CN108778655B - 浸渗有树脂的纤维束、压缩成型品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供可得到面冲击强度高的成型品的浸渗有树脂的纤维束。所述浸渗有树脂的纤维束是相对于(A)纤维材料的束100质量份浸渗(B)热塑性树脂25～300质量份并一体化而成的，上述浸渗有树脂的纤维束的宽度方向的剖面形状为具有长轴与短轴(长轴长度>短轴长度)的扁平形状，上述长轴的平均长度(D1)为0.5～2.0mm，由上述长轴的平均长度(D1)与上述短轴的平均长度(D2)求出的平均扁平比(D1/D2)为1.2～8.0，上述浸渗有树脂的纤维束的长度(L)为11～50mm，上述L与上述D1的比(L/D1)为10～50，体积密度为0.1～0.4g/cm3。

Description

浸渗有树脂的纤维束、压缩成型品及其制造方法
技术领域
本发明涉及包含热塑性树脂和增强纤维的浸渗有树脂的纤维束、压缩成型品及其制造方法。
背景技术
通常采用通过将包含热塑性树脂和增强纤维的粒料进行注射成型而得到成型品的方法。
然而，在采用注射成型法时，存在在注射成型的过程中增强纤维发生折断而变短、增强效果降低的问题。
在专利文献1(日本专利第3631994号公报)、专利文献2(日本专利第4743592号公报)中，记载了代替注射成型法而采用加压成型法的发明。
在专利文献1中，记载了复合成型体的下述发明：该复合成型体是L-FRTP片材配置于特定的母材的至少单面或内部而成的，所述L-FRTP片材中，由宽度0.2～5mm及长度10～150mm的单向长纤维强化热塑性树脂(以下称为L-FRTP)形成的线材随机取向，该线材之间的接点粘固，该L-FRTP片材的单位面积重量为30～500g/m2、具有开口部、厚度为0.1～1mm(权利要求书)。
在发明效果一栏(第0051段)中，记载了L-FRTP片材的面刚性可得以提高。
虽然记载了L-FRTP的剖面形状为圆形或椭圆形，剖面的长轴/短轴为3以下(第0016段)，但实施例仅使用了圆形的剖面形状(实施例1)，没有使用椭圆的，因此等于公开了为了获得发明效果而优选剖面为圆形。
在专利文献2中，记载了长纤维强化热塑性树脂线型成型材料、及长纤维强化热塑性树脂成型品的制造方法的发明(权利要求书)。
对于长纤维强化热塑性树脂线型成型材料的剖面形状，专利文献2记载了“具有(a)接近圆形或椭圆形的剖面形状。由此，容易使线状成型材料三维取向地散布，对像这样散布而成的材料进行加压成型时，可以得到强化纤维发生了三维取向的片材料或成型品(第0028段)”，由于在实施例、参考例及比较例中没有对剖面形状的记载，因此可考虑其为与专利文献1的发明同样的圆形。
发明内容
本发明的课题为提供可得到面冲击强度高的成型品的浸渗有树脂的纤维束、和由上述浸渗有树脂的纤维束得到的压缩成型品及其制造方法。
本发明提供浸渗有树脂的纤维束、由其得到的压缩成型品、上述压缩成型品的制造方法，所述浸渗有树脂的纤维束为相对于(A)纤维材料的束100质量份浸渗(B)热塑性树脂25～300质量份并一体化而成的，
上述浸渗有树脂的纤维束的宽度方向的剖面形状为具有长轴与短轴(长轴长度＞短轴长度)的扁平形状，
上述长轴的平均长度(D1)为0.5～2.0mm，
由上述长轴的平均长度(D1)与上述短轴的平均长度(D2)求出的平均扁平比(D1/D2)为1.2～8.0，
