ES2873876T3 - Material, método para producir el material, material parcialmente soldado, material compuesto y método de producción de un producto moldeado - Google Patents

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Abstract

Un material, que comprende: una primera región (1), una región de fibras (2) y una segunda región (3), continua en una dirección de espesor; siendo la primera región y la segunda región cada una independientemente una capa de resina que incluye del 20 % al 100 % en masa de un componente de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo; incluyendo la región de fibras del 20 % al 100 % en masa de fibras de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo; teniendo el componente de resina termoplástica incluido en la primera región y el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región cada uno independientemente una energía de cristalización durante un aumento de temperatura de 2 J/g o más, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido; y teniendo las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras una energía de cristalización durante un aumento de temperatura inferior a 1 J/g, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido; en donde la energía de cristalización durante un aumento de temperatura es un valor medido mediante el uso de un calorímetro diferencial de barrido (DSC) en una corriente de nitrógeno, mientras se realiza un calentamiento de 25 °C a una temperatura que es 20 °C superior a un punto de fusión del componente de resina termoplástica o de las fibras de resina termoplástica a una velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min.

Description

DESCRIPCIÓN
Material, método para producir el material, material parcialmente soldado, material compuesto y método de producción de un producto moldeado
Campo técnico
La presente invención se refiere a un material, un método para producir el material, un material parcialmente soldado, un material compuesto, y un método para producir un producto moldeado.
Antecedentes de la técnica
Las resinas termoplásticas son ampliamente usadas como diversos materiales de conformación por microondas. En los últimos años, también se ha investigado el uso de resinas termoplásticas fibrosas (fibras de resina termoplástica) como diversos materiales de conformación por microondas. En particular, también se conoce el hilo mezclado que incluye fibras de refuerzo continuas en fibras de resina termoplástica para mejorar la resistencia de un producto moldeado (Documento de patente 1). Los laminados que comprenden termoplástico en las superficies de un componente reforzado son generalmente conocidos en la técnica anterior (Documento de patente 2).
Lista de citas
Bibliografía de patentes
Documento de patente 1: JP 2014-173196 A
Documento de patente 2: JP 2000238142
Sumario de la invención
Problema técnico
Los materiales fibrosos, tales como los descritos anteriormente, son flexibles y tienen una excelente operabilidad, pero existe un problema en el sentido de que las fibras de resina termoplástica se contraen durante la conformación por microondas. En particular, en un caso donde las fibras de resina termoplástica se moldean con fibras de refuerzo, como en el caso del hilo mezclado descrito anteriormente, las fibras de resina termoplástica tienen una relación de contracción térmica que difiere de la relación de contracción térmica de las fibras de refuerzo, lo que tiende a ser más problemático.
La presente invención tiene por objetivo resolver los problemas descritos anteriormente, y un objetivo de la presente invención es proporcionar un material novedoso que mantenga la flexibilidad que es la ventaja de un material que usa fibras de resina termoplástica y tenga una baja relación de contracción térmica, y un método para producir el material, un material parcialmente soldado que usa el material, un material compuesto, y un método para producir un producto moldeado.
Solución al problema
Como resultado de la investigación realizada por los presentes inventores, los problemas anteriores fueron resueltos por los siguientes medios (1), y preferentemente por (2) a (21).
(1) Un material que incluye: una primera región, una región de fibras, y una segunda región continua en una dirección de espesor; siendo la primera región y la segunda región cada una independientemente una capa de resina que incluye del 20 % al 100 % en masa de un componente de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo; incluyendo la región de fibras del 20 % al 100% en masa de fibras de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo; teniendo el componente de resina termoplástica incluido en la primera región y el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región cada uno independientemente una energía de cristalización durante un aumento de temperatura de 2 J/g o más, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido; teniendo las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras una energía de cristalización durante un aumento de temperatura inferior a 1 J/g, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido; en donde
la energía de cristalización durante un aumento de temperatura es un valor medido mediante el uso de un calorímetro diferencial de barrido (DSC) en una corriente de nitrógeno mientras se realiza un calentamiento de 25 °C a una temperatura que es 20 °C superior a un punto de fusión del componente de resina termoplástica o de las fibras de resina termoplástica a una velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min.
(2) El material de acuerdo con (1), en donde el 80 % en masa o más de las composiciones del componente de resina termoplástica incluido en la primera región, del componente de resina termoplástica incluido en la segunda región, y de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras son idénticas entre sí.
(3) El material de acuerdo con (1) o (2), en donde el componente de resina termoplástica incluido en la primera región, el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región, y las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras incluyen cada uno independientemente una resina de poliamida.
(4) El material de acuerdo con (1) o (2), en donde el componente de resina termoplástica incluido en la primera región, el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región, y las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras incluyen cada uno independientemente una resina de poliamida que incluye una unidad constitutiva derivada de diamina y una unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico, y el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de diamina se deriva de xililendiamina.
(5) El material de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (4), en donde la región de fibras incluye del 25 % al 80 % en masa de fibras de resina termoplástica y del 75 % al 20 % en masa de fibras de refuerzo.
(6) El material de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (4), en donde la primera región, la segunda región, y la región de fibras incluyen cada una independientemente del 25 % al 80 % en masa de un componente de resina termoplástica y del 75 % al 20 % en masa de fibras de refuerzo.
(7) El material de acuerdo con (6), en donde una diferencia en porción de masa entre las fibras de refuerzo incluidas en la primera región, la segunda región, y la región de fibras es del 5 % en masa o menos.
(8) El material de acuerdo con uno cualquiera de (5) a (7), en donde las fibras de refuerzo incluyen al menos una seleccionada entre el grupo que consiste en fibras de carbono y fibras de vidrio.
(9) El material de acuerdo con uno cualquiera de (5) a (8), en donde las fibras de refuerzo son fibras de refuerzo continuas.
(10) El material de acuerdo con (9), en donde la región de fibras incluye hilo mezclado que incluye fibras de refuerzo continuas y fibras de resina termoplástica.
(11) El material de acuerdo con (9) o (10), en donde la primera región y la segunda región están formadas a partir de hilo mezclado que incluye fibras de refuerzo continuas y fibras de resina termoplástica.
(12) El material de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (11), en donde una diferencia entre la energía de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica incluido en la primera región y la energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras y una diferencia entre la energía de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica incluido en la segunda región y la energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras son cada una independientemente de 3 J/g o más.
(13) El material de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (12), en donde un espesor de la región de fibras en relación con un espesor total del material es del 20 % o más.
(14) El material de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (13), en donde el material es un material para conformación por luz o un material para conformación por microondas.
(15) El material de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (14), en donde una carga de resistencia a la deformación es de 1 N o menos, siendo la carga de resistencia a la deformación una carga aplicada al material para elevar el material a una velocidad de 300 mm/min a través de una guía que cambia una dirección de desplazamiento del material en 90 grados.
(16) El material de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (15), en donde una relación de contracción térmica después de que se realice un calentamiento a una temperatura que es 5 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica durante 1 minuto es del 1 % o menos.
(17) El material de acuerdo con uno cualquiera de (1) a (16), en donde el material está en una forma de cinta. (18) Un material parcialmente soldado en el que al menos dos materiales descritos en uno cualquiera de (1) a (17) están parcialmente soldados.
(19) Un método para producir el material descrito en uno cualquiera de (1) a (17), incluyendo el método aplicar vibración ultrasónica sobre una superficie de fibras dispuestas en al menos una dirección, incluyendo las fibras del 20 % al 100 % en masa de fibras de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo.
(20) Un material compuesto que incluye: el material descrito en uno cualquiera de (1) a (17) o el material parcialmente soldado descrito en (18), y unas segundas fibras de resina termoplástica que conservan una forma del material o del material parcialmente soldado; en donde las segundas fibras de resina termoplástica tienen un punto de fusión que es al menos 15 °C superior a un punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material o el material parcialmente soldado.
(21) Un método para producir un producto moldeado, incluyendo el método someter el material descrito en uno cualquiera de (1) a (17), el material parcialmente soldado descrito en (18), o el material compuesto descrito en (20) a conformación por luz o conformación por microondas.
Efectos ventajosos de la invención
La presente invención permite proporcionar un material novedoso que mantenga la flexibilidad que es la ventaja de un material que usa fibras de resina termoplástica y tenga una baja relación de contracción térmica, y un método para producir el material, un material parcialmente soldado que incluye el material, un material compuesto, y un método para producir un producto moldeado.
Breve descripción de los dibujos
Las FIGS. 1A y 1B son vistas esquemáticas de secciones transversales de materiales de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 2 es una vista esquemática de una sección transversal de otro ejemplo de un material de acuerdo con una realización de la presente invención.
Las FIGS. 3A a 3C son vistas esquemáticas que ilustran un ejemplo de un método de conformación por luz. La FIG. 4 ilustra un ejemplo de una vista esquemática de un material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención.
Las FIGS. 5A y 5B son vistas esquemáticas de un aparato para medir una carga de resistencia a la deformación en los ejemplos.
La FIG. 6 es una vista esquemática de un aparato para medir una relación de contracción térmica en los ejemplos. La FIG. 7 es una vista esquemática que ilustra una disposición de un material para formar un material compuesto en los ejemplos.
La FIG. 8 es una vista esquemática de una sección transversal de un material parcialmente soldado de acuerdo con una realización de la presente invención.
Descripción de las realizaciones
Los contenidos de la presente invención se describirán en detalle a continuación. Obsérvese que, en la presente memoria descriptiva, "... a..." se usa en un sentido que incluye los valores numéricos descritos antes y después como el valor límite inferior y el valor límite superior.
La presente invención se caracteriza por un material que incluye: una primera región, una región de fibras, y una segunda región continua en una dirección de espesor; siendo la primera región y la segunda región cada una independientemente una capa de resina que incluye del 20 % al 100% en masa de un componente de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo; incluyendo la región de fibras del 20 % al 100 % en masa de fibras de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo; teniendo el componente de resina termoplástica incluido en la primera región y el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región cada uno independientemente una energía de cristalización durante un aumento de temperatura de 2 J/g o más, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido; y teniendo las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras una energía de cristalización durante un aumento de temperatura inferior a 1 J/g, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido. Obsérvese que, la energía de cristalización durante un aumento de temperatura se refiere a un valor medido mediante el uso de un calorímetro diferencial de barrido (DSC) en una corriente de nitrógeno mientras se realiza un calentamiento de 25 °C a una temperatura que es 20 °C superior a un punto de fusión del componente de resina termoplástica o de las fibras de resina termoplástica a una velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min.
Dicho material puede suprimir la contracción de la resina termoplástica mientras se mantiene la flexibilidad. La presente invención logra esto de la siguiente manera: la energía de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica que constituye la capa de resina (la primera región y la segunda región) de la capa superficial es elevada; y, en la parte interior (la región de fibras), la resina termoplástica está presente como un estado fibroso y la energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras es inferior a la del componente de resina termoplástica incluido en la capa superficial. La elevada energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica de la capa superficial, como se ha descrito anteriormente, conduce a la presencia de al menos una cierta cantidad de fibras de resina termoplástica amorfas en las fibras de resina termoplástica y, por tanto, se puede suprimir el cambio dimensional mientras se mantiene la flexibilidad. Asimismo, las primera y segunda regiones proporcionadas en la capa superficial protegen la resina termoplástica fibrosa interior, y aseguran la flexibilidad y la operabilidad.
Configuración
El material de acuerdo con una realización de la presente invención tiene una primera región, una región de fibras, y una segunda región continua en la dirección de espesor.
La FIG. 1A es una vista esquemática de una sección transversal en un caso donde un material de acuerdo con una realización de la presente invención está en una forma de cinta. Específicamente, la FIG. 1A es una vista esquemática de una sección transversal de un material tipo cinta en una dirección perpendicular a una dirección longitudinal. El signo de referencia 1 representa una primera región, el signo de referencia 2 representa una región de fibras, y el signo de referencia 3 representa una segunda región. La dirección de una flecha en la FIG. 1A es una dirección de espesor.
La primera región y la segunda región son cada una independientemente una capa de resina que incluye esencialmente un componente de resina termoplástica y que puede incluir fibras de refuerzo. La capa de resina está en un estado en el que el componente de resina termoplástica se funde y forma una región en capas o tipo película.
