CN113383035B - 由碳纤维强化聚碳酸酯树脂组合物构成的成型用材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阻燃性、外观、强度和着色性优异的由碳纤维强化聚碳酸酯树脂组合物构成的成型用材料。本发明的成型材料的特征在于,是在由碳纤维100重量份和1种以上的含浸助剂3~15重量份构成的易含浸性碳纤维束上附着有50~2000重量份的聚碳酸酯树脂组合物的成型用材料,聚碳酸酯树脂组合物相对于由(A)芳香族聚碳酸酯树脂(A成分)1~100重量%和(B)聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂(B成分)0~99重量%构成的树脂成分100重量份,含有(C)溴系阻燃剂(C成分)10~20重量份、(D)含氟防滴剂(D成分)0.01~2重量份和(E)多元醇与脂肪族羧酸的全酯(E成分)0.05~2重量份。
Description
技术领域
本发明涉及一种由碳纤维强化聚碳酸酯树脂组合物构成的成型用材料。更详细而言,涉及一种阻燃性、外观、强度和着色性优异的由碳纤维强化聚碳酸酯树脂组合物构成的成型用材料。
背景技术
作为得到强度高、脆弱破坏性得到抑制的树脂材料的手段,已知有将树脂用碳纤维强化而得的复合材料。特别是将作为基体树脂的热塑性树脂用碳纤维强化而得的复合材料(也称为碳纤维强化热塑性树脂,以下,有时省略为CFRTP)作为成型用材料的易加工性和再利用性优异,期待在各种领域中应用。另一方面,随着期待CFRTP展开各种用途,针对用于确保安全性的难燃化要求的应对正在增加。另外,由于近年来的成型品形状的复杂性、成型品壁厚的薄壁化以及因省略涂装工序所带来的对成型品外观的要求水平的提高等,除了阻燃性以外,还产生要求比以往更高的表面外观、良好的着色性的情况。
在这样的背景下,提出了一种由以无机填充剂强化的聚碳酸酯树脂和卤代碳酸酯化合物构成的树脂组合物(专利文献1),但所期待的强度的改良并不充分,由得到的树脂组合物构成的产品的碳纤维的分散差且外观无法令人满意。作为满足强度和外观的成型用材料,提出了一种由附着于包含特定化合物的碳纤维束的聚碳酸酯树脂构成的成型用材料(专利文献2),但由于所使用的特定化合物而阻燃性不充分,并且着色性差。作为强度、阻燃性、外观优异的成型材料,公开了一种使预先含浸有磷酸酯系阻燃剂和热塑性树脂的碳纤维束用聚碳酸酯树脂含浸而得的成型材料的制造方法等(专利文献3)。然而,并具有能够应对近年来的薄壁化的阻燃性,要求进一步的改良。如上所述,迄今为止尚未得到阻燃性、外观、强度和着色性优异的成型用材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4588154号公报
专利文献2:WO2013/137246号公报
专利文献3:日本特开2014-159559号公报
发明内容
本发明的课题在于解决上述问题,提供一种阻燃性、强度、外观和着色性优异的由碳纤维强化聚碳酸酯树脂组合物构成的成型用材料。
本发明人等为了解决该课题而进行了深入研究,结果发现通过使在聚碳酸酯树脂中添加溴系阻燃剂、含氟防滴剂和多元醇与脂肪族羧酸的全酯而得的聚碳酸酯树脂组合物附着于碳纤维,能够得到阻燃性、外观、强度和着色性优异的成型用材料,从而完成了本发明。
即根据本发明,提供(1)一种成型用材料,其特征在于,在由碳纤维100重量份和1种以上的含浸助剂3~15重量份构成的易含浸性碳纤维束上附着有50~2000重量份的聚碳酸酯树脂组合物,其中,聚碳酸酯树脂组合物相对于由(A)芳香族聚碳酸酯树脂(A成分)1~100重量%和(B)聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂(B成分)0~99重量%构成的树脂成分100重量份,含有(C)溴系阻燃剂(C成分)10~20重量份、(D)含氟防滴剂(D成分)0.01~2重量份和(E)多元醇与脂肪族羧酸的全酯(E成分)0.05~2重量份。
本发明的更优选的方式之一为(2)根据上述构成(1)所述的成型用材料,其特征在于,含浸助剂由满足下述式(1)和下述式(2)的1种以上的脂肪族羟基羧酸系聚酯构成。
300℃时的含浸助剂的粘度≤10Pa·s···(1)
2≤(Tg0-Tg1)/D···(2)
[式中,D表示由聚碳酸酯树脂和含浸助剂构成的树脂组合物中的含浸助剂的比例(重量%),Tg1表示在聚碳酸酯树脂中以该比例添加含浸助剂而得的树脂组合物的玻璃化转变温度(℃),Tg0表示聚碳酸酯树脂的玻璃化转变温度(℃)]
本发明的更优选的方式之一为(3)根据上述构成(2)所述的成型用材料,其特征在于,脂肪族羟基羧酸系聚酯为选自重均分子量3000~50000的ε-己内酯、δ-己内酯、β-丙内酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯、γ-戊内酯、庚内酯的均聚物和重均分子量3000~50000的它们2种以上的单体的共聚物中的1种以上的化合物。
本发明的更优选的方式之一为(4)根据上述构成(1)~(3)中任一项所述的成型用材料,其特征在于,相对于A成分和B成分的合计100重量份,含有(F)密合性改善剂(F成分)1~10重量份。
本发明的更优选的方式之一为(5)根据上述构成(1)~(4)中任一项所述的成型用材料,其特征在于,E成分为多元醇与脂肪族羧酸的全酯,脂肪族羧酸为包含棕榈酸成分和硬脂酸成分,在其气相色谱-质谱法(GC/MS法)的峰面积中棕榈酸成分的面积(Sp)与硬脂酸成分的面积(Ss)的合计在全部脂肪族羧酸成分中为80%以上且两者的面积比(Ss/Sp)为1.3~30的脂肪族羧酸,并且所述全酯的酸值为0.1~20。
本发明的更优选的方式之一为(6)根据上述构成(1)~(5)中任一项所述的成型用材料,其特征在于,E成分是多元醇为季戊四醇的多元醇与脂肪族羧酸的全酯。
本发明的更优选的方式之一为(7)根据上述构成(4)~(6)中任一项所述的成型用材料,其特征在于,F成分为选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、双酚A型环氧树脂、聚芳酯和苯乙烯-马来酸树脂中的至少1种有机化合物。
本发明的更优选的方式之一为(8)根据上述构成(1)~(7)中任一项所述的成型用材料,其特征在于,是以易含浸性碳纤维束为芯成分且以聚碳酸酯树脂组合物为鞘成分的芯鞘型结构的颗粒。
本发明的更优选的方式之一为(9)根据上述构成(8)所述的成型用材料,其特征在于,颗粒的长边方向的长度为3~10mm。
本发明的更优选的方式之一为(10)一种成型体,由上述构成(1)~(9)中任一项所述的成型用材料构成。
本发明的更优选的方式之一为(11)根据上述构成(10)所述的成型体,其特征在于,来自易含浸性碳纤维束的碳纤维以平均纤维长度0.3mm以上的长度分散。
本发明的更优选的方式之一为(12)根据上述构成(10)所述的成型体,其中,成型体为OA-电气电子用内外装构件。
本发明的更优选的方式之一为(13)根据上述构成(10)所述的成型体,其中,成型体为汽车用构件。
由本发明的碳纤维强化聚碳酸酯树脂组合物所构成的成型用材料得到的成型品由于强度、阻燃性、外观和着色性优异,因此对OA-电气电子用内外装部件、家庭电器、汽车用构件、基础设施相关部件、住房设施相关部件等是有用的,其所起到的产业上的效果格外显著。
具体实施方式
以下,对本发明进行具体说明。
(A成分:聚碳酸酯树脂)
本发明中使用的聚碳酸酯树脂是使二元酚与碳酸酯前体反应而得到的。作为反应方法的一个例子,可以举出界面聚合法、熔融酯交换法、碳酸酯预聚物的固相酯交换法和环状碳酸酯化合物的开环聚合法等。
作为这里使用的二元酚的代表例,可以举出对苯二酚、间苯二酚、4,4’-联苯酚、1,1-双(4—羟基苯基)乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(通称双酚A)、2,2-双(4-羟基-3—甲基苯基)丙烷、2,2—双(4-羟基苯基)丁烷、1,1—双(4—羟基苯基)-1-苯基乙烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷、2,2-双(4-羟基苯基)戊烷、4,4’-(对亚苯基二异亚丙基)二苯酚、4,4’-(间亚苯基二异亚丙基)二苯酚、1,1-双(4-羟基苯基)-4-异丙基环己烷、双(4-羟基苯基)氧化物、双(4-羟基苯基)硫化物、双(4-羟基苯基)亚砜、双(4-羟基苯基)砜、双(4-羟基苯基)酮、双(4-羟基苯基)酯、双(4-羟基-3-甲基苯基)硫化物、9,9-双(4-羟基苯基)芴和9,9-双(4-羟基-3-甲基苯基)芴等。优选的二元酚为双(4-羟基苯基)烷烃,其中,从耐冲击性的方面考虑,特别优选双酚A,且被通用。
本发明中,除了作为通用的聚碳酸酯的双酚A系聚碳酸酯以外,也可以将使用其它二元酚类制造的特殊的聚碳酸酯作为A成分使用。
例如,使用4,4’-(间亚苯基二异亚丙基)二苯酚(以下,有时简称为“BPM”)、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷(以下,有时简称为“Bis-TMC”)、9,9-双(4-羟基苯基)芴和9,9-双(4-羟基-3-甲基苯基)芴(以下,有时简称为“BCF”)作为二元酚成分的一部分或全部的聚碳酸酯(均聚物或共聚物)适于由吸水引起的尺寸变化、形态稳定性的要求特别严格的用途。这些BPA以外的二元酚优选使用构成该聚碳酸酯的二元酚成分整体的5摩尔%以上,特别优选使用10摩尔%以上。
尤其是在要求高刚性且更良好的耐水解性的情况下,构成树脂组合物的A成分特别优选为以下的(1)~(3)的共聚聚碳酸酯。
(1)构成该聚碳酸酯的二元酚成分100摩尔%中,BPM为20~80摩尔%(更优选为40~75摩尔%,进一步优选为45~65摩尔%)且BCF为20~80摩尔%(更优选为25~60摩尔%,进一步优选为35~55摩尔%)的共聚聚碳酸酯。
(2)构成该聚碳酸酯的二元酚成分100摩尔%中,BPA为10~95摩尔%(更优选为50~90摩尔%,进一步优选为60~85摩尔%)且BCF为5~90摩尔%(更优选为10~50摩尔%,进一步优选为15~40摩尔%)的共聚聚碳酸酯。
(3)构成该聚碳酸酯的二元酚成分100摩尔%中,BPM为20~80摩尔%(更优选为40~75摩尔%,进一步优选为45~65摩尔%)且Bis-TMC为20~80摩尔%(更优选为25~60摩尔%,进一步优选为35~55摩尔%)的共聚聚碳酸酯。
这些特殊的聚碳酸酯可以单独使用,也可以适当地混合使用2种以上。另外,也可以将它们与通用的双酚A型聚碳酸酯混合使用。
这些特殊的聚碳酸酯的制法和特性详细记载于例如日本特开平6—172508号公报、日本特开平8-27370号公报、日本特开2001-55435号公报和日本特开2002-117580号公报等。
应予说明,上述各种聚碳酸酯中,调整共聚组成等而使吸水率和Tg(玻璃化转变温度)在下述范围内的聚碳酸酯由于聚合物本身的耐水解性良好且成型后的低翘曲性也格外优异,因此在要求形态稳定性的领域特别优选。
(i)吸水率为0.05~0.15%、优选为0.06~0.13%且Tg为120~180℃的聚碳酸酯,或者
(ii)Tg为160~250℃、优选为170~230℃且吸水率为0.10~0.30%、优选为0.13~0.30%、更优选为0.14~0.27%的聚碳酸酯。
这里,聚碳酸酯的吸水率是使用直径45mm、厚度3.0mm的圆板状试验片,依据ISO62-1980测定在23℃的水中浸渍24小时后的水分率而得的值。另外,Tg(玻璃化转变温度)是通过依据JIS K7121的差示扫描量热仪(DSC)测定而求出的值。
作为碳酸酯前体,使用酰卤、碳酸二酯或卤代甲酸酯等,具体而言,可以举出光气、碳酸二苯酯或二元酚的二卤代甲酸酯等。
在将上述二元酚和碳酸酯前体利用界面聚合法来制造芳香族聚碳酸酯树脂时,也可以根据需要使用催化剂、末端终止剂、用于防止二元酚氧化的抗氧化剂等。另外,本发明的芳香族聚碳酸酯树脂包含将三官能以上的多官能性芳香族化合物共聚而得的支化聚碳酸酯树脂、将芳香族或脂肪族(包含脂环式)的二官能性羧酸共聚而得的聚酯碳酸酯树脂、将二官能性醇(包含脂环式)共聚而得的共聚聚碳酸酯树脂以及将该二官能性羧酸和二官能性醇一起共聚而得的聚酯碳酸酯树脂。另外,也可以为将所得到的芳香族聚碳酸酯树脂的2种以上混合的混合物。
支化聚碳酸酯树脂能够对本发明的聚碳酸酯树脂组合物赋予防滴性能等。作为上述支化聚碳酸酯树脂中使用的三官能以上的多官能性芳香族化合物,可以举出间苯三酚、五羟基联苯(Phloroglucide)或4,6-二甲基-2,4,6-三(4-羟基苯基)庚烯-2,2,4,6-三甲基-2,4,6-三(4-羟基苯基)庚烷、1,3,5-三(4-羟基苯基)苯、1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷、1,1,1-三(3,5-二甲基-4-羟基苯基)乙烷、2,6-双(2-羟基-5-甲基苄基)-4-甲基苯酚、4-{4-[1,1-双(4-羟基苯基)乙基]苯}-α,α-二甲基苄基苯酚等三酚、四(4—羟基苯基)甲烷、双(2,4-二羟基苯基)酮、1,4-双(4,4-二羟基三苯基甲基)苯或偏苯三酸、均苯四酸、二苯甲酮四甲酸和它们的酰氯等,其中,优选1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷、1,1,1-三(3,5-二甲基-4—羟基苯基)乙烷,特别优选1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷。
支化聚碳酸酯中的由多官能性芳香族化合物衍生的构成单元在由二元酚衍生的构成单元与由该多官能性芳香族化合物衍生的构成单元的合计100摩尔%中,优选为0.01~1摩尔%,更优选为0.05~0.9摩尔%,进一步优选为0.05~0.8摩尔%。
另外,特别是在熔融酯交换法的情况下,有时以副反应的形式产生支化结构单元,该支化结构单元量也优选在与由二元酚衍生的构成单元的合计100摩尔%中优选为0.001~1摩尔%,更优选为0.005~0.9摩尔%,进一步优选为0.01~0.8摩尔%。应予说明,该支化结构的比例可以通过1H-NMR测定而算出。
脂肪族的二官能性的羧酸优选α,ω-二羧酸。作为脂肪族的二官能性的羧酸,例如可优选举出癸二酸(癸烷二酸)、十二烷二酸、十四烷二酸、十八烷二酸、二十烷二酸等直链饱和脂肪族二羧酸、以及环己烷二羧酸等脂环族二羧酸。作为二官能性醇,更优选脂环族二醇,例如可例示环己烷二甲醇、环己烷二醇和三环癸烷二甲醇等。