上述浸渗有树脂的纤维束的长度(L)为11～50mm，上述L与上述D1的比(L/D1)为10～50，
上述浸渗有树脂的纤维束的体积密度为0.1～0.4g/cm3。
由本发明的浸渗有树脂的纤维束得到的压缩成型品，特别是面冲击强度高。
另外，由于本发明的压缩成型品的制造方法中组合有利用非接触型加热器进行的预加热工序和之后的压缩工序，因此容易使所得压缩成型品的密度的调整变得容易。
具体实施方式
<浸渗有树脂的纤维束>
(A)成分的纤维材料的束所使用的纤维材料优选为选自碳纤维、玻璃纤维、及芳族聚酰胺纤维中的纤维材料，但不限于这些。
就纤维材料的束的根数而言，可考虑浸渗有树脂的纤维束的外径(长轴长度及短轴长度)而进行调整，例如可以从100～30000根的范围内选择。
作为(B)成分的热塑性树脂，可以使用选自下组中的热塑性树脂：聚酰胺树脂(聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺12等)、烯烃树脂(聚丙烯、高密度聚乙烯、酸改性聚丙烯等)、聚苯硫醚树脂、聚酯(对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等)、热塑性聚氨酯树脂(TPU)、聚甲醛树脂(POM)、ABS树脂、聚碳酸酯树脂、聚碳酸酯树脂与ABS树脂的合金等。
(B)成分的热塑性树脂也可以使用由两种以上形成的合金，在这种情况下，也可以含有适当的增容剂。
(A)成分的纤维材料的束与(B)成分的热塑性树脂的含有比例为：相对于(A)成分100质量份，(B)成分为25～300质量份、优选为30～150质量份、更优选为40～100质量份。
浸渗有树脂的纤维束可以根据用途而含有公知的树脂用添加剂。作为树脂用添加剂，可列举阻燃剂、热稳定剂、光稳定剂、着色剂、抗氧剂、抗静电剂、润滑剂等。
浸渗有树脂的纤维束的宽度方向的剖面形状为具有长轴与短轴(长轴长度＞短轴长度)的扁平形状。
浸渗有树脂的纤维束的长轴的平均长度(D1)为0.5～2.0mm，优选为0.5～1.5mm。
由浸渗有树脂的纤维束的长轴的平均长度(D1)与短轴的平均长度(D2)求出的平均扁平比(D1/D2)为1.2～8.0、优选为1.5～5.0、更优选为1.5～3.0。
浸渗有树脂的纤维束的长度(L)为11～50mm，优选为15～40mm。
L与D1的比(L/D1)为10～50、优选为15～50、更优选为20～40。
浸渗有树脂的纤维束的体积密度为0.1～0.4g/cm3、优选为0.1～0.3g/cm3、进一步优选为0.1～0.2g/cm3。
在此，体积密度为填充密度，通过使称量的浸渗有树脂的玻璃纤维束(质量m)不压实地轻轻落入量筒等计量容器中，并读取不振实(松弛)状态下的松弛堆积体积(v0)，可以计算出体积密度(m/v0)。
浸渗有树脂的纤维束包括宽度方向的剖面形状为椭圆形的那些、和宽度方向的剖面形状不是椭圆形的那些。
宽度方向的剖面形状为椭圆形的浸渗有树脂的纤维束，其所有的面均为曲面，但宽度方向的剖面形状不是椭圆形的那些，有一部分面由平面构成，例如，面向短轴的面的全部或部分为平面的那些。
在浸渗有树脂的纤维束的长轴相同时，短轴的长度较小的那些(具有平面的那些)由于容易进入狭窄的间隙而优选。
