烃的玻璃化转变温度(Tg) 或熔融温度(Tm)没有特别的限制,可以根据所使用的树脂的种类、成型条件、所得树脂成型体的用途等来确定。例如,聚烯烃的熔融温度(Tm)优选在100℃至300℃的范围内,更优选在150℃至250℃的范围内,进一步优选在150℃至200℃的范围内,最优选在160℃至190℃的范围内。
顺便提及,聚烯烃的重均分子量(Mw)和熔融温度(Tm)是通过以下方法测定的值。
具体而言,通过使用凝胶渗透色谱法(GPC),在以下条件下测定聚烯烃的重均分子量(Mw)。采用高温GPC系统 HLC-8321GPC/HT作为GPC装置,采用邻二氯苯作为洗脱剂。在高温(140℃至150℃的温度范围内)下,将聚烯烃立即在邻二氯苯中熔融并过滤,将得到的滤液作为测定样品。关于测量条件,样品浓度为0.5%,流速为0.6ml/分钟,注射的样品体积为10μl,并用RI检测器进行测量。此外,使用TOSOH CORPORATION制造的10个聚苯乙烯标准样品TSK标准A-500、F-1、F-10、F-80、F-380、A-2500、 F-4、F-40、F-128和F-700制备校准曲线。
另一方面,聚烯烃的熔融温度(Tm)是根据JIS K 7121-1987 的"塑料转变温度测量法"中熔融温度确定方法中所描述的"熔融峰温度",由差示扫描量热法(DSC)获得的DSC曲线而确定得到的。
-碳纤维-
与本发明实施方案相关的树脂组合物包含第一树脂组合物中的平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维。
所述碳纤维的平均纤维长度优选为0.1mm至0.8mm,更优选为 0.2mm至0.8mm。
稍后将描述测量碳纤维的纤维长度的方法。
作为制备第一树脂组合物时使用的碳纤维,适当的是平均纤维长度为例如0.1mm至5.0mm的碳纤维。例如,可以使用平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维,或者可以使用平均纤维长度为1mm 至5mm的碳纤维。即使当碳纤维的平均纤维长度为1mm至5mm时,只要在熔融捏合工序中将平均纤维长度调整到0.1mm至1mm的范围内,则可使用该碳纤维。
当第一树脂组合物中碳纤维的平均纤维长度在上述范围内时,抑制了树脂组合物在熔融时的流动性降低。此外,也抑制了所得树脂成型体的弯曲弹性模量的降低。
作为碳纤维,可使用公知的碳纤维,并且可以使用任何PAN类碳纤维和沥青类碳纤维。
碳纤维可以是经过公知的表面处理的碳纤维。
碳纤维表面处理的实例包括氧化处理和上胶处理。
作为碳纤维,可以使用市售产品。
市售的PAN类碳纤维产品的实例包括由Toray Industries,Inc. 制造的
Figure BDA0001470540170000201
由Toho Tenax制造的Tenax、和由Mitsubishi Chemical Corporation制造的
Figure BDA0001470540170000202
此外,市售的PAN类碳纤维产品包括来自Hexcel Corporation的产品、CytecIndustries,Inc.的产品、 DowAksa的产品、Formosa Plastics Corporation的产品、SGL的产品等。
市售的沥青类碳纤维产品的实例包括由Mitsubishi Chemical Corporation制造的
Figure BDA0001470540170000203
由Nippon Graphite Fiber Co.制造的 GRANOC、以及由KUREHACORPORATION制造的KURECA。此外,市售的沥青类碳纤维产品包括Osaka Gas ChemicalsCo.,Ltd.的产品、 Cytec Industries,Inc.的产品等。
顺便提及,可以仅使用一种碳纤维,也可以组合使用两种以上的不同种类的碳纤维。
对碳纤维的纤维直径等没有特别的限制,纤维直径可以根据所得树脂成型体的用途来选择。碳纤维的平均纤维直径可以为例如 5.0μm至10.0μm(优选6.0μm至8.0μm)。
在此,碳纤维的平均纤维直径如下确定。在设置为放大1,000倍的SEM(扫描型电子显微镜)下观察与各个碳纤维的长度方向正交的截面,并测定各个碳纤维的直径。该测量是在100根碳纤维上进行的,计算测量值的平均值并将其定义为碳纤维的平均直径。
-有机纤维-
与本发明实施方案相关的树脂组合物包含在第二树脂组合物中的平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维。有机纤维的平均纤维长度优选为2mm至18mm,更优选为6mm至15mm。
对于第二树脂组合物中包含的有机纤维没有特别的限制,只要其平均纤维长度在1mm至20mm的范围内即可。为了改善所得树脂成型体的耐冲击性,适当的是使用由粗纱法生产的并且由聚合状态下的许多纤维构成的有机纤维。
对于有机纤维没有特别的限制,但是从将其并入第二树脂组合物和树脂成型体的观点出发,适当的是,当加热制造第二树脂组合物和树脂成型体时,有机纤维具有耐熔融性。在这方面,适当的是,有机纤维的熔点、软化点或热分解温度高于聚烯烃的熔点。例如,适当的是,有机纤维的熔点、软化点和热分解温度比聚烯烃的熔点高至少 5℃。对于有机纤维的此温度没有特别的上限,但其上限可以是例如 200℃以下。