作为本发明的芳香族聚碳酸酯树脂的制造方法的界面聚合法、熔融酯交换法、碳酸酯预聚物固相酯交换法和环状碳酸酯化合物的开环聚合法等反应形式为各种文献和日本专利公报等中熟知的方法。
对于本发明中所谓的粘均分子量,首先,使用奥斯特瓦尔德粘度计由在20℃将聚碳酸酯0.7g溶解于二氯甲烷100ml的溶液求出由下式算出的比粘度(ηSP),
比粘度(ηSP)=(t-t0)/t0
[t0为二氯甲烷的落下秒数,t为试样溶液的落下秒数]
由求出的比粘度(ηSP)根据以下数学式算出粘均分子量M。
ηSP/c=[η]+0.45×[η]2c(其中,[η]为极限粘度)
[η]=1.23×10-4M0.83
c=0.7
应予说明,本发明的聚碳酸酯树脂组合物中的芳香族聚碳酸酯树脂的粘均分子量的算出按照以下要领进行。即,将该组合物与其20~30倍重量的二氯甲烷混合,使组合物中的可溶成分溶解。通过硅藻土过滤来采取该可溶成分。然后,除去所得到的溶液中的溶剂。将溶剂除去后的固体充分干燥,得到溶解于二氯甲烷的成分的固体。与上述同样地由将该固体0.7g溶解于二氯甲烷100ml的溶液求出20℃时的比粘度,与上述同样地由该比粘度算出粘均分子量M。
A成分的含量在由A成分和B成分构成的树脂成分100重量%中为1~100重量%,优选为30~100重量%,更优选为50~95重量%。A成分的含量小于1重量%时,着色性差。
(B成分:聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂)
本发明的树脂组合物可以含有聚碳酸酯—聚二有机硅氧烷共聚树脂作为B成分。本发明中使用的聚碳酸酯—聚二有机硅氧烷共聚树脂优选为通过使衍生下述通式(1)表示的构成单元的二元酚与衍生下述通式(3)表示的构成单元的羟基芳基末端聚二有机硅氧烷共聚而制备的共聚树脂。
[上述通式(1)中,R1和R2各自独立地表示选自氢原子、卤素原子、碳原子数1~18的烷基、碳原子数1~18的烷氧基、碳原子数6~20的环烷基、碳原子数6~20的环烷氧基、碳原子数2~10的烯基、碳原子数6~14的芳基、碳原子数6~14的芳氧基、碳原子数7~20的芳烷基、碳原子数7~20的芳烷氧基、硝基、醛基、氰基和羧基中的基团,分别存在多个时,它们可以相同或不同,e和f分别为1~4的整数,W为单键或选自下述通式(2)表示的基团中的至少一种基团)
[上述通式(2)中,R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17和R18各自独立地表示选自氢原子、碳原子数1~18的烷基、碳原子数6~14的芳基和碳原子数7~20的芳烷基中的基团,R19和R20各自独立地表示选自氢原子、卤素原子、碳原子数1~18的烷基、碳原子数1~10的烷氧基、碳原子数6~20的环烷基、碳原子数6~20的环烷氧基、碳原子数2~10的烯基、碳原子数6~14的芳基、碳原子数6~10的芳氧基、碳原子数7~20的芳烷基、碳原子数7~20的芳烷氧基、硝基、醛基、氰基和羧基中的基团,存在多个时,它们可以相同或不同,g为1~10的整数,h为4~7的整数]
[上述通式(3)中,R3、R4、R5、R6、R7和R8各自独立地为氢原子、碳原子数1~12的烷基或者碳原子数6~12的取代或无取代的芳基,R9和R10各自独立地为氢原子、卤素原子、碳原子数1~10的烷基、碳原子数1~10的烷氧基,p为自然数,q为0或自然数,p+q为10~300的自然数。X为碳原子数2~8的二价脂肪族基团]
作为衍生通式(1)表示的构成单元的二元酚(I),例如可以举出4,4’-二羟基联苯、双(4-羟基苯基)甲烷、1,1-双(4-羟基苯基)乙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基-3-甲基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷、2,2-双(4-羟基-3,3’—联苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基-3-异丙基苯基)丙烷、2,2-双(3-叔丁基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基苯基)丁烷、2,2-双(4—羟基苯基)辛烷、2,2-双(3-溴-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3,5-二甲基-4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(3-环己基-4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(3-环己基-4-羟基苯基)环己烷、双(4-羟基苯基)二苯基甲烷、9,9-双(4-羟基苯基)芴、9,9-双(4-羟基—3-甲基苯基)芴、1,1-双(4—羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)环戊烷、4,4’-二羟基二苯基醚、4,4’-二羟基-3,3’-二甲基二苯基醚、4,4’-磺酰基二苯酚、4,4’-二羟基二苯基亚砜、4,4’-二羟基二苯硫醚、2,2’-二甲基-4,4’-磺酰基二苯酚、4,4’—二羟基-3,3’-二甲基二苯基亚砜、4,4’—二羟基-3,3’-二甲基二苯硫醚、2,2’-二苯基-4,4’-磺酰基二苯酚、4,4’-二羟基-3,3’-二苯基二苯基亚砜、4,4’-二羟基-3,3’-二苯基二苯硫醚、1,3—双{2-(4-羟基苯基)丙基}苯、1,4-双{2-(4—羟基苯基)丙基}苯、1,4-双(4—羟基苯基)环己烷、1,3—双(4—羟基苯基)环己烷、4,8—双(4-羟基苯基)三环[5.2.1.02、6]癸烷、4,4’—(1,3—金刚烷二基)二苯酚、1,3—双(4—羟基苯基)—5,7—二甲基金刚烷等。
其中,优选1,1—双(4-羟基苯基)-1—苯基乙烷、2,2—双(4—羟基苯基)丙烷、2,2—双(4—羟基-3-甲基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、1,1-双(4-羟基苯基)-3,3,5-三甲基环己烷、4,4’-磺酰基二苯酚、2,2’-二甲基-4,4’-磺酰基二苯酚、9,9-双(4-羟基—3-甲基苯基)芴、1,3-双{2-(4-羟基苯基)丙基}苯、1,4-双{2-(4-羟基苯基)丙基}苯,特别优选2,2-双(4-羟基苯基)丙烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷(BPZ)、4,4’-磺酰基二苯酚、9,9-双(4-羟基-3-甲基苯基)芴。其中,最优选强度优异且具有良好的耐久性的2,2-双(4-羟基苯基)丙烷。另外,它们可以单独或组合使用二种以上。
作为衍生上述通式(3)表示的构成单元的羟基芳基末端聚二有机硅氧烷,例如优选使用如下所示的化合物。
羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)可通过使具有烯烃性不饱和碳—碳键的酚类、优选乙烯基酚、2-烯丙基酚、异丙烯基酚、2—甲氧基-4-烯丙基酚与具有规定聚合度的聚硅氧烷链的末端进行氢化硅烷化反应而容易地制造。其中,优选(2-烯丙基酚)末端聚二有机硅氧烷、(2—甲氧基—4-烯丙基酚)末端聚二有机硅氧烷,特别优选(2-烯丙基酚)末端聚二甲基硅氧烷、(2-甲氧基-4-烯丙基酚)末端聚二甲基硅氧烷。羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)优选其分子量分布(Mw/Mn)为3以下。为了表现出进一步优异的高温成型时的低脱气性和低温冲击性,该分子量分布(Mw/Mn)更优选为2.5以下,进一步优选为2以下。如果超过该优选的范围的上限,则有时高温成型时的脱气产生量多,并且低温冲击性差。
另外,为了实现高耐冲击性,羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)的二有机硅氧烷聚合度(p+q)优选10~300。该二有机硅氧烷聚合度(p+q)优选为10~200,更优选为12~150,进一步优选为14~100。该上述优选范围的下限时,无法有效地表现出作为聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚物的特征的耐冲击性,如果超过该优选范围的上限,则出现外观不良。
在聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂总重量中所占的聚二有机硅氧烷含量优选0.1~50重量%。该聚二有机硅氧烷成分含量更优选为0.5~30重量%,进一步优选为1~20重量%。该优选范围的下限以上时,强度、阻燃性优异,该上述优选范围的上限以下时,容易得到不易受到成型条件影响的稳定的外观。该聚二有机硅氧烷聚合度、聚二有机硅氧烷含量可以通过1H-NMR测定而算出。
本发明中,羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)可以仅使用1种,另外,也可以使用2种以上。
另外,也可以在不妨碍本发明的范围内以相对于共聚物的总重量为10重量%以下的范围并用除上述二元酚(I)、羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)以外的其它共聚单体。
本发明中,预先制备在对水为不溶性的有机溶剂与碱水溶液的混合液中通过二元酚(I)与碳酸酯形成性化合物的反应而包含具有末端氯甲酸酯基的低聚物的混合溶液。
在生成二元酚(I)的低聚物时,可以将本发明的方法中使用的二元酚(I)的总量一次性制成低聚物,或者将其一部分作为后添加单体而后段的界面缩聚反应中作为反应原料添加。后添加单体是为了使后段的缩聚反应快速进行而加入的,在没有必要的情况下,不需要特意加入。
该低聚物生成反应的方式没有特别限定,通常,优选在酸结合剂的存在下在溶剂中进行的方式。
碳酸酯形成性化合物的使用比例只要考虑反应的化学计量比(当量)而适当地调整即可。另外,使用光气等气体状的碳酸酯形成性化合物时,可以优选采用将其吹入反应体系的方法。
作为上述酸结合剂,例如可使用氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物、碳酸钠、碳酸钾等碱金属碳酸盐、吡啶等有机碱或它们的混合物等。酸结合剂的使用比例也只要与上述同样地考虑反应的化学计量比(当量)而适当地决定即可。具体而言,相对于用于形成低聚物的二元酚(I)的摩尔数(通常1摩尔相当于2当量),优选使用2当量或比其稍微过量的酸结合剂。
作为上述溶剂,只要将公知的聚碳酸酯的制造中使用的溶剂等对各种反应为非活性的溶剂单独使用1种或者以混合溶剂的形式使用。作为代表性的例子,例如可以举出二甲苯等烃溶剂、以二氯甲烷、氯苯为代表的卤代烃溶剂等。特别优选使用二氯甲烷等卤化烃溶剂。
低聚物生成的反应压力没有特别限制,可以为常压、加压、减压中的任一者,通常在常压下进行反应是有利的。反应温度从-20~50℃的范围中选择,在许多情况下,伴随聚合而发热,因此,优选进行水冷或冰冷。反应时间受其它条件影响,无法一概地规定,通常以0.2~10小时进行。低聚物生成反应的pH范围与公知的界面反应条件同样,pH总是制备成10以上。
本发明以这样的方式得到包含具有末端氯甲酸酯基的二元酚(I)的低聚物的混合溶液后,一边搅拌该混合溶液一边将高度纯化至分子量分布(Mw/Mn)为3以下的式(4)表示的羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)加入到二元酚(I)中,使该羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)与该低聚物进行界面缩聚,由此得到聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚物。
(上述通式(4)中,R3、R4、R5、R6、R7和R8各自独立地为氢原子、碳原子数1~12的烷基或者碳原子数6~12的取代或无取代的芳基,R9和R10各自独立地为氢原子、卤素原子、碳原子数1~10的烷基、碳原子数1~10的烷氧基,p为自然数,q为0或自然数,p+q为10~300的自然数。X为碳原子数2~8的二价脂肪族基团)
在进行界面缩聚反应时,只要考虑反应的化学计量比(当量)而适当地追加酸结合剂即可。作为酸结合剂,例如可使用氢氧化钠、氢氧化钾等碱金属氢氧化物、碳酸钠、碳酸钾等碱金属碳酸盐、吡啶等有机碱或它们的混合物等。具体而言,在将所使用的羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)、或如上所述地将二元酚(I)的一部分作为后添加单体添加于该反应阶段的情况下,相对于后添加的二元酚(I)与羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)的合计摩尔数(通常1摩尔相当于2当量),优选使用2当量或比其过量的碱。
二元酚(I)的低聚物与羟基芳基末端聚二有机硅氧烷(II)的基于界面缩聚反应的缩聚通过剧烈搅拌上述混合液而进行。
该聚合反应中,通常使用末端终止剂或分子量调节剂。作为末端终止剂,可以举出具有一元酚性羟基的化合物,除了通常的苯酚、对叔丁基苯酚、对枯基苯酚、三溴苯酚等以外,还可例示长链烷基苯酚、脂肪族羧酰氯、脂肪族羧酸、羟基苯甲酸烷基酯、羟基苯基烷酸酯、烷基醚苯酚等。其使用量相对于所使用的全部二元酚系化合物100摩尔为100~0.5摩尔,优选50~2摩尔的范围,当然也可以并用二种以上的化合物。
为了促进缩聚反应,也可以添加三乙胺这样的叔胺或季铵盐等催化剂。
该聚合反应的反应时间优选为30分钟以上,进一步优选为50分钟以上。也可以根据需要添加少量亚硫酸钠、硫氢化物等抗氧化剂。
