CN111263696B - 纤维增强热塑性树脂成型材料 - Google Patents

纤维增强热塑性树脂成型材料 Download PDF

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Abstract

纤维增强热塑性树脂成型材料，其为在热塑性树脂中包含增强纤维束的纤维增强热塑性树脂成型材料，且以第一构成要素(I)被配置于表面的方式层叠有第一构成要素(I)及第二构成要素(II)。提供力学特性和复杂形状成型性优异的纤维增强热塑性树脂成型材料。第一构成要素(I)：导热系数(λ1)为0.2W/m·K以下的片状物，第二构成要素(II)：密度与比热之积(B2)为1.7×106J/m3·K以上的纤维增强热塑性树脂片状物。

Description

纤维增强热塑性树脂成型材料
技术领域
本发明涉及力学特性和复杂形状成型性优异的纤维增强热塑性树脂成型材料。
背景技术
碳纤维增强复合材料(CFRP)的比强度·比刚性优异，近年来，面向汽车部件的CFRP的开发也变得活跃。
作为CFRP在汽车中的应用例，在航空器、运动材料中有实际成果的使用热固性树脂的预浸料坯、基于树脂传递模塑(RTM)、纤维缠绕(filament winding，FW)的部件已上市。另一方面，使用热塑性树脂的CFRP能够高速成型，再循环性也优异，因此作为面向量产车的材料而受到瞩目。其中，加压成型由于生产率高、还能够应对复杂的形状、大面积的成型，因此殷切期待其替代金属成型。
就加压成型中使用的中间基材而言，使用了不连续增强纤维的片状材料为主流。作为代表性材料，有片状模塑料(SMC)、玻璃毡热塑性塑料(GMT)(专利文献1、专利文献2)。对于任何中间基材而言，均用于所谓的流动冲压成型(材料在模腔内流动而填充)，并采用下述形态：较长的增强纤维成为短切线束状及/或旋涡状而分散于热塑性树脂中。由于由单丝数多的纤维束形成，因此有下述倾向：虽然成型时的流动性优异，但成型品的力学特性差。
作为力学特性优异的材料，存在：由分散为单丝状的不连续增强纤维形成的热塑性树脂构成要素(I)及(II)彼此层叠而成的加压成型用中间基材(专利文献3)；以热塑性树脂为基体的连续玻璃纤维片材与玻璃短纤维片材的层叠体即加压成型用增强冲压成型片材(专利文献4)。它们的力学特性均优异，但流动性均差。
作为同时实现了力学特性和流动性的材料，存在由纤维长度、浓度参数不同的片材形成的多层结构的成型材料(专利文献5)。通过将表层片材进行长纤维化，从而提高力学特性，通过将内层片材进行短纤维化，从而提高流动性。另外，存在包含毡结构不同的皮层和核层的成型材料(专利文献6)。通过制成皮层由导热系数低的增强纤维形成、核层由碳纤维形成的片材，从而提高力学特性和流动性。如此，正在进行改善以均衡性良好地同时实现力学特性和成型时的流动性，但要求力学特性和流动性的进一步提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-141502号公报
专利文献2：日本特开2003-80519号公报
专利文献3：日本特开2014-28510号公报
专利文献4：日本特开平6-47737号公报
专利文献5：日本专利第5985085号公报
专利文献6：日本专利第5843048号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，鉴于上述要求，本发明的课题在于提供力学特性和成型时的流动性优异的纤维增强热塑性树脂成型材料。
用于解决课题的手段
本申请的发明人进行了深入研究，结果，发明了能够解决上述课题的纤维增强热塑性树脂成型材料。即，本发明包含以下的构成。
[1]纤维增强热塑性树脂成型材料，其为在热塑性树脂中包含增强纤维束的纤维增强热塑性树脂成型材料，且以第一构成要素(I)被配置于表面的方式层叠有第一构成要素(I)及第二构成要素(II)。
第一构成要素(I)：导热系数(λ1)为0.2W/m·K以下的片状物
第二构成要素(II)：密度与比热之积(B2)为1.7×106J/m3·K以上的纤维增强热塑性树脂片状物
[2]如上述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第一构成要素(I)的孔隙率为5％以上。
[3]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述增强纤维束的切断角度(θ)为3°以上且30°以下。
[4]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第二构成要素(II)中的增强纤维束的长宽比(A2)为10以下。
[5]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第一构成要素(I)的纤维重量含有率(Wf1)为20重量％以上。
[6]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第二构成要素(II)相对于上述第一构成要素(I)及上述第二构成要素(II)的总量而言的比例为50～95体积％。
[7]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第一构成要素(I)所包含的增强纤维束的平均纤维长度(Lf1)为8mm以上且100mm以下。
[8]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第二构成要素(II)所包含的增强纤维束的平均纤维长度(Lf2)为3mm以上且20mm以下。
[9]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第二构成要素(II)的纤维重量含有率(Wf2)为50重量％以下。