También, la capa de resina puede incluir fibras de refuerzo, y en un caso donde la capa de resina incluye las fibras de refuerzo, el componente de resina termoplástica se impregna generalmente en las fibras de refuerzo. En este caso, el grado de impregnación de la resina termoplástica en la capa de resina es preferentemente del 70 % o más, y más preferentemente del 90% o más, en la región de la superficie hasta 20 pm en la dirección de espesor. La medición del grado de impregnación puede realizarse teniendo en cuenta la descripción del párrafo 0108 del folleto WO 2016/039242.
La región de fibras incluye esencialmente las fibras de resina termoplástica y puede incluir fibras de refuerzo.
La primera región 1 y la región de fibras 2 son continuas en la dirección de espesor, y puede haber o no una interfaz distinta entre ambas regiones. Como ejemplo donde no hay una interfaz distinta, un lado de la primera región cercana a la región de fibras puede tener una baja proporción del componente de resina termoplástica fundida. Es decir, una porción del componente de resina termoplástica puede estar en una forma de fibra o una forma similar a una fibra sin estar fundida. Asimismo, la región de fibras 2 y la segunda región 3 son también continuas en la dirección de espesor, y puede haber o no una interfaz distinta entre ambas regiones. En otras palabras, "continua" significa que la primera región 1, la región de fibras 2, y la segunda región 3 no incluyen otras regiones entre ellas, y existen en la dirección de espesor ininterrumpidamente.
En una realización de la presente invención, la primera región y la segunda región pueden ser continuas. LA FIG. 1B es una vista esquemática de una sección transversal de un material de acuerdo con una realización de la presente invención en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal (dirección de la longitud de la fibra) del material, para un aspecto en el que la primera región y la segunda región son continuas en el material. Los signos de referencia son los mismos que los de la FIG. 1A. Las flechas indican una dirección de espesor del material en la FIG. 1B. En una realización ilustrada en la FIG. 1B, las capas superficiales (la primera región 1 y la segunda región 3) están configuradas para cubrir una parte interior (la región de fibras 2). Dicha configuración mejora fácilmente las propiedades de manipulación del material. En una realización ilustrada en la FIG. 1B, la primera región y la segunda región pueden o no tener un límite distinto.
La realización ilustrada en la FIG. 1B también describe el material en una forma de cinta. Como se ilustra en la FIG.
1B, en un caso donde la sección transversal está en una forma tal como elíptica, y no de cuadrilátero, la porción más gruesa en la dirección perpendicular a la dirección longitudinal del material se define como el espesor (espesor total) del material. En la porción más gruesa, se pueden formar la primera región 1, la región de fibras 2 y la segunda región 3.
Obsérvese que la elipse, el cuadrilátero y similares en la presente memoria descriptiva no se limitan a la elipse y al cuadrilátero en el sentido geométrico, y se pretende incluir formas que puedan interpretarse en general como una forma sustancialmente elíptica y una forma sustancialmente cuadrangular en el campo técnico de la presente invención.
La FIG. 2 es una vista esquemática de una sección transversal de otro ejemplo donde el material de acuerdo con una realización de la presente invención está en una forma de cinta. Este es un aspecto en el que una gran cantidad de las fibras de refuerzo están compuestas en la capa de resina que es una capa superficial, y una gran cantidad de fibras de resina termoplástica están compuestas en la región de fibras.
En la FIG. 2, un círculo sólido indica una sección transversal de la fibra de refuerzo, y un círculo abierto indica una sección transversal de la fibra de resina termoplástica. Las fibras de refuerzo están dispersas en las capas de resina, que son la primera región 21 y la segunda región 22. En la región de fibras 23, casi no hay resina fundida, y hay muchas fibras de resina termoplástica, pero también hay algunas fibras de refuerzo en la región cercana a la capa superficial (la primera región y la segunda región).
En una realización de la presente invención, una densidad de la región de fibras es preferentemente de 1,2 a 6,0, más preferentemente de 1,5 a 5,0, e incluso más preferentemente de 1,8 a 4,5, en relación con la densidad máxima teórica. La densidad de la región de fibras está dentro de este intervalo, y el material puede mantener la flexibilidad y cuando el material se forma en un rollo, se puede reducir eficazmente el pandeo o la distorsión.
La "densidad máxima teórica" se refiere a la densidad cuando se supone que las fibras no incluyen ningún vacío.
En una realización de la presente invención, el espesor total del material es preferentemente de 10 a 1000 pm, más preferentemente de 30 a 500 pm, incluso más preferentemente de 50 a 250 pm e incluso aún más preferentemente de 100 a 210 pm. Con un espesor dentro de este intervalo, puede obtenerse el material que es más flexible y tiene una baja relación de contracción térmica.
En el material de acuerdo con una realización de la presente invención, el espeso de la región de fibras en relación con el espesor total del material es preferentemente del 20 % o más, más preferentemente del 30 % o más, e incluso más preferentemente del 40 % o más. El límite superior es preferentemente del 90 % o menos, más preferentemente del 80 % o menos, e incluso más preferentemente del 75 % o menos.
En una realización de la presente invención, el espesor de la primera región y la segunda región es cada uno preferentemente de 5 a 100 pm, más preferentemente de 10 a 90 pm, e incluso más preferentemente de 15 a 80 pm. Los espesores de la primera región y la segunda región son, por lo general, aproximadamente los mismos, pero dependiendo de la aplicación y similares, el espesor de una de las regiones puede ser más grueso que el espesor de la otra región.
En un caso donde el material de acuerdo con una realización de la presente invención está en una forma de cinta, una longitud de la cinta en la dirección perpendicular a la dirección longitudinal (dirección de la longitud de la fibra), es decir, la anchura de la cinta, es preferentemente de 1 a 100 mm, más preferentemente de 2 a 60 mm, e incluso más preferentemente de 3 a 40 mm. Asimismo, una longitud de la cinta en la dirección longitudinal, es decir, la longitud de la cinta, es preferentemente de 1 a 100.000 m, más preferentemente de 10 a 10.000 m, e incluso más preferentemente de 80 a 5000 m.
En particular, a/e, que es una relación entre el espesor total del material (e) y la anchura de la cinta (a), es preferentemente de 1 a 10.000, más preferentemente de 10 a 500, incluso más preferentemente de 10 a 100, incluso aún más preferentemente de 20 a 80, e incluso aún más preferentemente de 30 a 60. Con la relación dentro del intervalo como anteriormente, puede obtenerse un material que tiene una mejor flexibilidad.
En una realización de la presente invención, como se describe en detalle a continuación, las fibras de resina incluidas en la región de fibras son preferentemente fibras de resina termoplástica continuas. Asimismo, la región de fibras preferentemente también incluye fibras de refuerzo, y las fibras de refuerzo son preferentemente fibras de refuerzo continuas. En particular, la región de fibras preferentemente incluye hilo mezclado que incluye fibras de refuerzo continuas y fibras de resina termoplástica (preferentemente fibras de resina termoplástica continuas). Estas fibras pueden estar dispuestas en una dirección o dispuestas en dos o más direcciones, pero están preferentemente dispuestas en una dirección.
Energía de cristalización durante un aumento de temperatura
En una realización de la presente invención, el componente de resina termoplástica incluido en la primera región y el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región tienen cada uno independientemente una energía de cristalización durante un aumento de temperatura de 2 J/g o más, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido; y las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras tienen una energía de cristalización durante un aumento de temperatura inferior a 1 J/g, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido.
Las energías de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica incluido en la primera región y del componente de resina termoplástica incluido en la segunda región son cada una independientemente de 2 J/g o más, preferentemente de 3 J/g o más, y más preferentemente de 4 J/g o más. El límite superior de la energía de cristalización durante un aumento de temperatura es cada uno preferentemente de 40 J/g o menos, más preferentemente de 30 J/g o menos, e incluso más preferentemente de 20 J/g o menos, y puede ser de 10 J/g o menos, o de 8 J/g o menos.
En una realización de la presente invención, las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras tienen la energía de cristalización durante un aumento de temperatura midiéndose por calorimetría diferencial de barrido inferior a 1 J/g, preferentemente 0,8 J/g o menos, y más preferentemente 0,6 J/g o menos. El límite inferior de la energía de cristalización durante un aumento de temperatura es preferentemente de 0,0 J/g o más, más preferentemente de 0,1 J/g o más, e incluso más preferentemente de 0,2 J/g o más.
Asimismo, la diferencia entre la energía de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica incluido en la primera región y la energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras y la diferencia entre la energía de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica incluido en la segunda región y la energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras son preferentemente cada una independientemente de 3 J/g o más, más preferentemente de 4 J/g o más, incluso más preferentemente de 4,5 J/g o más, e incluso aún más preferentemente de 5 J/g o más. El límite superior de la diferencia entre la energía de cristalización durante un aumento de temperatura es cada uno preferentemente de 40 J/g o menos, más preferentemente de 30 J/g o menos, e incluso más preferentemente de 20 J/g o menos, y puede ser de 10 J/g o menos, o de 8 J/g o menos. Con las energías de cristalización dentro de dichos intervalos, la relación de contracción térmica del material puede reducirse aún más eficazmente.
La "energía de cristalización durante un aumento de temperatura" se refiere a un valor medido mediante el uso de un calorímetro diferencial de barrido (DSC) en una corriente de nitrógeno mientras se realiza un calentamiento de 25 °C a una temperatura que es 20 °C superior a un punto de fusión del componente de resina termoplástica a una velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min para la primera región y la segunda región; o se refiere a un valor medido mediante el uso de un calorímetro diferencial de barrido (DSC) en una corriente de nitrógeno mientras se realiza un calentamiento de 25 °C a una temperatura que es 20 °C superior a un punto de fusión de las fibras de resina termoplástica a una velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min para la región de fibras.
Obsérvese que el "punto de fusión" en una realización de la presente invención se refiere a la temperatura, a la que el pico endotérmico alcanza su máximo durante un aumento de temperatura, que se observa por el método de calorimetría diferencial de barrido (DSC), y específicamente se refiere al valor medido por el método descrito en los ejemplos descritos a continuación.
De manera más específica, la medición se realiza de acuerdo con el método descrito en los ejemplos siguientes. En un caso donde el equipo o similares usados en los ejemplos no esté disponible debido a su interrupción o similares, se puede usar otro equipo con rendimiento equivalente y similares. Las mismas medidas pueden aplicarse a otros métodos de medición.
En una realización de la presente invención, en un caso donde la resina termoplástica (el componente de resina termoplástica y las fibras de resina termoplástica) está formada por dos o más tipos de resinas, se supone que el punto de fusión de la resina que tiene un punto de fusión más alto es el punto de fusión de la resina termoplástica o similares. Asimismo, en un caso donde la resina termoplástica o similares tenga dos o más puntos de fusión, se supone que el punto de fusión más alto es el punto de fusión de la resina termoplástica o similares.
Composición del material
En una realización de la presente invención, la primera región y la segunda región incluyen cada una independientemente del 20 % al 100 % en masa del componente de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de las fibras de refuerzo, preferentemente del 25 % al 80 % en masa del componente de resina termoplástica y del 75 % al 20 % en masa de las fibras de refuerzo, más preferentemente de 30 a 70 % en masa del componente de resina termoplástica y del 70 % al 30 % en masa de las fibras de refuerzo, incluso más preferentemente del 49 % al 30 % en masa del componente de resina termoplástica y del 51 % a 70 % en masa de las fibras de refuerzo, e incluso aún más preferentemente del 45 % al 30 % en masa del componente de resina termoplástica y del 55 % al 70 % en masa de las fibras de refuerzo.
La primera región y la segunda región del material de acuerdo con una realización de la presente invención pueden incluir otro componente además del componente de resina termoplástica y de las fibras de refuerzo opcionalmente mezcladas, pero es preferible que la primera región y la segunda región del material de acuerdo con una realización de la presente invención consista sustancialmente en el componente de resina termoplástica y las fibras de refuerzo opcionalmente compuestas.
Aquí, "sustancialmente" significa que la cantidad de otro componente incluido en cada región además de los componentes descritos anteriormente es del 5 % en masa o menos, preferentemente del 3 % en masa o menos, y más preferentemente del 1 % en masa o menos.
En una realización de la presente invención, la región de fibras incluye del 20 % al 100 % en masa de las fibras de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de las fibras de refuerzo, preferentemente del 25 % al 80 % en masa de las fibras de resina termoplástica y del 75 % al 20 % en masa de las fibras de refuerzo, más preferentemente del 30 % al 70 % en masa de las fibras de resina termoplástica y del 70 % al 30 % en masa de las fibras de refuerzo, incluso más preferentemente del 49 % al 30 % en masa de las fibras de resina termoplástica y del 51 % al 70 % en masa de las fibras de refuerzo, e incluso aún más preferentemente del 45 % al 30 % en masa de las fibras de resina termoplástica y del 55 % al 70 % en masa de las fibras de refuerzo.