另外,如下所述测定有机纤维的熔点、软化点或热分解温度。
有机纤维的熔点可以通过与对聚烯烃进行熔点测定所用的相同的方法来确定。具体而言,有机纤维的熔点根据JIS K 7121-1987的" 塑料转变温度测量法"中熔融温度确定方法中所描述的"熔融峰温度 ",由差示扫描量热法(DSC)获得的DSC曲线而确定得到的。
有机纤维的软化点根据JIS K 7206-2016“塑料-热塑性塑料的维卡软化温度(VST)确定方法”确定。
有机纤维的热分解温度是根据JIS K 7121-1987“塑料的热重量测定方法”的热重量测量(TG)获得的TG曲线,测量样品重量开始减少时的温度来确定的。
有机纤维的实例包括由称为“工程塑料”的树脂形成的纤维。
更具体而言,有机纤维的实例包括超高分子量聚乙烯纤维;聚碳酸酯纤维、聚芳香酯纤维、聚甲醛纤维;聚酯纤维,如聚对苯二甲酸丁二醇酯纤维、聚萘二甲酸丁二醇酯纤维和液晶芳香族聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维;聚吲哚纤维,如聚对苯并苯并异恶唑(PBO)纤维和聚对亚苯基苯并双噻唑纤维;聚苯硫醚纤维;改性聚苯醚纤维;聚酰胺纤维,如尼龙纤维;以及芳族聚酰胺纤维,如聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。另外,除了上述有机纤维之外,还可以列举维尼纶纤维和纤维素纤维等有机纤维。
这些有机纤维可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。
在这些有机纤维中,选自由芳族聚酰胺纤维、维尼纶纤维和纤维素纤维构成的组中的至少一种有机纤维的适合的,选自芳族聚酰胺纤维或维尼纶纤维中的至少一种是优选的,更优选的是芳族聚酰胺纤维。
芳族聚酰胺也被称为全芳香族聚酰胺,是指由分子骨架中含有芳香环的结构单元构成的纤维聚酰胺。芳族聚酰胺纤维通常通过二胺和二羧酸的共聚合而合成得到的芳香族聚酰胺作为原料从而获得。
作为芳族聚酰胺纤维,使用公知的芳族聚酰胺纤维,更具体地,可以使用对位芳族聚酰胺纤维(例如聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)和间位芳族聚酰胺纤维(例如聚间苯二甲酰间苯二胺纤维)。
芳族聚酰胺纤维可以是经过公知表面处理的那些纤维。用于芳族聚酰胺纤维的表面处理的实例包括氧化处理和上胶处理。
对芳族聚酰胺纤维的纤维直径没有特别的限制,纤维直径可以根据所得树脂成型体的用途来选择。芳族聚酰胺纤维的平均纤维直径可以为例如5.0μm至100μm(优选10μm至20μm)。
如下所述确定芳族聚酰胺纤维的平均纤维直径。在放大倍数设定为1,000倍的SEM(扫描电子显微镜)下观察与各个芳族聚酰胺纤维的长度方向正交的截面,测定各个芳族聚酰胺纤维的直径。该测量是在100根芳族聚酰胺纤维上进行的,计算测量值的平均值并将其定义为芳族聚酰胺纤维的平均直径。
维尼纶纤维是(例如)以聚乙烯醇为原料而得到的纤维。
作为维尼纶纤维,可使用公知的维尼纶纤维。维尼纶纤维可以是经过表面处理的维尼纶纤维。
作为纤维素纤维,可使用公知的纤维素纤维,其实例包括使用天然纤维素纤维(如棉花或黄麻)作为原料获得的纤维。
对于维尼纶纤维和纤维素纤维的纤维直径没有特别的限制,可以根据(例如)所得到的树脂成型体的用途进行选择。
现在对树脂组合物中所包含的碳纤维和有机纤维的纤维长度、以及后面将描述的树脂成型体中所包含的碳纤维和有机纤维的纤维长度的测定方法进行说明。
首先,将测量对象,即树脂组合物或树脂成型体放入铝坩埚中,并通过马弗炉在500℃下烧制2小时。烧制后,收集残留在坩埚中的碳纤维,分散在0.1%表面活性剂的水溶液中。使用数字显微镜 (VHX-100,由KEYENCE CORPORATION制造)以10倍的放大倍率拍摄碳纤维的照片。使用图像分析软件(WINROOF2015,MITANI CORPORATION制造)测量碳纤维的纤维长度。这种纤维长度测量是在200根碳纤维上进行的,将如此测得的纤维长度的平均值定义为碳纤维的平均纤维长度。顺便提及,碳纤维的纤维长度是数均纤维长度。
顺便提及,存在这样的情况,即,根据作为测量对象的树脂组合物或树脂成型体中所包含的有机纤维,当测量对象在500℃下烧制 2小时时,会发生有机纤维的熔融或消失,从而难以测量平均纤维长度。在这种情况下,可以如下所述测量有机纤维的平均纤维长度。
将树脂组合物或树脂成型体溶解在有机极性溶剂(如N-甲基-2- 吡咯烷酮)中,并加热回流72小时,由此作为树脂组合物或树脂成型体中的树脂成分的聚酰胺至少成为溶解或溶胀状态。从包含有机纤维的残留物中去除有机纤维,根据上述测量方法测量有机纤维长度。
-聚酰胺-
聚酰胺是具有酰胺键的树脂。聚酰胺包括在其主链中具有酰胺键的树脂、和在其主链中具有酰亚胺键以及酰胺键的树脂。
下面详细说明这种聚酰胺。
聚酰胺优选是与聚烯烃相容性低的树脂,更具体地说,是与聚烯烃的溶解度参数(SP值)不同的树脂。
在此,从这些聚合物间的相容性和两者之间的排斥力的观点出发,聚烯烃与聚酰胺之间的SP值之差优选为至少3,更优选为3至 6。
这里提到的SP值是由费多尔(Fedors)方法估计的值。更具体地,溶解度参数(SP值)符合例如Polymer.Eng.Sci.,14卷,147页(1974) 中的描述,并且通过以下表达式来确定。
表达式:SP值=√(Ev/v)=√(ΣΔei/ΣΔvi)
