JP2015093984A - Reinforcing fiber substrate for fiber-reinforced resin composite and molding thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber-reinforced resin composite which combines excellent mechanical properties, heat resistance, fire retardancy and dimensional stability and is efficiently producible at low costs.SOLUTION: A reinforcing fiber substrate consists of a fabric of a reinforcing fiber superimposed with a fabric composed of a fiber of a thermoplastic resin. A thermoplastic resin composite material is obtained by laminating the reinforcing fiber substrate and thermoforming, and the thermoplastic resin has a glass transition temperature of 100°C or higher and a specified resin viscosity, or melt flow rate.

Description

本発明は、優れた力学物性と耐熱性、難燃性、寸法安定性を兼ね備えた繊維強化樹脂複合体に関するものである。   The present invention relates to a fiber reinforced resin composite having excellent mechanical properties, heat resistance, flame retardancy, and dimensional stability.

炭素繊維やガラス繊維等の強化繊維と樹脂材料からなる繊維強化樹脂複合体は、軽量であり、比強度、比剛性に優れているため、電気・電子用途、土木・建築用途、自動車用途、航空機用途等に広く用いられている。樹脂材料としては、エポキシ樹脂に代表される熱硬化性樹脂が広く知られており、強度や剛性、耐薬品性、性能の再現性(品質)に優れていることから、既に航空機の構造部材やスポーツ分野での採用が進んでいる。その一方で、熱硬化性樹脂は成形サイクルが長く生産歩留まりが悪いこと、成形設備が膨大なものになり易く、大きな初期投資を必要とすること、リサイクルが難しいこと等が課題として挙げられており、より汎用性を高めて自動車、鉄道及び電気・電子等の幅広い分野での採用を目指すためには、技術的な革新が必要であるとされている。   Fiber reinforced resin composites made of carbon fiber, glass fiber, and other reinforced fibers and resin materials are lightweight and have excellent specific strength and specific rigidity, so they are used in electrical / electronic applications, civil engineering / architecture applications, automotive applications, aircraft, etc. Widely used for applications. As resin materials, thermosetting resins represented by epoxy resins are widely known, and since they are excellent in strength, rigidity, chemical resistance, and performance reproducibility (quality), they are already used in aircraft structural members. Adoption is progressing in the sports field. On the other hand, thermosetting resins have been mentioned as problems such as long molding cycle, poor production yield, huge amount of molding equipment, large initial investment, difficult recycling. In order to increase the versatility and aim for adoption in a wide range of fields such as automobiles, railways, and electricity / electronics, technical innovation is required.

近年では、熱硬化性樹脂材料の問題点である生産性向上、リサイクル性の観点から熱可塑性樹脂材料に注目が集まっている。熱可塑性樹脂材料は、上述の生産性(短時間成形)、リサイクル性の改善に期待が集まる一方で、樹脂自体の粘度が硬化前の熱硬化性樹脂よりも高いことから、強化繊維へ樹脂を含浸させることが比較的難しく、そのための効率の良い方法を見出すことが課題とされている。   In recent years, attention has been focused on thermoplastic resin materials from the viewpoint of productivity improvement and recyclability, which are problems of thermosetting resin materials. While thermoplastic resin materials are expected to improve the above-mentioned productivity (short-time molding) and recyclability, the viscosity of the resin itself is higher than that of the thermosetting resin before curing. It is relatively difficult to impregnate, and finding an efficient method therefor has been an issue.

繊維強化熱可塑性樹脂複合体の製造は、強化繊維に予め樹脂を含浸させた基材を用い、これら強化繊維基材を材料設計に応じた枚数を積層させ、再度加熱加圧成形する方法が広く知られている。このような強化繊維基材を製造する方法としては、(1)熱可塑性樹脂をパウダー化し、それを強化繊維からなる布帛に塗し、加熱加圧させることにより予め樹脂を強化繊維内部へ含浸させたものを基材とする方法、(2)強化繊維からなる布帛の層間に熱可塑性樹脂からなるフィルム素材を挟み込み、これらを積層させたものを加熱加圧することにより製造する方法、(3)強化繊維からなる布帛へ熱可塑性樹脂を溶解させた溶剤へ含浸させ、該溶剤を揮発除去させることにより熱可塑性樹脂を強化繊維へ担持させたものを基材とする方法、(4)上述(2)と同様の方法であり、強化繊維からなる布帛の層間に前記フィルムの代わりに熱可塑性樹脂からなる不織布を用いる方法等が知られている。   For the production of fiber reinforced thermoplastic resin composites, there is a wide range of methods in which a base material in which a reinforcing fiber is impregnated with a resin is used, these reinforcing fiber base materials are laminated in a number corresponding to the material design, and heated and pressed again. Are known. As a method for producing such a reinforced fiber base material, (1) powdering a thermoplastic resin, applying it to a fabric made of reinforced fibers, and applying heat and pressure to impregnate the resin into the reinforced fibers in advance. (2) Method of manufacturing by sandwiching a film material made of thermoplastic resin between layers of a fabric made of reinforcing fibers, and heating and pressing the laminated material, (3) Reinforcement A method in which a fabric made of fibers is impregnated with a solvent in which a thermoplastic resin is dissolved, and the solvent is volatilized and removed so that the thermoplastic resin is supported on reinforcing fibers, and (4) the above (2) And a method using a nonwoven fabric made of a thermoplastic resin instead of the film between layers of a fabric made of reinforcing fibers is known.

上述(1)の方法では、強化繊維からなる布帛上への熱可塑性樹脂パウダーの均一な塗布が難しく、またパウダーの粒径を揃えることが難しいことから、強化繊維からなる布帛上へ熱可塑性樹脂を均一に配置することが難しく、結果として得られる強化繊維基材の品質も低いものに留まる。更に、該方法で得られる強化繊維基材は加熱加圧されるため、強化繊維中への熱可塑性樹脂の含浸は比較的しっかりと進んでいるものの、結果として板状となり屈曲することができないため、ドレープ性が悪く、複雑な形状への賦形成形が難しいとの問題点を有する。   In the method (1) described above, since it is difficult to uniformly apply the thermoplastic resin powder onto the fabric made of reinforcing fibers and it is difficult to make the particle size of the powder uniform, the thermoplastic resin onto the fabric made of reinforcing fibers is difficult. Is difficult to arrange uniformly, and the quality of the resulting reinforcing fiber substrate remains low. Furthermore, since the reinforcing fiber substrate obtained by this method is heated and pressurized, the impregnation of the thermoplastic resin into the reinforcing fiber has progressed relatively firmly, but as a result, it becomes a plate and cannot be bent. , Drapability is poor and it is difficult to form a complex shape.

また、上述(2)の方法は、フィルム形態のものを強化繊維の層間に配置するため、加熱加圧成形時において空気が抜けず成形体中のボイドの原因となり易く、結果として高品質の繊維強化複合体が得られにくいとの問題を有する。また、(1)と同様に、フィルムのドレープ性が悪いために、複雑形状への成形には適さない(例えば、特許文献1)。   In the method (2), since the film-like material is disposed between the layers of the reinforcing fibers, air does not escape during heating and press molding, and easily causes voids in the molded body, resulting in high-quality fibers. There is a problem that it is difficult to obtain a reinforced composite. Further, like (1), since the drapeability of the film is poor, it is not suitable for forming into a complicated shape (for example, Patent Document 1).

更に、上述(3)の方法においては、予め樹脂を強化繊維内へと含浸させるという観点からは、他の方法と比較して優れた方法ではあるが、樹脂を強化繊維に対して高比率で含浸させることが難しい他、十分な含浸を行うためには含浸工程と溶剤を乾燥させる工程を繰り返す必要があり、取り扱い性が悪いとの問題がある。更に有機溶剤を用いることから、成形前には十分に溶剤を乾燥除去させることが必要であり、溶剤除去が不十分な場合には加熱成形時に溶剤が揮発し、結果として成形体内部での発泡、及びそれに伴う物性低下、あるいは溶剤を体内へ吸引する等の人体への影響も懸念される。   Furthermore, in the method (3), from the viewpoint of impregnating the resin into the reinforcing fiber in advance, it is an excellent method compared to other methods, but the resin is in a high ratio with respect to the reinforcing fiber. In addition to being difficult to impregnate, in order to perform sufficient impregnation, it is necessary to repeat the impregnation step and the step of drying the solvent, and there is a problem that the handleability is poor. Furthermore, since an organic solvent is used, it is necessary to dry and remove the solvent sufficiently before molding. If solvent removal is insufficient, the solvent volatilizes during heat molding, resulting in foaming inside the molded body. Also, there is a concern about the influence on the human body, such as physical property deterioration accompanying it, or suction of the solvent into the body.