就浸渗有树脂的纤维束的制造方法而言，使用了直角机头模的方法是公知的，例如可以基于日本特开2013-107979号公报(制造例1的浸渗有树脂的长玻璃纤维束的制造)、日本特开2013-121988号公报(制造例1的浸渗有树脂的长玻璃纤维束的制造)、日本特开2012-52093号公报(实施例1～9)、日本特开2012-131104号公报(制造例1的浸渗有树脂的长玻璃纤维束的制造、制造例2的浸渗有树脂的碳纤维长纤维束的制造)、日本特开2012-131918号公报(制造例1的浸渗有树脂的碳纤维束的制造、制造例2的浸渗有树脂的玻璃纤维束的制造)、日本特开2011-162905号公报(实施例1)、日本特开2004-14990号公报(实施例1～7)中记载的方法进行制造。
为了将浸渗有树脂的纤维束制成上述扁平比的材料，可以采用调整直角机头模的出口形状的方法、在从直角机头模的出口排出之后进行冷却之前的阶段使其在上下配置的2根辊(整形辊)之间通过的方法等。
<压缩成型品>
本发明的压缩成型品是在所需量的浸渗有树脂的纤维束随机配置的状态下，相接触的浸渗有树脂的纤维束彼此间相互熔粘而成的状态的压缩成型品。
所需量的浸渗有树脂的纤维束是指：根据目标的压缩成型品的大小(容积)和密度而使用的浸渗有树脂的纤维束的总根数。
所需量的浸渗有树脂的纤维束可以通过预先确定成为基准的压缩成型品的大小(容积)与密度、预先试制其所必要的浸渗有树脂的纤维束的总根数而进行计算。
目标的压缩成型品的大小(容积)与密度可以根据用途来确定。
本发明的压缩成型品可以制成以下形态的压缩成型品：
(I)在所需量的浸渗有树脂的纤维束仅在面方向(例如水平面或垂直面)上随机配置的状态(在二维进行配置的状态)下，相接触的浸渗有树脂的纤维束彼此间相互熔粘而成的形态的压缩成型品，
(II)在所需量的浸渗有树脂的纤维束在面方向及相对于上述面方向倾斜的方向上随机配置的状态(在三维上配置的状态)下，相接触的上述浸渗有树脂的纤维束彼此间相互熔粘而成的形态的压缩成型品。
本发明的浸渗有树脂的纤维束的上述扁平比为1.2～8.0的范围，因此，与剖面为圆形或接近于圆形的椭圆相比，上述(I)的形态及(II)的形态的任一形态下，均会使相接近的浸渗有树脂的纤维束彼此间变得容易接触、接触面积也变大。因此，在置于加热气体氛围中时，浸渗有树脂的纤维束之间容易发生熔粘。
进一步，本发明的浸渗有树脂的纤维束的上述扁平比为1.2～8.0的范围，因此，与剖面为圆形或接近于圆形的椭圆相比，更容易形成(II)的形态，因而优选。例如，在浸渗有树脂的纤维束间存在缝隙时，如果是圆形的情况则难以进入上述缝隙，但如果是扁平形状的那些则容易进入上述缝隙，因此可容易地形成三维配置。
尤其是，如果本发明的浸渗有树脂的纤维束使用具有平面的那些，则更加容易形成(II)的形态，因而优选。
本发明的压缩成型品优选为厚度1.5～10mm、密度1.10～1.80g/cm3的压缩成型品
本发明的压缩成型品也包括不仅具有平面形状、还具有曲面形状的那些。
本发明的压缩成型品特别是面冲击强度高，因此在制成平板形状品时，可以大幅延长使用寿命。
<压缩成型品的制造方法>
对本发明的压缩成型品的制造方法进行说明。
在最初的工序中，以随机配置有所需量的浸渗有树脂的纤维束的状态，优选以在面方向、及相对于上述面方向倾斜的方向上三维地随机配置有所需量的浸渗有树脂的纤维束的状态投入加热容器内。上述浸渗有树脂的纤维束的体积密度较小、为0.1～0.4g/cm3，因此投入加热容器内的浸渗有树脂的纤维束的厚度的不均小，可以实现大致均一。
需要说明的是，可以根据需要对加热容器施加振动，由此使得投入后的浸渗有树脂的纤维束的厚度平整。