(在该表达式中,Ev是蒸发能(cal/mol),v是摩尔体积 (cm3/mol),Δei是各个原子或原子团的蒸发能,Δvi是各个原子或原子团的摩尔体积)。
顺便提及,采用(cal/cm3)1/2作为溶解度参数(SP值)的单位,但是根据惯例,省略了其单位,并且以无量纲形式表示。
此外,聚酰胺在其分子中具有酰胺键。
由于在聚酰胺中存在酰胺键,因此聚酰胺和在碳纤维表面上存在的极性基团之间产生亲和力。
作为聚酰胺的具体种类之一,主链中含有酰胺键的热塑性树脂的实例包括聚酰胺(PA)、聚酰胺酰亚胺(PAI)和聚氨基酸。
对于聚酰胺没有特别的限制,但从进一步提高耐冲击性和对碳纤维的优异粘附性的观点出发,优选聚酰胺(PA)。
聚酰胺的实例包括通过二羧酸和二胺的共缩聚产生的聚酰胺和通过内酰胺的缩合产生的聚酰胺。更具体而言,聚酰胺(例如)是具有通过二羧酸和二胺的缩聚形成的结构单元或通过内酰胺的开环形成的结构单元中的至少一种结构单元的聚酰胺。
当使用除芳族聚酰胺结构单元外具有含芳香的环结构单元和不含芳香环的结构单元的聚酰胺作为聚酰胺时,对于碳纤维和聚烯烃都具有良好的亲和性。现在,与仅具有不含芳香环的结构单元的聚酰胺相比,仅具有含芳香环的结构单元的聚酰胺趋向于对碳纤维具有高亲和性并且对于聚烯烃具有低亲和性。与仅具有含芳香的环结构单元的聚酰胺相比,仅具有不含芳香环的结构单元的聚酰胺趋向于对碳纤维具有低亲和性并且对聚烯烃具有高亲和性。因此,利用同时具有这两种结构单元的聚酰胺可以确保对于碳纤维和聚烯烃这两者的良好亲和性,并且由这种聚酰胺形成的覆盖层可进一步提高碳纤维与聚烯烃之间的界面处的粘附性。因此容易获得机械强度、特别是耐冲击性优异的树脂成型体。
此外,利用具有含芳香环的结构单元和不含芳香环的结构单元的聚酰胺不仅可以降低熔体粘度,还可以提高成型性(例如注塑成型性)。因此,容易得到具有高外观质量的树脂成型体。
另一方面,利用仅具有芳族聚酰胺结构单元的聚酰胺会导致聚烯烃在高温下发生热降解,从而使聚酰胺融合。此外,在使聚烯烃热降解的温度下无法发生令人满意的聚酰胺的融合,导致成型性(例如注塑成型性)降低,所制得的树脂成型体的外观质量以及机械性能降低。
顺便提及,本文所用的术语芳香环旨在包括五元或更多元单环芳香环(例如环戊二烯、苯)、以及通过将两个或更多个五元或更多元单环芳香环融合在一起形成的稠环(例如萘)。芳香环也包括杂环 (例如吡啶)。
此外,芳族聚酰胺结构单元是指通过含芳香环的二羧酸和含芳香环的二胺之间的缩聚反应形成的结构单元。
除芳族聚酰胺结构单元外的含芳香环的结构单元包括(例如) 以下结构单元(1)和(2)中的至少一者。结构单元(1): -(-NH-Ar1-NH-CO-R1-CO-)-(其中Ar1表示含有芳香环的二价有机基团,R1表示不含芳香环的二价有机基团)。结构单元(2): -(-NH-R2-NH-CO-Ar2-CO-)-(其中Ar2表示含有芳香环的二价有机基团,R2表示不含芳香环的二价有机基团)。
另一方面,不含芳香环的结构单元包括(例如)以下结构单元 (3)和(4)中的至少一者。结构单元(3):-(-NH-R31-NH-CO-R32-CO-)- (其中R31表示不含芳香环的二价有机基团,R32表示不含芳香环的二价有机基团)。结构单元(4):-(-NH-R4-CO-)-(其中R4表示不含芳香环的二价有机基团)。
顺便提及,由结构式(1)至(3)中的各符号表示的二价有机基团是衍生自存在于二羧酸、二胺或内酰胺中的二价有机基团的有机基团。更具体而言,包含芳香环、并且由(例如)结构单元(1)中的Ar1表示的二价有机基团是指通过从二胺中除去两个氨基而形成的残基;并且不含芳香族基团且由(例如)结构单元(1)中的R1表示的二价有机基团是指通过从二羧酸中除去两个羧基而形成的残基。此外,不含环芳香并且(例如)由结构单元(4)中的R4表示的二价有机基团是指在内酰胺开环时夹在NH和CO基团之间的有机基团。
聚酰胺可以包括共聚合聚酰胺。或者,聚酰胺可以是混合聚酰胺、或者共聚合聚酰胺与混合聚酰胺的组合。其中,从提高机械强度、特别是耐冲击性的角度来看,混合聚酰胺是优选的。
共聚合聚酰胺是通过使(例如)具有除芳族聚酰胺结构单元外的含芳香环的结构单元的聚酰胺与具有不含芳香环的结构单元的聚酰胺进行共聚从而获得的共聚合聚酰胺。
混合聚酰胺(例如)是包含含芳香环的聚酰胺和不含芳香环的聚酰胺的混合聚酰胺。
在共聚合聚酰胺中,芳香族聚酰胺与脂肪族聚酰胺的适当的质量比(芳香族聚酰胺/脂肪族聚酰胺)为20/80至99/1(优选为50/50 至96/4),以进一步改善机械强度,特别是耐冲击性。
同样在混合聚酰胺中,芳香族聚酰胺与脂肪族聚酰胺的适当的质量比(芳香族聚酰胺/脂肪族聚酰胺)为20/80至99/1(优选为50/50 至96/4),以进一步改善机械强度,特别是耐冲击性。
在芳香族聚酰胺中,含芳香环的结构单元在所有结构单元中的适当比例为80质量%以上(优选为90质量%以上,更优选为100质量%)。
另一方面,在脂肪族聚酰胺中,不含芳香环的结构单元在所有结构单元中的合适比例为80质量%以上(优选为90质量%以上,更优选为100质量%)。
芳香族聚酰胺的实例包括含芳香环的二羧酸和不含芳香环的二胺的缩聚物、以及不含芳香环的二羧酸和含芳香环的二胺的缩聚物。
脂肪族聚酰胺的实例包括不含芳香环的二羧酸和不含芳香环二胺的缩聚物、以及不含芳香环的内酰胺的开环缩聚物。