可以将支化剂与上述二元酚系化合物并用而制成支化聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷。作为该支化聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂中使用的三官能以上的多官能性芳香族化合物,可以举出间苯三酚、五羟基联苯或4,6-二甲基—2,4,6-三(4—羟基苯基)庚烯-2,2,4,6-三甲基—2,4,6-三(4-羟基苯基)庚烷、1,3,5-三(4-羟基苯基)苯、1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷、1,1,1-三(3,5-二甲基-4-羟基苯基)乙烷、2,6-双(2-羟基-5-甲基苄基)-4-甲基苯酚、4-{4-[1,1-双(4-羟基苯基)乙基]苯}-α,α-二甲基苄基苯酚等三酚、四(4—羟基苯基)甲烷、双(2,4-二羟基苯基)酮、1,4-双(4,4-二羟基三苯基甲基)苯、或偏苯三酸、均苯四酸、二苯甲酮四甲酸和它们的酰氯等,其中,优选1,1,1—三(4-羟基苯基)乙烷、1,1,1-三(3,5-二甲基-4-羟基苯基)乙烷,特别优选1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷。支化聚碳酸酯—聚二有机硅氧烷共聚树脂中的多官能性化合物的比例在芳香族聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂总量中,优选为0.001~1摩尔%,更优选为0.005~0.9摩尔%,进一步优选为0.01~0.8摩尔%,特别优选为0.05~0.4摩尔%。应予说明,该支化结构量可以通过1H-NMR测定而算出。
反应压力可以为减压、常压、加压中的任一者,通常可以以常压或反应体系的自压程度适当进行。反应温度从-20~50℃的范围中选择,在许多情况下,伴随聚合而发热,因此优选进行水冷或冰冷。反应时间根据反应温度等其它条件而不同,因此无法一概地规定,通常以0.5~10小时进行。
根据情况,也可以对得到的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂实施适当的物理处理(混合、分级等)和/或化学处理(聚合物反应、交联处理、部分分解处理等)而获得作为期望的还原粘度[ηSP/c]的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂。
所得到的反应产物(粗产物)可以实施公知的分离纯化法等各种后处理而作为期望纯度(纯化度)的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂回收。
聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂成型品中的聚二有机硅氧烷区域的平均尺寸优选1~40nm的范围。该平均尺寸更优选为1~30nm,进一步优选为5~25nm。小于该优选范围的下限时,无法充分地发挥耐冲击性、阻燃性,如果超过该优选范围的上限,则有时耐冲击性无法稳定地发挥。由此可提供强度和外观优异的聚碳酸酯树脂组合物。
本发明中的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂成型品的聚二有机硅氧烷区域的平均区域尺寸通过小角X射线散射法(Small Angle X-rayScattering:SAXS)进行评价。小角X射线散射法是测定在散射角(2θ)<10°以内的小角区域产生的漫散射和衍射的方法。该小角X射线散射法中,如果在物质中存在1~100nm左右大小的电子密度不同的区域,则根据该电子密度差来测量X射线的漫散射。基于该散射角和散射强度而求出测定对象物的粒径。在成为在聚碳酸酯聚合物的基体中分散有聚二有机硅氧烷区域的凝聚结构的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂的情况下,由于聚碳酸酯基体与聚二有机硅氧烷区域的电子密度差而产生X射线的漫散射。测定散射角(2θ)小于10°范围的各散射角(2θ)中的散射强度I,测定小角X射线散射剖面,假设聚二有机硅氧烷区域为球状区域且存在粒径分布的偏差,根据假设的粒径和假设的粒径分布模型,使用市售的解析软件进行模拟,求出聚二有机硅氧烷区域的平均尺寸。根据小角X射线散射法,能够精度良好、简便且再现性良好地测定利用透射式电子显微镜进行观察时无法精确地测定的分散于聚碳酸酯聚合物的基体中的聚二有机硅氧烷区域的平均尺寸。平均区域尺寸是指各个区域尺寸的数平均。
与本发明相关联而使用的用语“平均区域尺寸”表示通过利用该小角X射线散射法测定由实施例记载的方法所制作的3段型板的厚度1.0mm部而得到的测定值。另外,利用不考虑粒子间相互作用(粒子间干扰)的独立粒子模型进行解析。
聚碳酸酯—聚二有机硅氧烷共聚树脂的粘均分子量(M)没有特别限定,优选为1.8×104~4.0×104,更优选为2.0×104~3.5×104,进一步优选为2.2×104~3.0×104。粘均分子量小于1.8×104的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂时,有时得不到良好的机械特性。另一方面,由粘均分子量超过4.0×104的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂得到的树脂组合物有时因注塑成型时的流动性差而通用性差。
应予说明,上述聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂也可以为将其粘均分子量在上述范围外的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂混合而得到的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂。特别是具有超过上述范围(5×104)的粘均分子量的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂的树脂熵弹性提高。其结果,将强化树脂材料成型为结构部件时有时会使用的气体辅助成型和发泡成型中,表现出良好的成型加工性。作为更优选的方式,也可以使用由粘均分子量7×104~3×105的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂(B-1-1成分)和粘均分子量1×104~3×104的聚碳酸酯—聚二有机硅氧烷共聚树脂(B-1-2成分)构成且其粘均分子量为1.6×104~3.5×104的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂(B-1成分)(以下,有时称为“含有高分子量成分的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂”)。
该含有高分子量成分的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂(B-1成分)中,B-1-1成分的分子量优选为7×104~2×105,更优选为8×104~2×105,进一步优选为1×105~2×105,特别是优选为1×105~1.6×105。另外,B-1—2成分的分子量优选为1×104~2.5×104,更优选为1.1×104~2.4×104,进一步优选为1.2×104~2.4×104,特别是优选为1.2×104~2.3×104。
含有高分子量成分的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂(B-1成分)可以将上述B-1-1成分和B—1-2成分以各种比例混合,调整为满足规定的分子量范围而得到。优选B-1成分100重量%中B—1-1成分为2~40重量%的情况,更优选B-1-1成分为3~30重量%,进一步优选B-1-1成分为4~20重量%,特别优选B-1-1成分为5~20重量%。
另外,作为B-1成分的制备方法,可以举出(1)将B-1-1成分和B-1-2成分分别独立地聚合并将它们混合的方法,(2)使用以日本特开平5-306336号公报中公开的方法为代表的使用在相同体系内制造利用GPC法的分子量分布图中显示多个聚合物峰的芳香族聚碳酸酯树脂的方法,以满足本发明的B-1成分的条件的方式制造该芳香族聚碳酸酯树脂的方法,以及(3)将通过该制造方法((2)的制造法)得到的芳香族聚碳酸酯树脂与另行制造的B-1-1成分和/或B-1-2成分混合的方法等。
对于本发明中所谓的粘均分子量,首先,使用奥斯特瓦尔德粘度计由在20℃将聚碳酸酯—聚二有机硅氧烷共聚树脂0.7g溶解于二氯甲烷100ml的溶液求出由下式算出的比粘度(ηSP),
比粘度(ηSP)=(t-t0)/t0
[t0为二氯甲烷的落下秒数,t为试样溶液的落下秒数]
由求出的比粘度(ηSP)根据以下数学式算出粘均分子量M。
ηSP/c=[η]+0.45×[η]2c(其中,[η]为极限粘度)
[η]=1.23×10-4M0.83
c=0.7
应予说明,本发明的聚碳酸酯树脂组合物中的聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂的粘均分子量的算出按照以下要领进行。即,将该组合物与其20~30倍重量的二氯甲烷混合,使组合物中的可溶成分溶解。通过硅藻土过滤来采取该可溶成分。然后,除去所得到的溶液中的溶剂。将溶剂除去后的固体充分干燥,得到溶解于二氯甲烷的成分的固体。与上述同样地由将该固体0.7g溶解于二氯甲烷100ml的溶液求出20℃时的比粘度,与上述同样地由该比粘度算出粘均分子量M。
(C成分:溴系阻燃剂)
本发明的树脂组合物含有溴系阻燃剂作为C成分。作为溴系阻燃剂,特别优选溴代聚碳酸酯(包含低聚物)。溴代聚碳酸酯的耐热性优异,且能够大幅提高阻燃性。本发明中使用的溴代聚碳酸酯是下述式(5)表示的构成单元为全部构成单元的优选至少60摩尔%、更优选至少80摩尔%、特别优选实质上由下述式(5)表示的构成单元构成的溴代聚碳酸酯化合物。
式(5)中,X为溴原子,R为碳原子数1~4的亚烷基、碳原子数1~4的烷叉基或—SO2-。
另外,该式(5)中,优选R表示亚甲基、亚乙基、异丙叉基、-SO2-,特别优选表示异丙叉基。
溴代聚碳酸酯优选残留的氯甲酸酯基末端少且末端氯量为0.3ppm以下,更优选为0.2ppm以下。该末端氯量可以将试样溶解于二氯甲烷,加入4-(对硝基苄基)吡啶与末端氯(末端氯甲酸酯)反应,利用紫外可见分光光度计(日立制作所制U-3200)对其进行测定而求出。如果末端氯量为0.3ppm以下,则有时阻燃性聚碳酸酯树脂组合物的热稳定性变得更良好,并且能够高温成型,其结果有时可提供成型加工性更优异的树脂组合物。
另外,溴代聚碳酸酯优选残留的羟基末端少。更具体而言,相对于溴代聚碳酸酯的构成单元1摩尔,末端羟基量优选为0.0005摩尔以下,更优选为0.0003摩尔以下。末端羟基量可以将试样溶解于氘代氯仿,通过1H-NMR法进行测定而求出。如果为该末端羟基量,则有时阻燃性聚碳酸酯树脂组合物的热稳定性进一步提高。
溴代聚碳酸酯的比粘度优选为0.015~0.1的范围,更优选为0.015~0.08的范围。溴代聚碳酸酯的比粘度是依照算出上述的本发明的A成分即聚碳酸酯树脂的粘均分子量时使用的上述比粘度的算式而算出的。
C成分的含量相对于A成分和B成分的合计100重量份为10~20重量份,优选为12~20重量份,更优选为12~18重量份。C成分的含量小于10重量份时,无法表现出阻燃性,如果超过20重量份,则外观恶化。
(D成分:含氟防滴剂)
本发明的树脂组合物含有含氟防滴剂作为D成分。通过含有该含氟防滴剂,能够在不损害成型品的物性的情况下实现良好的阻燃性。
作为D成分的含氟防滴剂,可以举出具有原纤维形成能力的含氟聚合物,作为该聚合物,可以举出聚四氟乙烯、四氟乙烯系共聚物(例如,四氟乙烯/六氟丙烯共聚物等)、如美国专利第4379910号公报所示的部分氟代聚合物、由氟代二苯酚制造的聚碳酸酯树脂等。其中,优选为聚四氟乙烯(以下,有时称为PTFE)。
具有原纤维形成能力的PTFE的分子量具有极高分子量且通过剪切力等外部作用而显示将PTFE彼此键合而成为纤维状的趋势。其分子量在由标准比重求出的数均分子量中为100万~1000万,更优选为200万~900万。该PTFE除了固体形状以外,也可以使用水性分散液形态的PTFE。另外,为了提高在树脂中的分散性、以及得到良好的阻燃性和机械特性,该具有原纤维形成能力的PTFE也可以使用与其它树脂的混合形态的PTFE混合物。
作为该具有原纤维形成能力的PTFE的市售品,例如可以举出三井·杜邦氟化学株式会社的Teflon(注册商标)6J、大金工业株式会社的PolyflonMPAFA500和F-201L等。作为PTFE的水性分散液的市售品,可以举出旭ICI氟聚合物株式会社制的FluonAD-1、AD-936、大金工业株式会社制的FluonD-1和D-2、三井·杜邦氟化学株式会社制的Teflon(注册商标)30J等作为代表。
作为混合形态的PTFE,可以使用通过如下方法得到的PTFE:(1)将PTFE的水性分散液与有机聚合物的水性分散液或溶液混合进行共沉淀,得到共凝聚混合物的方法(日本特开昭60-258263号公报、日本特开昭63-154744号公报等中记载的方法),(2)将PTFE的水性分散液与干燥的有机聚合物粒子混合的方法(日本特开平4-272957号公报中记载的方法),(3)将PTFE的水性分散液与有机聚合物粒子溶液均匀混合并从该混合物中同时除去各介质的方法(日本特开平06-220210号公报、日本特开平08-188653号公报等中记载的方法),(4)在PTFE的水性分散液中将形成有机聚合物的单体聚合的方法(日本特开平9-95583号公报中记载的方法),以及(5)将PTFE的水性分散液与有机聚合物分散液均匀混合后,进一步在该混合分散液中将乙烯基系单体聚合,然后得到混合物的方法(日本特开平11-29679号等中记载的方法)。作为这些混合形态的PTFE的市售品,可以举出三菱化学株式会社的“MetablenA3800”(商品名)等。
作为混合形态中的PTFE的比例,在PTFE混合物100重量%中,PTFE优选为1~60重量%,更优选为5~55重量%。在PTFE的比例处于上述范围的情况下,能够实现PTFE的良好的分散性。应予说明,上述D成分的比例表示含氟防滴剂的净量,在混合形态的PTFE的情况下,表示PTFE净量。
D成分的含量相对于A成分和B成分的合计100重量份为0.01~2重量份,优选为0.1~1.5重量份,更优选为0.2~1重量份。在D成分的含量超出上述范围而过少的情况下,阻燃性变得不充分。另一方面,在D成分的含量超出上述范围而过多的情况下,不仅PTFE析出至成型品表面而外观不良,而且导致树脂组合物的成本上升。
另外,作为本发明的聚四氟乙烯系混合物中使用的有机系聚合物中使用的苯乙烯系单体,可例示可以被选自碳原子数1~6的烷基、碳原子数1~6的烷氧基和卤素中的1种以上的基团取代的苯乙烯、例如邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、二甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、氟苯乙烯、单溴苯乙烯、二溴苯乙烯和三溴苯乙烯、乙烯基二甲苯、乙烯基萘,但不限于这些。上述苯乙烯系单体可以单独或混合使用2种以上。