上述(4)の方法のような、熱可塑性樹脂素材として不織布を用いる方法もいくつか開示されている。例えば、特許文献2においては、強化繊維からなる布帛上へ溶融状態の熱可塑性樹脂をエアーブローして不織布層を形成し、強化繊維とは界面で接着している繊維基材が開示されている。該方法は、熱可塑性樹脂が不織布形態で強化繊維基材に配置されているため、成形時の樹脂含浸性が良好であり、且つ繊維基材のドレープ性も損なわれていないことから賦形成形性も問題がない。しかしながら、全ての熱可塑性樹脂がエアーブロー成形への適用が可能である訳ではなく、取り分け耐熱性、及び寸法安定性に優れる熱可塑性樹脂は一般的に粘度が高く、エアーブロー成形が困難な場合がある。また、エアーブロー成形を可能とするためには、原料となる熱可塑性樹脂の粘度つまり分子量を下げる必要があるが、このような低分子量の熱可塑性樹脂は、得られる繊維強化樹脂複合体の強度、衝撃性等の物性が低下することが懸念される。   Several methods using a non-woven fabric as a thermoplastic resin material, such as the method (4) described above, are also disclosed. For example, Patent Literature 2 discloses a fiber base material in which a nonwoven fabric layer is formed by air blowing a thermoplastic resin in a molten state onto a fabric made of reinforcing fibers and bonded to the reinforcing fibers at the interface. . In this method, since the thermoplastic resin is disposed on the reinforcing fiber base material in the form of a nonwoven fabric, the resin impregnation property at the time of molding is good, and the draping property of the fiber base material is not impaired. There is no problem with sex. However, not all thermoplastic resins can be applied to air blow molding. Especially, thermoplastic resins with excellent heat resistance and dimensional stability generally have high viscosity, and air blow molding is difficult. There is. Moreover, in order to enable air blow molding, it is necessary to lower the viscosity, that is, the molecular weight of the thermoplastic resin as a raw material, but such low molecular weight thermoplastic resin has the strength of the fiber-reinforced resin composite obtained. There is a concern that the physical properties such as impact properties will deteriorate.

また、特許文献3では複数本の強化繊維束のそれぞれを幅広く薄く開繊させてなる一方向引き揃え強化繊維シートに、熱可塑性樹脂からなる布帛を重ね合わせて加熱しつつ加圧することにより、強化繊維シートへ熱可塑性樹脂を含浸させて得られる強化繊維基材が開示されている。しかしながら、上記技術においては、熱可塑性樹脂を強化繊維へ十分に含浸させる処方としては専ら強化繊維束の開繊技術に依るところが大きく、使用できる強化繊維が限定されるとの問題を有する。   Moreover, in patent document 3, the fabric which consists of a thermoplastic resin is overlap | superposed on the unidirectionally aligned reinforcement fiber sheet formed by spreading each of a plurality of reinforcing fiber bundles widely and thinly, and is heated and pressed, thereby strengthening. A reinforcing fiber base material obtained by impregnating a fiber sheet with a thermoplastic resin is disclosed. However, in the above technique, the prescription for sufficiently impregnating the thermoplastic resin into the reinforcing fiber largely depends on the technique of opening the reinforcing fiber bundle, and there is a problem that the usable reinforcing fiber is limited.

更に、ここで用いられる熱可塑性樹脂からなる布帛を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維として、ポリエーテルイミド系繊維や半芳香族ポリアミド系繊維に関する記述はなく、また、熱可塑性樹脂に関して詳細には記載されておらず、熱可塑性樹脂の繊維化及び布帛化、更には強化繊維への樹脂含浸に最適な熱可塑性樹脂からなる繊維、及び布帛に関して十分に説明がなされているとは言えない。   Furthermore, there is no description regarding the polyetherimide fiber or the semi-aromatic polyamide fiber as the fiber made of the thermoplastic resin constituting the fabric made of the thermoplastic resin used here, and it is described in detail regarding the thermoplastic resin. However, it cannot be said that the fiber and the fabric made of the thermoplastic resin optimal for the fiberization and the fabrication of the thermoplastic resin and the resin impregnation of the reinforcing fiber are sufficiently explained.

特開平5−96638号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-96638 特許第4292994号公報Japanese Patent No. 4292994 特許第4324649号公報Japanese Patent No. 4324649

上述したように、繊維強化樹脂複合体の用途は多岐に渡ってきている。特に生産性、リサイクル性の観点から注目を集める熱可塑性樹脂材料においては、今後汎用性を高め、自動車、船舶、電気・電子分野へと用途展開させていくためには、高い力学物性を維持しつつ、多様な形状へと成形可能な賦形性を併せ持ち、且つこれらを効率よく、低コストで製造できる技術が求められている。また、安全・安心といった市場ニーズの高まりから、耐熱性や難燃性、寸法安定性等が求められるようになり、それを満足しうる繊維強化樹脂複合体が望まれている。   As described above, the application of the fiber reinforced resin composite has been diversified. Especially for thermoplastic resin materials that are attracting attention from the viewpoint of productivity and recyclability, in order to increase their versatility and expand their applications to the automotive, marine, and electrical / electronic fields, we will maintain high mechanical properties. On the other hand, there is a need for a technique that has both the formability that can be formed into various shapes and that can be manufactured efficiently and at low cost. In addition, with increasing market needs such as safety and security, heat resistance, flame retardancy, dimensional stability, and the like have been demanded, and fiber reinforced resin composites that can satisfy them are desired.

本発明者らは上述した課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、強化繊維からなる布帛と特定の構成の熱可塑性樹脂からなる繊維の不織布を重ね合わせて強化繊維基材とし、前記繊維基材を積層させて加熱成形することにより、高い力学物性と耐熱性、難燃性、寸法安定性を兼ね備えた熱可塑性樹脂複合体を効率よく、低コストで製造できることを見出した。   As a result of intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, the present inventors made a reinforced fiber base material by superposing a fabric made of reinforcing fibers and a nonwoven fabric made of a thermoplastic resin having a specific configuration, and the fibers It has been found that a thermoplastic resin composite having high mechanical properties, heat resistance, flame retardancy, and dimensional stability can be produced efficiently and at low cost by laminating the substrates and thermoforming.

すなわち本発明は、強化繊維からなる織物、編み物、及び引き揃え糸シート状物からなる群より選択された少なくとも1つの形態を有する布帛に対して、熱可塑性樹脂からなる繊維で構成された不織布を重ね合わせてなる強化繊維基材であって、以下の条件を全て満たすことを特徴とする強化繊維基材に関するものである。
(1)前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度が100℃以上である。
(2)前記熱可塑性樹脂のメルトフローレート(MFR)が、結晶性樹脂の場合には結晶融解温度より30℃高い温度において20〜80g/10minであり、非晶性樹脂の場合にはガラス転移温度より120℃高い温度において20〜80g/10minである。
That is, the present invention relates to a nonwoven fabric composed of fibers made of a thermoplastic resin with respect to a fabric having at least one form selected from the group consisting of woven fabrics made of reinforcing fibers, knitted fabrics, and aligned yarn sheet materials. The present invention relates to a reinforcing fiber base material that is superposed and satisfies all of the following conditions.
(1) The glass transition temperature of the thermoplastic resin is 100 ° C. or higher.
(2) The melt flow rate (MFR) of the thermoplastic resin is 20 to 80 g / 10 min at a temperature 30 ° C. higher than the crystal melting temperature in the case of a crystalline resin, and the glass transition in the case of an amorphous resin. It is 20 to 80 g / 10 min at a temperature 120 ° C. higher than the temperature.

また本発明は、好ましくは前記強化繊維基材を構成する、熱可塑性樹脂からなる繊維の単繊維の平均繊度が0.1〜12dtexであり、且つ前記熱可塑性樹脂からなる繊維で構成された不織布の目付けが5〜500g/m、厚みが0.1〜10mm、及びかさ密度が0.01〜1.0g/cmであることを特徴とする、上記の強化繊維基材に関するものである。 In the present invention, preferably, the reinforcing fiber base material is composed of a thermoplastic resin, the average fineness of a single fiber is 0.1 to 12 dtex, and the non-woven fabric is made of the thermoplastic resin. The basis weight is 5 to 500 g / m 2 , the thickness is 0.1 to 10 mm, and the bulk density is 0.01 to 1.0 g / cm 3. .

更に本発明は、好ましくは前記強化繊維基材を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維が、ポリエーテルイミド系繊維、ポリエーテルケトンケトン系繊維、熱可塑性ポリイミド系繊維、及び半芳香族ポリアミド系繊維からなる群より選択された少なくとも1種で構成されることを特徴とする、上記の強化繊維基材に関するものである。   In the present invention, it is preferable that the fiber made of a thermoplastic resin constituting the reinforcing fiber base is a polyetherimide fiber, a polyether ketone ketone fiber, a thermoplastic polyimide fiber, and a semi-aromatic polyamide fiber. It is comprised regarding said reinforced fiber base material comprised by at least 1 sort (s) selected from the group which consists of.

前記ポリエーテルイミド系繊維が、下記の一般式で示され、ガラス転移温度が200℃以上であり、融点を持たない非晶性のポリエーテルイミド系樹脂からなることを特徴とする、上記の強化繊維基材であることが好ましい。   The above-mentioned reinforcement is characterized in that the polyetherimide fiber is composed of an amorphous polyetherimide resin having the following general formula, a glass transition temperature of 200 ° C. or more, and having no melting point. A fiber substrate is preferred.