Asimismo, la región de fibras del material de acuerdo con una realización de la presente invención puede incluir un componente de resina termoplástica, en el que se funden las fibras de resina termoplástica, además de las fibras de resina termoplástica y el componente de fibras de refuerzo que puede ser compuesto según sea necesario. Asimismo, la región de fibras del material de acuerdo con una realización de la presente invención preferentemente consiste sustancialmente en las fibras de resina termoplástica, el componente de resina termoplástica en el que se funden las fibras de resina termoplástica como un componente opcional, y las fibras de refuerzo que pueden ser compuestas según sea necesario.
Aquí, "sustancialmente" significa que la cantidad de otro componente incluido en cada región además de los componentes descritos anteriormente es del 5 % en masa o menos, preferentemente del 3 % en masa o menos, y más preferentemente del 1 % en masa o menos.
Los ejemplos del material de acuerdo con una realización de la presente invención incluyen los siguientes aspectos.
(1) Un aspecto en el que la primera región y la segunda región son cada una independientemente una capa de resina que incluye un componente de resina termoplástica y fibras de refuerzo, y la región de fibras es una región que incluye fibras de resina termoplástica.
(2) Un aspecto en el que la primera región y la segunda región son cada una independientemente una capa de resina que incluye un componente de resina termoplástica, y la región de fibras es una región que incluye fibras de resina termoplástica y fibras de refuerzo.
(3) Un aspecto en el que la primera región y la segunda región son cada una independientemente una capa de resina que incluye un componente de resina termoplástica y fibras de refuerzo, y la región de fibras es una región que incluye fibras de resina termoplástica y fibras de refuerzo.
El material de acuerdo con una realización de la presente invención es preferentemente (3) anterior. Los aspectos (1) a (3) anteriores pueden incluir componentes además de los descritos anteriormente; sin embargo, cada una de las regiones incluye preferentemente el 90 % en masa o más de los componentes descritos anteriormente en relación con la cantidad total.
El material de acuerdo con una realización de la presente invención puede incluir fibras de refuerzo en solo al menos una región seleccionada entre el grupo que consiste en la primera región, la segunda región, y la región de fibras. Con el material de dicha configuración, la energía de cristalización durante un aumento de temperatura puede ajustarse con precisión. De manera adicional, el contenido de fibras de refuerzo del producto moldeado puede ajustarse al mismo tiempo.
Por ejemplo, es concebible que se forme una capa de resina mientras las fibras de resina termoplástica se intercalan con el hilo mezclado descrito a continuación y el hilo mezclado en ambas caras se somete a vibración ultrasónica. Con dicho material, el grado de la vibración ultrasónica puede ajustarse para proporcionar la región de fibras que incluye solo fibras de resina termoplástica, y la primera región y la segunda región que son capas de resina que incluyen fibras de refuerzo. También, como se ilustra en la FIG. 2 anterior, dependiendo del grado de vibración ultrasónica, una porción de las fibras de resina termoplástica que constituyen el hilo mezclado puede no fundirse y permanecer tal cual. Por tanto, en la primera región 21 y la segunda región 22, las fibras de refuerzo (círculos sólidos en la FIG. 2) pueden estar presentes en las capas de resina, y en la región de fibras 23, puede haber una región en la que esté presente una gran cantidad de fibras de refuerzo y una región en la que esté presente una pequeña cantidad de fibras de refuerzo o una cantidad nula de fibras de refuerzo mientras que está presente una gran cantidad de fibras de resina termoplástica (círculos abiertos en la FIG. 2).
Las fibras de resina termoplástica usadas en una realización de la presente invención se forman normalmente a partir de un componente de resina termoplástica.
En el material de acuerdo con una realización de la presente invención, preferentemente el 80 % en masa o más, más preferentemente el 90 % en masa o más, incluso más preferentemente el 95 % o más, e incluso aún más preferentemente el 98 % o más, de composiciones del componente de resina termoplástica incluido en la primera región, del componente de resina termoplástica incluido en la segunda región, y de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras son idénticas entre sí. Incluyendo los componentes de resina termoplástica y las fibras de resina termoplástica dentro de dichos rangos, se puede obtener un material que tiene una excelente estabilidad dimensional durante la conformación por microondas.
Asimismo, los ejemplos de otras realizaciones del material de la presente invención también incluyen aspectos en los que la composición de la resina termoplástica que constituye la primera región y la composición de la resina termoplástica que constituye la segunda región son diferentes. El uso de resinas termoplásticas que tienen diferentes composiciones permite que la primera región y la segunda región tengan diferentes funciones. Un ejemplo de ello es un aspecto en el que el componente de resina termoplástica que constituye la primera región incluye una unidad constitutiva derivada de diamina y una unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico, en donde el componente de resina termoplástica que constituye la primera región incluye el 70 % en masa o más de la resina de poliamida, en el que el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de diamina se deriva de xililendiamina (preferentemente se deriva de xililendiamina que incluye del 0 % al 70 % en moles de p-xililendiamina y del 100 % al 30 % en moles de m-xililendiamina) y el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico se deriva de ácido sebácico; el componente de resina termoplástica que constituye la segunda región incluye una unidad constitutiva derivada de diamina y una unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico, en donde el componente de resina termoplástica que constituye la segunda región incluye el 70 % en masa o más de la resina de poliamida en la que el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de diamina se deriva de xililendiamina (preferentemente m-xililendiamina) y el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico se deriva de ácido adípico; y las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras incluyen una unidad constitutiva derivada de diamina y una unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico, en donde las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras incluyen el 35 % en masa o más de una resina de poliamida en la que el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de diamina se deriva de xililendiamina y el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico se deriva de ácido sebácico, y el 35 % en masa o más de una resina de poliamida en la que el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de diamina se deriva de xililendiamina y el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico se deriva de ácido adípico. En un material con dichas configuraciones, la infiltración de humedad desde el exterior se suprime eficazmente en la primera región, y la adhesión al metal se potencia en la segunda región.
Componente de resina termoplástica
A continuación, se describirán el componente de resina termoplástica incluido en la primera región, el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región, y el componente de resina termoplástica que constituye las fibras de resina termoplástica.
Los componentes de resina termoplástica incluyen cada uno independientemente una resina termoplástica como componente principal. El componente principal se refiere a la condición donde el 80 % en masa o más, preferentemente el 90 % en masa o más, y más preferentemente el 95 % en masa o más, del componente de resina termoplástica es una resina termoplástica.
Como la resina termoplástica, resinas de poliolefina tales como polietileno y polipropileno, resinas de poliamida, resinas de poliéster tales como tereftalato de polietileno y tereftalato de polibutileno, resinas de policarbonato, resinas de polioximetileno, resinas de polietercetona tales como poliéter cetonas, poliéter éter cetonas, poliéter cetona cetonas, y poliéter éter cetona cetonas, resinas de poliéter sulfona, resinas de poliéter sulfuro, resinas de poliimida termoplástica tales como imidas de poliéter termoplástico, imidas de poliamida termoplástica, poliimidas totalmente aromáticas y poliimidas semiaromáticas, y similares pueden usarse, y es preferible una resina de poliamida. Los detalles de la resina de poliamida se describirán a continuación. La resina termoplástica usada en una realización de la presente invención es preferentemente una resina cristalina.
La resina termoplástica puede ser de un solo tipo o puede ser de dos o más tipos. Puede usarse el mismo tipo de resina tal como una resina de poliamida.
El componente de resina termoplástica usado en una realización de la presente invención incluye una resina termoplástica como componente principal y puede incluir además otro componente.
El componente de resina termoplástica usado en una realización de la presente invención puede incluir un componente elastomérico.
Como el componente elastomérico, por ejemplo, elastómeros conocidos, tales como elastómeros a base de poliolefina, elastómeros a base de dieno, elastómeros a base de poliestireno, elastómeros a base de poliamida, elastómeros a base de poliéster, elastómeros a base de poliuretano, elastómeros a base de flúor y elastómeros a base de silicona, pueden usarse. Son preferibles los elastómeros a base de poliolefina y los elastómeros a base de poliestireno. Como estos elastómeros, los elastómeros modificados con ácido carboxílico a,p-insaturado y anhídridos ácidos de los mismos, acrilamida, sus derivados, y similares en presencia o ausencia de un iniciador de radicales son también preferibles con el fin de impartir compatibilidad a la resina de poliamida.
En un caso donde el componente elastomérico está compuesto en el componente de resina termoplástica, la cantidad compuesta del componente elastomérico es preferentemente del 5 % al 25 % en masa del componente de resina termoplástica.
Asimismo, en la medida en que el objetivo y el efecto de la presente invención no se vean perjudicados, aditivos, tales como materiales de relleno distintos a los materiales de relleno fibrosos, antioxidantes, estabilizadores tales como estabilizadores térmicos, agentes mejoradores resistentes a la hidrólisis, estabilizadores resistentes al tiempo, agentes matificantes, absorbentes de UV, agentes de nucleación, plastificantes, dispersantes, agentes ignífugos, agentes antiestáticos, agentes anticolorantes, agentes antigelificantes, colorantes, agentes de desmoldeo, y lubricantes, pueden añadirse al componente de resina termoplástica usado en la presente invención. Para estos detalles, puede tenerse en cuenta la descripción de los párrafos 0130 a 0155 del documento JP 4894982 B y los contenidos del mismo se incorporan en la presente memoria descriptiva. Obsérvese que el componente de resina termoplástica usado en una realización de la presente invención puede incluir el material de relleno descrito anteriormente, pero preferentemente no incluye el material de relleno descrito anteriormente. Específicamente, esto se refiere a que el contenido del material de relleno en el componente de resina termoplástica es del 3 % en masa o menos.
Un ejemplo de una realización preferida del componente de resina termoplástica usado en la presente invención es una realización en la que el 80 % en masa o más (preferentemente el 90 % en masa o más, y más preferentemente el 95 % en masa o más) del componente de resina termoplástica es una resina de poliamida.
Los ejemplos de la resina de poliamida usada en la presente invención incluyen poliamida 4, poliamida 6, poliamida 11, poliamida 12, poliamida 46, poliamida 66, poliamida 610, poliamida 612, poli(tereftalamida de hexametileno) (poliamida 6T), poli(isoftalamida de hexametileno) (poliamida 61), poliamida 66/6T, adipamida de polixilileno, sebacamida de polixilileno, dodecamida de polixilileno, poliamida 9T, poliamida 9MT, y poliamida 6I/6T.
Entre las resinas de poliamida descritas anteriormente, una resina de poliamida que incluye la unidad constitutiva derivada de diamina y la unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico, el 50 % en moles o más de la unidad constituyente derivada de diamina que se deriva de xililendiamina (en lo sucesivo, también referido como "poliamida a base de XD"), es preferible desde el punto de vista de la moldeabilidad y la resistencia al calor.
Asimismo, en un caso donde la resina de poliamida es una mezcla, la proporción de la poliamida a base de XD en la resina de poliamida es preferentemente del 50 % en masa o más, más preferentemente del 80 % en masa o más, incluso más preferentemente del 90 % en masa o más, y de manera particular preferentemente del 95 % en masa o más.
En la poliamida a base de XD, preferentemente el 70 % en moles o más, más preferentemente el 80 % en moles o más, incluso más preferentemente el 90 % en moles o más, e incluso aún más preferentemente el 95 % o más, de la unidad constitutiva derivada de diamina se deriva de xililendiamina, y preferentemente el 50 % en moles o más, más preferentemente el 70 % en moles o más, incluso más preferentemente el 80 % en moles o más, incluso aún más preferentemente el 90 % en moles o más, e incluso aún más preferentemente el 95 % en moles o más, de la unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico se deriva de ácido dicarboxílico alifático a,w-lineal que tiene preferentemente de 4 a 20 carbonos.
La xililendiamina incluye preferentemente al menos m-xililendiamina, más preferentemente incluye del 30 % al 100 % en moles de m-xililendiamina y del 70 % al 0 % en moles de p-xililendiamina, e incluso aún más preferentemente del 50 % al 100 % en moles de m-xililendiamina y del 50 % al 0 % en moles de p-xililendiamina.