本发明的聚四氟乙烯系混合物中使用的有机系聚合物中使用的丙烯酸系单体包含可以被取代的(甲基)丙烯酸酯衍生物。具体而言,作为上述丙烯酸系单体,可例示可以被选自碳原子数1~20的烷基、碳原子数3~8的环烷基、芳基和缩水甘油基中的1种以上基团取代的(甲基)丙烯酸酯衍生物、例如(甲基)丙烯腈、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸辛酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯和(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、可以被碳原子数1~6的烷基或者芳基取代的马来酰亚胺、例如马来酰亚胺、N-甲基-马来酰亚胺和N—苯基—马来酰亚胺、马来酸、邻苯二甲酸和衣康酸,但不限于这些。上述丙烯酸系单体可以单独或混合使用2种以上。这些之中,优选(甲基)丙烯腈。
涂层中使用的有机聚合物中含有的来自丙烯酸系单体的单元的量相对于来自苯乙烯系单体的单元100重量份优选为8~11重量份,更优选为8~10重量份,进一步优选为8~9重量份。如果来自丙烯酸系单体的单元少于8重量份,则有时涂层强度降低,如果多于11重量份,则成型品的表面外观可能变差。
本发明的聚四氟乙烯系混合物的残留水分含量优选为0.5重量%以下,更优选为0.2~0.4重量%,进一步优选为0.1~0.3重量%。如果残留水分量多于0.5重量%,则有时对阻燃性造成不良影响。
本发明的聚四氟乙烯系混合物的制造工序中包括如下步骤:在引发剂的存在下将包含选自苯乙烯系单体和丙烯酸单体中的1种以上的单体的涂层形成于支链状聚四氟乙烯的外部。进一步优选包括如下步骤:在上述涂层形成的步骤后,使残留水分含量干燥成0.5重量%以下、优选0.2~0.4重量%、更优选0.1~0.3重量%。干燥步骤可以使用例如热风干燥或真空干燥方法这样的本业界公知的方法而进行。
本发明的聚四氟乙烯系混合物中使用的引发剂只要是苯乙烯系和/或丙烯酸系单体的聚合反应中使用的引发剂,就可以没有限制地使用。作为上述引发剂,可例示过氧化氢异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化苯甲酰、过氧化氢和过氧化钾,但不限于这些。本发明的聚四氟乙烯系混合物中根据反应条件可以使用1种以上的上述引发剂。上述引发剂的量在考虑聚四氟乙烯的量和单体的种类/量而在所使用的范围内自由选择,以全部组合物的量为基准,优选使用0.15~0.25重量份。
本发明的聚四氟乙烯系混合物通过悬浮聚合法按照下述步骤进行制造。
首先,在反应器中放入水和支链状聚四氟乙烯分散液(固体浓度:60%,聚四氟乙烯粒径:0.15~0.3μm)后,一边搅拌一边添加丙烯酸单体、苯乙烯单体和作为水溶性引发剂的过氧化氢异丙苯,在80~90℃进行9小时反应。反应结束后,利用离心分离机进行30分钟离心分离,由此除去水分,得到糊状产物。然后,将产物的糊利用热风干燥机在80~100℃干燥8小时。然后,进行该干燥后的产物的粉碎,得到本发明的聚四氟乙烯系混合物。
该悬浮聚合法由于不需要日本专利3469391号公报等中例示的乳液聚合法中的基于乳化分散的聚合工序,因此不需要用于将乳化剂和聚合后的胶乳凝固沉淀的电解质盐类。另外,通过乳液聚合法制造的聚四氟乙烯混合物中,混合物中的乳化剂和电解质盐类容易混合存在而难以除去,因此难以减少来自该乳化剂、电解质盐类的钠金属离子、钾金属离子。本发明中使用的聚四氟乙烯系混合物由于通过悬浮聚合法来制造,因此,不使用该乳化剂、电解质盐类,所以能够减少混合物中的钠金属离子、钾金属离子,能够提高热稳定性和耐水解性。
另外,本发明中可以使用被覆支链PTFE作为含氟防滴剂。被覆支链PTFE为由支链状聚四氟乙烯粒子和有机系聚合物构成的聚四氟乙烯系混合物,在支链状聚四氟乙烯的外部具有由有机系聚合物、优选包含来自苯乙烯系单体的单元和/或来自丙烯酸系单体的单元的聚合物构成的涂层。上述涂层形成在支链状聚四氟乙烯的表面上。另外,上述涂层优选包含苯乙烯系单体和丙烯酸系单体的共聚物。
被覆支链PTFE中含有的聚四氟乙烯为支链状聚四氟乙烯。在所含有的聚四氟乙烯不是支链状聚四氟乙烯的情况下,聚四氟乙烯的添加少时的防滴落效果变得不充分。支链状聚四氟乙烯为粒子状,具有优选0.1~0.6μm、更优选0.3~0.5μm、进一步优选0.3~0.4μm的粒径。粒径小于0.1μm时,虽然成型品的表面外观优异,但难以商业上获得具有小于0.1μm的粒径的聚四氟乙烯。另外,粒径大于0.6μm时,有时成型品的表面外观变差。本发明中使用的聚四氟乙烯的数均分子量优选为1×104~1×107,更优选为2×106~9×106,一般而言,高分子量的聚四氟乙烯从稳定性的方面出发更优选。粉末或分散液的形态均可使用。
被覆支链PTFE中的支链状聚四氟乙烯的含量相对于被覆支链PTFE的总重量100重量份,优选为20~60重量份,更优选为40~55重量份,进一步优选为47~53重量份,特别优选为48~52重量份,最优选为49~51重量份。支链状聚四氟乙烯的比例处于该范围时,能够实现支链状聚四氟乙烯的良好的分散性。
(E成分:多元醇与脂肪族羧酸的全酯)
本发明中使用的E成分为多元醇与脂肪族羧酸的全酯(脂肪酸全酯)。使用其它酯作为E成分时,得不到良好的着色性。该脂肪族羧酸优选包含棕榈酸成分和硬脂酸成分,在其气相色谱-质谱法(GC/MS法)中的峰面积中,棕榈酸成分的面积(Sp)与硬脂酸成分的面积(Ss)的合计在全脂肪族羧酸成分中为80%以上且两者的面积比(Ss/Sp)为1.3~30。
本发明中,全酯的酯化率不一定需要为100%,只要为80%以上即可,优选为85%以上。
本发明中的GC/MS法使用热裂解甲基化法。即,使作为试样的脂肪酸全酯与作为反应试剂的氢氧化甲基铵在Pyrofil上反应而将脂肪酸全酯分解,并且生成脂肪酸的甲基酯衍生物,对该衍生物进行GC/MS测定。根据该测定算出全脂肪族羧酸成分中的Ss与Sp的合计的比例以及它们的面积比(Ss/Sp)。因此,各成分的峰面积是基于各甲基酯衍生物的值。
上述的面积比(Ss/Sp)的上限更优选10,进一步优选4,特别优选2。如果该面积比小于1.3,则有时得不到良好的着色性,如果超过30,则有时强度降低。
本发明的组合物所含有的脂肪酸全酯如上所述优选包含特定比例的棕榈酸成分和硬脂酸成分,其方式可以是任意的,例如可以举出以下方式。
方式(i):将满足上述面积比(Ss/Sp)的1种脂肪酸全酯配合于聚碳酸酯树脂中而成的树脂组合物
方式(ii):以满足上述面积比(Ss/Sp)的方式将2种以上的脂肪酸全酯配合于聚碳酸酯树脂中而成的树脂组合物
脂肪酸全酯的制造没有特别限定,可以通过以往公知的各种方法用多元醇和脂肪族羧酸来制造。作为反应催化剂,例如可以举出氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氢氧化钙、氧化钙、氧化钡、氧化镁、氧化锌、碳酸钠、碳酸钾以及2-乙基己基锡等有机锡化合物。
另外,作为满足本发明的上述面积比(Ss/Sp)的脂肪酸全酯的制造方式,例如可以举出以下的制造方式。
方式(1):使大致纯度100%的硬脂酸与多元醇反应而得到全酯。同样地使棕榈酸与多元醇反应而得到全酯。将它们如上述方式(ii)那样以在本发明的组合物中满足上述面积比(Ss/Sp)的条件的方式配合于聚碳酸酯树脂中。
方式(2):使包含硬脂酸和棕榈酸这两者的脂肪族羧酸与多元醇反应而得到全酯。将它们中的2种以上如上述方式(ii)那样组合以在组合物中满足上述面积比(Ss/Sp)的条件的方式配合于聚碳酸酯树脂中。
方式(3):以满足上述面积比(Ss/Sp)的条件的组成比例使包含硬脂酸和棕榈酸的脂肪族羧酸与多元醇反应而得到全酯。将该全酯配合于聚碳酸酯树脂中而得到本发明的树脂组合物。
上述中特别优选为方式(3)。其原因在于该方式在组合物的制造上简便,并且制造成一体的化合物且其均匀性高。
对上述方式(3)中使用的脂肪族羧酸进行说明。硬脂酸、棕榈酸等脂肪族羧酸熟知的是通常由各种植物性油脂、动物性油脂制造。这些油脂类由于为包含各种脂肪族羧酸作为其成分的酯化合物,因此例如所制造的硬脂酸通常大量含有棕榈酸等其它脂肪族羧酸成分。因此,为了制造本发明的方式(3)中使用的脂肪族羧酸,需要使用使硬脂酸和棕榈酸满足上述面积比(Ss/Sp)的条件的脂肪族羧酸,而且优选使用适于该条件的油脂作为脂肪族羧酸的原料。该脂肪族羧酸也可以将由2种以上的原料构成的物质混合而制成规定的组成条件,但更优选由1种原料来满足规定的组成条件。
作为成为脂肪族羧酸的原料的油脂,棕榈油由于其生产成本的有利性而被广泛使用。然而,不能说在本发明中优选将来自该棕榈油的脂肪族羧酸在上述方式(3)中使用。作为成为脂肪族羧酸的原料的油脂,例如可以举出牛油和猪油等动物性油脂以及亚麻籽油、红花油、葵花籽油、大豆油、玉米油、花生油、棉籽油、芝麻油和橄榄油等植物性油脂。上述中,从包含更多硬脂酸的方面出发,优选动物性油脂,进一步更优选牛油。进而,牛油中,优选包含大量硬脂酸和棕榈酸等饱和成分的油硬脂。
另一方面,所使用的多元醇优选其碳原子数为3~32。作为多元醇的具体例,可以举出甘油、二甘油、聚甘油(例如十甘油等)、季戊四醇、二季戊四醇、二乙二醇和丙二醇等,其中,优选季戊四醇。
对脂肪酸全酯的酸值、羟值、碘值和TGA(热重分析)测定中的5%重量减少温度等进行说明。
从抑制强度降低的方面考虑,脂肪酸全酯的酸值优选低,另一方面,从提高着色性的方面考虑,优选高。脂肪酸全酯的酸值优选0.1~20的范围,更优选2~18的范围,进一步优选5~15的范围。酸值小于0.1时,有时得不到良好的着色性,如果超过2,则有时产生强度降低。这里,酸值为中和试样1g中含有的游离脂肪酸等所需的氢氧化钾的mg数,可以通过JIS K 0070中规定的方法而求出。应予说明,上述中虽然酸值与脱模力的减少的关系尚不明确,但认为可能是由于未反应的游离羧酸在成型时容易转移至表面。
从抑制强度降低、提高着色性的方面考虑,脂肪酸全酯的羟值优选低,另一方面,太低时,由于制造时间增大而导致成本增大,因而不优选。脂肪酸全酯的羟值优选0.1~40的范围,更优选1~30的范围,进一步优选2~20的范围。这里,羟值为使试样1g乙酰化时中和与羟基键合的乙酸所需的氢氧化钾的mg数,可以通过JIS K 0070中规定的方法而求出。
从抑制强度降低的方面考虑,脂肪酸全酯的碘值优选低。脂肪酸全酯的碘值优选10以下,更优选1以下。上述碘值为使卤素与试样100g反应时将所键合的卤素的量换算为碘的g数而得的量,可以通过JIS K 0070中规定的方法而求出。
从提高着色性的方面考虑,脂肪酸全酯的TGA(热重分析)测定中的5%重量减少温度优选适度低,从抑制强度降低的方面考虑,优选高。脂肪酸全酯的5%重量减少温度优选250~400℃的范围,更优选280~360℃的范围,进一步优选300~350℃的范围,特别优选310~340℃的范围。该5%重量减少温度通过在TGA测定装置中在氮气气氛中以20℃/分钟的升温速度从23℃升温到600℃的测定条件而求出。应予说明,上述中虽然该5%重量减少温度与脱模力的减少的关系尚不明确,但认为可能是由于该重量减少温度处于上述范围时,适度地含有未反应的游离羧酸等挥发性高的成分,该成分在成型时容易转移到表面。
E成分的含量相对于A成分和B成分的合计100重量份为0.05~2重量份,优选为0.1~1重量份,更优选为0.2~0.8重量份。多价脂肪酸酯少于0.05重量份时,外观的提高不充分,使用多于2重量份时,导致成型品的阻燃性降低。
(F成分:密合性改良剂)
作为本发明的F成分使用的密合性改良剂为提高树脂组合物与碳纤维的密合性的化合物。其中,优选使用在1分子中具有至少1种选自环氧基、羧酸基和酸酐基中的官能团的有机化合物。
本发明中,为了显著地表现出作为本发明效果的强度改善效果,也可以含有上述有机化合物。本发明的树脂组合物通过配合上述有机化合物,能够使树脂组合物与碳纤维的密合性变得牢固,由此,显著地表现出强度改善效果。
作为含有环氧基的化合物,只要是含有环氧基的有机化合物就没有特别限制,可以举出苯氧基树脂和环氧树脂。
作为苯氧基树脂,例如可以举出下述通式(6)表示的苯氧基树脂。
(式中,X为选自下述通式(7)表示的基团中的至少1种基团,Y为氢原子或与羟基反应的化合物的残基,n为0以上的整数)
(式中,Ph表示苯基)
作为环氧树脂,例如可以举出下述通式(8)表示的环氧树脂。
(式中,X和n与通式(6)相同)
上述通式(6)中,作为与羟基反应的化合物,可以举出酯、碳酸酯、具有环氧基等的化合物、羧酸酐、酰卤、具有异氰酸酯基等的化合物等,作为酯,特别优选分子内酯,例如可以举出己内酯等。上述通式(6)表示的苯氧基树脂中,Y为氢原子的化合物可以由二元酚类和表氯醇容易地制造。另外,Y为与羟基反应的化合物的残基的化合物可以通过将由二元酚类和表氯醇制造的苯氧基树脂与上述与羟基反应的化合物在加热下混合而容易地制造。
上述通式(7)表示的环氧树脂可以由二元酚类和表氯醇容易地制造。作为二元酚类,可使用2,2-双(4-羟基苯基)丙烷〔双酚A〕等双酚A型环氧树脂、1,1-双(4-羟基苯基)乙烷或4,4’-二羟基联苯等。
作为苯氧基树脂和环氧树脂,也可以使用市售品。作为苯氧基树脂(双酚A型)的市售品,可以举出PKHB(InChem公司制,Mw=13700)、PKHH(InChem公司制,Mw=29000)、PKFE(InChem公司制,Mw=36800)、YP-50(东都化成公司制,Mw=43500)等。另外,作为环氧树脂(双酚A型)的市售品,可以举出EPICLON HM-101(大日本油墨化学工业公司制,Mw=48000)、jER1256(三菱化学株式会社制,Mw=26600)等。
作为苯氧基树脂和环氧树脂的重均分子量,没有特别限定,通常为5000~100000,优选为8000~80000,进一步优选为10000~50000。如果重均分子量在5000~100000的范围,则机械物性特别良好。
另外,作为含有环氧基的有机化合物,可以举出含有缩水甘油基的乙烯基系单体的聚合物。作为含有缩水甘油基的乙烯基系单体的具体例,可以举出甲基丙烯酸缩水甘油酯、衣康酸缩水甘油酯、衣康酸二缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、苯乙烯-4-缩水甘油醚或4-缩水甘油基苯乙烯等,从耐冲击性、强度改善效果大的观点考虑,最优选使用甲基丙烯酸缩水甘油酯。
作为含有羧酸基的化合物,只要是含有羧酸基的有机化合物就没有特别限制,从与A成分的相容性的观点考虑,优选聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚芳酯这样的芳香族聚酯树脂,从耐冲击性、流动性优异的方面考虑,最优选使用聚对苯二甲酸丁二醇酯。
