CN110099949B - 结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供以压缩时的弹性恢复力或拉伸断裂伸长率为代表的柔软性和轻量性优异的结构体。本发明涉及的结构体是包含增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂的结构体，上述增强纤维为不连续纤维，将接触的所述增强纤维间的交点利用所述第1树脂和/或所述第2树脂被覆。

Description

结构体
技术领域
本发明涉及由增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂构成的结构体。
背景技术
近年来，关于汽车、体育制品等产业用制品，对提高刚性、轻量性的市场要求逐年高涨。为了响应这样的要求，刚性、轻量性优异的纤维强化树脂广泛利用于各种产业用途。在这些用途中有效地利用了增强纤维的优异的力学特性的、适应高强度、高刚性构件的制品开发是主要的。另一方面，在纤维强化树脂中，近年来，用途展开迅速进展，关注除了强度、刚性以外，还需要柔软性的用途。然而，有效地利用这样的柔软性的用途的开发仅对作为成型用辅助材料的使橡胶质聚合物含浸于耐热纤维而得的材料等一部分用途展开(参照专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平09-277295号公报
专利文献2：日本专利第4440963号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在汽车内装材、医疗用途中，需要柔软性、对荷重的弹性恢复力(缓冲性)，但是上述专利文献1、2所记载的方法具有下述问题：不能获得满足弹性恢复力(缓冲性)，同时也具有轻量性的材料。
这里，所谓大致单丝状，是指增强纤维单丝以小于500根的细纤度丝束(strand)存在。进一步优选为单丝状地分散着。进一步，所谓单丝状，是指以单纤维形式存在。进一步优选为单丝状的单纤维随机分散着。
从第1树脂和第2树脂向增强纤维的含浸容易性的观点考虑，本发明中的增强纤维采用无纺织物状的形态是优选的。进一步，通过使增强纤维具有无纺织物状的形态，从而除了无纺织物本身的操作性容易以外，一般而言，即使在使用了被认为是高粘度的热塑性树脂作为第1树脂和/或第2树脂的情况下也能够使含浸容易，因此是优选的。这里，所谓无纺织物状的形态，是指增强纤维的丝束和/或单丝没有规则性地分散成面状的形态，可以例示短切原丝毡(mat)、连续原丝毡、抄纸毡、梳棉毡、气流成网毡等(以下，将它们总称为增强纤维毡)。
结构体中的增强纤维的质均纤维长度为1～15mm能够提高增强纤维对结构体的增强效率，对结构体提供优异的力学特性，因此是优选的。在增强纤维的质均纤维长度小于1mm的情况下，不能高效率地形成结构体中的空隙，因此有时密度变高，换言之，虽然为相同质量也难以获得所希望的厚度的结构体，因此是不优选的。另一方面，在增强纤维的质均纤维长度长于15mm的情况下，在结构体中增强纤维易于因为自重而弯曲，成为阻碍力学特性表现的因素，因此不优选。
关于质均纤维长度，可以将结构体中的树脂成分通过烧掉、溶出等方法除去，从剩下的增强纤维中随机选择400根，测定其长度直到10μm单位，通过下式求出质均纤维长度。
质均纤维长度＝Σ(Li×Wi/100)
Li：测定的纤维长度(i＝1，2，3，……，n)
Wi：纤维长度Li的纤维的质量分率(i＝1，2，3，……，n)
从制成结构体时的力学特性与轻量性的平衡的观点考虑，优选增强纤维的种类为选自PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、玻璃纤维、和芳族聚酰胺纤维中的至少1种。进一步增强纤维可以为实施了表面处理的增强纤维。作为表面处理，除了作为导电体的金属的粘附处理以外，还有采用偶联剂的处理、采用上浆剂的处理、采用捆扎剂的处理、添加剂的附着处理等。此外，这些增强纤维可以单独使用1种，也可以并用2种以上。其中，从轻量化效果的观点考虑，优选使用比强度、比刚性优异的PAN系、沥青系、人造丝系等的碳纤维。此外，从提高所得的结构体的经济性的观点考虑，优选使用玻璃纤维，特别是从力学特性与经济性的平衡考虑，优选并用碳纤维与玻璃纤维。进一步，从提高所得的结构体的冲击吸收性、赋形性的观点考虑，优选使用芳族聚酰胺纤维，特别是从力学特性与冲击吸收性的平衡考虑，优选并用碳纤维与芳族聚酰胺纤维。此外，从提高所得的结构体的导电性的观点考虑，也可以使用被覆了镍、铜、镱等金属的增强纤维。其中，可以更优选使用强度和弹性模量等力学特性优异的PAN系的碳纤维。