Los ejemplos de la diamina que puede usarse como componente diamínico de la materia prima de la poliamida a base de XD, distinta de la m-xililendiamina y p-xililendiamina, incluyen diaminas alifáticas, tales como tetrametilendiamina, pentametilendiamina, 2-metilpentanodiamina, hexametilendiamina, heptametilendiamina, octametilendiamina, nonametilendiamina, decametilendiamina, dodecametilendiamina, 2,2,4-trimetil-hexametilendiamina, y 2,4,4-trimetilhexametilendiamina; diaminas alicíclicas, tales como 1,3-bis(aminometil)ciclohexano, 1,4-bis(aminometil)ciclohexano, 1,3-diaminociclohexano, 1,4-diaminociclohexano, bis(4-aminociclohexil)metano, 2,2-bis(4-aminociclohexil)propano, bis(aminometil)decalina, y bis(aminometil)triciclodecano; y diaminas que tienen anillo(s) aromático(s), tales como bis(4-aminofenil)éter, p-fenilendiamina, bis(aminometil)naftaleno. Puede usarse un tipo de las mismas, o pueden mezclarse y usarse dos o más tipos de las mismas.
En un caso donde se usa una diamina distinta de xililendiamina como el componente diamínico, la proporción de la misma es inferior al 50 % en moles, preferentemente el 30 % en moles o menos, más preferentemente del 1 % al 25 % en moles, y de manera particular preferentemente del 5 % al 20 % en moles, de la unidad constitutiva derivada de diamina.
Los ejemplos del ácido dicarboxílico alifático a,w-lineal que tiene de 4 a 20 carbonos que se usa preferentemente como el componente de ácido dicarboxílico de la materia prima de la resina de poliamida incluyen ácidos dicarboxílicos alifáticos, tales como ácido succínico, ácido glutárico, ácido pimélico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido adípico, ácido sebácico, ácido undecanodioico y ácido dodecanodioico. Puede usarse un tipo de los mismos, o pueden mezclarse y usarse dos o más tipos de los mismos. Entre estos, el ácido adípico o el ácido sebácico son preferibles, y el ácido sebácico es particularmente preferible, puesto que el punto de fusión de la resina de poliamida está en un intervalo apropiado para el procesamiento de conformación por microondas.
Los ejemplos del componente de ácido dicarboxílico distinto del ácido dicarboxílico alifático a,u>-lineal que tiene de 4 a 20 carbonos incluyen compuestos de ácido ftálico, tales como ácido isoftálico, ácido tereftálico y ácido ortoftálico; isómeros de ácido naftalen dicarboxílico, tales como ácido 1,2-naftalen dicarboxílico, ácido 1,3-naftalen dicarboxílico, ácido 1,4-naftalen dicarboxílico, ácido 1,5-naftalen dicarboxílico, ácido 1,6-naftalen dicarboxílico, ácido 1,7-naftalen dicarboxílico, ácido 1,8-naftalen dicarboxílico, ácido 2,3-naftalen dicarboxílico, ácido 2,6-naftalen dicarboxílico y ácido 2,7-naftalen dicarboxílico. Puede usarse un tipo de los mismos, o pueden mezclarse y usarse dos o más tipos de los mismos.
En un caso donde se usa como componente de ácido dicarboxílico un ácido dicarboxílico distinto del ácido dicarboxílico alifático a,w-lineal que tiene de 4 a 20 carbonos, el uso del ácido tereftálico y del ácido isoftálico es preferible desde el punto de vista de la procesabilidad de conformación por microondas y de las propiedades de barrera. Las proporciones del ácido tereftálico y del ácido isoftálico son cada una preferentemente del 30 % en moles o menos, más preferentemente del 1 % al 30 % en moles, y de manera particular preferentemente del 5 % al 20 % en moles, de la unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico.
Asimismo, además del componente de diamina y del componente de ácido dicarboxílico, las lactamas tales como £-caprolactama y laurolactama, y ácidos aminocarboxílicos alifáticos tales como ácido aminocaproico y ácido aminoundecanoico pueden usarse como componente del copolímero como el componente que constituye la resina de poliamida, en la medida en que el efecto de la presente invención no se vea perjudicado.
Un peso molecular promedio en número (Mn) de la resina de poliamida usada en una realización de la presente invención es preferentemente de 6000 a 30.000, más preferentemente de 8000 a 28.000, incluso más preferentemente de 9000 a 26.000, incluso aún más preferentemente de 10.000 a 24.000, e incluso aún más preferentemente de 11.000 a 22.000. La poliamida con el peso molecular promedio en número en dicho intervalo puede mejorar la resistencia al calor, módulo de elasticidad, estabilidad dimensional y procesabilidad de conformación por microondas.
Obsérvese que el peso molecular promedio en número (Mn) se calcula en el presente documento en función de la concentración de grupo amino terminal [NH2] (peq/g) y la concentración de grupo carboxilo terminal [COOH] (peq/g) de la resina de poliamida, usando la siguiente ecuación.
Peso molecular promedio en número (Mn) = 2.000.000/([C00H] [NH2])
Para el método para producir la resina de poliamida, puede tenerse en cuenta la descripción de los párrafos 0052 a 0053 del documento JP 2014-173196 A.
En una realización de la presente invención, el punto de fusión de la resina de poliamida es preferentemente de 150 a 310 °C, más preferentemente de 180 a 300 °C, e incluso más preferentemente de 180 a 250 °C.
Asimismo, la temperatura de transición vítrea de la resina de poliamida es preferentemente de 50 a 100 °C, más preferentemente de 55 a 100 °C, y de manera particular preferentemente de 60 a 100 °C. La temperatura de transición vítrea en este intervalo puede mejorar la resistencia al calor del producto moldeado obtenido.
La "temperatura de transición vítrea" se refiere a una temperatura de transición vítrea medida, después de calentar y fundir la muestra una vez para eliminar el efecto del historial térmico en la cristalinidad, aumentando de nuevo la temperatura. Para la medición, por ejemplo, para determinar el punto de fusión se puede usar el DSC-60 disponible en Shimadzu Corporation, a partir de la temperatura a la que el pico endotérmico alcanza su máximo. El pico endotérmico se observa cuando se calienta aproximadamente 1 mg de una muestra y se funde de la temperatura ambiente a una temperatura que es igual o superior a un punto de fusión esperado a la velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min mientras se hace fluir nitrógeno a 30 ml/min como gas atmosférico. Después de ello, la resina de poliamida fundida se enfría rápidamente con hielo seco y, a continuación, se vuelve a aumentar la temperatura hasta una temperatura igual o superior al punto de fusión a una velocidad de 10 °C/min para determinar la temperatura de transición vítrea y el punto de fusión.
Fibras de resina termoplástica
A continuación, se describen las fibras de resina termoplástica usadas en una realización de la presente invención. Las fibras de resina termoplástica usadas en una realización de la presente invención se forman a partir del componente de resina termoplástica descrito anteriormente y pueden ser fibras cortas o fibras continuas. Aquí, las "fibras cortas" se refieren a las fibras que tienen 50 mm o menos, y las "fibras continuas" se refieren a las fibras que tienen más de 50 mm. En una realización de la presente invención, son preferibles las fibras de resina termoplástica continuas. La longitud promedia de las fibras de resina termoplástica continuas usadas en una realización de la presente invención no está particularmente limitada; sin embargo, la longitud promedia de la fibra está preferentemente en un intervalo de 1 a 100.000 m, más preferentemente en un intervalo de 100 a 10.000 m, e incluso más preferentemente en un intervalo de 1000 a 5000 m desde la perspectiva de lograr una excelente procesabilidad de conformación por microondas.
Una sección transversal de la fibra de resina termoplástica en una realización de la presente invención puede ser circular u oblonga.
Se puede usar un tipo de fibras de resina termoplástica o dos o más tipos de fibras de resina termoplástica.
Las fibras de resina termoplástica continuas usadas en una realización de la presente invención se producen normalmente usando un haz de fibras de resina termoplástica continuas en el que se agrupan fibras de resina termoplástica continuas. Una finura total por una fibra del haz de fibras de resina termoplástica continuas es preferentemente de 40 a 600 dtex, más preferentemente de 50 a 500 dtex, e incluso más preferentemente de 100 a 400 dtex. Incluyendo las fibras de resina termoplástica continuas con dicha finura, se consigue una mejor dispersión de las fibras de resina termoplástica continuas dentro del hilo mezclado resultante. El número de fibras que constituyen el haz de fibras de resina termoplástica continuas es preferentemente de 1 a 200 f, más preferentemente de 5 a 100 f, incluso más preferentemente de 10 a 80 f, y de manera particular preferentemente de 20 a 50 f. En particular, como se describe en detalle a continuación, en un caso donde se usa hilo mezclado para formar el material de una realización de la presente invención, la dispersión de las fibras de resina termoplástica continuas puede ser mejorada.
Una superficie de las fibras de resina termoplástica usadas en una realización de la presente invención puede ser preferentemente tratada con un agente de tratamiento. Para estos detalles, puede tenerse en cuenta la descripción de los párrafos 0064 a 0065 del folleto WO 2016/159340.
Fibras de refuerzo
A continuación, se describen las fibras de refuerzo usadas en una realización de la presente invención. Las fibras de refuerzo usadas en una realización de la presente invención pueden ser fibras cortas o fibras continuas. Aquí, las "fibras cortas" se refieren a las fibras que tienen 50 mm o menos, y las "fibras continuas" se refieren a las fibras que tienen más de 50 mm. En una realización de la presente invención, se prefieren las fibras de refuerzo continuas. La longitud promedia de la fibra de las fibras de refuerzo continuas usadas en una realización de la presente invención no está particularmente limitada; sin embargo, la longitud promedia de la fibra está preferentemente en un intervalo de 1 a 100.000 m, más preferentemente en un intervalo de 100 a 10.000 m, e incluso más preferentemente en un intervalo de 1000 a 5000 m desde la perspectiva de lograr una excelente procesabilidad de conformación por microondas.
Una sección transversal de la fibra de refuerzo en una realización de la presente invención puede ser circular u oblonga.
Se puede usar un tipo de fibras de refuerzo o dos o más tipos de fibras de refuerzo.
Los ejemplos de las fibras de refuerzo usadas en una realización de la presente invención incluyen fibras inorgánicas, tales como fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de alúmina, fibras de boro, fibras cerámicas, y fibras metálicas (fibras de acero y similares); y fibras orgánicas, tales como fibras vegetales (kenaf, fibras de bambú y similares), fibras de aramida, fibras de polioximetileno, fibras de poliamida aromática, fibras de poliparafenileno benzobisoxazol y fibras de polietileno de peso molecular ultra alto. Entre estas, al menos un tipo de fibras de carbono, fibras de aramida o fibras de vidrio se incluye preferentemente, al menos un tipo de fibras de carbono o fibras de vidrio se incluye más preferentemente, y se incluye aún más preferentemente al menos un tipo de fibras de carbono.
Como las fibras de refuerzo usadas en una realización de la presente invención, se usan preferentemente fibras de refuerzo tratadas con un agente de tratamiento. Los ejemplos de dicho agente de tratamiento incluyen agentes de encolado y agentes de tratamiento de superficie, y se emplean preferentemente los descritos en los párrafos 0093 y 0094 del documento JP 4894982 B.
Específicamente, el agente de tratamiento usado en una realización de la presente invención es preferentemente al menos un tipo seleccionado entre el grupo que consiste en resinas epoxi, resinas de uretano, compuestos a base de silano, compuestos de isocianato, compuestos a base de titanato y resinas de poliamida, más preferentemente al menos un tipo seleccionado entre el grupo que consiste en resinas epoxi, resinas de uretano, agentes de acoplamiento de silano, resinas de poliamida insolubles en agua, y resinas de poliamida solubles en agua, incluso más preferentemente al menos un tipo seleccionado entre el grupo que consiste en resinas epoxi, resinas de uretano, resinas de poliamida insolubles en agua, y resinas de poliamida solubles en agua, e incluso aún más preferentemente resinas de poliamida solubles en agua.
Una cantidad del agente de tratamiento es preferentemente del 0,001 % al 1,5 % en masa, más preferentemente del 0,1 % al 1,2 % en masa, e incluso más preferentemente de 0,3 a 1,1 % en masa, con respecto a la cantidad de fibras de refuerzo.