[10]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第二构成要素(II)所包含的增强纤维束的平均纤维数(n2)为500根以上。
[11]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，上述第一构成要素(I)与上述第二构成要素(II)的层叠构成为[(I)/(II)m/(I)](其中，m为正整数)。
[12]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，构成上述第一构成要素(I)或上述第二构成要素(II)的增强纤维为碳纤维或玻璃纤维。
[13]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，构成上述第一构成要素(I)的树脂及构成上述第二构成要素(II)的树脂包含选自聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚亚芳基硫醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚酮、聚醚醚酮树脂、聚醚酮酮树脂、聚醚砜树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂的组中的至少一者。
[14]如上述中任一项所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，层叠方向的厚度为1mm以上。
发明的效果
根据本发明，能够提供力学特性和复杂形状成型性优异的纤维增强热塑性树脂成型材料。
附图说明
[图1]为示出本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料的层叠构成的概略立体图。
[图2]为示出本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料的层叠构成的概略立体图。
[图3]为用于对构成本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料的增强纤维束的切断角度进行说明的示意图。
[图4]为用于对构成本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料的增强纤维束的切断角度进行说明的示意图。
具体实施方式
如图1这样，本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料为构成要素(I)与构成要素(II)层叠而成的材料。构成要素(I)与构成要素(II)可以一体化，也可以不一体化。构成要素(I)和构成要素(II)由增强纤维和热塑性树脂形成。
构成要素(I)与构成要素(II)可以以构成要素(I)成为表面的方式进行层叠。在将图2的层叠顺序如[构成要素(I)/构成要素(II)/构成要素(I)]这样进行表述的情况下，更优选内部成为构成要素(II)的层叠构成。此处，各构成要素的层叠张数可以为任意张。构成要素(II)相对于纤维增强热塑性树脂成型材料整体而言的比例优选为50体积％以上，更优选为60体积％以上，进一步优选为75体积％以上。另外，优选为95体积％以下，更优选为90体积％以下，进一步优选为85体积％以下。
构成要素(I)的导热系数λ1(遵照JIS R1611(基于精密陶瓷的闪光法的热扩散系数·比热容·导热系数))可以为0.2W/m·K以下，优选为0.15W/m·K以下，更优选为0.1W/m·K以下。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的流动性。另外，构成要素(I)的导热系数为0.01W/m·K以上时，可实际地实现。
构成要素(I)的孔隙率优选为5％以上，更优选为10％以上，进一步优选为15％以上。在该范围内时，能够延迟纤维增强热塑性树脂成型材料的冷却速度，提高流动性。另外，构成要素(I)的孔隙率为70％以下时，可实际地实现。孔隙率的导出方法如后文所述。
构成要素(II)的密度(遵照JIS K7222：2005(发泡塑料及橡胶-表观密度的求法))与比热(遵照JIS R1611(基于精密陶瓷的闪光法的热扩散系数·比热容·导热系数))之积B2可以为1.7×106J/m3·K以上，优选为2×106J/m3·K以上，更优选为2.5×106J/m3·K以上。在该范围内时，能够延迟纤维增强热塑性树脂成型材料的冷却速度，提高流动性。另外，构成要素(II)的密度与比热之积为5×106J/m3·K以下时，可实际地实现。
构成要素(I)的纤维重量含有率Wf1优选为20重量％以上，更优选为30重量％以上，进一步优选为40重量％以上。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的力学特性。另外，构成要素(I)的纤维体积含有率Wf1为80重量％以下时，可实际地实现。
构成要素(II)的纤维重量含有率Wf2优选为50重量％以下，更优选为40重量％以下，进一步优选为30重量％以下。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的流动性。另外，构成要素(II)的纤维体积含有率Wf2为5重量％以上时，可实际地实现。
构成要素(I)与构成要素(II)层叠而成的纤维增强热塑性树脂成型材料的厚度优选为1mm以上，更优选为1.5mm以上，进一步优选为2mm以上。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的力学特性和流动性。另外，纤维增强热塑性树脂成型材料的厚度为10mm以下时，可实际地实现。