Figure 2015093984

(式中、R1は、6〜30個の炭素原子を有する2価の芳香族残基であり、R2は、6〜30個の炭素原子を有する2価の芳香族残基、2〜20個の炭素原子を有するアルキレン基、2〜20個の炭素原子を有するシクロアルキレン基、及び2〜20個の炭素原子を有するアルキレン基で連鎖停止されたポリジオルガノシロキサン基からなる群より選択された2価の有機基を表す。)
Figure 2015093984

Wherein R1 is a divalent aromatic residue having 6 to 30 carbon atoms, and R2 is a divalent aromatic residue having 6 to 30 carbon atoms, 2 to 20 2 selected from the group consisting of an alkylene group having 2 carbon atoms, a cycloalkylene group having 2 to 20 carbon atoms, and a polydiorganosiloxane group chain-terminated with an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms Represents a valent organic group.)

前記ポリエーテルケトンケトン系繊維が、下記の一般式で示され、ガラス転移温度が130℃以上であり、結晶性のポリエーテルケトンケトン系樹脂からなることを特徴とする、上記の強化繊維基材であることが好ましい。   The above-mentioned reinforced fiber base material, wherein the polyether ketone ketone fiber is represented by the following general formula and has a glass transition temperature of 130 ° C. or higher and is made of a crystalline polyether ketone ketone resin. It is preferable that

Figure 2015093984
Figure 2015093984

前記熱可塑性ポリイミド系繊維が、下記式で表される繰り返し単位を有する熱可塑性ポリイミド99.9〜50重量%と芳香族ポリエーテルイミド0.1〜50重量%とからなるポリイミド系樹脂からなることを特徴とする、上記の強化繊維基材であることが好ましい。   The thermoplastic polyimide fiber is made of a polyimide resin composed of 99.9 to 50% by weight of a thermoplastic polyimide having a repeating unit represented by the following formula and 0.1 to 50% by weight of an aromatic polyetherimide. It is preferable that it is said reinforced fiber base material characterized by these.

Figure 2015093984

(式中、Xは直結、炭素数1ないし10の2価の炭化水素基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基、またはスルホニル基からなる群より選択された基を表し、またRは炭素数2以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族基が直接または架橋員により相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群より選択された4価の基を表す。)
Figure 2015093984

(Wherein X represents a direct bond, a group selected from the group consisting of a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, a hexafluorinated isopropylidene group, a carbonyl group, a thio group, or a sulfonyl group; R represents an aliphatic group having 2 or more carbon atoms, a cycloaliphatic group, a monocyclic aromatic group, a condensed polycyclic aromatic group, or a non-condensed polycyclic group in which aromatic groups are connected to each other directly or by a cross-linking member. Represents a tetravalent group selected from the group consisting of cyclic aromatic groups.)

前記半芳香族ポリアミド系繊維が、芳香族ジカルボン酸単位と炭素数6〜18の脂肪族アルキレンジアミン単位とからなるポリアミド系樹脂からなることを特徴とする、上記の強化繊維基材であることが好ましい。   The semi-aromatic polyamide-based fiber is the above-mentioned reinforcing fiber substrate, characterized in that it is made of a polyamide-based resin composed of an aromatic dicarboxylic acid unit and an aliphatic alkylenediamine unit having 6 to 18 carbon atoms. preferable.

前記半芳香族ポリアミド系繊維が、テレフタル酸単位を50〜100モル%含有するジカルボン酸単位と、1,9−ノナンジアミン単位及び/または2−メチル−1,8−オクタンジアミン単位を60〜100モル%含有するジアミン単位とからなるポリアミド系樹脂からなることを特徴とする、上記の強化繊維基材であることが好ましい。   The semi-aromatic polyamide fiber contains 60 to 100 mol of a dicarboxylic acid unit containing 50 to 100 mol% of a terephthalic acid unit and 1,9-nonanediamine unit and / or 2-methyl-1,8-octanediamine unit. Preferably, the reinforcing fiber substrate is made of a polyamide-based resin composed of% diamine units.

また、好ましくは前記強化繊維基材を構成する強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、全芳香族ポリエステル繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、メタル繊維からなる群より選択された少なくとも1種で構成されることを特徴とする、上記の強化繊維基材に関するものである。   Preferably, the reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber base is composed of at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, wholly aromatic polyester fiber, aramid fiber, ceramic fiber, and metal fiber. The present invention relates to the above-mentioned reinforcing fiber base material.

そして本発明は、好ましくは前記強化繊維基材を、該繊維基材を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維の流動開始温度よりも高い温度にて加熱加圧成形して得られることを特徴とする、上記の強化繊維基材より得られる繊維強化樹脂複合体に関するものである。   The present invention is preferably obtained by heat-pressing the reinforcing fiber base at a temperature higher than the flow start temperature of the fiber made of a thermoplastic resin constituting the fiber base. The present invention relates to a fiber reinforced resin composite obtained from the above reinforced fiber base material.

更に好ましくは、前記強化繊維基材を、該繊維基材を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維の流動開始温度よりも高い温度にて加熱加圧成形して繊維強化樹脂複合体を得る際に、予め該流動開始温度よりも低い温度にて加圧成形し、半含浸状態とすることを特徴とする上記の強化繊維基材より得られる繊維強化樹脂複合体に関するものである。   More preferably, when the fiber reinforced resin composite is obtained by heat-press molding the reinforcing fiber base at a temperature higher than the flow start temperature of the fiber comprising the thermoplastic resin constituting the fiber base, The present invention relates to a fiber-reinforced resin composite obtained from the above-mentioned reinforcing fiber base material, which is preliminarily molded at a temperature lower than the flow start temperature to be in a semi-impregnated state.

本発明によれば、優れた力学物性と耐熱性、難燃性、寸法安定性、及び賦形性、低コストでの成形性を兼ね備え、特に高い温度環境下に曝される機会の多い用途に適応される繊維強化樹脂複合体を提供することが可能である。また、本発明の繊維強化樹脂複合体は、特別な加熱成形工程を必要とせず、圧縮成形やGMT成形等の通常の加熱成形工程で安価に製造することができ、更には、目的に応じてその形状も自由に設計可能であり、一般産業資材分野、電気・電子分野、土木・建築分野、航空機・自動車・鉄道・船舶分野、農業資材分野、光学材料分野、医療材料分野等をはじめとして多くの用途に極めて有効に使用することができる。   According to the present invention, it has excellent mechanical properties, heat resistance, flame retardancy, dimensional stability, and formability, and low-cost formability, and is particularly suitable for applications that are exposed to high temperature environments. It is possible to provide an adapted fiber reinforced resin composite. Further, the fiber reinforced resin composite of the present invention does not require a special thermoforming process, and can be manufactured at a low cost by a normal thermoforming process such as compression molding or GMT molding, and further, depending on the purpose. The shape can also be designed freely, and there are many such as general industrial materials field, electrical / electronic field, civil engineering / architecture field, aircraft / automobile / railway / ship field, agricultural material field, optical material field, medical material field, etc. It can be used very effectively for the purpose of.

本発明の強化繊維基材を成形して繊維強化樹脂複合体を得るために用いた金型の模式図。The schematic diagram of the metal mold | die used in order to shape | mold the reinforced fiber base material of this invention, and to obtain a fiber reinforced resin composite.

以下、本発明に関し具体的に説明する。   The present invention will be specifically described below.

(熱可塑性樹脂からなる繊維)
本発明で用いられる熱可塑性樹脂からなる繊維(以下、熱可塑性繊維と称することがある)は、力学物性や耐熱性、難燃性、寸法安定性の観点から、該繊維を形成する樹脂のガラス転移温度が100℃以上であることが重要である。一般に、高分子の力学物性は非晶部の分子が動き出すガラス転移温度で大きく落ち込むことがよく知られている。例えば、PETやナイロン6等のような200℃以上の融点を持つ熱可塑性繊維であっても、その力学物性は60〜80℃付近のガラス転移温度で大きく落ち込んでしまうため、耐熱性に優れているとは言い難い。従って、ガラス転移温度が100℃未満の熱可塑性繊維を用いると、得られる繊維強化樹脂複合体の耐熱性が高いとは言えず、実使用に制限がかかるものとなる。本発明で用いる熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、好ましくは105℃以上、更に好ましくは110℃以上である。なお、前記ガラス転移温度は、後述する実施例に記載の測定方法により算出されるものである。
(Fiber made of thermoplastic resin)
The fiber made of a thermoplastic resin used in the present invention (hereinafter sometimes referred to as a thermoplastic fiber) is a resin glass that forms the fiber from the viewpoints of mechanical properties, heat resistance, flame retardancy, and dimensional stability. It is important that the transition temperature is 100 ° C. or higher. In general, it is well known that the mechanical properties of macromolecules greatly drop at the glass transition temperature at which the amorphous part molecules move. For example, even a thermoplastic fiber having a melting point of 200 ° C. or higher, such as PET or nylon 6, has excellent heat resistance because its mechanical properties greatly drop at a glass transition temperature around 60 to 80 ° C. It ’s hard to say. Therefore, when a thermoplastic fiber having a glass transition temperature of less than 100 ° C. is used, it cannot be said that the resulting fiber-reinforced resin composite has high heat resistance, and practical use is restricted. The glass transition temperature of the thermoplastic resin used in the present invention is preferably 105 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher. In addition, the said glass transition temperature is computed by the measuring method as described in the Example mentioned later.