作为本发明中优选使用的芳香族聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂和芳香族聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂,优选在形成聚酯的二羧酸成分和二醇成分中,二羧酸成分100摩尔%的70摩尔%以上为芳香族二羧酸的芳香族聚酯树脂,更优选90摩尔%以上、最优选99摩尔%以上为芳香族二羧酸的芳香族聚酯树脂。作为该二羧酸的例子,可以举出对苯二甲酸、间苯二甲酸、己二酸、2-氯对苯二甲酸、2,5-二氯对苯二甲酸、2-甲基对苯二甲酸、4,4-芪二羧酸、4,4-联苯二羧酸、邻苯二甲酸、2,6-萘二羧酸、2,7-萘二羧酸、双苯甲酸、双(对羧基苯基)甲烷、蒽二甲酸、4,4-二苯基醚二羧酸、4,4-二苯氧基乙烷二羧酸、间苯二甲酸—5—磺酸钠、亚乙基双(对苯甲酸)等。这些二羧酸可以单独或混合使用2种以上。本发明的芳香族聚酯树脂中,除了上述芳香族二羧酸以外,还可以共聚小于30摩尔%的脂肪族二羧酸成分。作为其具体例,可以举出己二酸、癸二酸、壬二酸、十二烷二酸、1,3—环己烷二羧酸、1,4-环己烷二羧酸等。作为本发明的二醇成分,例如可以举出乙二醇、二乙二醇、1,2—丙二醇、1,3-丙二醇、2,2—二甲基-1,3—丙二醇、顺式或反式—2,2,4,4—四甲基—1,3—环丁烷二醇、1,4—丁二醇、新戊二醇、1,5—戊二醇、1,6—己二醇、1,4—环己烷二甲醇、1,3-环己烷二甲醇、十亚甲基二醇、环己二醇、对二甲苯二醇、双酚A、四溴双酚A、四溴双酚A-双(2-羟基乙基醚)等。它们可以单独使用,也可以混合使用2种以上。应予说明,二醇成分中的二元酚优选为30摩尔%以下。
本发明中使用的芳香族聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂和芳香族聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的制造方法按照常规方法通过在含有钛、锗、锑等的缩聚催化剂的存在下一边加热一边使二羧酸成分与上述二醇成分聚合,将副产生的水或低级醇排出到体系外而进行。例如,作为锗系聚合催化剂,可以例示锗的氧化物、氢氧化物、卤化物、醇盐、酚盐等,进一步具体而言,可以例示氧化锗、氢氧化锗、四氯化锗、四甲氧基锗等。另外,本发明中,可以同时使用以往公知的缩聚的前阶段即酯交换反应中使用的锰、锌、钙、镁等的化合物,以及也可以在酯交换反应结束后利用磷酸或亚磷酸的化合物等使上述催化剂失活而进行缩聚。进而,芳香族聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂和芳香族聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的制造方法也可以采用分批式、连续聚合式中的任一种方法。
本发明的芳香族聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂和芳香族聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的分子量没有特别限制,将邻氯苯酚作为溶剂在25℃测定的固有粘度优选为0.4~1.5,特别优选为0.5~1.2。
另外,本发明中使用的芳香族聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂和芳香族聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的末端羧基量优选为5~75eq/ton,更优选为5~70eq/ton,进一步优选为7~65eq/ton。
作为本发明中优选使用的芳香族聚芳酯树脂,是由芳香族二羧酸或其衍生物和二元酚或其衍生物而得到的。作为聚芳酯的制备中使用的芳香族二羧酸,只要是与二元酚反应而赋予满足的聚合物就可以是任意的,可使用1种或混合使用2种以上。
作为优选的芳香族二羧酸成分,可以举出对苯二甲酸、间苯二甲酸。另外,也可以为它们的混合物。
作为二元酚成分的具体例,可以举出2,2-双(4-羟基苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基-3,5-二溴苯基)丙烷、2,2-双(4-羟基-3,5-二氯苯基)丙烷、4,4’-二羟基二苯基砜、4,4’-二羟基二苯基醚、4,4’-二羟基二苯硫醚、4,4’-二羟基二苯基酮、4,4’-二羟基二苯基甲烷、2,2’-双(4羟基-3,5-二甲基苯基)丙烷、1,1—双(4-羟基苯基)乙烷、1,1-双(4-羟基苯基)环己烷、4,4’-二羟基二苯基、对苯二酚等。这些二元酚成分为对位取代物,也可以使用其它异构体,还可以在二元酚成分中进一步并用乙二醇、丙二醇、新戊二醇等。
作为上述中优选的聚芳酯树脂,可以举出芳香族二羧酸成分由对苯二甲酸和间苯二甲酸构成、作为二元酚成分由2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(双酚A)构成的聚芳酯树脂。对苯二甲酸与间苯二甲酸的比例优选对苯二甲酸/间苯二甲酸=9/1~1/9(摩尔比),特别是从熔融加工性、性能平衡的方面出发,优选7/3~3/7。
作为其它代表性聚芳酯树脂,可以举出芳香族二羧酸成分由对苯二甲酸构成、二元酚成分由双酚A和对苯二酚构成的聚芳酯树脂。该双酚A与对苯二酚的比例优选双酚A/对苯二酚=50/50~70/30(摩尔比),更优选55/45~70/30,进一步优选60/40~70/30。
从物性和挤出加工性的方面考虑,本发明中的聚芳酯树脂的粘均分子量优选约7000~100000的范围。另外,聚芳酯树脂也可以选择界面缩聚法和酯交换反应法中的任一种聚合方法。作为含有酸酐基的化合物,作为马来酸树脂,可以举出Malkyd系列(马来酸树脂,荒川化学株式会社制)、Arastar系列(苯乙烯-马来酸树脂,荒川化学株式会社制)、Isobam系列(异丁烯-马来酸酐嵌段共聚物,KURARAY株式会社制)等,从与A成分的相容性的观点考虑,最优选使用苯乙烯-马来酸树脂。
F成分的含量相对于由A成分和B成分构成的树脂组合物100重量份,优选为1~10重量份,更优选为1~5重量份。F成分的含量小于1重量份时,有时得不到具有优异的强度的树脂组合物。另外,如果超过10重量份,则有时阻燃性降低。
[易含浸性碳纤维束]
本发明中的易含浸性碳纤维束是指如下碳纤维束,其特征在于,通过相对于碳纤维100重量份含有3~15重量份的含浸助剂,从而通过聚碳酸酯树脂组合物(优选经塑化的聚碳酸酯树脂组合物)而容易地被含浸。
含浸助剂优选满足下述式(1)和下述式(2)。
300℃时的粘度≤10Pa·s···(1)
2≤(Tg0-Tg1)/D···(2)
[式中,D表示由聚碳酸酯树脂和含浸助剂构成的树脂组合物中的含浸助剂的比例(重量%),Tg1表示在聚碳酸酯树脂中以该比例添加含浸助剂而得的树脂组合物的玻璃化转变温度(℃),Tg0表示聚碳酸酯树脂的玻璃化转变温度(℃)]
该易含浸性碳纤维束只要是相对于碳纤维以规定量含有含浸助剂的碳纤维束即可,不论其制造方法、包含碳纤维和含浸助剂的形态。本发明中使用的含浸助剂优选满足上述式(1),这是指含浸助剂在通用的聚碳酸酯的代表性加工温度即300℃时为低粘度状态,且在300℃时能够进行作为液体的粘度测定。含浸助剂的300℃时的粘度优选为8Pa·s以下,更优选为6Pa·s以下。如果300℃时的粘度超过10Pa·s,则有时成型时碳纤维在树脂中的分散性受损而得不到良好的外观。
应予说明,对于上述式(1),作为测定含浸助剂的作为液体的粘度的方法,优选旋转式粘度计。具体而言,可以例示利用带有高温槽的平行板进行测定的方法等。
进而,含浸助剂优选满足上述式(2)。上述式(2)中,含浸助剂相对于聚碳酸酯100重量份,不需要在3~15重量份的配合量的范围全域内(Tg0-Tg1)/D为2以上,只要在该配合量范围的一部分为2以上即可。通过(Tg0-Tg1)/D为2以上,具有促进含浸的效果,(Tg0-Tg1)/D更优选为3以上。(Tg0-Tg1)/D小于2时,含浸助剂是与聚碳酸酯不相容的状态,因此,推测几乎直接测量出聚碳酸酯的Tg。即便将(Tg0-Tg1)/D小于2的含浸助剂加入到碳纤维束中并将使其附着有聚碳酸酯的材料成型,基于含浸助剂的含浸促进效果也明显低,因此,有时所得到的成型体中产生碳纤维的分散不良。
另外,对于上述式(2),作为测定聚碳酸酯树脂、聚碳酸酯树脂与含浸助剂的树脂组合物的玻璃化转变温度的方法,可以举出利用差示扫描热量测定(DSC)的方法等。
本发明中使用的易含浸性碳纤维束可以包含多种含浸助剂,另外,作为本发明中使用的含浸助剂,优选为选自脂肪族羟基羧酸系聚酯中的1种以上。作为含浸助剂使用的这些脂肪族羟基羧酸系聚酯在后面进行详细记载。附着于易含浸性碳纤维束的含浸助剂的量相对于碳纤维100重量份为3~15重量份,优选为5~12重量份,更优选为6~10重量份。小于3重量份时,聚碳酸酯树脂在碳纤维中的易含浸性变得不充分,因此得到的成型体的外观和着色性降低,多于15重量份时,虽然含浸性优异,但作为基体树脂的聚碳酸酯树脂的玻璃化转变温度降低,由此得到的成型体的阻燃性降低。
作为易含浸性碳纤维束的代表性制法,可例示利用选自浸渍法、喷雾法、辊转印法、狭缝涂布法等中的1种以上的方法使通用的碳纤维束含有含浸助剂的方法。这些方法中,在使碳纤维束含有含浸助剂时,认为含浸助剂主要附着于碳纤维束的表面,一部分也浸入到碳纤维束的内部。
作为制造易含浸性碳纤维束时的含浸助剂的形态,可以作为水性乳液、有机溶剂稀释溶液或加热后的粘稠或熔融状态的液体进行处理。作为制造方法与含浸助剂的形态的优选组合,在水性乳液的情况下,虽然为浸渍法、辊转印法,但为了使水分充分干燥,需要100℃以上的气氛下的干燥工序。另外,在加热粘稠液体的情况下,可以使用狭缝涂布法等一般的涂敷方法,可以在适量附着于碳纤维束后利用平滑辊等使其均匀附着。
为了得到使用本发明的成型用材料进行成型且碳纤维均质地分散于聚碳酸酯的成型体,优选使含浸助剂尽可能均匀地附着于碳纤维束。作为使含浸助剂更均匀地附着于碳纤维束的方法,可例示如下方法:通过上述方法使含浸助剂附着于碳纤维束后,再次热处理到这些含浸助剂的粘度充分降低的温度以上。另外,该热处理中可以使用例如热风、热板、辊、红外线加热器等,优选使用辊。
[碳纤维]
本发明的成型用材料中含有的碳纤维可以为聚丙烯腈(PAN)系、石油和石油沥青系、人造丝系、木质素系等任意的碳纤维。特别是将PAN作为原料的PAN系碳纤维由于工厂规模下的生产率和机械特性优异,因而优选。
作为碳纤维,可以优选使用平均直径5~10μm的碳纤维。应予说明,一般的碳纤维是1000~50000根单纤维成为纤维束的碳纤维长丝(Carbon fiber filament)。本发明中的碳纤维束中还包含这样的一般的碳纤维长丝,也包括将该碳纤维长丝进一步重叠并丝而得的丝、将并丝捻合制成捻丝而得的丝等。作为本发明的成型用材料中含有的碳纤维,为了提高碳纤维与聚碳酸酯的粘接性,也优选通过表面处理向表面导入有含氧官能团的碳纤维。
另外,在如上所述通过使碳纤维束含有含浸助剂而制成易含浸性碳纤维束的情况下,为了使将含浸助剂均匀地附着于碳纤维束的工序稳定,作为碳纤维束,优选为以用于赋予收束性的收束剂处理后的碳纤维束。作为收束剂,可以使用碳纤维长丝制造用途中公知的收束剂。另外,作为碳纤维束,即便在制造时为了提高滑动性而使用的油剂残留,也能够在本申请发明中没有问题地使用。应予说明,以下,有时以包含含浸助剂和上述收束剂等其它处理剂的上位概念的含义表述为表面处理剂。
[脂肪族羟基羧酸系聚酯]
本发明中,可作为含浸助剂使用的脂肪族羟基羧酸系聚酯为由脂肪族羟基羧酸残基构成的聚酯,可以为单独由脂肪族羟基羧酸残基构成的单聚合聚酯,也可以为包含多种脂肪族羟基羧酸残基的共聚聚酯。另外,作为该脂肪族羟基羧酸系聚酯,可以为在构成聚合物的残基中以小于50摩尔%的量包含除脂肪族羟基羧酸残基以外的残基、例如二醇残基、二羧酸残基等的共聚聚酯,但从容易获得的方面出发,优选不有意地加入共聚成分的单聚合物。
本发明中使用的脂肪族羟基羧酸系聚酯的重均分子量优选为3000~50000。如果重均分子量在3000~50000的范围,则与聚碳酸酯树脂的亲和性良好,并且也容易乳化。更优选为5000~20000,进一步优选为8000~15000的范围。应予说明,作为重均分子量的测定方法,可以使用高温GPC法等公知的方法。
脂肪族羟基羧酸系聚酯没有特别限定,优选为ε—己内酯、δ—己内酯、β-丙内酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯、γ-戊内酯、庚内酯的各均聚物和它们2种以上的单体的共聚物,更优选为选自重均分子量3000~50000的ε-己内酯、δ-己内酯、β-丙内酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯、γ-戊内酯、庚内酯的各均聚物和重均分子量3000~50000的它们2种以上的单体的共聚物中的1种以上。特别优选为重均分子量3000~50000的ε-己内酯或δ-己内酯的各均聚物。应予说明,本申请发明中提及内酯类的聚合物时,实际上,不仅包含使内酯类开环聚合而得的聚合物,还包含以作为该内酯类的等价物的脂肪族羟基羧酸、其衍生物为原料的同样结构的聚合物。
[成型用材料]
对于本发明的成型用材料是上述的易含浸性碳纤维束上,聚碳酸酯树脂组合物相对于易含浸性碳纤维束中含有的碳纤维100重量份附着有50~2000重量份的成型用材料,更优选为66~1900重量份,进一步优选为100~1800重量份。如果附着量小于50重量份,则无法得到规定的成型用材料的形状,如果超过2000重量份,则得不到良好的强度。本发明的成型用材料的形状没有特别限定,可以举出柱状、板状、粒状、块状、丝状(结状)、网状等,也可以使用多种不同形状的成型用材料来成型。
作为上述的使聚碳酸酯树脂组合物附着于易含浸性碳纤维束而制成本发明的成型用材料的方法,可以举出在易含浸性碳纤维束的表面被覆熔融状态的聚碳酸酯树脂组合物的方法,将易含浸性碳纤维束排列后使用T型模具等将熔融状态的聚碳酸酯树脂组合物浇铸并层叠化的方法,在排列后的易含浸性碳纤维束上层叠层压膜状聚碳酸酯树脂组合物树脂的方法,将易含浸性碳纤维束排列整齐后喷吹粉末状聚碳酸酯树脂组合物的方法等。也可以同样地使用切断成规定长度的易含浸性纤维束的集合体代替连续排列的易含浸性碳纤维束。