构成要素(I)所包含的增强纤维束(I)的平均纤维数n1优选为5,000根以下，更优选为1,000根以下，进一步优选为500根以下。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的力学特性。另外，增强纤维束(I)的平均纤维数n1为10根以上时，可实际地实现。平均纤维数的导出方法如后文所述。
构成要素(II)所包含的增强纤维束(II)的平均纤维数n2优选为500根以上，更优选为1,000根以上，进一步优选为5,000根以上。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的流动性。另外，增强纤维束(II)的平均纤维数n2为50,000根以下时，可实际地实现。本发明中的纤维束优选为经预先集束的状态。此处所谓经预先集束的状态，例如，是指构成纤维束的单丝彼此交织而集束的状态、通过向纤维束赋予的上浆剂而集束的状态、通过纤维束的制造工序中含有的捻合而集束的状态。
构成要素(I)所包含的增强纤维束(I)的长宽比A1以平均纤维长度Lf1(mm)与平均纤维束宽度D1(mm)之比(A1＝Lf1/D1)表示，长宽比A1优选为2以上，更优选为20以上，更优选为100以上。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的力学特性。另外，增强纤维束(I)的长宽比A1为200以下时，可实际地实现。平均纤维长度Lf1(mm)和平均纤维束宽度D1(mm)的导出方法如后文所述。
构成要素(II)所包含的增强纤维束(II)的长宽比A2以平均纤维长度Lf2(mm)与平均纤维束宽度D2(mm)之比(A2＝Lf2/D2)表示，长宽比A2优选为10以下，更优选为7以下，进一步优选为3以下。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的流动性。另外，增强纤维束(II)的长宽比A2为0.1以上时，可实际地实现。平均纤维长度Lf2(mm)和平均纤维束宽度D2(mm)的导出方法如后文所述。
构成要素(I)所包含的增强纤维束(I)的平均纤维长度Lf1优选为8mm以上，更优选为12mm以上，进一步优选为15mm以上。另外，增强纤维束(I)的平均纤维长度Lf1优选为100mm以下，更优选为75mm以下，进一步优选为50mm以下。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的力学特性。
构成要素(II)所包含的增强纤维束(II)的平均纤维长度Lf2优选为3mm以上，更优选为5mm以上，进一步优选为7mm以上。另外，增强纤维束(II)的平均纤维长度Lf2优选为20mm以下，更优选为15mm以下，进一步优选为10mm以下。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的力学特性和流动性。
构成要素(I)的平均纤维长度Lf1(mm)与构成要素(II)的平均纤维长度Lf2(mm)之比Q(＝Lf1/Lf2)的下限优选为1以上，更优选为2以上，进一步优选为3以上。另外，Q的上限优选小于20，更优选小于10，进一步优选小于5。在该范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的力学特性和流动性。
另外，出于防止增强纤维的起毛、提高增强纤维束的集束性、或者提高与基体树脂的粘接性等目的，可以赋予上浆剂。作为上浆剂，没有特别限定，可以使用具有环氧基、氨基甲酸酯基、氨基、羧基等官能团的化合物，这些可以使用一种或并用两种以上。关于在后述本发明中的部分分纤纤维束的制造工序中的任意时机所赋予的上浆剂，可以使用同样的物质。
本发明中使用的纤维束优选为经预先集束的状态。此处所谓经预先集束的状态，例如，是指构成纤维束的单丝彼此交织而集束的状态、通过向纤维束赋予的上浆剂而集束的状态、通过纤维束的制造工序中含有的捻合而集束的状态。
作为增强纤维的种类，没有限制，优选碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维、金属纤维。其中，优选碳纤维。作为碳纤维，没有特别限定，例如，从力学特性的提高、纤维增强树脂的轻质化效果的观点考虑，可优选使用聚丙烯腈(PAN)系、沥青系、人造丝系等碳纤维，它们可以使用一种或并用两种以上。其中，从得到的纤维增强树脂的强度与弹性模量的均衡性的观点考虑，进一步优选PAN系碳纤维。
增强纤维的单纤维直径优选为0.5μm以上，更优选为2μm以上，进一步优选为4μm以上。另外，增强纤维的单纤维直径优选为20μm以下，更优选为15μm以下，进一步优选为10μm以下。增强纤维的线束强度优选为3.0GPa以上，更优选为4.0GPa以上，进一步优选为4.5GPa以上。增强纤维的线束弹性模量优选为200GPa以上，更优选为220GPa以上，进一步优选为240GPa以上。增强纤维的线束强度或弹性模量各自在上述范围内时，能够提高纤维增强热塑性树脂成型材料的力学特性。
如图3、图4所示，构成无序毡的增强纤维束的切断角度θ优选为3°以上，更优选为4°以上，进一步优选为5°以上。在该范围内时，能够稳定地切断纤维束。另外，优选为30°以下，更优选为25°以下，进一步优选为15°以下。在该范围内时，能够实现成型时良好的流动性和成型品的高力学特性。需要说明的是，切断角度θ以0°～90°范围的值表示。
作为热塑性树脂，优选使用聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚亚芳基硫醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚酮、聚醚醚酮树脂、聚醚酮酮树脂、聚醚砜树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂，另外，也优选使用作为这些树脂的前体的环状低聚物。需要说明的是，出于对树脂赋予柔软性的目的，也可以加入添加剂。