本発明で用いられる熱可塑性繊維を形成する樹脂の粘度は、該樹脂が結晶性樹脂の場合は、結晶融解温度よりも30℃高い温度でのメルトフローレート(MFR)が20〜80g/10minであることが重要であり、また非晶性樹脂の場合には、ガラス転移温度よりも120℃高い温度でのMFRが20〜80/10minであることが重要である。これにより、該熱可塑性繊維を用いて不織布を構成し、強化繊維からなる布帛と重ね合わせて強化繊維基材とし、該繊維基材を積層させ、加熱加圧プレスして熱可塑性樹脂を強化繊維基材へ含浸する際に十分な含浸性を達成することができ、力学物性に優れた繊維強化樹脂複合体が得られる。好ましくは、結晶性樹脂では40〜60g/10minであり、非晶性樹脂では40〜60g/10minである。なお、前記メルトフローレートは、後述する実施例に記載の測定方法により算出されるものである。   The viscosity of the resin forming the thermoplastic fiber used in the present invention is such that when the resin is a crystalline resin, the melt flow rate (MFR) at a temperature 30 ° C. higher than the crystal melting temperature is 20 to 80 g / 10 min. It is important that, in the case of an amorphous resin, it is important that the MFR at a temperature 120 ° C. higher than the glass transition temperature is 20 to 80/10 min. Thus, the thermoplastic fiber is used to form a nonwoven fabric, which is superposed on a fabric made of reinforcing fibers to form a reinforcing fiber substrate, the fiber substrate is laminated, and heated and pressed to reinforce the thermoplastic resin. Sufficient impregnation can be achieved when impregnating the substrate, and a fiber-reinforced resin composite having excellent mechanical properties can be obtained. Preferably, the crystalline resin is 40 to 60 g / 10 min, and the amorphous resin is 40 to 60 g / 10 min. The melt flow rate is calculated by the measurement method described in Examples described later.

また、前記熱可塑性繊維を形成する樹脂の分子量分布は特に制限されるものではないが、得られる繊維強化樹脂複合体の成形性、及び力学物性の均一性を求める観点から、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比で表記される分子量分布(Mw/Mn)が、2.3以下であることが望ましい。分子量分布が2.3を超える場合には、繊維基材を加熱加圧プレスする際に、樹脂の流動性に斑が生じ、成形斑が起こることから、得られる繊維強化樹脂複合体の外観や力学物性にバラツキが生じるおそれがある。なお、前記重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分子量分布は、例えば、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)の一種であるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算で算出することができる。   Further, the molecular weight distribution of the resin forming the thermoplastic fiber is not particularly limited, but from the viewpoint of obtaining the moldability and uniformity of mechanical properties of the obtained fiber-reinforced resin composite, the weight average molecular weight (Mw ) And the number average molecular weight (Mn), the molecular weight distribution (Mw / Mn) is preferably 2.3 or less. When the molecular weight distribution exceeds 2.3, when the fiber base material is heated and pressed, the flowability of the resin is uneven, and molding unevenness occurs. There may be variations in mechanical properties. The weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn), and molecular weight distribution are calculated in terms of polystyrene, for example, by gel permeation chromatography (GPC), which is a type of size exclusion chromatography (SEC). Can do.

本発明で用いられる熱可塑性繊維の種類は、上述したガラス転移温度及び粘度(MFR)の条件を満たすものであれば特に制限はないが、例えば、ポリエーテルイミド系繊維、ポリエーテルケトンケトン系繊維、熱可塑性ポリイミド系繊維、半芳香族ポリアミド系繊維、ポリエーテルエーテルケトン系繊維、ポリフェニレンサルファイド系繊維、ポリスルフォン系繊維、ポリカーボネート系繊維等が挙げられる。特に、高い耐熱性、難燃性、寸法安定性が要求される航空宇宙、自動車、船舶等の輸送機器分野においては、前記性能に優れるポリエーテルイミド系繊維、ポリエーテルケトンケトン系繊維、熱可塑性ポリイミド系繊維、半芳香族ポリアミド系繊維を好適に用いることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上の繊維を組み合わせて用いても良い。   The type of thermoplastic fiber used in the present invention is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned glass transition temperature and viscosity (MFR) conditions. For example, polyetherimide fiber, polyether ketone ketone fiber , Thermoplastic polyimide fibers, semi-aromatic polyamide fibers, polyether ether ketone fibers, polyphenylene sulfide fibers, polysulfone fibers, polycarbonate fibers and the like. In particular, in the field of transportation equipment such as aerospace, automobiles, and ships that require high heat resistance, flame retardancy, and dimensional stability, polyetherimide fibers, polyether ketone ketone fibers, and thermoplastics that excel in the above performance. Polyimide fibers and semi-aromatic polyamide fibers can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more kinds of fibers.

本発明で用いられるポリエーテルイミド系繊維は、難燃性及び耐熱性の点から、繊維を構成する樹脂が下記の一般式で表される、脂肪族、脂環族、または芳香族系のエーテル単位と環状イミドを繰り返し単位として含有し、非晶性、溶融成形性を有し、且つガラス転移温度が200℃以上であるポリエーテルイミド系樹脂であることが好ましい。   The polyetherimide fiber used in the present invention is an aliphatic, alicyclic or aromatic ether in which the resin constituting the fiber is represented by the following general formula from the viewpoint of flame retardancy and heat resistance. A polyetherimide resin containing a unit and a cyclic imide as a repeating unit, having an amorphous property and melt moldability, and having a glass transition temperature of 200 ° C. or higher is preferable.

Figure 2015093984
(式中、R1は、6〜30個の炭素原子を有する2価の芳香族残基であり、R2は、6〜30個の炭素原子を有する2価の芳香族残基、2〜20個の炭素原子を有するアルキレン基、2〜20個の炭素原子を有するシクロアルキレン基、及び2〜20個の炭素原子を有するアルキレン基で連鎖停止されたポリジオルガノシロキサン基からなる群より選択された2価の有機基を表す。)
Figure 2015093984
Wherein R1 is a divalent aromatic residue having 6 to 30 carbon atoms, and R2 is a divalent aromatic residue having 6 to 30 carbon atoms, 2 to 20 2 selected from the group consisting of an alkylene group having 2 carbon atoms, a cycloalkylene group having 2 to 20 carbon atoms, and a polydiorganosiloxane group chain-terminated with an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms Represents a valent organic group.)

本発明においては、ポリエーテルイミド系繊維を構成する樹脂として、非晶性、溶融成形性、コストの観点から、下記式で示される構造単位を主として有する、2、2−ビス[4−(2、3−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン二無水物とm−フェニレンジアミンとの縮合物がより好ましく使用される。このようなポリエーテルイミド系樹脂は、「ウルテム」の商標でサービックイノベイティブプラスチックス社から市販されている。   In the present invention, as a resin constituting the polyetherimide fiber, 2, 2-bis [4- (2) mainly having a structural unit represented by the following formula from the viewpoints of amorphousness, melt moldability, and cost. , 3-dicarboxyphenoxy) phenyl] propane dianhydride and m-phenylenediamine are more preferably used. Such a polyetherimide resin is commercially available from Servic Innovative Plastics under the trademark “Ultem”.

Figure 2015093984
Figure 2015093984

また、本発明で用いられるポリエーテルケトンケトン系繊維は、難燃性及び耐熱性の点から、下記の一般式で示され、ガラス転移温度が130℃以上であり、結晶性のポリエーテルケトンケトン系樹脂からなることが好ましい。   The polyether ketone ketone fiber used in the present invention is represented by the following general formula from the viewpoint of flame retardancy and heat resistance, has a glass transition temperature of 130 ° C. or higher, and is a crystalline polyether ketone ketone. It is preferable to consist of a resin.

Figure 2015093984
Figure 2015093984

本発明で用いられる熱可塑性ポリイミド系繊維は、難燃性及び耐熱性の点から、下記式で表される繰り返し単位を有する熱可塑性ポリイミド99.9〜50重量%と芳香族ポリエーテルイミド0.1〜50重量%とからなるポリイミド系樹脂からなることが好ましい。このようなポリイミド系樹脂として、例えば特開平3−199234号公報に開示されているものを使用することができる。   The thermoplastic polyimide fiber used in the present invention is composed of 99.9 to 50% by weight of a thermoplastic polyimide having a repeating unit represented by the following formula and an aromatic polyether imide from the viewpoint of flame retardancy and heat resistance. It is preferable that it consists of a polyimide-type resin which consists of 1 to 50 weight%. As such a polyimide resin, for example, those disclosed in JP-A-3-199234 can be used.