Para el método de tratamiento de las fibras de refuerzo con el agente de tratamiento puede usarse un método conocido. Por ejemplo, las fibras de refuerzo se sumergen en una solución en la que se disuelve el agente de tratamiento, y el agente de tratamiento se deposita en la superficie de las fibras de refuerzo. Asimismo, el agente de tratamiento también puede ser soplado con aire sobre la superficie de las fibras de refuerzo. Asimismo, pueden usarse fibras de refuerzo que ya hayan sido tratadas con el agente de tratamiento de superficie o con el agente de tratamiento. Alternativamente, los agentes de tratamiento de superficie o los agentes de tratamiento pueden lavarse a partir de los productos disponibles comercialmente y, a continuación, someterse de nuevo a un tratamiento de superficie de forma que pueda depositarse una cantidad deseada de agente de tratamiento.
Hilo mezclado
En el material de acuerdo con una realización de la presente invención, la región de fibras preferentemente incluye hilo mezclado que incluye fibras de refuerzo continuas y fibras de resina termoplástica. El uso de hilo mezclado puede proporcionar un material que tiene una excelente procesabilidad de conformación por microondas más fácil al tiempo que se mantiene la flexibilidad. Asimismo, en el material de acuerdo con una realización de la presente invención, la primera región y la segunda región están formadas preferentemente a partir de hilo mezclado que incluye fibras de refuerzo continuas y fibras de resina termoplástica.
Preferentemente, el hilo mezclado usado en una realización de la presente invención es preferentemente un hilo mezclado en el que las fibras de refuerzo continuas y las fibras de resina termoplástica se agrupan a través de un agente de tratamiento de al menos una de las fibras de refuerzo continuas o de las fibras de resina termoplástica, y más preferentemente un hilo mezclado en el que las fibras de refuerzo continuas y las fibras de resina termoplástica continuas se agrupan a través de un agente de tratamiento de al menos una de las fibras de refuerzo continuas o de las fibras de resina termoplástica continuas.
Una relación de volumen de las fibras de resina termoplástica a las fibras de refuerzo continuas en el hilo mezclado es preferentemente de "0,5 a 1,5":"1,5 a 0,5". Asimismo, una proporción de las fibras de refuerzo continuas en el hilo mezclado es preferentemente del 55 % al 65 % en masa en un caso donde las fibras de refuerzo continuas son fibras de carbono, y más preferentemente del 65 % al 75 % en masa en un caso donde las fibras de refuerzo continuas son fibras de vidrio.
El grado de dispersión de las fibras de refuerzo continuas del hilo mezclado es preferentemente del 60 % al 100 %, más preferentemente del 60 % al 99 %, incluso más preferentemente del 63 % al 99 %, y de manera particular preferentemente del 68 % al 99 %, y puede ser del 80 % al 99 %. Usando las fibras de resina termoplástica y las fibras de refuerzo continuas dentro de dichos intervalos, las fibras de resina termoplástica se impregnan fácilmente en las fibras de refuerzo continuas, y se pueden reducir aún más los vacíos en el producto moldeado obtenido. El grado de dispersión se mide de acuerdo con la descripción del párrafo 0090 del documento WO 2016/159340.
Asimismo, en el hilo mezclado, una parte de las fibras de resina termoplástica puede estar impregnada en las fibras de refuerzo continuas. El grado de impregnación de las fibras de resina termoplástica suele ser preferentemente del 20 % o menos, más preferentemente del 15 % o menos, incluso más preferentemente del 5 % o menos, e incluso aún más preferentemente del 3 % o menos, y puede ser del 1 % o menos.
El grado de impregnación del hilo mezclado se mide de acuerdo con la descripción del párrafo 0091 del documento WO 2016/159340.
En el hilo mezclado usado en una realización de la presente invención, el 95 % en masa o más de las fibras que constituyen el hilo mezclado se forma normalmente a partir de las fibras de refuerzo continuas o de las fibras de resina termoplástica.
El hilo mezclado se produce normalmente usando un haz de fibras de resina termoplástica y un haz de fibras de refuerzo continuas. La finura total de las fibras usadas en la producción de un único hilo mezclado (suma de la finura total de las fibras de resina termoplástica y la finura total de las fibras de refuerzo continuas usadas en la producción de un único hilo mezclado) es preferentemente de 1000 a 100.000 dtex, más preferentemente de 1500 a 50.000 dtex, incluso más preferentemente de 2000 a 50.000 dtex, y de manera particular preferentemente de 3000 a 30.000 dtex. En particular, en un caso donde se usan fibras de carbono continuas de alta finura como fibras de refuerzo continuas, la finura total de las fibras usadas en la producción de un único hilo mezclado es preferentemente de 20.000 a 100.000 dtex, más preferentemente de 3000 a 90.000 dtex, incluso más preferentemente de 40.000 a 80.000 dtex, y de manera particular preferentemente de 45.000 a 75.000 dtex. "Fibra continua de alta finura" se refiere a una fibra continua que tiene un gran número de fibras que constituyen la fibra continua, y normalmente se refiere a una fibra continua de 50.000 f o más.
El número total de fibras usadas en la producción de un único hilo mezclado (suma del número de fibras del número total de fibras de resina termoplástica y del número total de fibras de refuerzo continuas) es preferentemente de 100 a 100.000 f, más preferentemente de 1000 a 100.000 f, incluso más preferentemente de 1500 a 70.000 f, e incluso aún más preferentemente de 2000 a 20.000 f. Incluyendo las fibras dentro de dichos intervalos, el hilo mezclado exhibe una capacidad mejorada de mezclar fibras y también exhibe incluso mejores propiedades y textura como producto moldeado. Asimismo, el hilo mezclado con dicho intervalo tiene una región más pequeña de concentración sesgada de una de las fibras y es probable que ambas fibras se dispersen de forma más homogénea. En particular, en un caso donde se usan fibras de carbono continuas de alta finura como fibras de refuerzo continuas, el total del número de fibras usadas en la producción de un único hilo mezclado es preferentemente de 10.000 a 500.000 f, más preferentemente de 20.000 a 400.000 f, incluso más preferentemente de 30.000 a 350.000 f, e incluso aún más preferentemente de 40.000 a 300.000 f.
El hilo mezclado usado en una realización de la presente invención puede ser torcido. El método de torsión no está particularmente limitado, y puede usarse un método conocido. El número de torsiones puede establecerse según proceda de acuerdo con el tipo de resina termoplástica usada para las fibras de resina termoplástica, el número de fibras y la finura del haz de fibras de resina termoplástica, el tipo, el número de fibras y la finura de las fibras de refuerzo continuas, y la relación del número o la finura de las fibras de resina termoplástica a las fibras de refuerzo continuas. El número de torsiones puede ser, por ejemplo, de 1 a 200 veces/m (longitud de la fibra), de 1 a 100 veces/m, de 1 a 70 veces/m, de 1 a 50 veces/m, o de 10 a 30 veces/m. Incluyendo el hilo mezclado con dicha configuración, puede obtenerse un producto moldeado con una resistencia mecánica superior.
El hilo mezclado usado en una realización de la presente invención puede plegarse en la dirección de la anchura (la dirección perpendicular a la dirección longitudinal del material) en un caso donde el hilo está en forma de cinta. El método de plegado no está particularmente limitado, y puede emplearse un método conocido. El número de pliegues puede elegirse según proceda de acuerdo con el tipo de resina termoplástica usada en las fibras de resina termoplástica, el número de fibras y la finura del haz de fibras de resina termoplástica, el tipo, el número de fibras y la finura de las fibras de refuerzo continuas, y la relación del número o la finura de las fibras de resina termoplástica a las fibras de refuerzo continuas. El número de pliegues puede ser, por ejemplo, de 1 a 10 veces, de 1 a 7 veces, de 1 a 6 veces, de 1 a 5 veces, o de 1 a 4 veces. Incluyendo el hilo mezclado con dicha configuración, es posible conservar una forma diminuta.
Rendimiento del material
El material de acuerdo con una realización de la presente invención es un material que mantiene la flexibilidad como se ha descrito anteriormente. El material de acuerdo con una realización de la presente invención puede tener, por ejemplo, la carga de resistencia a la deformación de 1 N o menos, es más 0,9 N o menos, y particularmente 0,8 N o menos. El límite inferior de la carga de resistencia a la deformación no está particularmente limitado, pero es suficientemente práctico incluso cuando la carga es de 0,1 N o más, por ejemplo.
La carga de resistencia a la deformación es una carga aplicada al material para elevar el material a una velocidad de 300 mm/min a través de una guía que cambia una dirección de desplazamiento del material en 90 grados, y se mide de acuerdo con el método descrito en los ejemplos siguientes.
El material de acuerdo con una realización de la presente invención es también un material que tiene una baja relación de contracción térmica, como se ha descrito anteriormente. En el material de acuerdo con una realización de la presente invención, por ejemplo, la relación de contracción térmica después de que se realice un calentamiento a una temperatura que es 5 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica durante 1 minuto es del 1 % o menos, es más del 0,9 % o menos, y particularmente del 0,8 % o menos. El límite inferior de la relación de contracción térmica no está particularmente limitado, sino que es, por ejemplo, preferentemente el 0 %.
La relación de contracción térmica después de que se realice un calentamiento a una temperatura que es 5 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica durante 1 minuto se mide de acuerdo con el método descrito en los ejemplos siguientes.
Método para producir material
A continuación, se describe el método para producir el material en una realización de la presente invención. El método para producir el material de acuerdo con una realización de la presente invención no está particularmente limitado, pero la producción se realiza preferentemente mediante el siguiente método.
Es decir, una primera realización del método para producir el material de la presente invención es un método que incluye aplicar vibración ultrasónica sobre una superficie de fibras dispuestas en al menos una dirección y que incluye del 20 % al 100 % en masa de fibras de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo. La aplicación de vibración ultrasónica de esta manera permite la fusión eficaz de las fibras de resina termoplástica en la capa superficial y el mantenimiento de las fibras de resina termoplástica en la parte interior como fibras. Las fibras pueden estar dispuestas en una dirección o en dos o más direcciones, pero está preferentemente dispuesta en una dirección.
Los detalles de las fibras de resina termoplástica y las fibras de refuerzo son sinónimos de los descritos para los materiales descritos anteriormente, y los intervalos preferidos son los mismos.
En un aspecto de la presente invención, es preferible disponer el hilo mezclado en al menos una dirección y aplicar la vibración ultrasónica. De acuerdo con este aspecto, las energías de cristalización durante un aumento de temperatura de la primera región y de la segunda región se controlan con facilidad.
En un caso donde se usa vibración ultrasónica, las fibras de resina termoplástica en la superficie de la materia prima se calientan preferentemente de 100 a 400 °C, y se calientan más preferentemente de 120 a 350 °C. En particular, las fibras de resina termoplástica en la superficie de la materia prima se calientan preferentemente a una temperatura que es 0 a 40 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica, y más preferentemente se calientan a una temperatura que es 5 a 30 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica. De acuerdo con este aspecto, la flexibilidad de la región de fibras puede mantenerse mientras la primera región se impregna eficazmente.
Un ejemplo del dispositivo para aplicar vibración ultrasónica es el dispositivo descrito en el documento JP 2016-130011 A. Es decir, un ejemplo es un método en el que las fibras (preferentemente hilo mezclado) dispuestas en al menos una dirección se intercalan entre películas muy finas y se someten a vibración.
Uso de material
El material de la presente invención tiene una baja relación de contracción térmica mientras mantiene la flexibilidad, y por tanto, se usa preferentemente en productos moldeados que tienen estructuras finas y formas complejas.
El material de acuerdo con una realización de la presente invención se usa, por ejemplo, preferentemente como material para conformación por luz o material para conformación por microondas. La conformación por luz y la conformación por microondas son métodos de conformación por microondas mediante la irradiación de un material con luz o microondas desde el exterior usando un molde fabricado de caucho de silicona o similares.
Las FIGS. 3A a 3C son vistas esquemáticas que ilustran un ejemplo del método de conformación por luz. El signo de referencia 31 indica un molde para conformación por luz, el signo de referencia 32 indica un material de la presente invención, el signo de referencia 33 indica luz, y el signo de referencia 34 indica un producto moldeado formado a partir del material de acuerdo con una realización de la presente invención.
En la conformación por luz, como se ilustra en la FIG. 3A, se usa un molde para conformación por luz. El molde para conformación por luz no está particularmente limitado siempre que la luz se transmita al interior del molde, y se usa un molde de caucho de silicona o similares.