本发明的成型用材料优选为以易含浸性碳纤维束为芯成分且以聚碳酸酯树脂组合物为鞘成分的芯鞘型结构,特别是作为本发明的成型用材料中的注塑成型用的材料,更优选为使用线料切粒机将易含浸性碳纤维束的周围由聚碳酸酯树脂组合物被覆的线料进行切割等而得到的以易含浸性碳纤维束为芯成分且以聚碳酸酯树脂组合物为鞘成分的芯鞘型结构的颗粒,进一步优选长边方向的长度3~10mm左右的颗粒(以下,有时称为芯鞘型颗粒)。该芯鞘型颗粒的直径没有特别限制,优选为颗粒长度的1/10~2倍,更优选为颗粒长度的1/4以上且为与颗粒长度同等以下。
(其它成分)
本发明的聚碳酸酯树脂组合物中,可以在不损害本发明的效果的范围内配合各种添加剂。作为该添加剂,可以举出磷系热稳定剂、酚系热稳定剂、含硫抗氧化剂、脱模剂、紫外线吸收剂、受阻胺系光稳定剂、相容剂、阻燃剂、染颜料等。以下对这些添加剂进行具体说明。
(磷系热稳定剂)
作为本发明中使用的磷系稳定剂,可以使用亚磷酸酯化合物、亚膦酸酯化合物和磷酸酯化合物中的任一者。
作为亚磷酸酯化合物,可以使用各种亚磷酸酯化合物。具体而言,例如可以举出下述通式(9)表示的亚磷酸酯化合物、下述通式(10)表示的亚磷酸酯化合物和下述通式(11)表示的亚磷酸酯化合物。
[式中,R31表示氢原子或碳原子数1~20的烷基、碳原子数6~20的芳基或烷芳基、碳原子数7~30的芳烷基或者它们的卤代、烷硫基(烷基为碳原子数1~30)或羟基取代基,3个R31也能够选择相互相同或相互不同的任一情况,另外,还能够选择由二元酚类衍生而得的环状结构]
[式中,R32、R33分别表示氢原子、碳原子数1~20的烷基、碳原子数6~20的芳基或烷基芳基、碳原子数7~30的芳烷基、碳原子数4~20的环烷基、碳原子数15~25的2-(4-氧基苯基)丙基取代芳基。应予说明,环烷基和芳基能够选择未被烷基取代的环烷基和芳基或者被烷基取代的环烷基和芳基中的任一者]
[式中,R34、R35为碳原子数12~15的烷基。应予说明,R34和R35也能够选择相互相同或相互不同的任一情况]
作为亚膦酸酯化合物,可以举出下述通式(12)表示的亚膦酸酯化合物和下述通式(13)表示的亚膦酸酯化合物。
[式中,Ar1、Ar2表示碳原子数6~20的芳基或烷基芳基、或者碳原子数15~25的2-(4-氧基苯基)丙基取代芳基,4个Ar1也可以选择彼此相同或彼此不同的任一情况。或者2个Ar2也可以选择彼此相同或彼此不同的任一情况]
作为上述通式(9)表示的亚磷酸酯化合物的优选的具体例,可以举出二苯基异辛基亚磷酸酯、2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)辛基亚磷酸酯、二苯基单(十三烷基)亚磷酸酯、苯基二异癸基亚磷酸酯、苯基二(十三烷基)亚磷酸酯。
作为上述通式(10)表示的亚磷酸酯化合物的优选的具体例,可以举出二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、苯基双酚A季戊四醇二亚磷酸酯、二环己基季戊四醇二亚磷酸酯等,优选可以举出二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯。该亚磷酸酯化合物可以使用1种或并用2种以上。
作为上述通式(11)表示的亚磷酸酯化合物的优选的具体例,可以举出4,4’-异丙叉基二苯酚四(十三烷基)亚磷酸酯。
作为上述通式(12)表示的亚膦酸酯化合物的优选的具体例,可以举出四(2,4-二异丙基苯基)-4,4’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,4-二正丁基苯基)-4,4’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基)-4,4’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基)-4,3’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基)—3,3’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,6-二异丙基苯基)—4,4’—亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,6-二正丁基苯基)-4,4’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,6—二叔丁基苯基)-4,4’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,6-二叔丁基苯基)-4,3’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,6-二叔丁基苯基)-3,3’-亚联苯基二亚膦酸酯等,优选四(二叔丁基苯基)-亚联苯基二亚膦酸酯,更优选四(2,4-二叔丁基苯基)—亚联苯基二亚膦酸酯。该四(2,4-二叔丁基苯基)-亚联苯基二亚膦酸酯优选2种以上的混合物,具体而言,可以将四(2,4-二叔丁基苯基)-4,4’-亚联苯基二亚膦酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基)-4,3’-亚联苯基二亚膦酸酯和四(2,4-二叔丁基苯基)-3,3’-亚联苯基二亚膦酸酯中的1种或2种以上并用使用,优选为上述3种的混合物。
作为上述通式(13)表示的亚膦酸酯化合物的优选的具体例,可以举出双(2,4-二异丙基苯基)-4-苯基-苯基亚膦酸酯、双(2,4-二正丁基苯基)-3-苯基-苯基亚膦酸酯、双(2,4-二叔丁基苯基)-4-苯基-苯基亚膦酸酯、双(2,4—二叔丁基苯基)-3-苯基-苯基亚膦酸酯、双(2,6-二异丙基苯基)-4-苯基-苯基亚膦酸酯、双(2,6-二正丁基苯基)-3-苯基-苯基亚膦酸酯、双(2,6-二叔丁基苯基)-4-苯基-苯基亚膦酸酯、双(2,6-二叔丁基苯基)-3-苯基-苯基亚膦酸酯等,优选双(二叔丁基苯基)-苯基-苯基亚膦酸酯,更优选双(2,4—二叔丁基苯基)—苯基-苯基亚膦酸酯。该双(2,4—二叔丁基苯基)—苯基-苯基亚膦酸酯优选2种以上的混合物,具体而言,可以将双(2,4—二叔丁基苯基)—4-苯基-苯基亚膦酸酯和双(2,4—二叔丁基苯基)—3-苯基-苯基亚膦酸酯中的1种或2种并用使用,优选为上述2种的混合物。另外,在2种的混合物的情况下,其混合比以重量比计优选5:1~4的范围,更优选5:2~3的范围。
另一方面,作为磷酸酯化合物,可以举出磷酸三丁酯、磷酸三甲酯、磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三氯苯酯、磷酸三乙酯、磷酸二苯基甲苯酯、磷酸二苯基单邻联苯基酯、磷酸三丁氧基乙酯、磷酸二丁酯、磷酸二辛酯、磷酸二异丙酯等,优选为磷酸三甲酯。
作为上述的含磷热稳定剂中进一步优选的化合物,可以举出以下的通式(14)和(15)表示的化合物。
[式中,R36和R37各自独立地表示碳原子数1~12的烷基、环烷基、芳基或芳烷基]
[式中,R41、R42、R43、R44、R47、R48和R49各自独立地表示氢原子、碳原子数1~12的烷基、环烷基、芳基或芳烷基,R45表示氢原子或碳原子数1~4的烷基,以及R46表示氢原子或甲基]
式(14)中,优选R36和R37为碳原子数1~12的烷基,更优选为碳原子数1~8的烷基。作为式(14)表示的化合物,具体而言,可以举出三(二甲基苯基)亚磷酸酯、三(二乙基苯基)亚磷酸酯、三(二异丙基苯基)亚磷酸酯、三(二正丁基苯基)亚磷酸酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、三(2,6-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、三(2,6-二叔丁基苯基)亚磷酸酯等,特别优选三(2,6-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
作为式(15)表示的化合物,具体而言,可以举出由2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯酚)和2,6-二叔丁基苯酚衍生的亚磷酸酯、由2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯酚)和苯酚衍生的亚磷酸酯,特别优选由2,2’-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯酚)和苯酚衍生的亚磷酸酯。
磷系热稳定剂的含量相对于A成分和B成分的合计100重量份,优选为0.001~3.0重量份,更优选为0.01~2.0重量份,进一步优选为0.05~1.0重量份。磷系热稳定剂的含量小于0.001重量份时,无法充分表现出机械特性,即便超过3.0重量份,有时也无法充分地表现出机械特性。
(酚系热稳定剂)
作为本发明中使用的酚系稳定剂,一般可以举出受阻酚、半受阻酚、低受阻酚化合物,从对聚丙烯系树脂实施热稳定处理的观点考虑,特别是更优选使用受阻酚化合物。作为该受阻酚化合物,作为具体例,例如可以举出维生素E、正十八烷基-β-(4’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)丙酸酯、2-叔丁基-6-(3’-叔丁基-5’-甲基-2’-羟基苄基)-4-甲基苯基丙烯酸酯、2,6-二叔丁基-4-(N,N-二甲基氨基甲基)苯酚、3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸酯二乙基酯、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2’-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、4,4’-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-环己基苯酚)、2,2’-二亚甲基-双(6-α-甲基-苄基-对甲酚)、2,2’-乙叉基-双(4,6-二叔丁基苯酚)、2,2’-丁叉基-双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、4,4’-丁叉基双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、三乙二醇-N-双-3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、1,6—己二醇双[3-(3,5—二叔丁基—4-羟基苯基)丙酸酯、双[2-叔丁基-4—甲基6-(3—叔丁基—5—甲基—2-羟基苄基)苯基]对苯二甲酸酯、3,9-双{2-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]-1,1-二甲基乙基}-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷、4,4’-硫代双(6-叔丁基间甲酚)、4,4’-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2’-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)硫醚、4,4’-二硫代双(2,6-二叔丁基苯酚)、4,4’-三硫代双(2,6-二叔丁基苯酚)、2,4-双(正辛硫基)-6-(4-羟基-3’,5’-二叔丁基苯胺基)-1,3,5-三嗪、N,N’-六亚甲基双-(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酰胺)、N,N’—双[3-(3,5-二叔丁基-4—羟基苯基)丙酰基]肼、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5—叔丁基苯基)丁烷、1,3,5-三甲基—2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、三(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)异氰脲酸酯、三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰脲酸酯、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)异氰脲酸酯、1,3,5-三2[3(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基]乙基异氰脲酸酯、四[亚甲基-3-(3’,5’-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]甲烷,可以优选使用。
更优选为正十八烷基-β-(4’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)丙酸酯、2-叔丁基-6-(3’-叔丁基-5’-甲基-2’-羟基苄基)-4-甲基苯基丙烯酸酯、3,9-双{2-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]-1,1-二甲基乙基}-2,4,8,10-四氧杂螺[5、5]十一烷和四[亚甲基-3-(3’,5’-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]甲烷,进一步优选正十八烷基-β-(4’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)丙酸酯。
(含硫抗氧化剂)
本发明的聚碳酸酯树脂组合物中也可以使用含硫抗氧化剂作为抗氧化剂。特别适于将树脂组合物用于旋转成型、压缩成型的情况。作为该含硫抗氧化剂的具体例,可以举出二月桂基-3,3’-硫代二丙酸酯、双十三烷基-3,3’-硫代二丙酸酯、二肉豆蔻基-3,3’-硫代二丙酸酯、二硬脂基-3,3’-硫代二丙酸酯、月桂基硬脂基-3,3’-硫代二丙酸酯、季戊四醇四(β-月桂基硫代丙酸酯)酯、双[2-甲基-4-(3-月桂基硫代丙酰氧基)-5-叔丁基苯基]硫醚、十八烷基二硫醚、巯基苯并咪唑、2-巯基-6-甲基苯并咪唑、1,1’-硫代双(2-萘酚)等。更优选可以举出季戊四醇四(β-月桂基硫代丙酸酯)酯
上述举出的磷系稳定剂、酚系稳定剂和含硫抗氧化剂可以分别单独使用或并用2种以上。酚系稳定剂和含硫抗氧化剂的含量相对于A成分和B成分的合计100重量份,优选为0.0001~1重量份。更优选为0.0005~0.5重量份,进一步优选为0.001~0.2重量份。