实施例
以下，使用实施例来说明本发明的详细内容。各种测定方法、计算方法及评价方法如下所述。
＜纤维增强热塑性树脂成型材料的纤维体积含有率Vf1、Vf2的测定方法＞
切取约2g的纤维增强热塑性树脂成型材料，测定其质量Wc0。然后，将样品在已加热至500℃的氮气氛下(氧浓度为1％以下)的电炉中加热1小时，烧掉基体树脂等有机物。冷却至室温，然后测定残留的碳纤维的质量Wc1，由下式导出纤维体积含有率。
Vf1、Vf2(体积％)＝(Wc1/ρf)/{Wc1/ρf+(Wc0-Wc1)/ρr}×100
ρf：增强纤维的密度(g/cm3)
ρr：热塑性树脂的密度(g/cm3)
＜孔隙率的导出方法＞
片状物的孔隙率使用体积密度ρ0(遵照JIS K7222：2005(发泡塑料及橡胶-表观密度的求法))及真密度ρ1(构成材料的密度)，由下式导出。
孔隙率＝(1-ρ0/ρ1)×100
ρ0：体积密度(g/cm3)
ρ1：真密度(g/cm3)＝{ρf×Vf1+ρr×(100-Vf1)}/100
＜纤维增强热塑性树脂成型材料的每一束的平均纤维数n1、n2的测定方法＞
将纤维增强热塑性树脂成型材料在已加热至500℃的氮气氛下(氧浓度为1％以下)的电炉中加热1小时，烧掉基体树脂等有机物，取出纤维毡。从得到的纤维毡中拾取40束纤维束，称量1束的重量Wf(mg)，根据下式，导出每1束的平均纤维数n1、n2。
n1、n2＝Wf/(ρf×πr2×Lf)×106
ρf：增强纤维的密度(g/cm3)
r：纤维直径(μm)
Lf：平均纤维长度(mm)
＜平均纤维长度Lf1、Lf2的测定方法＞
将纤维增强热塑性树脂成型材料在已加热至500℃的氮气氛下(氧浓度为1％以下)的电炉中加热1小时，烧掉基体树脂等有机物，取出纤维毡。从得到的纤维毡中拾取40束纤维束，求出1束的纤维束长度方向上最长的纤维长度的平均值，作为平均纤维长度Lf1、Lf2。
＜平均纤维束宽度D1、D2的测定方法＞
将纤维增强热塑性树脂成型材料在已加热至500℃的氮气氛下(氧浓度为1％以下)的电炉中加热1小时，烧掉基体树脂等有机物，取出纤维毡。从得到的纤维毡中拾取40束纤维束，求出1束的纤维正交方向上最大宽度的平均值，作为平均纤维束宽度D1、D2。
＜弯曲强度的测定及判定方法＞
遵照JIS K7074(1988年)，测定纤维增强热塑性树脂成型材料的弯曲强度。弯曲强度小于200MPa时判定为C，弯曲强度为200MPa以上且小于350MPa时判定为B，弯曲强度为350MPa以上时判定为A。
＜纤维增强热塑性树脂成型材料的流动率R的测定及判定方法＞
按照下述步骤测定纤维增强热塑性树脂成型材料的流动率R。
(1)将纤维增强热塑性树脂成型材料切取100mm×100mm的尺寸。
(2)用IR加热器，于规定的温度对纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，使树脂熔融。
(3)配置于升温至规定温度的加压盘上，以20MPa加压30秒。
(4)对得到的成型品的表面积S2(mm2)、和加压前的纤维增强热塑性树脂成型材料的表面积S1(mm2)进行测定，将由S2/S1×100的式子求出的值作为流动率R(％)。流动率R小于200％时判定为C，流动率R为200％以上且小于300％时判定为B，流动率R为300％以上时判定为A。
[使用原料]
·增强纤维束1(碳纤维)
使用碳纤维束(ZOLTEK公司制“PX35”，单丝数为50,000根)。
·增强纤维束2(玻璃纤维)
使用玻璃纤维束(NITTO BOSEKI制240TEX，单丝数为1,600根)。
·树脂片材1(Ny6)
使用由聚酰胺6树脂(东丽株式会社制，“Amilan”(注册商标)CM1001)形成的聚酰胺母料，制作片材。
·树脂片材2(PP)
使用包含未改性聚丙烯树脂(Prime Polymer株式会社制，“Prime Polypro”(注册商标)J106MG)90质量％、和酸改性聚丙烯树脂(三井化学株式会社制，“ADMER”(注册商标)QE800)10质量％的聚丙烯母料，制作片材。
[构成要素的制造方法]
使用络纱机，以10m/分钟的恒定速度将纤维束放卷，并从以10Hz沿轴向振动的振动拓宽辊通过，实施拓宽处理，然后从60mm宽的宽度控制辊通过，由此得到拓宽成60mm的拓宽纤维束。
针对得到的拓宽纤维束，准备下述分纤处理机构：在增强纤维束的宽度方向上，以3.5mm等间隔地平行设置分纤处理用铁制板(其具备厚度为0.2mm、宽度为3mm、高度为20mm的突出形状)。将该分纤处理机构相对于拓宽纤维束而间歇式地拔插，从而得到部分分纤纤维束。
此时，分纤处理机构相对于以10m/分钟的恒定速度行进的拓宽纤维束反复进行下述动作：插入分纤处理机构3秒钟，生成分纤处理区间，拔出分纤处理机构0.2秒钟并再次插入。
对于得到的部分分纤纤维束而言，在分纤处理区间，纤维束在宽度方向上被分纤，以使得成为目标的平均纤维数，在至少一个分纤处理区间的至少一个端部具有络合蓄积部，所述络合蓄积部是单丝交织而成的络合部经蓄积而形成的。接下来，将得到的部分分纤纤维束连续地插入旋转式切割机，从而将纤维束切断成目标的纤维长度，以均匀分散的方式进行散布，由此得到纤维取向为各向同性的不连续纤维无纺布。
从不连续纤维无纺布的上下夹入树脂片材，用加压机使树脂含浸于无纺布中，由此得到片状的纤维增强热塑性树脂成型材料。
(参考例1)