含芳香环的二羧酸的实例包括苯二甲酸(例如对苯二甲酸和间苯二甲酸)和联苯二羧酸。
不含芳香环的二羧酸的实例包括草酸、己二酸、辛二酸、癸二酸、1,4-环己烷二羧酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、庚二酸和壬二酸。
含芳香环的二胺的实例包括对苯二胺、间苯二胺、间苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷和二氨基二苯醚。
不含芳香环的二胺的实例包括乙二胺、五亚甲基二胺、六亚甲基二胺、壬二胺、十亚甲基二胺和1,4-环己烷二胺。
不含芳香环的内酰胺的实例包括ε-己内酰胺、十一烷基内酰胺和月桂基内酰胺。
顺便提及,作为各种二羧酸、各种二胺或内酰胺,可以使用其中的一种,也可以组合使用两种以上。
芳香族聚酰胺的实例包括MXD6(己二酸和间苯二甲胺的缩聚物)、尼龙6T(对苯二甲酸和六亚甲基二胺的缩聚物)和尼龙9T(对苯二甲酸和壬二胺的缩聚物)。
市售的芳香族聚酰胺产品的实例包括由Mitsubishi Gas Chemical Industry,Inc.生产的MXD6;由KURARAY CO.,LTD.生产的
Figure BDA0001470540170000273
PA6T;由KURARAY CO.,LTD.生产的
Figure BDA0001470540170000274
PA9T;以及由TOYOBO CO.,LTD.生产的TY-502NZ:PA6T。
脂肪族聚酰胺的实例包括尼龙6(ε-己内酰胺的开环缩聚物)、尼龙11(十一内酰胺的开环缩聚物)、尼龙12(月桂基内酰胺的开环缩聚物)、尼龙66(己二酸和六亚甲基二胺的缩聚物)、尼龙610 (癸二酸和六亚甲基二胺的缩聚物)、以及尼龙612(己内酰胺缩聚物(碳数:6)和月桂基内酰胺(碳数:12)。
市售脂肪族聚酰胺产品的实例包括由Du Pont生产的
Figure BDA0001470540170000271
7331J(PA6)和由DuPont生产的
Figure BDA0001470540170000272
101L(PA66)。
从进一步提高机械强度、特别是弯曲弹性模量的观点出发,聚酰胺(共聚合聚酰胺或混合聚酰胺)中芳香环的比例优选为1质量%至55质量%,更优选为5质量%至50质量%,进一步优选为10质量%至40质量%。
顺便提及,将混合聚酰胺中的芳香环的比例作为全部的芳香族聚酰胺和脂肪族聚酰胺的芳香环的比例。
本文使用的术语“聚酰胺中的芳香环的比例”是指通过将单环芳香环融合在一起而产生的全部的单环芳香环和稠合环的比例。在计算聚酰胺中芳香环的比例时,排除了连接在单环芳香环和稠环(其通过将单环芳香环融合在一起而形成)上的取代基。
换言之,通过如下方式确定聚酰胺中芳香环的比例:计算二羧酸和二胺的缩聚产生的结构单元的分子量、或由内酰胺的开环产生的结构单元的分子量,并计算在该结构单元中存在的芳香环(在具有取代基的情况下,为除去取代基之后的芳香环)的分子量在含有芳香环的结构单元的分子量中所占比例(质量%)。
然后,代表性的聚酰胺中的芳香环的比例如下。无芳香环的尼龙6和尼龙66中芳香环的比例均为0质量%。另一方面,在具有芳香环的MXD6的情况下,芳香环的比例为30.9质量%,因为其在各结构单元中具有芳香环-C6H4-(分子量:76.10)。同样,在尼龙9T 的情况下,芳香环的比例为26.4质量%。
·尼龙6:具有式[-NH-(CH2)5-CO-]的结构单元,结构单元的分子量=113.16,芳香环比例=0质量%;·尼龙66:具有式 [-NH-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-]的结构单元,结构单元的分子量= 226.32,芳香环比例=0质量%;·MXD6:具有式 [-NH-CH2-C6H4-CH2-NH-CO-(CH2)4-CO-]的结构单元,结构单元的分子量=246.34,芳香环比例=30.9质量%;·尼龙9T:具有式 [-NH-(CH2)9-NH-CO-C6H4-CO-]的结构单元,结构单元的分子量= 288.43,芳香环比例=26.4质量%。
如下所述测定共聚合聚酰胺和混合聚酰胺中芳香环的比例。
-情况1:尼龙6和MXD6的共聚合聚酰胺或混合聚酰胺(尼龙 6/MXD6的质量比=50/50)-
芳香环的比例=(尼龙6的比例×尼龙6中芳香环的比例)+ (MXD6的比例×MXD6中芳香环的比例)=(0.5×0)+(0.5×30.9) =15.5(质量%)。
-情况2:尼龙66、MXD6和尼龙9T(尼龙66/MXD6/尼龙9T 的质量比=50/25/25)的共聚合聚酰胺或混合聚酰胺-
芳香环的比例=(尼龙66的比例×尼龙66中芳香环的比例)+ (MXD6的比例×MXD6中芳香环的比例)+(尼龙9T的比例×尼龙 9T中芳香环的比例)=(0.5×0)+(0.25×30.9)+(0.25×26.4)=14.35 (质量%)。
下面对聚酰胺的物理性质进行阐述。
对于聚酰胺的分子量没有特别的限制,只要其使得聚酰胺的热熔融比树脂组合物中共同存在的聚烯烃的热熔融更容易即可。例如,适当的是,聚酰胺的重均分子量为10,000至300,000,优选为10,000 至100,000。