Como se ilustra en la FIG. 3B, el material 32 de acuerdo con una realización de la presente invención se coloca en el molde 31. El material de acuerdo con una realización de la presente invención es flexible, y por lo tanto, el material puede colocarse para que coincida con un molde que tenga una forma compleja y/o un contorno estructural fino. Después de que el material 32 se haya colocado en el molde 31, el interior del molde está normalmente vaciado. La aplicación del vacío de esta manera puede ejercer presión sobre el material, facilitando así la impregnación de las fibras de resina termoplástica. Entonces, el material es irradiado con la luz 33 desde el exterior del molde. La luz 33 se elige adecuadamente entre la luz que es capaz de calentar y fundir la resina termoplástica incluida en el material 32 de acuerdo con una realización de la presente invención. Un ejemplo preferible de la luz 33 es luz infrarroja. Entonces, en un caso donde se ha aplicado vacío, después de que se realice el enfriamiento, se termina la aplicación de vacío y se retira el molde. El material 32 de acuerdo con una realización de la presente invención tiene una baja relación de contracción térmica, y por lo tanto, incluso en un caso donde el material 32 se moldea en un molde de este tipo, se puede obtener un producto moldeado 34 en el que la forma del molde se transfiere y reproduce adecuadamente.
Mientras tanto, la conformación por microondas es un método en el que una resina termoplástica incluida en un material se calienta y funde usando microondas en lugar de luz infrarroja.
Para la conformación por luz y la conformación por microondas, se puede seleccionar un método apropiado dependiendo de las materias primas y similares. Por ejemplo, las fibras de carbono y las fibras de vidrio son adecuadas para la conformación por luz, y las fibras de vidrio son adecuadas para la conformación por microondas. En una realización de la presente invención, es preferible la conformación por luz.
Asimismo, la conformación por luz o la conformación por microondas puede realizarse después de moldear el material compuesto descrito a continuación.
Material parcialmente soldado
El material de acuerdo con una realización de la presente invención puede ser moldeado tal cual, pero el material también puede usarse como un material parcialmente soldado en el que dos o más de los materiales de acuerdo con una realización de la presente invención están parcialmente soldados.
La FIG. 8 es una vista esquemática que ilustra un estado donde los materiales de acuerdo con una realización de la presente invención, específicamente, materiales tipo cinta, están laminados y las capas están parcialmente soldadas. Los signos de referencia son comunes con las FIGS. 1A y 1B. El signo de referencia 1 indica una primera región, el signo de referencia 2 indica una región de fibras, y el signo de referencia 3 indica una segunda región. Asimismo, el signo de referencia 81 en la FIG. 8 indica una porción soldada. La soldadura parcial de los materiales de la presente invención de tal manera puede conservar la forma de los materiales de la cantidad objetivo con un pequeño número de laminaciones. Y, por tanto, el tiempo de procesamiento puede reducirse aún más.
"Parcialmente soldado" se refiere a un aspecto en el que los materiales de acuerdo con una realización de la presente invención están soldados en una parte de los mismos, preferentemente se sueldan en una parte de la capa superficial y, por ejemplo, se refiere a un aspecto en el que del 1 % al 40 % del área de superficie de los materiales está soldada. Asimismo, el número de materiales a soldar es preferentemente de 2 a 10, más preferentemente de 2 a 7, incluso más preferentemente de 2 a 4, e incluso aún más preferentemente 2.
La soldadura es normalmente una soldadura térmica y, en particular, la soldadura se realiza por irradiación láser.
Material compuesto
El material de acuerdo con una realización de la presente invención puede ser también un material compuesto preparado proporcionando además una capa de recubrimiento o similares en las capas superficiales del material de acuerdo con una realización de la presente invención (la primera región y la segunda región), o conservando la forma del material de acuerdo con una realización de la presente invención mediante otro material.
Un ejemplo de las realizaciones del material compuesto de la presente invención incluye un material compuesto que incluye el material o el material parcialmente soldado de acuerdo con una realización de la presente invención y segundas fibras de resina termoplástica (fibras de resina para conservar la forma) que conservan la forma del material, y el punto de fusión de las segundas fibras de resina termoplástica es al menos 15 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material. El material y el material parcialmente soldado de acuerdo con una realización de la presente invención son flexibles, y por tanto, se usan preferentemente en realizaciones en las que el material se pliega hacia atrás o se cruza para conservar una forma. Asimismo, en una realización de la presente invención, se obtiene un producto moldeado que tiene una apariencia excelente al conservar la forma mediante el uso de las segundas fibras de resina termoplástica que tienen un punto de fusión que es al menos 15 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica. Asimismo, en comparación con un caso donde se usan resinas que tienen puntos de fusión similares para las fibras de resina termoplástica que constituyen el material de acuerdo con una realización de la presente invención y las segundas fibras de resina termoplástica, se puede obtener un producto moldeado que tiene una resistencia mecánica significativamente mejorada y una excelente procesabilidad de conformación por microondas.
Se presume que la razón de esto es la siguiente: el punto de fusión de las segundas fibras de resina termoplástica que conservan la forma del hilo mezclado se establece al menos 15 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica que constituyen el material de acuerdo con una realización de la presente invención; con dicha configuración, la resina termoplástica que constituye el material de acuerdo con una realización de la presente invención se funde antes que las segundas fibras de resina termoplástica y se impregna adecuadamente en las fibras de refuerzo en el momento de procesar térmicamente el material compuesto de la presente invención; y por lo tanto, el material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención puede ser moldeado mientras el grado de dispersión de las fibras de refuerzo en el material compuesto se mantiene elevado, las fibras de refuerzo no se desorganizan, y la apariencia se mejora. Asimismo, la supresión de dicho desorden del hilo mezclado puede también mejorar significativamente la resistencia mecánica.
La FIG. 4 ilustra un ejemplo de una vista esquemática de un material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención. El signo de referencia 41 indica un material compuesto, el signo de referencia 42 indica un material de acuerdo con la presente invención, el signo de referencia 43 indica una segunda fibra de resina termoplástica, y el signo de referencia 44 indica una película de resina termoplástica.
En la presente realización, el material 42 de acuerdo con una realización de la presente invención se dispone en una dirección sobre la película de resina termoplástica 44, y la forma del material 42 de acuerdo con una realización de la presente invención se conserva mediante el cosido con las segundas fibras de resina termoplástica 43. En las FIGS.
3A a 3C, el hilo mezclado está alineado en una dirección pero puede estar en otras disposiciones. Los ejemplos incluyen las disposiciones ilustradas en las FIGS. 2A a 2C y la F iG. 3 del folleto WO 2016/159340. En la película de resina termoplástica, el punto de fusión de la resina termoplástica que constituye la película de resina termoplástica es preferentemente al menos 15 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material.
Volviendo a la FIG. 4 de la presente memoria descriptiva, en la realización de la FIG. 4, el material 42 de acuerdo con una realización de la presente invención se dispone sobre un sustrato (película de resina termoplástica 44), y la forma del material se conserva por las segundas fibras de resina termoplástica 43. Los ejemplos del método de conservación incluyen cosido. El empleo de dicho método facilita la conservación de la forma del material de acuerdo con una realización de la presente invención. Sin embargo, coser el material al sustrato no es un requisito siempre que el material de acuerdo con una realización de la presente invención pueda ser conservado en una forma deseada. La forma del material de acuerdo con una realización de la presente invención puede ser conservada incluso sin un sustrato, por ejemplo, usando las segundas fibras de resina termoplástica solo en una porción de los materiales de acuerdo con una realización de la presente invención que se entrelazan entre sí, sin coser el material en un sustrato.
Asimismo, el material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención puede ser un material en el que la forma del material parcialmente soldado es conservada por el material como se ilustra en la FIG. 8. El uso del material parcialmente soldado permite que se dispongan más materiales durante el cosido y es más productivo.
Las segundas fibras de resina termoplástica usadas en una realización de la presente invención se forman a partir de una composición de resina termoplástica que incluye una resina termoplástica como componente principal. Normalmente el 50 % en masa o más, y preferentemente el 60 % en masa o más, de la composición de resina termoplástica, que es una materia prima de las segundas fibras de resina termoplástica, es una resina termoplástica, y el 70 % en masa o más de la composición de resina termoplástica puede ser una resina termoplástica.
Al igual que la resina termoplástica usada para las segundas fibras de resina termoplástica, las usadas para los materiales compuestos pueden ser ampliamente usadas. Los ejemplos de las mismas incluyen resinas de poliolefina tales como polietileno y polipropileno, resinas de poliamida, resinas de poliéster tales como tereftalato de polietileno y tereftalato de polibutileno, resinas de policarbonato, resinas de polioximetileno, resinas de polietercetona tales como poliéter cetonas, poliéter éter cetonas, poliéter cetona cetonas, y poliéter éter cetona cetonas, resinas de poliéter sulfona, resinas de poliéter sulfuro, y resinas de poliimida termoplástica tales como imidas de poliéter termoplástico, imidas de poliamida termoplástica, poliimidas totalmente aromáticas, y poliimidas semiaromáticas. En una realización de la presente invención, las segundas fibras de resina termoplástica incluyen preferentemente una resina de poliamida. Como ejemplos específicos de la resina de poliamida, la resina de poliamida incluida en el componente de resina termoplástica descrito anteriormente puede emplearse preferentemente. Asimismo, la composición de resina termoplástica, que es una materia prima de las segundas fibras de resina termoplástica, puede incluir un componente además de la resina termoplástica, y estos son sinónimos de los descritos para el componente de resina termoplástica descrito anteriormente, y los intervalos preferidos son los mismos.
El punto de fusión de las segundas fibras de resina termoplástica depende del tipo de resina que se vaya a usar; sin embargo, el punto de fusión es preferentemente de 180 a 405 °C, más preferentemente de 180 a 390 °C, incluso más preferentemente de 180 a 320 °C, incluso aún más preferentemente de 190 a 310 °C, e incluso aún más preferentemente de 200 a 300 °C.
En una realización de la presente invención, como se ha descrito anteriormente, el punto de fusión de las segundas fibras de resina termoplástica es al menos 15 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica que constituyen el material de acuerdo con una realización de la presente invención. Con dicha configuración, las fibras de resina termoplástica que constituyen el material de acuerdo con una realización de la presente invención pueden impregnarse mientras la dispersión de las fibras de refuerzo permanece inalterada, y se mejora la apariencia del producto moldeado obtenido.
La diferencia entre el punto de fusión de las segundas fibras de resina termoplástica y el punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material de acuerdo con una realización de la presente invención (punto de fusión de las segundas fibras de resina termoplástica - punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material de la presente invención) puede ser de 16 °C o más, 17 °C o más, o de manera particular 18 °C o más. Asimismo, el límite superior de la diferencia entre el punto de fusión de las segundas fibras de resina termoplástica y el punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material de acuerdo con una realización de la presente invención es, pero no se limita particularmente a, preferentemente 100 °C o inferior, más preferentemente 80 °C o inferior y particular y preferentemente 75 °C o inferior. Con dicho intervalo, durante la termoconformación, las segundas fibras de resina termoplástica también se funden después de que se haya fundido la resina termoplástica que constituye el material de acuerdo con una realización de la presente invención, y las segundas fibras de resina termoplástica se hacen menos perceptibles, y se obtiene un producto moldeado que tiene una mejor apariencia.
La diferencia entre el punto de fusión de la resina que constituye la película de resina termoplástica descrita anteriormente que va a ser el sustrato para la conservación de la forma (resina de película) y el punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material de acuerdo con una realización de la presente invención (punto de fusión de la resina de película - punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material de la presente invención) puede ser de 16 °C o superior, 17 °C o superior, o de forma particular 18 °C o superior. Asimismo, el límite superior de la diferencia entre el punto de fusión de la resina de película y el punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material de acuerdo con una realización de la presente invención es, pero no se limita particularmente a, preferentemente 100 °C o inferior, más preferentemente 80 °C o inferior y particular y preferentemente 75 °C o inferior.
Otro ejemplo de las realizaciones del material compuesto de la presente invención incluye el material de acuerdo con una realización de la presente invención y fibras para conservar la forma del material, y la fibra para conservar la forma es una fibra que no se funde por calentamiento típico (p. ej., a 320 °C o inferior). Los ejemplos de dichas fibras incluyen fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de resina de aramida, fibras de resina de éster de polifenileno modificadas, fibras de poliéterimida, fibras de poliéter éter cetona y fibras de poliimida.
El espesor del material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención puede ser, por ejemplo, de 0,2 a 4 mm.
Producción del producto moldeado
La presente invención divulga un método para producir un producto moldeado, incluyendo el método someter el material o el material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención a conformación por luz o conformación por microondas.