在施加上述振动时，可采用相对于加热容器以上下方向、左右方向、上下及左右方向这三种方式的方法，由于可以在更短时间内调整浸渗有树脂的纤维束的厚度，因此优选在上下方向、或上下及左右方向上施加振动的方法。
通过以下工序，利用非接触型加热器对上述加热容器内的上述浸渗有树脂的纤维束进行预加热。
作为非接触型加热器，作为热源优选选自红外线、近红外线、感应加热(IH)及热风的那些。
实施预加热直至被投入加热容器内的浸渗有树脂的纤维束彼此间发生熔粘而一体化至整体不活动的程度为止。
在前工序中使用的浸渗有树脂的纤维束的体积密度较小、为0.1～0.4g/cm3，在浸渗有树脂的纤维束间存在有众多缝隙，因此，即使在使用了非接触型加热器的情况下，热量也会迅速地遍布于加热容器内的浸渗有树脂的纤维束整体，因此可以通过短时间的处理而实现一体化。
通过以下工序，一边对经预加热后的上述浸渗有树脂的纤维束进行加热，一边进行压缩而得到压缩成型品。
在该压缩工序中，将前工序中得到的浸渗有树脂的纤维束的一体化物放入加压用模具后，一边加热一边进行压缩。
压缩时的加热温度为低于在浸渗有树脂的纤维束中包含的热塑性树脂的软化点的温度，优选也低于预加热温度。
在压缩工序中，为了缩短成型循环时间或提高表面外观，也可以采用冷热成型法。
冷热成型法是在压缩成型前在使模具温度迅速达到高温的状态下进行成型之后，急剧进行冷却的方法。
另外，也可以通过对压缩成型后的成型品再次进行上述预加热处理后，再次进行压缩成型，由此提高成型品中的纤维的分散性，从而提高成型品的均一性，从而得到更为稳定的制品(在成型品中，纤维的分散性良好，因此成型品的机械性质等稳定)。
压缩时，使压缩成型品的厚度为1.5～10mm，密度为1.10～1.80g/cm3。实施例
实施例1(制造浸渗有树脂的玻璃纤维束)
使包含(A)成分的长玻璃纤维的利用集束剂集束而成的纤维束(玻璃纤维1:直径13μm的玻璃纤维约1600根的束)通过直角机头模。
此时，在直角机头模中，从另外的双螺杆挤出机(汽缸温度290℃)供给(B)成分的聚丙烯(PMB02A，SunAllomer(株)制)的熔融物，使其浸渗至长玻璃纤维束。
之后，利用直角机头模出口的赋形喷嘴进行赋形，用整形辊整理形状后，利用造粒机切割成给定长度，得到了表1所示的浸渗有树脂的纤维束。
对如上所述地得到的浸渗有树脂的纤维束进行切割后进行确认的结果，长玻璃纤维沿长度方向呈大致平行，树脂浸渗至中心部。
长轴的平均长度(D1)与短轴的平均长度(D2)的测量利用以下方法实施。
取出10根浸渗有树脂的玻璃纤维束，使用扫描型电子显微镜测定剖面(端面)的长轴长度与短轴长度并求出平均值。具体而言，利用与剖面交叉的直线，将直线与剖面的外周部的两个交点的长度最长的那条作为长轴，利用与长轴垂直相交的直线，将该直线与剖面的外周部的两个交点的长度中最长的那条作为短轴。
(体积密度的测定方法)
将以0.1％的精度称量的约200g的浸渗有树脂的玻璃纤维束(质量m)不压实地轻轻加入到干燥的1000ml量筒(最小刻度单位：2ml)，读取不振实(松弛)状态下的松弛堆积体积(v0)直至最小刻度单位。之后，由m/v0求出体积密度(g/cm3)。
实施例1、2，比较例1、参考例1
准备上述的浸渗有树脂的玻璃纤维束约150g，从高度15～20cm的位置以使其达到大致均一厚度的方式投入不锈钢制的平底容器内。
之后，在炉(日本碍子(株)制的Inpurasu Tyne furnace N7GS；作为热源，配备有红外线加热器)中，于200℃实施共计三次的100秒的加热(非接触型加热)。通过该加热处理，平底容器内的浸渗玻璃纤维束的聚丙烯彼此间发生熔粘而实现了一体化。