此外,与分子量的情况一样,对于聚酰胺的玻璃化转变温度或熔融温度(熔点)没有特别的限制,只要其使得聚酰胺的热熔融比树脂组合物中共同存在的聚烯烃的热熔融更容易即可。例如,适当的是,各聚酰胺的熔融温度(Tm)在100℃至400℃范围内,优选在150℃至350℃的范围内。
顺便提及,通过与前述对聚烯烃进行熔融温度测量中采用的相同的方法来确定聚酰胺的熔融温度(Tm)。更具体而言,聚酰胺的熔融温度(Tm)是根据JIS K 7121-1987的"塑料转变温度测量法"中熔融温度确定方法中所描述的"熔融峰温度",由差示扫描量热法(DSC)获得的DSC曲线而确定得到的。
-羧酸酐改性聚烯烃增容剂-
增容剂是提高聚烯烃与聚酰胺之间的亲和力的树脂。
增容剂可以根据一起使用的聚烯烃来选择。
作为增容剂,适当的是使用羧酸酐改性聚烯烃,其具有与一起使用的聚烯烃相同的结构,并且在其分子的一部分中含有对聚酰胺具有亲和性的部分。
羧酸酐改性聚烯烃是一种引入了含有羧酸酐残基的部分的改性聚烯烃。
例如,当聚烯烃为聚丙烯(PP)时,改性聚烯烃优选为改性聚丙烯(PP),而当聚烯烃为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂(EVA)时,改性聚烯烃优选为改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂(EVA)。
从进一步提高聚烯烃与聚酰胺之间的亲和力的观点出发,此外从成型过程中温度的上限的观点出发,作为含有羧酸酐残基并被引入聚烯烃的改性部分,马来酸酐残基是特别适合的。
作为改性聚烯烃的制造方法,有(例如)如下方法:使具有改性部分的前述化合物与聚烯烃反应从而直接形成化学键的方法;以及通过使用具有改性部分的前述化合物而形成接枝链,然后使接枝链与聚烯烃结合的方法。
含有改性部分的前述化合物的实例包括马来酸酐和柠檬酸酐,以及这些酸酐的衍生物。
在上述增容剂中,通过使作为不饱和羧酸的马来酸酐与聚烯烃反应而产生的马来酸酐改性聚烯烃相较于其他而言是优选的。
改性聚烯烃的实例包括马来酸酐改性聚丙烯,马来酸酐改性聚乙烯,马来酸酐改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂(EVA),以及酸改性聚烯烃,如上述那些的加成产物或共聚物。当聚烯烃是聚丙烯时,马来酸酐改性聚丙烯是特别优选的。
对于改性聚烯烃,可以使用市售产品。
市售的改性聚丙烯的实例包括由Sanyo Chemical Industries,Ltd. 制造的
Figure BDA0001470540170000301
系列(例如100TS、110TS、1001、1010)。
市售的改性聚乙烯的实例包括由Sanyo Chemical Industries,Ltd. 制造的
Figure BDA0001470540170000302
系列(例如2000)和由Mitsubishi Chemical Corporation 制造的
Figure BDA0001470540170000303
系列。
市售的改性乙烯-乙酸乙酯共聚物树脂(EVA)的实例包括由Mitsubishi ChemicalCorporation制造的
Figure BDA0001470540170000304
系列。
顺便提及,对于增容剂的分子量没有特别的限制,但是从可熔融制造的观点出发,优选为5,000至100,000,更优选为5,000至80,000 的范围。
-其他成分-
与本发明实施方案相关的树脂组合物可进一步包含上述成分之外的其他成分。
其他成分的实例包括已知的添加剂,如阻燃剂、阻燃助剂、加热时抑制滴落的试剂(防滴剂)、增塑剂、抗氧化剂、脱模剂、耐光剂、耐候剂、着色剂、颜料、改性剂、抗静电剂、水解抑制剂、填料和除碳纤维以外的增强剂(例如滑石、粘土、云母、玻璃片、磨碎的玻璃、玻璃珠、结晶二氧化硅、氧化铝、氮化硅、氮化铝、氮化硼等)。
除碳纤维之外,还可以加入其他纤维增强材料。
对于其他纤维增强材料没有特别的限制,只要是纤维形式的即可。纤维增强材料的实例包括连续或不连续的增强纤维,如玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、碳化钨纤维和有机纤维(例如芳香族聚酰胺、维尼纶、尼龙和纤维素纤维)。另外,当考虑纤维增强填料剂时,可以仅添加一种,也可以组合添加两种以上。
对于纤维增强材料的尺寸没有特别的限制。适当的是,纤维增强材料的(例如)数均纤维长度在20μm至40mm的范围内,优选在 30μm至30mm的范围内。此外,适当的是,纤维增强材料的数均纤维直径在1μm至30μm的范围内,优选在1μm至20μm的范围内。顺便提及,在与热塑性树脂等进行熔融捏合之前,原料状态的增强材料满足其数均纤维长度及其数均纤维直径分别在上述规定的各范围内的要求即可,并且优选的是,即使在进行熔融捏合之后,增强材料仍满足这样的要求。
相对于100质量份的聚烯烃,上述其他成分的添加量为0质量份至10质量份,优选为0质量份至5质量份是适当的。此处的表述“0质量份”是指不加入其他成分的状态。
<树脂成型体>
与本发明实施方案相关的树脂成型体包含聚烯烃、聚酰胺、碳纤维和增容剂。换言之,与本发明实施方案相关的树脂成型体的构成成分和与本发明实施方案相关的树脂组合物的构成成分相同。
更具体而言,相对于100质量份的聚烯烃,本发明的树脂成型体包含1质量份至50质量份的聚酰胺、1质量份至50质量份平均纤维长度为0.2mm至1mm的碳纤维、作为增容剂的1质量份至10质量份的羧酸酐改性聚烯烃,其中所述碳纤维包括在全部碳纤维中所占数量百分比为1%至20%的平均纤维长度在1mm至20mm范围内的碳纤维。