Un ejemplo de las realizaciones del método para producir el producto moldeado de acuerdo con una realización de la presente invención es una realización donde el material o el material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención se coloca en un molde para conformación por luz o conformación por microondas de manera que el espesor del material es de 1 a 2 mm y se somete a conformación por luz o conformación por microondas.
Uso del producto moldeado
El campo de aplicación del producto moldeado formado por conformación por microondas del material y el material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención no está particularmente limitado. Ejemplos de los mismos incluyen piezas para el transporte tales como automóviles y aeronaves, piezas mecánicas en general, piezas mecánicas de precisión, piezas para dispositivos electrónicos/eléctricos, piezas para dispositivos de AO, material de construcción/componentes relacionados con la construcción, dispositivos médicos, dispositivos deportivos de ocio, juegos, productos médicos, enseres domésticos tales como películas para envasado de alimentos, y productos de defensa y aeroespaciales. En particular, el producto moldeado se usa adecuadamente como materiales moldeados para equipos médicos (tales como un aparato de apoyo para la pierna larga), marcos de ventanilla para automóviles, trenes y barcos, monturas para la parte de las gafas de protección de los cascos, monturas para gafas, calzados de seguridad y similares. En particular, el material compuesto de acuerdo con una realización de la presente invención tiene un gran valor cuando se usa como material para formar equipos médicos y un componente estructural secundario para automóviles.
Ejemplos
La presente invención se describe de manera más específica mediante los siguientes ejemplos. Los materiales, cantidades usadas, proporciones, contenidos de procesamiento, procedimientos de procesamiento, y similares descritos en los ejemplos a continuación pueden ser modificados según proceda, a menos que se aparte del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, el alcance de la presente invención no se limita a los siguientes ejemplos específicos descritos.
1. Resina termoplástica
Ejemplo de síntesis 1 MPXD10
En un recipiente de reacción equipado con un agitador, un condensador parcial, un condensador total, un termómetro, un embudo de goteo, un tubo de introducción de nitrógeno y un troquel de hebras, se cargaron 10 kg (49,4 mol) de ácido sebácico (grado TA disponible en Itoh Oil Chemicals Co., Ltd.) y 11,66 g de acetato de sodio/hipofosfito de sodio monohidrato (relación molar = 1/1,5), y después de realizar una purga suficiente de nitrógeno, se realizó el calentamiento y la fusión a 170 °C bajo una pequeña cantidad de corriente de nitrógeno mientras se agitaba el sistema.
Al ácido sebácico fundido, se añadió 6,647 kg de una xililendiamina mixta en la que la relación molar de mxililendiamina (disponible en Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) y p-xililendiamina (disponible en Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.) era de 70/30 (34,16 moles de m-xililendiamina, 14,64 moles de p-xililendiamina) gota a gota mientras se agitaba. La temperatura interna se aumentó de forma continua hasta 240 °C durante 2,5 horas mientras el agua condensada generada se descargaba fuera del sistema.
Tras finalizar la adición gota a gota, se aumentó la temperatura interna, y se redujo la presión dentro del recipiente de reacción cuando la temperatura alcanzó los 250 °C, y la temperatura interna se aumentó aún más para continuar la reacción de policondensación de la masa fundida a 255 °C durante 20 minutos. Después de ello, el interior del sistema se presurizó con nitrógeno, y el polímero obtenido se eliminó del troquel de hebras y se granuló para obtener una resina de poliamida MPXD10.
El punto de fusión de la resina de poliamida obtenida fue de 213 °C, y el peso molecular promedio en número fue de 15.400.
Ejemplo de síntesis 2 MXD10
Se obtuvo una resina de poliamida MXD10 por el mismo método que en el Ejemplo de síntesis 1, salvo que se cambió la xililendiamina mixta que incluía m-xililendiamina y p-xililendiamina del Ejemplo de síntesis 1 por una cantidad equivalente de m-xililendiamina.
El punto de fusión de la resina de poliamida obtenida fue de 190 °C, y el peso molecular promedio en número fue de 14.900.
MXD6: resina de m-xilileno adipamida (grado S 6001, disponible en Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc.); punto de fusión: 237 °C; peso molecular promedio en número: 16.800
Fibras de poliamida 66 para conservación de la forma: nylon de lana, disponible en Gunze Ltd.; punto de fusión: 265 °C
Método para producir una la película de poliamida 66 para conservación de la forma
Gránulos de poliamida 66 (CM3001N, disponible en Toray Industries, Inc.) se introdujeron en una extrusora de un solo husillo equipada con un troquel en T con un diámetro de cilindro de 30 mm (PTM-30, disponible en PLABOR Research Laboratory de Plastics Technology Co, Ltd.). El amasado de la masa fundida se realizó a una temperatura del cilindro de 290 °C y a una velocidad de rotación del husillo de 30 rpm. Tras el amasado de la masa fundida, se extruyó un material tipo película a través del troquel en T y se solidificó en un rollo de enfriamiento para obtener una película que tiene un espesor de 100 pm. El punto de fusión de la poliamida 66 fue de 265 °C.
Punto de fusión de una resina termoplástica
Para determinar el punto de fusión se usó el DSC-60 disponible en Shimadzu Corporation, a partir de la temperatura a la que el pico endotérmico alcanzó su máximo. El pico endotérmico se observó cuando se calentó aproximadamente 1 mg de una muestra y se fundió de la temperatura ambiente (25 °C) a una temperatura que era igual o superior a un punto de fusión esperado a la velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min mientras se hizo fluir nitrógeno a 30 ml/min como gas atmosférico, a continuación, la resina termoplástica fundida se enfrió rápidamente con hielo seco, y se volvió a aumentar la temperatura hasta una temperatura que fuese igual o superior al punto de fusión a una velocidad de 10°C/min. Los puntos de fusión del componente de resina termoplástica y de las fibras de resina termoplástica se midieron de la misma manera.
2. Fibras de refuerzo continuas
Fibra de carbono continua: Pyrofil-TR-50S-12000-AD, disponible en Mitsubishi Rayon Co., Ltd.; 8000 dtex; número de fibras: 12.000 f; superficie tratada con una resina epoxi.
Fibras de vidrio continuas: ECG 75 1/00.7Z, disponibles en Nitto Boseki Co, Ltd.; finura: 687 dtex; número de fibras: 400 f; superficie tratada con un agente de encolado
Fibras de carbono continuas de alta finura (fibras de carbono de alta finura): Pyrofil-TRH50-60M, disponible en Mitsubishi Rayon Co., Ltd.; 32000 dtex; número de fibras: 60.000 f
Ejemplo 1
Producción de fibras de resina termoplástica continuas
La resina termoplástica que se muestra en la Tabla 1 a continuación se usó para formar fibras de acuerdo con el siguiente método.
La resina termoplástica se fundió usando una extrusora de un solo husillo que tenía un husillo de 30 mm^, se extruyó en forma de hebra a partir de un troquel de 60 orificios, se estiró mientras se enrollaba por medio de un rollo en una forma de rollo para obtener un haz de fibras de resina termoplástica enrollado en un rollo. La temperatura de fusión se ajustó a una temperatura que era 15 °C superior al punto de fusión de la resina termoplástica.
Producción de hilo mezclado
El hilo mezclado se produjo de acuerdo con el siguiente método.
Cada una de las fibras se desenrolló a partir de un rollo de las fibras de resina termoplástica que tiene una longitud de 1 m o más y de un rollo de las fibras de refuerzo continuas que tiene una longitud de 1 m o más, y se extendió mediante soplado de aire mientras las fibras pasaban por una pluralidad de guías. Mientras se realizaba el extendido, las fibras de resina termoplástica y las fibras de refuerzo continuas se agruparon, y además, se realizó el soplado de aire mientras el haz se pasaba a través de una pluralidad de guías para que el haz fuera uniforme.
En cuanto al hilo mezclado obtenido, el hilo mezclado en el que se usaron fibras de carbono continuas (Pyrofil-TR-50S-12000-AD) tenía una finura de aproximadamente 13.000 dtex y un número de fibras de aproximadamente 13.500 f; el hilo mezclado en el que se usaron fibras de carbono continuas de alta finura (Pyrofil-TRH50-60M) tenía una finura de aproximadamente 65.000 dtex y un número de fibras de aproximadamente 675.000 f; y el hilo mezclado en el que se usaron fibras de vidrio continuas tenía una finura de aproximadamente 15.000 dtex y un número de fibras de aproximadamente 10.000 f;
La relación de volumen de fibras de resina termoplástica continuas a fibras de refuerzo continuas era de 1:1.
Asimismo, en cuanto a la proporción de las fibras de refuerzo continuas, el hilo mezclado en el que se usaron fibras de carbono continuas (Pyrofil-TR-50S-12000-AD) tenía una proporción del 61 % en masa; el hilo mezclado en el que se usaron fibras de carbono continuas de alta finura (Pyrofil-TRH50-60M) tenía una proporción del 61 % en masa; y el hilo mezclado en el que se usaron fibras de vidrio tenía una proporción del 69 % en masa.
Producción de material
Un rollo del hilo mezclado obtenido anteriormente se colocó en una fileta, y se extrajo un haz, y se aplicó vibración ultrasónica al haz en las siguientes condiciones, y las fibras de resina termoplástica de la superficie se fundieron para obtener un material.
El material obtenido tenía una anchura de 8 mm y una longitud de 100 m.
Condiciones de aplicación de vibración ultrasónica
El hilo mezclado se movió en la dirección longitudinal mientras era presionado contra la cara de soporte del cuerpo de soporte por la cara de presión del cuerno vibratorio, fundiendo de este modo la proximidad de la superficie de la resina termoplástica y formando la capa superficial (la primera región o la segunda región) que se muestra en la Tabla 1. Específicamente, se aplicó un cuerno vibratorio a una cara del hilo mezclado para formar una capa superficial (la primera región), y a continuación se aplicó el cuerno vibratorio a la cara posterior del hilo mezclado para formar otra capa superficial (la segunda región). Se usó la presión aplicada que fue de 0,2 MPa, la frecuencia fue de 20 kHz, y la potencia fue de 2400 kW, y la velocidad de desplazamiento se ajustó de manera que la capa superficial (la primera región o la segunda región) y la región de fibras mostrada en la Tabla 1 estuvieran presentes. El W3080, disponible en Nippon Future Co., Ltd. se usó como el instrumento ultrasónico. Para el Ejemplo comparativo 1, se fundió la resina termoplástica hasta el interior, y para el Ejemplo comparativo 2, no se realizó ningún tratamiento ultrasónico.
Energía de cristalización durante un aumento de temperatura del material
Usando una hoja de afeitar (Feather Hi-Stainless, disponible en FEATHER Safety Razor Co., Ltd), se rebajaron 5 mg del componente de resina termoplástica (incluyendo la resina termoplástica y los aditivos y similares que se componen opcionalmente) de la capa superficial (la primera región o la segunda región). Usando un calorímetro diferencial de barrido (DSC: DSC6200, disponible en SII), la muestra rebajada se calentó de 25 °C a la temperatura que era 20 °C superior al punto de fusión del componente de resina termoplástica a la velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min en una corriente de nitrógeno, y la energía de cristalización durante un aumento de temperatura se calculó a partir del pico de cristalización detectado.
Región de fibras: El hilo mezclado tratado con ultrasonidos se dividió por la mitad y se recogieron 5 mg de fibras de resina termoplástica en la porción central. La muestra recogida se calentó a una temperatura 20 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica a una velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min, y de manera similar, la energía de cristalización durante un aumento de temperatura se calculó a partir del pico de cristalización detectado.
Se utilizó como unidad "J/g".
Observación de la sección transversal del material
La muestra de medición (material) se cortó y se incrustó en una resina epoxi. Se pulió una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de la muestra de medición incrustada, y se tomó una imagen de vista de sección transversal usando un microscopio de medición geométrica 3D en color ultra profundo VK-9500 (sección de controlador)/VK-9510 (sección de medición) (disponible en Keyence Corporation).
La evaluación se realizó del siguiente modo.
A: En la superficie del material, las fibras de resina termoplástica se fundieron y formaron una región en capas o tipo película, y en la parte interior del material, las fibras de resina termoplástica no se fundieron, y la mayoría de las fibras de resina termoplástica conservaron la condición fibrosa.
B: No se observó ningún límite entre la capa superficial y la parte interior.