利用上述制造方法，如表1所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材1(Ny6)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为49重量％，导热系数为0.07W/m·K，孔隙率为50％，厚度为0.4mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为20mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束2(玻璃纤维)形成。
(参考例2)
利用上述制造方法，如表1所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材1(Ny6)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为40重量％，导热系数为0.1W/m·K，孔隙率为50％，厚度为0.4mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为20mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例3)
利用上述制造方法，如表1所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材1(Ny6)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为22重量％，导热系数为0.2W/m·K，孔隙率为30％，厚度为0.3mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为50°、纤维长度为10mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例4)
利用上述制造方法，如表1所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材2(PP)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为18重量％，导热系数为0.2W/m·K，孔隙率为30％，厚度为0.3mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为30°、纤维长度为10mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例5)
利用上述制造方法，如表1所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材2(PP)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为26重量％，导热系数为0.2W/m·K，孔隙率为10％，厚度为0.2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为30°、纤维长度为5mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例6)
利用上述制造方法，如表1所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材2(PP)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为55重量％，导热系数为0.3W/m·K，孔隙率为1％，厚度为0.2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为20mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束2(玻璃纤维)形成。
(参考例7)
利用上述制造方法，如表1所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材1(Ny6)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为40重量％，导热系数为0.5W/m·K，孔隙率为1％，厚度为0.2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为20mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例8)
利用上述制造方法，如表2所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材1(Ny6)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为49重量％，密度与比热之积为2×106J/m3·K，厚度为2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为30°、纤维长度为10mm、平均纤维数为2000根的增强纤维束2(玻璃纤维)形成。
(参考例9)
利用上述制造方法，如表2所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材2(PP)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为46重量％，密度与比热之积为2×106J/m3·K，厚度为2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为50°、纤维长度为10mm、平均纤维数为500根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例10)