换言之,树脂成型体含有聚烯烃,并且相对于每100质量份的聚烯烃,进一步包含1质量份至50质量份的聚酰胺、1质量份至50 质量份的碳纤维、和1质量份至10质量份的增容剂。
碳纤维的平均纤维长度在0.2mm至1mm范围内,并且相对于全部碳纤维,纤维长度在1mm至20mm范围内的碳纤维的数量百分比为1%至20%。
此外,从提高耐冲击性的观点出发,纤维长度为1mm到20mm 的碳纤维在全部碳纤维中所占的数量百分比优选为5%至20%。
顺带提及,适当的是与本发明实施方案相关的树脂成型体是非交联树脂成形体。
与本发明实施方案相关的树脂成型体可以是通过制备与本发明实施方案相关的树脂组合物,然后将该树脂组合物成型获得的。在通过对与本发明实施方案相关的树脂组合物进行成型从而制造与本发明实施方案相关的树脂成型体时,包含在树脂成型体中的碳纤维处于第一碳纤维和第二碳纤维的混合状态。
在此,碳纤维含量代表树脂成型体中所包含的碳纤维的总量,并且碳纤维的平均纤维长度代表包含在树脂成型体中的全部碳纤维的平均纤维长度。此外,纤维长度在1mm至20mm范围内的碳纤维的数量比例表示为在树脂成型体中所包含的全部碳纤维中所占的数量百分比。
上面已经描述了包含在成型体中的纤维的平均长度的测定方法。此外,根据已经描述的方法进行图像分析,并在所有进行了平均纤维长度测量的碳纤维中检查纤维长度在1mm至20mm范围内的碳纤维的数量,从而确定纤维长度在1mm至20mm范围内的碳纤维的数量比例。
可用于形成与本发明实施方案相关的树脂成型体的方法的实例包括注射成型、挤出成型、吹塑成型、热压成型、压延成型、涂布成型、浇铸成型、浸渍成型、真空成型和传递成型。
从实现高自由度的成形的观点出发,与本发明实施方案相关的树脂成型体的成型方法优选为注射成型。
注射成型中的料筒温度(例如)为180℃至300℃,优选为200℃至280℃。注射成型中的模具温度(例如)为30℃至100℃,优选为 30℃至60℃。
可以使用市售的机器进行注射成型,例如由NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO.,LTD.制造的NEX150、由NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO.,LTD.制造的NEX300或由SumitomoHeavy Industries,Ltd.制造的SE50D。
与本发明实施方案相关的树脂成型体适用于电子电气设备、商用机器、家用电器、汽车内饰材料、容器等。更具体而言,其可用于电子电器仪表和家用电器机柜、电子电气设备和家用电器的各种部件、汽车内饰部件、CD-ROM、DVD等的存放箱、餐具、饮料瓶、食品托盘、包装材料、薄膜、防水油布等。
与本发明实施方案相关的树脂成型体尤其是具有优异的机械强度、特别是弯曲弹性模量的树脂成型体,因为碳纤维被用作增强纤维,因此适合用作金属部件的替代品。
[实施例]
现在将通过参考以下实施例对本发明进行更加详细的描述,但是这些实施例不应被解释为以任何方式限制本发明。
<实施例1至13以及比较例1至11>
(树脂组合物的制备)
利用双螺杆捏合机(TEM58SS,由TOSHIBA MACHINE CO.,LTD.制造), 在下述捏合条件和表1所示的熔融捏合温度(料筒温度)下,通过捏合如表1 所示的一组成分,从而制备作为第一树脂组合物的各粒料A-1至A-8,其中所 述双螺杆捏合机的螺杆结构中引入了压缩比为1.8的低剪切螺杆和单销式混 合段(one pin-type mixing section)。
顺便提及,用于制备粒料A-1至A-8的碳纤维如下所示。
(Toray Industries,Inc.生产的
Figure BDA0001470540170000331
经过表面处理的短碳纤维,平均纤维长度:20mm,平均纤维直径:7μm)
通过使用PLASTRON PP-AF-30-T3(L6)(由Daicel Polymer, Ltd.生产)制备含有较长长度的芳族聚酰胺纤维的粒料B-1,其为第二树脂组合物。
通过使用Centerfill Vinylon 30(由Chuo Kaseihin Co.,Inc.生产) 制备含有较长长度的维尼纶纤维的粒料B-2,其为第二树脂组合物。
通过在上述捏合条件下处理粒料B-1以缩短芳族聚酰胺纤维的纤维长度,从而制备粒料B-3。
此外,通过混合70份的PP(聚丙烯)粒料和30份的纤维长度为50mm的芳族聚酰胺短纤维,从而制备树脂组合物B-4。同样地,通过混合55份的PP粒料、20份的PA6粒料、5份的MA-PP粒料和 20份的11mm长度的CF纤维,从而制备树脂组合物B-4。
通过使用PLASTRON PP-AF-30-T3(L20)(由Daicel Polymer, Ltd.生产)制备含有20mm长度的芳族聚酰胺纤维的粒料B-5,其为第二树脂组合物。
此外,按照上文中所描述的方法测量各粒料A-1至A-9的碳纤维的平均纤维长度,并测量各粒料B-1至B-5的有机纤维的平均纤维长度。测量结果如表1所示。
Figure BDA0001470540170000351
(注射成型)