Espesores de la capa superficial y parte interna del material y espesor del material
De entre los materiales, se seleccionaron cinco posiciones cualesquiera para el material en la condición A descrita anteriormente, y el valor promedio de los espesores en las cinco posiciones se usó como espesor total del material. A continuación, en las cinco posiciones cualesquiera descritas anteriormente, en la dirección de espesor, se definió como capa superficial (la primera región o la segunda región) una región donde la proporción de la resina termoplástica fundida que constituía la región en capas o tipo película era del 90 % de área o más en relación con la totalidad de la resina termoplástica, y el espesor promedio de los espesores en cinco puntos se usó como el espesor de la capa superficial (la primera región, la segunda región). El espesor de la región de fibras se determinó restando el espesor de la capa superficial (la primera región y la segunda región) del espesor total del material.
El espesor se midió a partir de las imágenes obtenidas mediante la observación de la sección transversal descrita anteriormente.
Relación de densidad de la región de fibras a la densidad máxima teórica
La densidad se calculó a partir de la anchura del material y el espesor de la región de fibras, y la relación de densidad de la región de fibras se calculó a partir de la siguiente ecuación.
Relación de densidad de la región de fibras = (densidad de la región de fibras)/(densidad teórica)
Carga de resistencia a la deformación (flexibilidad)
La carga de resistencia a la deformación, que es un indicador de la flexibilidad requerida durante la fabricación del textil, fue medida. Como se ilustra en las FIGS. 5A y 5B, el material 52 obtenido se desenrolló del rollo 51, y la dirección de desplazamiento del material 52 se cambió en 90° a través del rodillo guía 53, el material 52 se hizo pasar a través de una plantilla de moldeado por estiramiento 54 (producida mediante el procesamiento de nylon MC, disponible en Quadrant) que tenía un paso cilíndrico con las dimensiones ilustradas en la FIG. 5A, y su extremo se fijó en un medidor de carga 55. La carga aplicada cuando el medidor de carga 55 fue desplazado hacia arriba se midió como el valor de la carga de resistencia a la deformación. La carga de resistencia a la deformación se midió usando el Strograph EII, disponible en Toyo Seiki Seisaku-sho, Ltd., y la velocidad de elevación fue de 300 mm/min. Las FIGS. 5A y 5b son vistas esquemáticas de un dispositivo para medir una carga de resistencia a la deformación en los ejemplos. La FIG.
5A es una vista en sección transversal, y la FIG. 5B es una vista en perspectiva.
Relación de contracción térmica
La relación de contracción térmica se midió usando la plantilla ilustrada en la FIG. 6. Las herramientas de fijación 61 en ambos extremos no se mueven, y las herramientas de fijación 62 entre ellas se deslizan sin resistencia. El material obtenido 63 se fijó en las herramientas de fijación 62 con una longitud de calibre (L) de 300 mm, y se dejó reposar en un horno seco con una temperatura que era 5 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica durante 1 minuto. Después de ello, se midió la longitud de calibre (L'), y la relación de contracción térmica se midió mediante la siguiente ecuación.
Relación de contracción térmica = (L - L')/L x 100 (%)
Producción del material compuesto (conservación de la forma)
Las fibras de resina termoplástica para la conservación de la forma se produjeron de la misma manera que en la "Producción de fibras de resina termoplástica continuas" descrita anteriormente, usando la resina termoplástica descrita en la sección "Fibras de resina termoplástica para la conservación de la forma" mostrada en la Tabla 1. Los materiales obtenidos anteriormente se dispusieron sobre la película de poliamida 66 para la conservación de la forma producida anteriormente como se ilustra en la FIG. 7, y las fibras de resina termoplástica 72 para la conservación de la forma se retorcieron para formar un hilo de dos dobleces, y el hilo mezclado se cosió sobre la película de poliamida 66 para la conservación de la forma para conservar una forma. De este modo, se obtuvo un material compuesto. En la FIG. 7, el signo de referencia 71 indica un material de acuerdo con una realización de la presente invención, y el signo de referencia 72 indica las fibras de resina termoplástica para conservar la forma.
A: La forma del material, incluyendo las porciones con una curva pronunciada, se ha conservado adecuadamente. B: La forma del material no se ha conservado adecuadamente, debido a la rotura parcial del material o similares.
Conformación por microondas del material compuesto mediante conformación por luz (moldeabilidad)
El material compuesto obtenido anteriormente se colocó en un molde de caucho de silicona, el interior del molde de caucho fue evacuado, y el material compuesto fue irradiado con luz infrarroja desde el exterior del molde de caucho, y por tanto la resina termoplástica fue calentada hasta 290 °C. Se terminó la irradiación de la luz infrarroja, y se realizó el enfriamiento. Se detuvo la aplicación del vacío, y se retiró el producto del molde de caucho, obteniéndose así un producto moldeado. La evaluación se realizó del siguiente modo.
A: Se obtuvo un buen producto moldeado.
B: No se pudo obtener un buen producto moldeado, debido a que el producto moldeado se contrae y se deforma durante la conformación por microondas y similares.
C: El material compuesto era inadecuado para la conformación por microondas y no se realizó la conformación por luz.
Ejemplos 2 a 6 y Ejemplo 8 y Ejemplos comparativos 1 y 2
Los cambios del Ejemplo 1 se realizaron como se muestra en la Tabla 1 a continuación, y los demás se realizaron de la misma manera.
Ejemplo 7
Se obtuvo un material realizando cambios a partir del Ejemplo 1 como se muestra en la tabla. Para las porciones en las que los lados de la primera región de las capas superficiales de las dos hojas de los materiales obtenidos se superponen, cada porción de 1 cm de anchura (correspondiente al 9 % de la anchura de cada material) se calentó con láser, y las porciones calentadas se soldaron parcialmente. La temperatura de calentamiento fue de 250 °C, y el espesor de la porción soldada fue de 30 pm.
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000023_0001
Como resulta evidente a partir de los resultados descritos anteriormente, en los casos donde se usó el material de acuerdo con una realización de la presente invención (Ejemplos 1 a 6 y 8) y en un caso donde se usó el material parcialmente soldado de acuerdo con una realización de la presente invención (Ejemplo 7), se obtuvieron materiales que eran flexibles y tenían bajas relaciones de contracción térmica. Asimismo, se obtuvo un buen producto moldeado a partir del material compuesto obtenido conservando la forma del material. En particular, se descubrió que el material y el material parcialmente soldado de acuerdo con una realización de la presente invención son flexibles y tienen una baja relación de contracción térmica y, por lo tanto, son adecuados para producir productos moldeados de forma fina y complejos.
Por otra parte, en un caso donde la energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica en la parte interior era alta (Ejemplo comparativo 1), el material obtenido no tenía una capa superficial distinguible y parte interior, y carecía de flexibilidad. Por lo tanto, el material era susceptible de romperse en la porción doblada y presentaba dificultades para conservar su forma. Asimismo, en un caso donde la energía de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica de la capa superficial era pequeña (Ejemplo comparativo 2), no se podía suprimir el cambio dimensional, y la relación de contracción térmica era elevada. Asimismo, el material no estaba agrupado y era esponjoso, y presentaba dificultades para conservar su forma.
Lista de signos de referencia
1 Primera región
2 Región de fibras
3 Segunda región
21 Primera región
22 Segunda región
23 Región de fibras
31 Molde
32 Material
33 Luz
34 Producto moldeado
41 Material compuesto
42 Material
43 Segunda fibra de resina termoplástica
44 Película de resina termoplástica
51 Rollo
52 Material
53 Rodillo guía
54 Plantilla de moldeado por estiramiento
55 Medidor de carga
61 Herramienta de fijación
62 Herramienta de fijación
63 Material
71 Material
72 Fibra de resina termoplástica para conservación de
la forma
81 Porción soldada

Claims (21)

REIVINDICACIONES
1. Un material, que comprende:
una primera región (1), una región de fibras (2) y una segunda región (3), continua en una dirección de espesor; siendo la primera región y la segunda región cada una independientemente una capa de resina que incluye del 20 % al 100 % en masa de un componente de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo; incluyendo la región de fibras del 20 % al 100 % en masa de fibras de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo;
teniendo el componente de resina termoplástica incluido en la primera región y el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región cada uno independientemente una energía de cristalización durante un aumento de temperatura de 2 J/g o más, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido;
y
teniendo las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras una energía de cristalización durante un aumento de temperatura inferior a 1 J/g, midiéndose por calorimetría diferencial de barrido;
en donde
la energía de cristalización durante un aumento de temperatura es un valor medido mediante el uso de un calorímetro diferencial de barrido (DSC) en una corriente de nitrógeno, mientras se realiza un calentamiento de 25 °C a una temperatura que es 20 °C superior a un punto de fusión del componente de resina termoplástica o de las fibras de resina termoplástica a una velocidad de aumento de temperatura de 10 °C/min.
2. El material de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el 80% en masa o más de las composiciones del componente de resina termoplástica incluido en la primera región, del componente de resina termoplástica incluido en la segunda región, y de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras son idénticas entre sí.
3. El material de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el componente de resina termoplástica incluido en la primera región, el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región, y las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras incluyen cada uno independientemente una resina de poliamida.
4. El material de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el componente de resina termoplástica incluido en la primera región, el componente de resina termoplástica incluido en la segunda región, y las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras incluyen cada uno independientemente una resina de poliamida que incluye una unidad constitutiva derivada de diamina y una unidad constitutiva derivada de ácido dicarboxílico, y el 50 % en moles o más de la unidad constitutiva derivada de diamina se deriva de xililendiamina.
5. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la región de fibras incluye del 25 % al 80 % en masa de fibras de resina termoplástica y del 75 % al 20 % en masa de fibras de refuerzo.
6. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la primera región, la segunda región, y la región de fibras incluyen cada una independientemente del 25 % al 80 % en masa de un componente de resina termoplástica y del 75 % al 20 % en masa de fibras de refuerzo.
7. El material de acuerdo con la reivindicación 6, en el que una diferencia en porción de masa entre las fibras de refuerzo incluidas en la primera región, en la segunda región, y en la región de fibras es del 5 % en masa o menos.
8. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en el que las fibras de refuerzo incluyen al menos una seleccionada entre el grupo que consiste en fibras de carbono y fibras de vidrio.
9. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en el que las fibras de refuerzo son fibras de refuerzo continuas.
10. El material de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la región de fibras incluye hilos mezclados que incluyen las fibras de refuerzo continuas y las fibras de resina termoplástica.
11. El material de acuerdo con las reivindicaciones 9 o 10, en el que la primera región y la segunda región están formadas a partir de hilo mezclado que incluye las fibras de refuerzo continuas y las fibras de resina termoplástica.
12. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que una diferencia entre la energía de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica incluido en la primera región y la energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras y una diferencia entre la energía de cristalización durante un aumento de temperatura del componente de resina termoplástica incluido en la segunda región y la energía de cristalización durante un aumento de temperatura de las fibras de resina termoplástica incluidas en la región de fibras son cada una independientemente de 3 J/g o más.
13. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que un espesor de la región de fibras en relación con un espesor total del material es del 20 % o más.
14. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el material es un material para conformación por luz o un material para conformación por microondas.
15. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que una carga de resistencia a la deformación es de 1 N o menos, siendo la carga de resistencia a la deformación una carga aplicada al material para elevar el material a una velocidad de 300 mm/min a través de una guía que cambia una dirección de desplazamiento del material en 90 grados.
16. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en el que una relación de contracción térmica después de que se realice un calentamiento a una temperatura que es 5 °C superior al punto de fusión de las fibras de resina termoplástica durante 1 minuto es del 1 % o menos.
17. El material de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en donde el material está en una forma de cinta.
18. Un material parcialmente soldado, estando parcialmente soldados al menos dos materiales descritos en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17.
19. Un método para producir el material descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, comprendiendo el método aplicar vibración ultrasónica sobre una superficie de fibras dispuestas en al menos una dirección, incluyendo las fibras del 20 % al 100 % en masa de fibras de resina termoplástica y del 80 % al 0 % en masa de fibras de refuerzo.
20. Un material compuesto, que comprende:
el material descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17 o el material parcialmente soldado descrito en la reivindicación 18, y segundas fibras de resina termoplástica que conservan una forma del material o del material parcialmente soldado; en donde
las segundas fibras de resina termoplástica tienen un punto de fusión que es al menos 15 °C superior a un punto de fusión de las fibras de resina termoplástica incluidas en el material o en el material parcialmente soldado.
21. Un método para producir un producto moldeado, comprendiendo el método someter el material descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, el material parcialmente soldado descrito en la reivindicación 18, o el material compuesto descrito en la reivindicación 20 a una conformación por luz o a una conformación por microondas.
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