增强纤维的拉伸断裂伸长率为1％以上且10％以下的范围内能够使制成结构体时的结构体的拉伸断裂伸长率为1％以上，因此是优选的。如果增强纤维的拉伸断裂伸长率为1％以上，则在制成结构体时能够有效地利用第2树脂的橡胶弹性，可以制成延性的结构体，因此是优选的。另一方面，如果增强纤维的拉伸断裂伸长率为10％以下，则能够防止结构体本身变得过于柔软，处理性优异，因此是优选的。
另外，增强纤维的拉伸断裂伸长率可以通过JIS R7606(2000)求出，在拉伸断裂伸长率的测定中，在由将单纤维多根捆扎的纤维束构成增强纤维的情况下，可以通过取出其1根(单纤维)供于测定来求出。
〔第1树脂〕
本发明的结构体包含第1树脂。这里本发明中的所谓第1树脂，是后述的第2树脂以外的树脂，即，在室温下不显示橡胶弹性的树脂。作为这样的第1树脂，可以例示第2树脂以外的热塑性树脂、热固性树脂。此外，在本发明中，可以掺混热固性树脂与热塑性树脂。
第1树脂具有下述效果：通过填充作为不连续纤维的增强纤维，从而使与第2树脂复合化时的操作性提高。进一步有时也具有提高第2树脂与增强纤维的亲和性的效果。
从制造结构体的观点考虑，优选具有熔融温度或软化温度，能够成膜为膜状。从这样的观点考虑，可以优选例示聚酯系热塑性弹性体。
此外，在不损害本发明的目的的范围，本发明涉及的结构体中的第1树脂、第2树脂可以含有弹性体或橡胶成分等耐冲击性改进剂、其它填充材料、添加剂。作为填充材料、添加剂的例子，可以例示无机填充材料、阻燃剂、导电性赋予剂、结晶成核剂、紫外线吸收剂、抗氧化剂、减振剂、抗菌剂、防虫剂、防臭剂、着色防止剂、热稳定剂、脱模剂、抗静电剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、颜料、染料、发泡剂、消泡剂、或偶联剂。
本发明的结构体优选第1树脂和/或第2树脂被覆着接触的增强纤维间的交点(以下将增强纤维间的交点记为交点)。
进一步，从使压缩时的弹性恢复力表现的观点考虑，增强纤维与增强纤维的交点的第1树脂和/或第2树脂的被覆厚度在1μm以上且15μm以下的范围内是优选的。关于被第1树脂和/或第2树脂被覆的交点的被覆状态，从结构体的形状稳定性、压缩特性的表现的观点考虑，只要至少被覆构成结构体的增强纤维的单纤维彼此交叉的点就是充分的，但如果为进一步优选的形态，则优选为第1树脂和/或第2树脂以上述厚度被覆在交点周围的状态。该状态是指增强纤维间的交点的表面因为第1树脂和/或第2树脂而不露出，换言之，增强纤维通过第1树脂和/或第2树脂而形成电线状的皮膜。由此，结构体进一步具有形状稳定性，并且使力学特性的表现充分。此外，被第1树脂和/或第2树脂被覆的交点的被覆比例不需要被覆该增强纤维全部，只要在不损害本发明涉及的结构体的形状稳定性、压缩弹性模量的范围内即可，优选为被覆接触的增强纤维间形成的交点的50％以上的状态，从表现压缩时的弹性恢复力的稳定性的观点考虑，进一步优选为80％以上。
这里，被覆增强纤维与增强纤维的交点的树脂可以仅为第1树脂或第2树脂的任一者，也可以被第1树脂和第2树脂两者被覆。优选地，增强纤维在被第1树脂被覆后，进一步被第2树脂被覆，这从增强纤维的处理性、有效果地表现制成结构体时的压缩时的弹性恢复力的观点考虑是优选
测定了结构体的质量Ws后，将结构体在空气中在500℃下加热30分钟将树脂成分烧去，测定剩下的增强纤维的质量Wf，通过下式算出。此时，增强纤维和树脂的密度使用按照JIS Z8807(2012)的液中称量法测定的结果。
Vf(体积％)＝(Wf/ρf)/{Wf/ρf+(Ws-Wf)/ρr}×100
ρf：增强纤维的密度(g/cm3)
ρr：树脂的密度(g/cm3)
(10)第1树脂的体积含有率
制作仅由增强纤维和第1树脂构成的结构体的前体，使用通过与(1)同样的方法求出的前体中的空隙的体积含有率、增强纤维的体积含有率的值，通过下式求出第1树脂的体积含有率。
第1树脂的Vr1(体积％)＝100-(Vf+Va)
Vf：增强纤维的体积含有率(体积％)
Va：空隙的体积含有率(体积％)
Vr1：第1树脂的体积含有率(体积％)
(11)第2树脂的体积含有率
使用由(1)、(9)、(10)求出的结构体中的空隙的体积含有率、增强纤维的体积含有率、和第1树脂的体积含有率的值，通过下式求出第2树脂的体积含有率。
第2树脂的Vr2(体积％)＝100-(Vf+Va+Vr1)
Vf：增强纤维的体积含有率(体积％)
Va：空隙的体积含有率(体积％)
Vr2：第2树脂的体积含有率(体积％)
(12)结构体中的树脂的被覆比例