利用上述制造方法，如表2所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材1(Ny6)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为40重量％，密度与比热之积为1.9×106J/m3·K，厚度为2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为8mm、平均纤维数为3000根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例11)
利用上述制造方法，如表2所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材1(Ny6)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为40重量％，密度与比热之积为1.9×106J/m3·K，厚度为2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为2mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例12)
利用上述制造方法，如表2所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材2(PP)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为46重量％，密度与比热之积为1.8×106J/m3·K，厚度为2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为30mm、平均纤维数为500根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例13)
利用上述制造方法，如表2所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材2(PP)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为46重量％，密度与比热之积为1.8×106J/m3·K，厚度为2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为10mm、平均纤维数为100根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(参考例14)
利用上述制造方法，如表2所示，得到了包含不连续纤维无纺布和树脂片材1(Ny6)的纤维增强热塑性树脂成型材料的构成要素(纤维重量含有率为60重量％，密度与比热之积为1.5×106J/m3·K，厚度为2mm)，所述不连续纤维无纺布由切断角度为10°、纤维长度为10mm、平均纤维数为1000根的增强纤维束1(碳纤维)形成。
(实施例1)
将参考例1作为构成要素(I)，将参考例8作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)/(II)/(I)](以下，表述为[(I)/(II)2/(I)])的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(实施例2)
将参考例1作为构成要素(I)，将参考例10作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(实施例3)
将参考例1作为构成要素(I)，将参考例11作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(实施例4)
将参考例2作为构成要素(I)，将参考例8作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(实施例5)
将参考例3作为构成要素(I)，将参考例8作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(实施例6)
将参考例4作为构成要素(I)，将参考例9作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于230℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(实施例7)
将参考例4作为构成要素(I)，将参考例12作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于230℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(实施例8)
将参考例4作为构成要素(I)，将参考例13作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于230℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(实施例9)
将参考例5作为构成要素(I)，将参考例9作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于230℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(比较例1)
将参考例6作为构成要素(I)，将参考例9作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于230℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(比较例2)