Figure 2015093984
(式中、Xは直結、炭素数1ないし10の2価の炭化水素基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基、またはスルホニル基からなる群より選択された基を表し、またRは炭素数2以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族基が直接または架橋員により相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群より選択された4価の基を表す。)
Figure 2015093984
(Wherein X represents a direct bond, a group selected from the group consisting of a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, a hexafluorinated isopropylidene group, a carbonyl group, a thio group, or a sulfonyl group; R represents an aliphatic group having 2 or more carbon atoms, a cycloaliphatic group, a monocyclic aromatic group, a condensed polycyclic aromatic group, or a non-condensed polycyclic group in which aromatic groups are connected to each other directly or by a cross-linking member. Represents a tetravalent group selected from the group consisting of cyclic aromatic groups.)

また、本発明で用いられる半芳香族ポリアミド系繊維は、耐熱性の点から、繊維を構成する半芳香族ポリアミド系樹脂が、芳香族ジカルボン酸単位と炭素数6〜18の脂肪族アルキレンジアミン単位とからなるポリアミド系樹脂からなることが好ましく、更には、テレフタル酸単位を50〜100モル%含有するジカルボン酸単位と、1,9−ノナンジアミン単位及び/または2−メチル−1,8−オクタンジアミン単位を60〜100モル%含有するジアミン単位とからなるポリアミド系樹脂からなることが好ましい。このような半芳香族ポリアミド系樹脂は、例えば「ジェネスタ」の商標でクラレ社より市販されている。   In addition, the semi-aromatic polyamide fiber used in the present invention is, from the viewpoint of heat resistance, the semi-aromatic polyamide resin constituting the fiber is an aromatic dicarboxylic acid unit and an aliphatic alkylenediamine unit having 6 to 18 carbon atoms. And a dicarboxylic acid unit containing 50 to 100 mol% of a terephthalic acid unit, a 1,9-nonanediamine unit and / or 2-methyl-1,8-octanediamine. It is preferable that it consists of a polyamide-type resin which consists of a diamine unit which contains a unit 60-60 mol%. Such a semi-aromatic polyamide-based resin is commercially available from Kuraray, for example, under the trademark “Genesta”.

本発明で用いる熱可塑性繊維は、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、帯電防止剤、ラジカル抑制剤、艶消し剤、紫外線吸収剤、難燃剤、無機物等を含んでいてもよい。かかる無機物の具体例としては、カーボンナノチューブ、フラーレン、タルク、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、マイカ、カオリン、クレー、パイロフィライト、シリカ、ベントナイト、アルミナシリケート等の珪酸塩、酸化珪素、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄等の金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラス粉、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化珪素、カーボンブラック及びシリカ、黒鉛等が用いられる。   The thermoplastic fiber used in the present invention may contain an antioxidant, an antistatic agent, a radical inhibitor, a matting agent, an ultraviolet absorber, a flame retardant, an inorganic substance and the like as long as the effects of the present invention are not impaired. . Specific examples of such inorganic substances include carbon nanotubes, fullerenes, talc, wollastonite, zeolite, sericite, mica, kaolin, clay, pyrophyllite, silica, bentonite, alumina silicate and other silicates, silicon oxide, magnesium oxide, Metal oxides such as alumina, zirconium oxide, titanium oxide, iron oxide, carbonates such as calcium carbonate, magnesium carbonate, dolomite, sulfates such as calcium sulfate and barium sulfate, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, etc. Hydroxides, glass beads, glass flakes, glass powders, ceramic beads, boron nitride, silicon carbide, carbon black and silica, graphite and the like are used.

本発明で用いる熱可塑性繊維の製造においては、特に限定されるものではなく、公知の溶融紡糸装置を用いることができる。すなわち、溶融押出し機で熱可塑性ポリマーのペレットや粉体を溶融混練し、溶融ポリマーを紡糸筒に導きギヤポンプで計量し、紡糸ノズルから吐出させた糸条を巻き取ることで得られる。その際の引取り速度は特に限定されるものではないが、紡糸線上で分子配向が起こると好ましくないので、500〜4000m/分の範囲で引き取ることが好ましい。500m/分未満では生産性の点からは好ましくなく、一方、4000m/分を超えるような高速では、高温時の収縮を引き起こすに足る分子配向が進むばかりでなく、繊維の断糸が起こりやすくなるので好ましくない。   Production of the thermoplastic fiber used in the present invention is not particularly limited, and a known melt spinning apparatus can be used. That is, it can be obtained by melting and kneading thermoplastic polymer pellets and powders with a melt extruder, introducing the molten polymer into a spinning cylinder, measuring it with a gear pump, and winding the yarn discharged from the spinning nozzle. The take-up speed at that time is not particularly limited, but it is not preferred if molecular orientation occurs on the spinning line, and it is preferably taken in the range of 500 to 4000 m / min. If it is less than 500 m / min, it is not preferable from the viewpoint of productivity. On the other hand, if it exceeds 4000 m / min, not only the molecular orientation is sufficient to cause shrinkage at high temperatures, but also fiber breakage tends to occur. Therefore, it is not preferable.

本発明の熱可塑性繊維の製造においては、繊維強化樹脂複合体の製造工程での工程通過性や得られる複合体の寸法安定性を確保するために、延伸工程を施さないことが好ましい。従来の繊維製造工程で実施されるような延伸を施すと、加熱成形時に、分子運動の増大に起因するエントロピー収縮が起こり、熱可塑性繊維が大きな収縮を伴うことになり、強化繊維基材を加熱成形する際の工程通過性を悪化させ、得られた複合体の外観不良等を引き起こす懸念がある。   In the production of the thermoplastic fiber of the present invention, it is preferable not to perform a stretching step in order to ensure process passability in the production process of the fiber reinforced resin composite and dimensional stability of the resulting composite. When stretching is performed as in the conventional fiber manufacturing process, entropy shrinkage occurs due to the increase in molecular motion during thermoforming, and the thermoplastic fiber undergoes large shrinkage, heating the reinforcing fiber substrate. There is a concern that the process passability at the time of molding is deteriorated and the appearance of the obtained composite is poor.

本発明で用いる熱可塑性繊維の単繊維の平均繊度は、0.1〜12dtexであることが好ましい。力学物性の優れた、且つ均一な品質の繊維強化樹脂複合体を得るためには、前駆体となる強化繊維基材中の熱可塑性繊維からなる不織布は目付け、及び厚みが均一なものであることが望ましい。平均繊度が小さいほど、不織布を構成する熱可塑性繊維の本数が多くなり、均一な不織布を得ることができる。更に、不織布を構成する熱可塑性繊維の表面積が大きくなることから、その後の熱プレス成形において熱可塑性繊維が溶融しやすい状態となり、強化繊維への樹脂含浸性が向上することから望ましい。但し、平均繊度が0.1dtexより小さいと、不織布製造工程において絡まったりして、均一な品質の不織布を得られない可能性がある。一方で、平均繊度が12dtexより大きい場合、不織布を構成する熱可塑性繊維の本数が少なすぎ、均一な不織布が得られない可能性がある。熱可塑性繊維の平均繊度は、より好ましくは0.2〜9dtex、更に好ましくは0.3〜8dtexである。   The average fineness of the single fiber of the thermoplastic fiber used in the present invention is preferably 0.1 to 12 dtex. In order to obtain a fiber reinforced resin composite having excellent mechanical properties and uniform quality, the nonwoven fabric made of thermoplastic fibers in the reinforcing fiber base material as a precursor should have a uniform basis weight and thickness. Is desirable. As the average fineness is smaller, the number of thermoplastic fibers constituting the nonwoven fabric increases, and a uniform nonwoven fabric can be obtained. Furthermore, since the surface area of the thermoplastic fiber constituting the nonwoven fabric is increased, the thermoplastic fiber is easily melted in the subsequent hot press molding, which is desirable because the resin impregnation property to the reinforcing fiber is improved. However, if the average fineness is less than 0.1 dtex, the nonwoven fabric may be entangled in the nonwoven fabric manufacturing process, and a nonwoven fabric with uniform quality may not be obtained. On the other hand, when the average fineness is larger than 12 dtex, the number of thermoplastic fibers constituting the nonwoven fabric is too small, and a uniform nonwoven fabric may not be obtained. The average fineness of the thermoplastic fiber is more preferably 0.2 to 9 dtex, still more preferably 0.3 to 8 dtex.