(紫外线吸收剂)
本发明的聚碳酸酯树脂组合物可以含有紫外线吸收剂。二苯甲酮系中,例如可例示2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-苄氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基三氢化二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基—5—钠磺酸基二苯甲酮、双(5—苯甲酰基—4-羟基—2—甲氧基苯基)甲烷、2-羟基-4-正十二烷基氧基二苯甲酮和2—羟基—4—甲氧基—2’—羧基二苯甲酮等。
苯并三唑系中,例如可例示2—(2—羟基—5—甲基苯基)苯并三唑、2-(2—羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2—羟基—3,5—二枯基苯基)苯基苯并三唑、2—(2-羟基-3-叔丁基—5-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2,2’-亚甲基双[4-(1,1,3,3—四甲基丁基)—6-(2H—苯并三唑-2-基)苯酚]、2-(2-羟基—3,5—二叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2—羟基-3,5-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2—(2—羟基-3,5—二叔戊基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-4-辛氧基苯基)苯并三唑、2,2’-亚甲基双(4-枯基-6-苯并三唑苯基)、2,2’-对亚苯基双(1,3-苯并嗪-4-酮)和2-[2-羟基-3-(3,4,5,6-四氢邻苯二甲酰亚胺甲基)-5-甲基苯基]苯并三唑以及2-(2’-羟基-5-甲基丙烯酰氧基乙基苯基)-2H-苯并三唑与能够与该单体共聚的乙烯基系单体的共聚物、2-(2’-羟基-5-丙烯酰氧基乙基苯基)-2H-苯并三唑与能够与该单体共聚的乙烯基系单体的共聚物等具有2-羟基苯基-2H-苯并三唑骨架的聚合物等。
羟基苯基三嗪系中,例如可例示2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-己氧基苯酚、2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-甲氧基苯酚、2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-乙氧基苯酚、2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-丙氧基苯酚和2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5—丁氧基苯酚等。进一步可例示2-(4,6-双(2,4—二甲基苯基)-1,3,5-三嗪-2-基)-5—己氧基苯酚等上述例示化合物的苯基为2,4—二甲基苯基的化合物。
环状亚胺酯系中,例如可例示2,2’-对亚苯基双(3,1-苯并嗪-4-酮)、2,2’-(4,4’-二亚苯基)双(3,1-苯并/>嗪-4-酮)和2,2’—(2,6-萘)双(3,1-苯并/>嗪-4-酮)等。
氰基丙烯酸酯系中,例如可例示1,3-双-[(2’-氰基-3’,3’-二苯基丙烯酰基)氧基]-2,2-双[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]甲基)丙烷和1,3-双—[(2-氰基-3,3-二苯基丙烯酰基)氧基]苯等。
进而,上述紫外线吸收剂也可以为通过采用可自由基聚合的单体化合物的结构而将具有该紫外线吸收性单体和/或受阻胺结构的光稳定性单体与(甲基)丙烯酸烷基酯等单体共聚而得的聚合物型的紫外线吸收剂。作为上述紫外线吸收性单体,可优选例示在(甲基)丙烯酸酸酯的酯取代基中含有苯并三唑骨架、二苯甲酮骨架、三嗪骨架、环状亚胺酯骨架和氰基丙烯酸酯骨架的化合物。
其中,从紫外线吸收能力的方面出发,优选苯并三唑系和羟基苯基三嗪系,从耐热性、色相(透明性)的方面出发,优选环状亚胺酯系和氰基丙烯酸酯系。上述紫外线吸收剂可以单独或以2种以上的混合物使用。
紫外线吸收剂的含量相对于A成分和B成分的合计100重量份,优选为0.01~2重量份,更优选为0.02~2重量份,进一步优选为0.03~1重量份,进一步优选为0.05~0.5重量份。
(受阻胺系光稳定剂)
本发明的聚碳酸酯树脂组合物可以含有受阻胺系光稳定剂。受阻胺系光稳定剂一般被称为HALS(Hindered Amine Light Stabilizer),是在结构中具有2,2,6,6-四甲基哌啶骨架的化合物,例如可以举出4-乙酰氧基—2,2,6,6-四甲基哌啶、4-硬脂酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-丙烯酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(苯基乙酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-甲氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-硬脂氧基-2,2,6,6—四甲基哌啶、4-环己氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苄氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-苯氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(乙基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4-(环己基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、4—(苯基氨基甲酰氧基)-2,2,6,6-四甲基哌啶、双(2,2,6,6-四甲基-4—哌啶基)碳酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)草酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)丙二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)己二酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)对苯二甲酸酯、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)碳酸酯、双(1,2,2,6,6—五甲基-4-哌啶基)草酸酯、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)丙二酸酯、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(1,2,2,6,6-五甲基—4-哌啶基)己二酸酯、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)对苯二甲酸酯、N,N’-双—2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基-1,3-苯二甲酰胺、1,2-双(2,2,6,6-四甲基—4-哌啶氧基)乙烷、α,α’-双(2,2,6,6-四甲基-4—哌啶氧基)-对二甲苯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基甲苯-2,4-二氨基甲酸酯、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-六亚甲基-1,6-二氨基甲酸酯、三(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-苯-1,3,5-三羧酸酯、N,N’,N”,N”’-四-(4,6-双(丁基—(N-甲基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-基)氨基)-三嗪-2—基)-4,7-二氮杂癸烷-1,10-二胺、二丁基胺-1,3,5-三嗪-N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4—哌啶基)-1,6-六亚甲基二胺与N-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)丁基胺的缩聚物、聚[{6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪-2,4-二基}{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}六亚甲基{(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)亚氨基}]、四(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,2,3,4-丁烷四羧酸酯、四(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)—1,2,3,4-丁烷四羧酸酯、三(2,2,6,6-四甲基—4-哌啶基)-苯-1,3,4—三羧酸酯、1-[2-{3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基}丁基]-4-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰氧基]2,2,6,6-四甲基哌啶以及1,2,3,4-丁烷四羧酸与1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶醇与β,β,β’,β’-四甲基-3,9-[2,4,8,10-四氧杂螺(5,5)十一烷]二乙醇的缩合物等。
受阻胺系光稳定剂根据哌啶骨架中的氮原子的键合对象而大致分为N-H型(氢键合于氮原子)、N-R型(烷基(R)键合于氮原子)、N-OR型(烷氧基(OR)键合于氮原子)这3种类型,应用于聚碳酸酯树脂时,从受阻胺系光稳定剂的碱性的观点考虑,更优选使用低碱性的N-R型、N-OR型。上述受阻胺系光稳定剂可以单独或组合使用2种以上。
受阻胺系光稳定剂的含量相对于A成分和B成分的合计100重量份,优选为0~1重量份,更优选为0.05~1重量份,进一步优选为0.08~0.7重量份,特别优选为0.1~0.5重量份。如果受阻胺系光稳定剂的含量多于1重量份,则有时因发生因气体产生所致的外观不良、因聚碳酸酯树脂的分解所致的物性降低,因而不优选。另外,如果小于0.05重量份,则有时无法表现出充分的耐光性。
(染颜料)
本发明的聚碳酸酯树脂组合物中可以进一步含有各种染料和颜料而提供表现出多样的设计性的成型品。通过配合荧光增白剂、其以外的发光的荧光染料,能够赋予利用发光色的进一步良好的设计效果。另外,还能够提供具有由极微量的染颜料所带来的着色且具有鲜艳的发色性的纤维强化聚丙烯树脂组合物。
作为本发明中使用的荧光染料(包含荧光增白剂),例如可以举出香豆素系荧光染料、苯并吡喃系荧光染料、苝系荧光染料、蒽醌系荧光染料、硫靛系荧光染料、呫吨系荧光染料、呫吨酮系荧光染料、噻吨系荧光染料、噻吨酮系荧光染料、噻嗪系荧光染料和二氨基芪系荧光染料等。这些之中,优选耐热性良好且聚碳酸酯树脂的成型加工时的劣化少的香豆素系荧光染料、苯并吡喃系荧光染料和苝系荧光染料。
作为上述上蓝剂和荧光染料以外的染料,可以举出苝系染料、香豆素系染料、硫靛系染料、蒽醌系染料、噻吨酮系染料、铁蓝等亚铁氰化物、紫环酮系染料、喹啉系染料、喹吖啶酮系染料、二嗪系染料、异吲哚啉酮系染料和酞菁系染料等。进而,本发明的树脂组合物也可以配合金属颜料而得到更良好的金属色彩。作为金属颜料,优选各种板状填料上具有金属被膜或金属氧化物被膜的金属颜料。
上述的染颜料的含量相对于A成分和B成分的合计100重量份,优选0.00001~1重量份,更优选0.00005~0.5重量份。
(其它树脂)
本发明的聚碳酸酯树脂组合物中也可以在发挥本发明效果的范围内以少比例使用其它树脂。
作为该其它树脂,例如可以举出聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂、聚砜树脂、聚丙烯树脂以外的聚烯烃树脂、聚甲基丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂等树脂。
(其他填充材料)
本发明的聚碳酸酯树脂组合物中也可以在发挥本发明效果的范围内以少比例使用其它填充材料。
作为该其它填充材料,可以举出钛酸钾晶须、氧化锌晶须、氧化铝纤维、碳化硅纤维、陶瓷纤维、石棉纤维、石膏纤维、金属纤维等纤维状填充剂、硅灰石、绢云母、高岭土、云母、粘土、膨润土、石棉、滑石、氧化铝硅酸盐等硅酸盐、蒙脱石、合成云母等溶胀性层状硅酸盐、氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钛、氧化铁等金属化合物、碳酸钙、碳酸镁、白云石等碳酸盐、硫酸钙、硫酸钡等硫酸盐、玻璃珠、陶瓷珠、氮化硼、碳化硅、磷酸钙和二氧化硅等非纤维状填充剂。
(其它添加剂)
为了对成型品赋予各种功能、改善特性,在本发明的聚碳酸酯树脂组合物中可以以少比例配合其本身已知的添加物。这些添加物只要不损害本发明的目的,就为通常的配合量。作为该添加剂,可以举出滑动剂(例如PTFE粒子)、荧光染料、无机系荧光体(例如将铝酸盐作为母结晶的荧光体)、抗静电剂、结晶成核剂、无机和有机的抗菌剂、光催化剂系防污剂(例如微粒氧化钛、微粒氧化锌)、自由基产生剂、红外线吸收剂(热线吸收剂)和光致变色剂等。
[成型体和其制造方法]
本发明的成型用材料不需要如以往技术那样进行用于以独立的工序使强化纤维含浸热塑性树脂的处理,通过现有的热塑性树脂成型工序进行成型,从而在成型用材料中,聚碳酸酯树脂组合物含浸于易含浸性碳纤维束,解开碳纤维束并熔融流动而在模具内扩展,由此能够得到良好物性的成型体。