之后，将浸渗有树脂的玻璃纤维束的一体化物利用加压机(三友(株)制的STI-1.6-220VF)加压10秒(加压温度170℃，加压压力2t)。
之后，冷却至室温，得到了平面形状为长方形的压缩成型体(长200mm、宽200mm、厚2mm、密度1.50g/cm3)。
(面冲击强度的测定方法)
落锤冲击试验
测定设备：Graphic Impact Tester B型(东洋精机制造所制)
规格：锤头直径＝φ12.7mm
样品座径＝φ76mm
落下高度：80cm
重量：6.5kg
测定温度：23℃
测定样品：切削成100mm见方的样品
测定如下地进行：向测定样品的中心施加冲击，测定了此时的最大负荷N与总吸收能量J。
[表1]
Figure BDA0001795886630000081
从实施例1、2与比较例1的对比可知，使用本发明的浸渗有树脂的纤维束并采用本发明的制造方法所得到的压缩成型品的面冲击强度优异。
工业实用性
由本发明的浸渗有树脂的纤维束得到的压缩成型品，薄而具有高面冲击强度，因此可以利用于汽车部件、机械部件、建筑材料、家用及商用的餐具、托盘、各种日用品、安全靴配件等。

Claims (7)

1.浸渗有树脂的纤维束，其是相对于纤维材料A的束100质量份浸渗热塑性树脂B 25～300质量份并一体化而成的，
所述浸渗有树脂的纤维束的宽度方向的剖面形状为具有长轴与短轴的扁平形状，长轴长度＞短轴长度，
所述长轴的平均长度D1为0.5～2.0mm，
由所述长轴的平均长度D1与所述短轴的平均长度D2求出的平均扁平比D1/D2为1.2～8.0，
所述浸渗有树脂的纤维束的长度L为11～50mm，所述L与所述D1的比L/D1为10～50，
所述浸渗有树脂的纤维束的体积密度为0.1～0.4g/cm3。
2.根据权利要求1所述的浸渗有树脂的纤维束，其中，所述平均扁平比D1/D2为1.5～8.0。
3.根据权利要求1或2所述的浸渗有树脂的纤维束，其中，纤维材料A选自碳纤维、玻璃纤维及芳族聚酰胺纤维。
4.压缩成型品，其由权利要求1～3中任一项所述的浸渗有树脂的纤维束形成，
所述压缩成型品是在所需量的所述浸渗有树脂的纤维束随机配置的状态下，相接触的所述浸渗有树脂的纤维束彼此间相互熔粘而成的形态的压缩成型品，
该压缩成型品的厚度为1.5～10mm、密度为1.10～1.80g/cm3。
5.压缩成型品，其由权利要求1～3中任一项所述的浸渗有树脂的纤维束形成，
所述压缩成型品是在所需量的所述浸渗有树脂的纤维束以沿着面方向、及相对于所述面方向倾斜的方向在三维上随机配置的状态下，相接触的所述浸渗有树脂的纤维束彼此间相互熔粘而成的形态的压缩成型品，
该压缩成型品的厚度为1.5～10mm、密度为1.10～1.80g/cm3。
6.压缩成型品的制造方法，其是权利要求4或5所述的压缩成型品的制造方法，其中，该方法包括：
在加热容器内随机地加入所需量的所述浸渗有树脂的纤维束的工序，
接着，利用非接触型加热器对所述加热容器内的所述浸渗有树脂的纤维束进行预加热的工序，接着，对预加热后的所述浸渗有树脂的纤维束进行加热压缩的工序。
7.根据权利要求6所述的压缩成型品的制造方法，其中，所述非接触型加热器使用红外线、近红外线、感应加热及热风作为热源。
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