将参考例7作为构成要素(I)，将参考例8作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、流动率R如表3所示。
(比较例3)
将参考例1作为构成要素(I)，将参考例14作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(I)/(II)2/(I)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(比较例4)
将参考例1作为构成要素(I)，将参考例8作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(II)/(I)2/(II)]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4.4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(比较例5)
将参考例1作为构成要素(I)，以层叠构成成为[(I)20]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
(比较例6)
将参考例8作为构成要素(II)，以层叠构成成为[(II)2]的方式进行层叠，得到纤维增强热塑性树脂成型材料。于280℃对得到的纤维增强热塑性树脂成型材料进行预热，以厚度成为4mm的方式用加压机进行成型。得到的成型品的弯曲强度、成型材料的流动率R如表3所示。
[表1]
Figure GDA0002553219350000181
[表2]
Figure GDA0002553219350000182
[表3]
Figure GDA0002553219350000191
产业上的可利用性
本发明的纤维增强热塑性树脂成型材料能够合适地用于汽车内外装、电气·电子设备壳体、自行车、航空器内装材料、运输用箱体等等。
附图标记说明
λ1：导热系数
B2：密度与比热之积
θ：切断角度
A1、A2：长宽比
Wf1、Wf2：纤维重量含有率
Lf1、Lf2：平均纤维长度
n1、n2：平均纤维数
D1、D2：平均纤维束宽度
Q：Lf1与Lf2之比
Vf1、Vf2：纤维体积含有率

Claims (11)

1.纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，其为在热塑性树脂中包含增强纤维束的纤维增强热塑性树脂成型材料，且以第一构成要素(I)被配置于表面的方式层叠有第一构成要素(I)及第二构成要素(II)，
所述第一构成要素(I)与所述第二构成要素(II)的层叠构成为[(I)/(II)m/(I)]，其中，m为正整数，
构成所述第一构成要素(I)或所述第二构成要素(II)的增强纤维为碳纤维或玻璃纤维，
构成所述第一构成要素(I)的树脂及构成所述第二构成要素(II)的树脂包含选自聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、聚亚芳基硫醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚酮、聚醚醚酮树脂、聚醚酮酮树脂、聚醚砜树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚砜树脂的组中的至少一者，
第一构成要素(I)：导热系数(λ1)为0.2W/m·K以下的片状物
第二构成要素(II)：密度与比热之积(B2)为1.7×106J/m3·K以上的纤维增强热塑性树脂片状物。
2.如权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述第一构成要素(I)的孔隙率为5％以上。
3.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述增强纤维束的切断角度(θ)为3°以上且30°以下。
4.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述第二构成要素(II)所包含的增强纤维束的长宽比(A2)为10以下。
5.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述第一构成要素(I)的纤维重量含有率(Wf1)为20重量％以上。
6.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述第二构成要素(II)相对于所述第一构成要素(I)及所述第二构成要素(II)的总量而言的比例为50～95体积％。
7.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述第一构成要素(I)所包含的增强纤维束的平均纤维长度(Lf1)为8mm以上且100mm以下。
8.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述第二构成要素(II)所包含的增强纤维束的平均纤维长度(Lf2)为3mm以上且20mm以下。
9.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述第二构成要素(II)的纤维重量含有率(Wf2)为50重量％以下。
10.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，所述第二构成要素(II)所包含的增强纤维束的平均纤维数(n2)为500根以上。
11.如权利要求1或2所述的纤维增强热塑性树脂成型材料，其特征在于，层叠方向的厚度为1mm以上。
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