将各粒料A-1至A-9和各粒料B-1至B-5按表2或表3所示的配方混合 在一起,并通过使用注射成型机(NEX150,由NISSEI PLASTIC INDUSTRIAL CO., LTD.制造)在如表2或表3所示的料筒温度和模具温度50℃、背压10MPa下 成型为ISO多功能哑铃状试样(符合ISO527拉伸试验和ISO 178弯曲试验) (试样厚4mm、宽10mm)和D2试样(长60mm、宽60mm、厚2mm)。
<评价>
通过使用这样形成的两种试样,进行以下评价。获得的评价结果如表2和表3所示。
(碳纤维和有机纤维的分析)
根据已经描述的方法分别测定了碳纤维的平均纤维长度、有机纤维的平均纤维长度、以及纤维长度为1mm至20mm的纤维在全部的碳纤维和有机纤维中的数量百分比(以下表示为“长度为至少1mm 的纤维的百分比”)。
(形成树脂成型体时的成型性)
每个树脂组合物的成型性评价如下。
由制备成具有根据表2或表3的成分含量的各组合物形成树脂粒料之后,通过注射成型机将符合JIS K7139的4mm厚的多功能试样A1成型为哑铃状样品。
-评价标准-
A:在成型表面的所有区域中都没有观察到包括凹凸不平、缺陷部分等的成型体缺陷,即成型表面是均匀的。
B:在成型表面的小于20%的区域内形成包括凹凸不平、缺陷部分等的成型缺陷。
C:在成型表面的大于或等于20%的区域内形成包括凹凸不平、缺陷部分等的成型缺陷。
(弯曲弹性模量)
通过使用符合ISO 178的方法和通用测试装置(由SHIMADZU CORPORATION制造的Autograph AG-Xplus),对上述各种ISO多用途哑铃状试样进行弯曲弹性模量测量。
(耐冲击性)
对上述各ISO多功能哑铃状试样进行切口(板厚4mm),根据 ISO 179中规定的方法并使用冲击试验仪(DG-5,由Toyo Seiki Seisaku-Sho,Ltd.制造)测量其却贝冲击强度(kJ/m2)。测量值越大,抗冲击强度越高。
(是否存在覆盖层)
根据上文中已经描述的方法,检查前述各D2试样中是否存在聚酰胺的覆盖层。
Figure BDA0001470540170000381
Figure BDA0001470540170000391
Figure BDA0001470540170000401
Figure BDA0001470540170000411
说明栏中的术语“含量(每100份PO)”是指相对于100质量份的聚烯烃,以质量份表示的含量。
表1至表3中各种成分的详细情况如下。
-聚烯烃-
PP:聚丙烯(
Figure BDA0001470540170000421
PPMA3,由Janpan Polypropylene Corporation生产)
PE:聚乙烯(
Figure BDA0001470540170000422
20100J,由Prime Polymer Co.,Ltd.生产)
EVA:乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂(41XEV250,由DU PONT-MITSUI POLYCHEMICALSCO.,LTD.生产)
-聚酰胺:脂肪族PA(脂肪族聚酰胺)-
PA6:(Nylon 6
Figure BDA0001470540170000423
7331J,由Du Pont生产,熔点:225℃)
PA66:(Nylon 66 101L,由Du Pont生产,熔点:260℃)
-聚酰胺:芳香族PA(芳香族聚酰胺)-
MXD6:(MXD6,由MITSUBISHI GAS CHEMICAL COMPANY, INC.生产,熔点:237℃)
-增容剂-
MA-PP:马来酸酐改性聚丙烯(
Figure BDA0001470540170000424
110TS,由Sanyo Chemical Industries,Ltd.生产)
MA-PE:马来酸酐改性聚乙烯(
Figure BDA0001470540170000425
M142,由Mitsubishi ChemicalCorporation生产)
MA-EVA:马来酸酐改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂(
Figure BDA0001470540170000426
A543,由Mitsubishi Chemical Corporation生产)
从上述数据可以看出,对实施例的抗冲击强度的评价结果比在比较例中得到的结果更好。
此外,通过按照上文中已经描述的方法分析实施例中制造的各成型品,已经确定在覆盖层和聚烯烃之间存在由所用的增容剂构成的中间层(马来酸酐改性聚丙烯、马来酸酐改性聚乙烯或马来酸酐改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂(EVA)的层)(或者等同地,在覆盖层的表面上形成增容剂层)。

Claims (23)

1.一种树脂成型体用树脂组合物,包括:
第一树脂组合物,其含有第一聚烯烃、聚酰胺、平均纤维长度为0.1mm至1mm的碳纤维、以及作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃;以及
第二树脂组合物,其含有第二聚烯烃和平均纤维长度为1mm至20mm的有机纤维,
其中以所述第一聚烯烃和所述第二聚烯烃的总含量为100质量份,在所述树脂成型体用树脂组合物的总量中,所述聚酰胺的含量为1质量份至50质量份,所述碳纤维的含量为1质量份至50质量份,所述有机纤维的含量为1质量份至20质量份,并且所述增容剂的含量为1质量份至10质量份。