本発明で用いる熱可塑性繊維の単繊維の平均繊維長は、0.5〜60mmであることが好ましい。平均繊維長が0.5mmより小さい場合、不織布製造過程で繊維が脱落したり、また、特に湿式抄紙で不織布を製造する場合に、工程中での濾水性が悪くなったりする等、工程通過性を大幅に悪化させる可能性があるので好ましくない。平均繊維長が60mmより大きい場合、不織布製造工程において熱可塑性繊維が絡まる等して工程通過性が悪くなる可能性があるので好ましくない。より好ましくは1〜55mm、更に好ましくは3〜50mmである。なお、本発明で用いる熱可塑性繊維の断面形状に関しても特に制限はなく、円形、中空、扁平、あるいは星型等異型断面であってもかまわない。ここで用いられる繊維は、例えば、ショートカットファイバー、ステープルファイバー等の形態で用いてよく、不織布製造において適当な繊維形態を自由に選択することができる。   The average fiber length of the single fiber of the thermoplastic fiber used in the present invention is preferably 0.5 to 60 mm. If the average fiber length is less than 0.5 mm, the fibers may fall off during the process of manufacturing the nonwoven fabric, and particularly when the nonwoven fabric is manufactured by wet papermaking, the drainage during the process may be deteriorated. Is not preferable because it may greatly deteriorate the value. When the average fiber length is larger than 60 mm, it is not preferable because the processability may deteriorate due to entanglement of thermoplastic fibers in the nonwoven fabric manufacturing process. More preferably, it is 1-55 mm, More preferably, it is 3-50 mm. In addition, there is no restriction | limiting in particular regarding the cross-sectional shape of the thermoplastic fiber used by this invention, Circular, hollow, flat, or atypical cross sections, such as a star shape, may be sufficient. The fiber used here may be used in the form of, for example, a shortcut fiber, a staple fiber, etc., and an appropriate fiber form can be freely selected in the production of the nonwoven fabric.

(熱可塑性繊維からなる不織布)
本発明の熱可塑性繊維からなる不織布の製造方法は特に限定はなく、スパンレース不織布、ニードルパンチ不織布、スチームジェット不織布、乾式抄紙法、湿式抄紙法等が挙げられる。本発明の不織布には、ポリビニルアルコール系繊維等の水溶性ポリマー繊維、ポリエチレンテレフタレート系繊維等の熱融着繊維、パラ系アラミド繊維や全芳香族ポリエステル系繊維のパルプ状物)等を含んでいてもよい。また、紙の均一性や圧着性を高めるために、スプレードライによるバインダーを塗布したり、熱プレス工程を加えたりしてもよい。
(Nonwoven fabric made of thermoplastic fibers)
The method for producing the nonwoven fabric comprising the thermoplastic fiber of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include spunlace nonwoven fabric, needle punched nonwoven fabric, steam jet nonwoven fabric, dry papermaking method, and wet papermaking method. The nonwoven fabric of the present invention includes water-soluble polymer fibers such as polyvinyl alcohol fibers, heat-sealing fibers such as polyethylene terephthalate fibers, and pulp-like products of para-aramid fibers and wholly aromatic polyester fibers). Also good. Moreover, in order to improve the uniformity and press-fit property of paper, you may apply | coat the binder by spray drying or add a hot press process.

本発明の熱可塑性繊維からなる不織布の目付は、5〜500g/mであることが好ましい。目付が5g/mより小さい場合、地合斑が大きくなり、また工程通過性が悪化するので好ましくない。目付けが500g/mより大きい場合も、同様な理由で好ましくない。より好ましくは6〜300g/mであり、更に好ましくは7〜200g/mである。 It is preferable that the fabric weight of the nonwoven fabric which consists of a thermoplastic fiber of this invention is 5-500 g / m < 2 >. When the basis weight is less than 5 g / m 2 , the formation of spots becomes large and the process passability deteriorates, which is not preferable. A case where the basis weight is larger than 500 g / m 2 is not preferable for the same reason. More preferably, it is 6-300 g / m < 2 >, More preferably, it is 7-200 g / m < 2 >.

また、本発明の熱可塑性繊維からなる不織布の厚みは、0.1〜10mmであることが好ましい。厚みが0.1mm未満の場合には、地合斑が大きくなる他、不織布が破れる、あるいはひび割れる等の問題が生じ、工程通過性が悪化するため好ましくない。また、厚みが10mmよりも大きい場合には、地合斑の問題の他、成形時に基材を金型へと設置する際の操作性が極めて悪くなる等の問題が生じる。より好ましくは1〜7mm、更に好ましくは1〜5mmである。   Moreover, it is preferable that the thickness of the nonwoven fabric which consists of a thermoplastic fiber of this invention is 0.1-10 mm. If the thickness is less than 0.1 mm, undesired spots increase, and the nonwoven fabric breaks or cracks. In addition, when the thickness is larger than 10 mm, in addition to the problem of formation unevenness, there arises a problem that the operability when the base material is placed on the mold at the time of molding is extremely deteriorated. More preferably, it is 1-7 mm, More preferably, it is 1-5 mm.

更に、本発明の熱可塑性繊維からなる不織布のかさ密度は、0.01〜1.0g/cmであることが好ましい。かさ密度が0.01g/cm未満の場合には、不織布が嵩高となるため成形時の操作性が悪くなる、あるいは不織布に穴が開く、破れる等の問題の発生することが懸念される。またかさ密度が1.0g/cmを超える場合には、不織布が板状に近いものとなり、金型形状によっては賦形できない等の問題が生じる。 Furthermore, it is preferable that the bulk density of the nonwoven fabric which consists of the thermoplastic fiber of this invention is 0.01-1.0 g / cm < 3 >. When the bulk density is less than 0.01 g / cm 3 , the nonwoven fabric becomes bulky, so that the operability at the time of molding is deteriorated, or there is a concern that problems such as opening or tearing of the nonwoven fabric may occur. Moreover, when the bulk density exceeds 1.0 g / cm 3 , the nonwoven fabric is close to a plate shape, which causes a problem that it cannot be shaped depending on the mold shape.

(強化繊維)
本発明で用いる強化繊維については、本発明の効果を損なわない限り特に制限されず、有機繊維であっても無機繊維であってもよく、また、単独で、あるいは二種以上を組み合わせて用いてもよい。例えば、無機繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、セラミック繊維、玄武岩繊維、各種メタル繊維(例えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、チタン、ステンレス等)を例示することができ、また、有機繊維としては、全芳香族ポリエステル系繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、アラミド繊維、ポリスルフォンアミド繊維、フェノール樹脂繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維等を例示することができる。
(Reinforced fiber)
The reinforcing fiber used in the present invention is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and may be an organic fiber or an inorganic fiber, and may be used alone or in combination of two or more. Also good. For example, examples of inorganic fibers include carbon fibers, glass fibers, silicon carbide fibers, alumina fibers, ceramic fibers, basalt fibers, and various metal fibers (for example, gold, silver, copper, iron, nickel, titanium, stainless steel, etc.). Examples of organic fibers include wholly aromatic polyester fibers, polyphenylene sulfide fibers, aramid fibers, polysulfonamide fibers, phenol resin fibers, polyimide fibers, and fluorine fibers.

これらの強化繊維のうち、力学物性や難燃性、耐熱性、入手のし易さの点から、炭素繊維、ガラス繊維、全芳香族ポリエステル系繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、メタル繊維が好適に用いられる。   Of these reinforcing fibers, carbon fibers, glass fibers, wholly aromatic polyester fibers, aramid fibers, ceramic fibers, and metal fibers are preferred from the viewpoint of mechanical properties, flame retardancy, heat resistance, and availability. Used.

(強化繊維基材、及び繊維強化樹脂複合体)
本発明の繊維強化樹脂複合体は、前記強化繊維からなる織物、編み物、及び引き揃え糸シート状物からなる群より選択された少なくとも1つの形態を有する布帛に対して、前記熱可塑性繊維で構成された不織布を重ね合わせてなる強化繊維基材を用いることが重要である。好ましくは、前記強化繊維基材を一枚ないしは複数枚積層して、該熱可塑性繊維の流動開始温度以上の温度で加熱加圧成形することで繊維強化樹脂複合体を得ることができる。
(Reinforced fiber base material and fiber reinforced resin composite)
The fiber-reinforced resin composite of the present invention is composed of the thermoplastic fiber with respect to a fabric having at least one form selected from the group consisting of a woven fabric, a knitted fabric, and an aligned yarn sheet-like material composed of the reinforcing fibers. It is important to use a reinforcing fiber base material formed by laminating the formed nonwoven fabrics. Preferably, the fiber reinforced resin composite can be obtained by laminating one or a plurality of the reinforcing fiber bases and performing heat and pressure molding at a temperature equal to or higher than the flow start temperature of the thermoplastic fiber.