将结构体以纵10mm、横10mm切出试验片，通过扫描型电子显微镜(SEM)((株)日立ハイテクノロジーズ制S-4800型)观察截面，以1000倍的倍率拍摄任意10处。从所得的图像关于增强纤维的交点，从任意40处，测定增强纤维的交点的个数和被覆于增强纤维的交点的树脂的被覆位置的
而获得了结构体。将特性示于表2中。
(1)将叠层物配置在预热到150℃的加压成型用模具模腔内。
(2)接着，在模具模腔的末端插入金属隔离物，以获得结构体时的厚度成为3.3mm的方式调整，关闭模具后，保持10分钟。
(3)然后，在保持了压力的状态下将模腔温度冷却直到30℃。
(4)打开模具取出结构体。
(实施例6)
与实施例1同样地操作而获得了第1结构体前体。将第2树脂的量以结构体中的增强纤维的质量比例成为55质量％的方式调整而获得了叠层物，除此以外，与实施例1同样地操作而获得了结构体。将特性示于表2中。
(实施例7)
将增强纤维从碳纤维更换成芳族聚酰胺纤维，将第1树脂从聚酰胺更换成聚氨酯，将结构体中的芳族聚酰胺纤维的质量比例更换成25质量％，除此以外，与实施例1同样地获得了结构体。将特性示于表2中。
(实施例8)
将增强纤维从碳纤维更换成芳族聚酰胺纤维，将第1树脂从聚酰胺变为聚氨酯，将第1树脂的含量更换成10质量份，并且将结构体中的芳族聚酰胺纤维的质量比例更换成25质量％，除此以外，与实施例2同样地获得了结构体。将特性示于表2中。
(比较例1)
将第1树脂的含量更换成8质量份，将第2树脂从聚酯树脂更换成环氧树脂，除此以外，获得与实施例1同样的叠层物，接着，通过经过以下工序(1)～(4)而获得了结构体。将特性示于表3中。
(1)将叠层物配置在预热到150℃的加压成型用模具模腔内并关闭模具。
(2)接着，施与3MPa的压力而进一步保持10分钟。
(3)然后，在保持了压力的状态下将模腔温度冷却直到50℃。

Claims (13)

1.一种结构体，其包含增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂，
所述增强纤维为不连续纤维，
将接触的所述增强纤维间的交点利用所述第1树脂和/或所述第2树脂被覆，
所述结构体具有空隙，所述结构体的密度为0.01g/cm3以上且1.3g/cm3以下，
所述增强纤维的拉伸断裂伸长率在1％以上且10％以下的范围内。
2.一种结构体，其包含增强纤维、第1树脂、和在室温下显示橡胶弹性的第2树脂，
所述增强纤维为不连续纤维，
将接触的所述增强纤维间的交点利用所述第1树脂和/或所述第2树脂被覆，
所述结构体的拉伸断裂伸长率在1％以上且20％以下的范围内，
所述增强纤维包含选自PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少1种。
3.根据权利要求2所述的结构体，所述结构体具有空隙，所述结构体的密度为0.01g/cm3以上且1.3g/cm3以下。
4.根据权利要求1或3所述的结构体，所述结构体中的所述空隙的体积含有率为10体积％以上且97体积％以下的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的结构体，所述结构体的50％压缩时的弹性恢复力为1MPa以上。
6.根据权利要求1所述的结构体，所述结构体的拉伸断裂伸长率在1％以上且20％以下的范围内。
7.根据权利要求2所述的结构体，所述增强纤维的拉伸断裂伸长率在1％以上且10％以下的范围内。
8.根据权利要求1所述的结构体，所述增强纤维包含选自PAN系碳纤维、沥青系碳纤维、玻璃纤维和芳族聚酰胺纤维中的至少1种。
9.根据权利要求1或2所述的结构体，被覆所述增强纤维间的交点的所述第1树脂和/或第2树脂的被覆厚度在1μm以上且15μm以下的范围内。
10.根据权利要求1或2所述的结构体，所述第2树脂的拉伸断裂伸长率为200％以上，且拉伸断裂强度为10MPa以上。
11.根据权利要求1或2所述的结构体，所述第2树脂包含选自硅橡胶、乙丙橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶、聚烯烃系热塑性弹性体、聚氨酯系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、和聚酰胺系热塑性弹性体中的至少1种。
12.根据权利要求1或2所述的结构体，所述第1树脂的软化点或熔点为50℃以上。
13.根据权利要求1或2所述的结构体，所述第1树脂相对于所述增强纤维100质量份为5质量份以上且25质量份以下。
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