2.根据权利要求1所述的树脂成型体用树脂组合物,其中质量比CF1/OF2为至少60/40到至多99/1,其中CF1表示相对于所述树脂成型体用树脂组合物的总量的所述碳纤维的含量,OF2表示相对于所述树脂成型体用树脂组合物的总量的所述有机纤维的含量。
3.根据权利要求1或2所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述第一聚烯烃和所述第二聚烯烃各自为选自由聚丙烯、聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂构成的组中的至少一种聚合物。
4.根据权利要求3所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述第一聚烯烃和所述第二聚烯烃各自为聚丙烯。
5.根据权利要求1或2所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述增容剂为选自由改性聚烯烃构成的组中的至少一种,其中所述改性聚烯烃包括改性聚丙烯、改性聚乙烯和改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,所述改性聚烯烃各自具有含羧酸酐残基的改性部分。
6.根据权利要求5所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述羧酸酐残基为马来酸酐残基。
7.根据权利要求6所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述增容剂为马来酸酐改性聚丙烯。
8.根据权利要求1或2所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述有机纤维的熔点高于聚烯烃的熔点、所述有机纤维的软化点高于聚烯烃的熔点、或者所述有机纤维的热分解温度高于聚烯烃的熔点。
9.根据权利要求8所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述有机纤维为芳族聚酰胺纤维和维尼纶纤维中的至少一种。
10.根据权利要求1或2所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述聚酰胺的一部分在所述第一树脂组合物中的每一个所述碳纤维的周围形成覆盖层。
11.根据权利要求10所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述增容剂形成位于所述覆盖层和所述第一树脂组合物中的所述第一聚烯烃之间的中间层。
12.根据权利要求1或2所述的树脂成型体用树脂组合物,其中所述第一树脂组合物和所述第二树脂组合物各自为非交联树脂组合物。
13.一种树脂成型体,包含:
聚烯烃;
聚酰胺,在每100份的所述聚烯烃中,所述聚酰胺的含量为1质量份至50质量份;
碳纤维,在每100份的所述聚烯烃中,所述碳纤维的含量为1质量份至50质量份;
有机纤维,在每100份的所述聚烯烃中,所述有机纤维的含量为1质量份至20质量份,所述有机纤维的平均纤维长度为1mm至20mm,以及
作为增容剂的羧酸酐改性聚烯烃,在每100份的所述聚烯烃中,所述羧酸酐改性聚烯烃的含量为1质量份至10质量份,
其中,相对于全部的所述碳纤维和所述有机纤维,纤维长度在1mm至20mm范围内的碳纤维和纤维长度在1mm至20mm范围内的有机纤维的数量比例为1%至20%。
14.根据权利要求13所述的树脂成型体,其中所述聚烯烃为选自由聚丙烯、聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物构成的组中的至少一种。
15.根据权利要求14所述的树脂成型体,其中所述聚烯烃为聚丙烯。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的树脂成型体,其中所述增容剂为选自由改性聚烯烃构成的组中的至少一种,所述改性聚烯烃包括改性聚丙烯、改性聚乙烯和改性乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,所述改性聚烯烃各自具有含羧酸酐残基的改性部分。
17.根据权利要求16所述的树脂成型体,其中所述羧酸酐残基为马来酸酐残基。
18.根据权利要求17所述的树脂成型体,其中所述增容剂为马来酸酐改性聚丙烯。
19.根据权利要求13至15中任一项所述的树脂成型体,其中所述有机纤维的熔点高于聚烯烃的熔点、所述有机纤维的软化点高于聚烯烃的熔点、或者所述有机纤维的热分解温度高于聚烯烃的熔点。
20.根据权利要求19所述的树脂成型体,其中
所述有机纤维为芳族聚酰胺纤维和维尼纶纤维中的至少一种。
21.根据权利要求13至15中任一项所述的树脂成型体,其中所述聚酰胺的一部分在每一个所述碳纤维的周围形成覆盖层。
22.根据权利要求21所述的树脂成型体,其中所述增容剂在所述覆盖层和所述聚烯烃之间形成中间层。
23.根据权利要求13至15中任一项所述的树脂成型体,其为非交联树脂成型体。
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