加熱加圧成形方法については特に制限はなく、スタンパブル成形や加圧成形、真空圧着成形、GMT成形のような一般的な圧縮成形が好適に用いられる。その時の成形温度は用いる熱可塑性繊維の流動開始温度や分解温度に併せて設定すればよい。例えば、熱可塑性繊維が結晶性樹脂からなる場合、成形温度は熱可塑性繊維の融点以上、(融点+100℃)以下の範囲であることが好ましい。また、熱可塑性繊維が非晶性樹脂からなる場合、成形温度は熱可塑性繊維のガラス転移温度以上、(ガラス転移温度+200℃)以下の範囲であることが好ましい。   There is no particular limitation on the heat and pressure molding method, and general compression molding such as stampable molding, pressure molding, vacuum pressure molding, and GMT molding is preferably used. What is necessary is just to set the shaping | molding temperature at that time according to the flow start temperature and decomposition temperature of the thermoplastic fiber to be used. For example, when the thermoplastic fiber is made of a crystalline resin, the molding temperature is preferably in the range from the melting point of the thermoplastic fiber to (melting point + 100 ° C.). Moreover, when a thermoplastic fiber consists of an amorphous resin, it is preferable that a shaping | molding temperature is the range of the glass transition temperature of a thermoplastic fiber or more and (glass transition temperature +200 degreeC) or less.

加熱加圧成形する際の圧力も特に制限はないが、通常は0.05N/mm以上の圧力で行われる。加熱加圧成形する際の時間も特に制限はないが、長時間高温に曝すとポリマーが劣化してしまう可能性があるので、通常は30分間以内であることが好ましい。また、得られる繊維強化樹脂複合体の厚さや密度は、強化繊維の種類や加える圧力で適宜設定可能である。更には、得られる繊維強化樹脂複合体の形状にも特に制限は無く、適宜設定可能である。目的に応じて、仕様の異なる熱可塑性繊維からなる不織布、あるいは強化繊維基材を複数枚積層したり、あるいはある大きさの金型の中に別々に配置したりして、加熱加圧成形することも可能である。場合によっては、他の強化繊維織物や繊維強化樹脂複合体と併せて成形することもできる。そして、目的に応じて、一度加熱加圧成形して得られた繊維強化樹脂複合体を、再度加熱加圧成形することも可能である。 The pressure at the time of heat and pressure molding is not particularly limited, but is usually 0.05 N / mm 2 or more. The time for the heat and pressure molding is not particularly limited, but the polymer may be deteriorated when exposed to a high temperature for a long time. Therefore, it is usually preferably within 30 minutes. Further, the thickness and density of the obtained fiber reinforced resin composite can be appropriately set depending on the type of reinforcing fiber and the applied pressure. Furthermore, there is no restriction | limiting in particular also in the shape of the fiber reinforced resin composite obtained, and it can set suitably. Depending on the purpose, multiple layers of non-woven fabrics made of thermoplastic fibers with different specifications or reinforced fiber base materials are laminated, or placed separately in a mold of a certain size, and heated and pressed. It is also possible. In some cases, it can be molded together with other reinforcing fiber fabrics or fiber reinforced resin composites. And according to the objective, it is also possible to heat-press-mold again the fiber reinforced resin composite obtained by heat-press-molding once.

また、本発明の繊維強化樹脂複合体は、前記強化繊維基材を、該繊維基材を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維の流動開始温度よりも高い温度にて加熱加圧成形する際に、予め該流動開始温度よりも低い温度にて加圧成形し、半含浸状態としてから得られる複合体であることが、賦形成形性の点から好ましい。   Moreover, when the fiber-reinforced resin composite of the present invention is formed by heating and pressing the reinforcing fiber base at a temperature higher than the flow start temperature of the fiber made of a thermoplastic resin constituting the fiber base, It is preferable from the viewpoint of the formability that the composite is obtained by press-molding in advance at a temperature lower than the flow start temperature and making it a semi-impregnated state.

前記繊維強化樹脂複合体は、24℃での曲げ強度と曲げ弾性率がそれぞれ150MPa以上、及び5GPa以上であることが好ましい。曲げ強度と曲げ弾性率がそれぞれ150MPa、及び5GPaより小さい場合、使用が限られるので好ましくない。好ましくは、曲げ強度と弾性率がそれぞれ160MPa以上、及び5.5GPa以上であり、更に好ましくは170MPa以上、及び6GPa以上である。   The fiber reinforced resin composite preferably has a bending strength and a flexural modulus at 24 ° C. of 150 MPa or more and 5 GPa or more, respectively. When the bending strength and the flexural modulus are smaller than 150 MPa and 5 GPa, respectively, use is limited, which is not preferable. Preferably, the bending strength and the elastic modulus are 160 MPa or more and 5.5 GPa or more, respectively, more preferably 170 MPa or more and 6 GPa or more.

また、本発明の繊維強化樹脂複合体は、その密度が2.00g/cm以下であることが好ましい。密度が2.00g/mより大きいと、軽量化に資する繊維強化樹脂複合体とは言えず、用途が限られる場合がある。より好ましくは1.95g/cm以下、更に好ましくは1.90g/cm以下である。 In addition, the density of the fiber reinforced resin composite of the present invention is preferably 2.00 g / cm 3 or less. If the density is greater than 2.00 g / m 3 , it cannot be said to be a fiber-reinforced resin composite that contributes to weight reduction, and its use may be limited. More preferably, it is 1.95 g / cm < 3 > or less, More preferably, it is 1.90 g / cm < 3 > or less.

更に、本発明の繊維強化樹脂複合体は、その厚みが0.5mm以上であることが好ましい。0.5mmより薄い場合、得られる繊維強化樹脂複合体の強力が低くなったり、生産コストが高くなったりするため好ましくない。好ましくは、0.7mm以上、より好ましくは1mm以上である。   Furthermore, the fiber reinforced resin composite of the present invention preferably has a thickness of 0.5 mm or more. When the thickness is less than 0.5 mm, the strength of the resulting fiber-reinforced resin composite is lowered and the production cost is increased, which is not preferable. Preferably, it is 0.7 mm or more, more preferably 1 mm or more.

本発明の繊維強化樹脂複合体は、優れた力学物性と耐熱性、難燃性、寸法安定性、成形性を兼ね備えているだけでなく、特別な工程を必要とせず安価に製造できることから、例えば、パソコン、ディスプレイ、OA機器、携帯電話、携帯情報端末、デジタルビデオカメラ、光学機器、オーディオ、エアコン、照明機器、玩具用品、その他家電製品等の筐体、トレイ、シャーシ、内装部材、またはそのケース等の電気・電子機器部品、支柱、パネル、補強材等の土木、建材用部品、各種メンバ、各種フレーム、各種ヒンジ、各種アーム、各種車軸、各種車輪用軸受、各種ビーム、各種ピラー、各種メンバ、各種フレーム、各種ビーム、各種サポート、各種レール、各種ヒンジ等の、外板、またはボディー部品、バンパー、モール、アンダーカバー、エンジンカバー、整流板、スポイラー、カウルルーバー、エアロパーツ等外装部品、インストルメントパネル、シートフレーム、ドアトリム、ピラートリム、ハンドル、各種モジュール等の内装部品、またはモーター部品、CNGタンク、ガソリンタンク、燃料ポンプ、エアーインテーク、インテークマニホールド、キャブレターメインボディー、キャブレタースペーサー、各種配管、各種バルブ等の燃料系、排気系、または吸気系部品等の自動車、二輪車用構造部品、ランディングギアポッド、ウィングレット、スポイラー、エッジ、ラダー、エレベーター、フェイリング、リブ等の航空機用部品に好適に用いられる。   The fiber-reinforced resin composite of the present invention not only has excellent mechanical properties and heat resistance, flame retardancy, dimensional stability, and moldability, but can be manufactured at low cost without requiring a special process. , PCs, displays, OA equipment, mobile phones, personal digital assistants, digital video cameras, optical equipment, audio, air conditioners, lighting equipment, toy products, housings for other home appliances, trays, chassis, interior members, or cases thereof Electrical and electronic equipment parts such as, civil works such as columns, panels, reinforcing materials, building material parts, various members, various frames, various hinges, various arms, various axles, various wheel bearings, various beams, various pillars, various members , Various frames, various beams, various supports, various rails, various hinges, outer panels or body parts, bumpers, moldings, undercovers , Engine covers, rectifier plates, spoilers, cowl louvers, aero parts and other exterior parts, instrument panels, seat frames, door trims, pillar trims, handles, various parts such as modules, or motor parts, CNG tanks, gasoline tanks, fuel pumps , Air intake, intake manifold, carburetor main body, carburetor spacer, various pipes, various fuel systems such as valves, exhaust systems or intake system parts, motorcycle structural parts, landing gear pods, winglets, spoilers, edges It is suitably used for aircraft parts such as ladders, elevators, failings, and ribs.

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は本実施例により何等限定されるものではない。なお、以下の実施例において、熱可塑性樹脂のガラス転移温度をはじめとする各項目は、下記の方法により測定したものを示す。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited at all by this Example. In the following examples, each item including the glass transition temperature of the thermoplastic resin is measured by the following method.