即,本申请还包含上述的由本发明的成型用材料构成的成型体的发明以及成型体的制造方法的发明,该成型体的制造方法的特征在于,通过使该成型用材料以上述聚碳酸酯树脂组合物的塑化温度以上的温度的状态存在于模具内,从而在该成型用材料中,使该聚碳酸酯树脂组合物含浸于上述的易含浸性碳纤维束,将该易含浸性碳纤维束的碳纤维束解开分散并成型后,进行冷却。
本发明的成型体的制造方法中,“使易含浸性碳纤维束的碳纤维束解开分散”是指在成型体中碳纤维束被解纤分散至碳纤维不为块状物的程度,即便不将碳纤维长丝等碳纤维束完全解开至构成其的几千~几万根的碳纤维单丝1根1根为止,也能够得到优异的物性和外观的成型体。
本发明的成型体的制造中,可以将上述成型用材料作为适于所采用的成型方法的各种形态而使用。例如,在利用注塑成型进行成型的情况下,可以作为利用线料切粒机将在易含浸性碳纤维束的周围被覆有聚碳酸酯树脂组合物的线料切割成长度3~10mm左右的颗粒状的成型用材料。
另外,在得到板状的大型成型体的情况下,加压成型是有效的。在进行加压成型的情况下,也可以制成层叠有聚碳酸酯树脂组合物和易含浸性碳纤维束的板状的成型用材料,将其加热到聚碳酸酯树脂组合物的塑化温度以上,设置于加压模具内后,以规定的加压压力进行成型。根据形状等,使用预先将对本发明的成型用材料加热加压而得到的预成型体进行成型的方法等也是有效的。
在使用本发明的成型用材料,不加入其它成型用材料、添加剂而进行成型得到成型体的情况下,该成型用材料和该成型体的含有碳纤维的量、比例、即质量基准的组成当然相同。因此,本发明的成型体中含有的碳纤维、聚碳酸酯树脂组合物的量、其优选的范围是针对成型用材料而上述的碳纤维、聚碳酸酯树脂组合物的量、其优选的范围。
应予说明,在使用本发明的成型用材料,不加入其它成型用材料、添加剂而进行成型的情况下,可以测定成型用材料或得到的成型体中的任一者的碳纤维含量(率),将其视为另一者的碳纤维含量(率)。另外,即使在本发明的成型用材料中加入其它成型用材料、添加剂等进行成型的情况下,也可以根据它们的添加量进行计算,由本发明的成型用材料或成型体中的任一者的碳纤维含量(率)求出另一者的碳纤维含量(率)。
以往的碳纤维强化热塑性树脂的成型体为了制成碳纤维均质地分散于热塑性树脂的状态而通过将利用双轴挤出机等对热塑性树脂和碳纤维进行熔融混炼而得的颗粒等成型为材料而得到。但是,该方法中,为了施加高剪切进行混炼,将碳纤维在挤出机内粉碎,得到的成型体中的碳纤维长度小于0.3mm,因此由纤维带来的物性增强效果降低。与此相对,本发明的成型用材料的成型体由于聚碳酸酯树脂组合物在碳纤维束中的含浸性优异,因此不需要以高剪切将碳纤维束和熔融树脂混炼。因此,得到的成型体中碳纤维以长的状态残留,机械强度优异。
本发明的成型体优选在成型体中易含浸性碳纤维束被解开后的碳纤维以平均纤维长度0.3mm以上的长度分散的成型体,进一步优选为该碳纤维以平均纤维长度0.4mm以上的长度分散的成型体。本发明的成型体中,残留的碳纤维的平均纤维长度的上限没有特别限制,取决于用途、所采用的成型方法。例如,对于利用线料切粒机将在易含浸性碳纤维束的周围被覆有聚碳酸酯树脂组合物的线料制成颗粒状而用作成型用材料并通过注塑成型而得到的成型体,一般碳纤维的平均纤维长度为10mm以下左右,越是利用热塑性树脂含浸的程度高的碳纤维束,在注塑成型时越容易发生折损,因此平均纤维长度为2mm以下的情况也较多。
进而,本发明的成型体优选在ISO527标准壁厚4mm的拉伸试验片中下式(C)的关系成立。
碳纤维含有率(重量%)×3+90<拉伸强度(MPa)···(C)
上述式(C)成立是指在碳纤维强化热塑性树脂的成型体中与碳纤维含有率相比,成型体的拉伸强度极高,在成本和性能的方面极其优选。
本发明人等认为现在最佳的本发明的方式是将上述各要件的优选范围汇总而得的方式,例如,将其代表例记载于下述的实施例中。当然本发明并不限定于这些方式。
实施例
接下来,对本发明的实施例和比较例进行详述,但本发明不受这些实施例限定。应予说明,实施例中的各测定项目按照下述方法进行测定。
(I)成型用材料的评价
1)表面外观
对通过下述方法得到的成型用材料的表面外观进行观察,将在表面未确认到因聚碳酸酯在碳纤维束中的含浸不充分而产生的直径3mm以上的纤维状物质的块和气泡的情况判定为○(良好),将虽然未确认到纤维状物质的块但确认到气泡的情况判定为△(稍良好),将确认到纤维状物质的块的情况判定为×(不良)。
2)弯曲弹性模量
利用注塑成型机由通过下述方法得到的成型用材料制作弯曲试验片,依据ISO178进行弯曲弹性模量的测定。
3)着色性
使用注塑成型机将通过下述方法得到的成型用材料以料筒温度300℃、模具温度80℃的条件进行注塑成型,得到成型体(宽度50mm,长度90mm,厚度2mm)。通过目视来确认所得到的成型体的外观色调。另外,得到的成型体的反射光的L*值由依据ISO 11664-4,使用分光测色仪(机种名“U4100”,日立高新技术株式会社制),在C光源、视场角2°的条件下,通过反射测定测得的三刺激值X、Y、Z算出。反射测定使用积分球,将正反射成分和扩散反射成分累积而受光。将所得到的L*值为30以下判定为着色性良好。
4)阻燃性
利用热风循环式干燥机将通过下述方法得到的成型用材料在120℃干燥6小时,利用注塑成型机[东芝机械株式会社IS150EN-5Y]以料筒温度280℃、模具温度80℃成型出阻燃性评价用的试验片。以厚度0.7mm进行UL标准94的垂直燃烧试验来评价其等级。应予说明,将判定均无法满足V-0、V-1、V-2中的任一基准的情况示为“notV”。
[制造例1~18、实施例1~15、比较例1-11]
将以表1所示的组成从挤出机的第1供给口供给由全部成分构成的混合物。该混合物利用V型搅拌机进行混合而得到。挤出使用直径的排气式双轴挤出机(株式会社日本制钢所TEX30α-38.5BW-3V),以螺杆转速230rpm、排出量25kg/h、排气真空度3kPa进行熔融混炼而得到颗粒。应予说明,对于挤出温度,从第1供给口到模头部分以280℃实施。接下来,使用出口直径3mm的电线被覆用十字头模具,用由在280℃熔融的上述颗粒构成的树脂组合物被覆易含浸性碳纤维束,将其切割成长度6mm,得到由表2和表3构成的直径3.2mm、长度6mm的适于注塑成型的作为芯鞘型颗粒的成型用材料。
应予说明,表1~表3中的记号表达的各成分如下。
[使用组成]
实施例中,使用下述成分。
(A成分)
A-1:芳香族聚碳酸酯树脂(利用常规方法由双酚A和光气制作的粘均分子量25100的聚碳酸酯树脂粉末,帝人株式会社制Panlite L—1250WQ(商品名))
A-2:芳香族聚碳酸酯树脂(利用常规方法由双酚A和光气制作的粘均分子量19700的聚碳酸酯树脂粉末,帝人株式会社制Panlite L—1225WX(商品名))
(B成分)
B-1:聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂(粘均分子量24000,PDMS量8.4%,PDMS聚合度37,帝人株式会社制Panlite W—0111(商品名))
B-2:聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂(粘均分子量1950,PDMS量8.4%,PDMS聚合度37,帝人株式会社制Panlite W-00528商品名))
(C成分)
C-1:溴系阻燃剂(具有双酚A骨架的溴代碳酸酯低聚物,帝人株式会社制FG-8500(商品名))
C-2:溴系阻燃剂(具有双酚A骨架的溴代碳酸酯低聚物,帝人株式会社制FG-7000(商品名))
(D成分)
D-1:被覆PTFE(由苯乙烯-丙烯腈共聚物被覆的聚四氟乙烯(聚四氟乙烯含量50重量%),Shine polymer公司制SN3307PF(商品名))
D-2:具有原纤维形成能力的聚四氟乙烯(大金工业株式会社制Polyflon FA500H(商品名))
(E成分)
E-1:GC/MS法中的硬脂酸成分的面积(Ss)与棕榈酸成分的面积(Sp)的合计在全部脂肪族羧酸成分中为94%,它们的面积比(Ss/Sp)为1.44的季戊四醇与脂肪族羧酸的全酯(理研维生素株式会社制:Rikestar EW-400(商品名),酸值:9,羟值:6,碘值:0.4,以及TGA5%重量减少温度:322℃,该脂肪族羧酸以动物性油脂为原料)
E-2:Ss与Sp的合计在全部脂肪族羧酸成分中为91%,它们的面积比(Ss/Sp)为1.11的季戊四醇与脂肪族羧酸的全酯(Cognis Japan株式会社制:Roxyol VPG-861(商品名),酸值:1,羟值:7,碘值:0,和TGA5%重量减少温度:390℃,该脂肪族羧酸以植物性油脂为原料)
E-3:高级醇脂肪酸酯(碳原子数10~20的一元醇与碳原子数10~20的脂肪酸的酯)与甘油三酯(甘油与碳原子数10~20的脂肪酸的酯)的比例为30:70(重量比)的混合物(理研维生素株式会社制Rikemal SL-900(商品名))
E-4:低分子量聚乙烯(三井化学株式会社制Hi-waxHW405MP(商品名))
(F成分)
F-1:双酚A型环氧树脂(三菱化学株式会社制jER1256(商品名),Mw=26600)
(其它成分)
P-1:磷系阻燃剂(间苯二酚双(二2,6—二甲苯基磷酸酯),大八化学工业株式会社制PX—200(商品名))
TMP:磷酸三甲酯
CB:将30重量份的炭黑(三菱化学株式会社制:炭黑MA—100(商品名))、3重量份的白矿物油(埃克森美孚制:Crystol N352(商品名))、0.2重量份的褐煤酸酯蜡(ClariantJapan株式会社制:Licolub WE—1 powder(商品名))和66.8重量份的双酚A型聚碳酸酯树脂(帝人化成株式会社制:CM-1000(商品名),粘均分子量16000)这4种成分的合计100重量份使用双轴挤出机熔融混合而制造的炭黑母颗粒。
(易含渗碳纤维束)
CF—1:使用作为含浸助剂的脂肪族羟基羧酸系聚酯即聚己内酯(Daicel化学工业制PLACCEL(注册商标)H1P分子量10000),将其制成不挥发成分12重量%的乳液,使作为碳纤维束的PAN系碳纤维长丝(东邦特耐克斯公司制STS40相当于24K纤维直径7.0μm长丝根数24000根,拉伸强度4000MPa)在其中通过后,利用夹辊去除过量附着的溶液,然后,进一步用2分钟使其在加热到180℃的热风干燥炉内通过,进行干燥。将通过上述处理得到的易含渗碳纤维束沿着加热到200℃的直径60mm的2根金属制轧辊再次进行加热处理,制成含浸助剂更均匀地附着于碳纤维束的含浸性碳纤维束。该易含浸性碳纤维束的聚己内酯含浸助剂的含有率为5重量%(相对于碳纤维100重量份为5.3重量份)。
CF-2:使作为含浸助剂的聚己内酯的乳液化溶液的浓度为不挥发成分25重量%的乳液来处理碳纤维长丝,除此以外,进行与CF-1同样的操作。该易含浸性碳纤维束的聚己内酯含浸助剂的含有率为10重量%(相对于碳纤维100重量份为11.1重量份)。
CF-3:使作为含浸助剂的聚己内酯的乳液化溶液的浓度为不挥发成分5重量%的乳液来处理碳纤维长丝,除此以外,进行与CF-1同样的操作。该易含浸性碳纤维束的聚己内酯的含有率为1.9重量%(相对于碳纤维100重量份为2重量份)。
CF-4:使作为含浸助剂的聚己内酯的乳液化溶液的浓度为不挥发成分35重量%的乳液来处理碳纤维长丝,除此以外,进行与CF-1同样的操作。该易含浸性碳纤维束的聚己内酯含浸助剂的含有率为14.5重量%(相对于碳纤维100重量份为17重量份)。
[表1]
[表2]
[表3]
根据表2和表3可知,通过本发明的配合,得到阻燃性、外观、强度和着色性优异的成型用材料。
Claims (12)
1.一种成型用材料,其特征在于,在由碳纤维100重量份和1种以上的含浸助剂3~15重量份构成的易含浸性碳纤维束上附着有50~2000重量份的聚碳酸酯树脂组合物,聚碳酸酯树脂组合物相对于由(A)芳香族聚碳酸酯树脂即A成分1~100重量%和(B)聚碳酸酯-聚二有机硅氧烷共聚树脂即B成分0~99重量%构成的树脂成分100重量份,含有(C)溴系阻燃剂即C成分10~20重量份、(D)含氟防滴剂即D成分0.01~2重量份和(E)多元醇与脂肪族羧酸的全酯即E成分0.05~2重量份,E成分为多元醇与脂肪族羧酸的全酯,脂肪族羧酸为包含棕榈酸成分和硬脂酸成分,在其气相色谱-质谱法即GC/MS法的峰面积中棕榈酸成分的面积Sp与硬脂酸成分的面积Ss的合计在全部脂肪族羧酸成分中为80%以上且两者的面积比即Ss/Sp为1.3~30的脂肪族羧酸,并且所述全酯的酸值为0.1~20。
2.根据权利要求1所述的成型用材料,其特征在于,含浸助剂由满足下述式(1)和下述式(2)的1种以上的脂肪族羟基羧酸系聚酯构成,300℃时的含浸助剂的粘度≤10Pa·s···(1)
2≤(Tg0-Tg1)/D···(2)
式中,D表示由聚碳酸酯树脂和含浸助剂构成的树脂组合物中的含浸助剂的比例,单位为重量%,Tg1表示在聚碳酸酯树脂中以该比例添加含浸助剂而得的树脂组合物的玻璃化转变温度,Tg0表示聚碳酸酯树脂的玻璃化转变温度,单位为℃。
3.根据权利要求2所述的成型用材料,其特征在于,脂肪族羟基羧酸系聚酯为选自重均分子量3000~50000的ε-己内酯、δ-己内酯、β-丙内酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯、γ-戊内酯、庚内酯的均聚物和重均分子量3000~50000的它们2种以上的单体的共聚物中的1种以上的化合物。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的成型用材料,其特征在于,相对于A成分和B成分的合计100重量份,含有(F)密合性改善剂即F成分1~10重量份。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的成型用材料,其特征在于,E成分是多元醇为季戊四醇的多元醇与脂肪族羧酸的全酯。
6.根据权利要求4所述的成型用材料,其特征在于,F成分为选自甲基丙烯酸缩水甘油酯、双酚A型环氧树脂、聚芳酯和苯乙烯-马来酸树脂中的至少1种有机化合物。
7.根据权利要求1~3中任一项所述的成型用材料,其特征在于,是以易含浸性碳纤维束为芯成分且以聚碳酸酯树脂组合物为鞘成分的芯鞘型结构的颗粒。
8.根据权利要求7所述的成型用材料,其中,颗粒的长边方向的长度为3~10mm。
9.一种成型体,由权利要求1~8中任一项所述的成型用材料构成。
10.根据权利要求9所述的成型体,其特征在于,来自易含浸性碳纤维束的碳纤维以平均纤维长度0.3mm以上的长度分散。
11.根据权利要求9所述的成型体,其中,成型体为办公自动化-电气电子用内外装构件。
12.根据权利要求9所述的成型体,其中,成型体为汽车用构件。
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