[ガラス転移温度 ℃]
熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、レオロジ社製の固体動的粘弾性装置「レオスペクトラDVE−V4」を用い、周波数10Hz、昇温速度10℃/minで損失正接(tanδ)の温度依存性を測定し、そのピーク温度から求めた。ここで、tanδのピーク温度とは、tanδの値の温度に対する変化量の第1次微分値がゼロとなる温度のことである。
[Glass transition temperature ° C]
The glass transition temperature of the thermoplastic resin has a temperature dependence of loss tangent (tan δ) at a frequency of 10 Hz and a heating rate of 10 ° C./min using a solid dynamic viscoelastic device “Rheospectra DVE-V4” manufactured by Rheology. Measured and determined from the peak temperature. Here, the peak temperature of tan δ is a temperature at which the first derivative of the amount of change with respect to the temperature of the value of tan δ becomes zero.

[MFR g/10min]
熱可塑性樹脂のMFRは、テクノセブン社製の「メルトインデクサー L244−2531」を用い、結晶性樹脂の場合には結晶融解温度より30℃高い温度において、非晶性樹脂の場合にはガラス転移温度より120℃高い温度において、ノズル径2.095mmφ、荷重6.66kg、10分間における吐出量を測定することにより算出した。
[MFR g / 10min]
The MFR of the thermoplastic resin is “Melt Indexer L244-2531” manufactured by Techno Seven, which is 30 ° C. higher than the crystal melting temperature in the case of a crystalline resin, and the glass transition in the case of an amorphous resin. It was calculated by measuring the discharge amount at a nozzle diameter of 2.095 mmφ and a load of 6.66 kg for 10 minutes at a temperature 120 ° C. higher than the temperature.

[分子量分布(Mw/Mn)]
熱可塑性樹脂の分子量分布は、Waters社製のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)、1500ALC/GPC(ポリスチレン換算)を用いて測定した。クロロホルムを溶媒として、0.2重量%となるように試料を溶解した後、ろ過して測定に供した。得られた重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比から、分子量分布(Mw/Mn)を求めた。
[Molecular weight distribution (Mw / Mn)]
The molecular weight distribution of the thermoplastic resin was measured using water permeation gel permeation chromatography (GPC) and 1500 ALC / GPC (polystyrene conversion). Using chloroform as a solvent, the sample was dissolved so as to be 0.2% by weight, and then filtered and used for measurement. The molecular weight distribution (Mw / Mn) was determined from the ratio of the obtained weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn).

[平均繊度 dtex]
熱可塑性繊維のマルチフィラメントから無作為に100本抜き出し、それぞれの繊度を測定し、単繊維の平均繊度を求めた。
[Average fineness dtex]
One hundred fibers were randomly extracted from the multifilament of thermoplastic fibers, the fineness of each was measured, and the average fineness of single fibers was determined.

[平均繊維長 mm]
熱可塑性繊維のカット糸から無作為に100本抜き出し、それぞれの繊維長を測定し、平均繊維長を求めた。
[Average fiber length mm]
100 pieces were randomly extracted from the cut yarn of the thermoplastic fiber, the length of each fiber was measured, and the average fiber length was determined.

[目付 g/m、厚み mm、かさ密度 g/m
熱可塑性繊維からなる不織布に関して、JIS L1913試験法に準じて測定し、n=3の平均値を採用した。
[Weight per unit g / m 2 , thickness mm, bulk density g / m 3 ]
The nonwoven fabric made of thermoplastic fibers was measured according to the JIS L1913 test method, and an average value of n = 3 was adopted.

[曲げ強度 MPa、曲げ弾性率 GPa]
繊維強化樹脂複合体に関して、24℃ならびに100℃における曲げ強度ならびに曲げ弾性率は、ASTM790に準拠して測定した。
[Bending strength MPa, flexural modulus GPa]
With respect to the fiber reinforced resin composite, the bending strength and the flexural modulus at 24 ° C. and 100 ° C. were measured according to ASTM 790.

[難燃性]
繊維強化樹脂複合体の難燃性は、UL94 V規格の方法に準拠して測定した。
[Flame retardance]
The flame retardancy of the fiber reinforced resin composite was measured according to the method of UL94 V standard.

[含浸性]
強化繊維基材の含浸性に関する評価は、繊維強化樹脂複合体の断面を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、断面中にボイドが占める面積比率により以下の通り3段階で評価した。
○:ボイドが占める面積が10%未満
△:ボイドが占める面積が10%以上30%未満
×:ボイドが占める面積が30%以上
[Impregnation]
The evaluation regarding the impregnation property of the reinforcing fiber base was evaluated in three stages as follows according to the area ratio occupied by voids in the cross section by observing the cross section of the fiber reinforced resin composite with a scanning electron microscope (SEM).
○: Area occupied by voids is less than 10% Δ: Area occupied by voids is 10% or more and less than 30% ×: Area occupied by voids is 30% or more

[賦形成形性]
強化繊維基材の賦形成形性に関し、図1のような金型を用いて成形した際に、得られる繊維強化樹脂複合体の外観を観察することにより、以下の観点から3段階で評価した。
○:外観に皺等が見られず、良好である。
△:一部外観に皺等が見られる。
×:一部外観に穴等が見られ、不良である。
[Shaping formability]
With respect to the formability of the reinforcing fiber base material, it was evaluated in three stages from the following viewpoints by observing the appearance of the resulting fiber reinforced resin composite when molded using a mold as shown in FIG. .
○: No appearance of wrinkles and the like is good.
Δ: Wrinkles and the like are seen in part of the appearance.
X: A hole etc. are seen in some external appearances, and it is inferior.

[実施例1]
(1)非晶性樹脂であるポリエーテルイミド(以下、PEIと略称することがある)系ポリマー(サービックイノベイティブプラスチックス社製「ULTEM9001」)を150℃で12時間真空乾燥した。ここで用いた樹脂のガラス転移温度は217℃であり、MFRは、337℃(前記ガラス転移温度より120℃高い)で42g/10minであった。
(2)上記(1)のポリマーを紡糸ヘッド温度390℃、紡糸速度1500m/分、吐出量50g/分の条件で丸孔ノズルより吐出し、2640dtex/1200fのPEI系繊維のマルチフィラメントを得た。次いで、得られた繊維を捲縮加工した後、長さを51mmにカットし、ステープルファイバーを得た。
(3)得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維の平均繊度は2.2dtex、平均繊維長は51.1mmであった。
(4)得られたステープルファイバーをスパンレース法により布帛化し、190℃でロールプレスすることにより、目付け100g/m、厚み0.5mm、かさ密度0.2g/cmのPEI系繊維からなる不織布を得た。
(5)強化繊維からなる布帛としての炭素繊維織物(東邦テナックス社製「W−3101:3K織物、200g/m目付け」の上下両面に、上記(4)で得られたPEI系繊維からなる不織布を重ね合わせたものを1セットとして強化繊維基材を得た。該繊維基材を6枚積層させた後(総目付け=2400g/m)、PEI系繊維が全て溶ける温度である360℃で3分間圧縮成形して平板を成形し、繊維強化樹脂複合体を得た。なお、該複合体における強化繊維と熱可塑性樹脂の重量比率は1:1である。
(6)得られた複合体の外観は良好であり、また複合体断面内のボイドも殆ど観測されず、含浸性に優れる結果となった。室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、710MPa、41.7GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、570MPa、33.8GPaで、その保持率はそれぞれ、80%、81%となり、耐熱性に優れるものであった。また、難燃性はUL94 V−0規格に合格した。
(7)(5)と同様の繊維基材を用いて図1に示す金型にて賦形成形を実施した。得られた繊維強化樹脂複合体は目立った皺や基材の目ズレ等も起こっておらず、外観は良好で賦形成形性に優れるものであった。
[Example 1]
(1) A polyetherimide (hereinafter sometimes abbreviated as PEI) polymer (“ULTEM 9001” manufactured by Servic Innovative Plastics), which is an amorphous resin, was vacuum-dried at 150 ° C. for 12 hours. The glass transition temperature of the resin used here was 217 ° C., and the MFR was 42 g / 10 min at 337 ° C. (120 ° C. higher than the glass transition temperature).
(2) The polymer of (1) was discharged from a round hole nozzle under the conditions of a spinning head temperature of 390 ° C., a spinning speed of 1500 m / min, and a discharge rate of 50 g / min, to obtain a PEI fiber multifilament of 2640 dtex / 1200 f. . Next, after crimping the obtained fiber, the length was cut to 51 mm to obtain a staple fiber.
(3) The appearance of the obtained fiber was good without fluff and the like, the average fineness of the single fiber was 2.2 dtex, and the average fiber length was 51.1 mm.
(4) The obtained staple fiber is made into a fabric by a spunlace method, and roll-pressed at 190 ° C., thereby comprising a PEI fiber having a basis weight of 100 g / m 2 , a thickness of 0.5 mm, and a bulk density of 0.2 g / cm 3. A nonwoven fabric was obtained.
(5) A carbon fiber woven fabric as a fabric made of reinforcing fibers (made of Toei Tenax “W-3101: 3K woven fabric, 200 g / m 2 basis weight”) on the upper and lower surfaces of the PEI fiber obtained in (4) above. Reinforced fiber base material was obtained as a set of laminated non-woven fabrics, and after the six fiber base materials were laminated (total basis weight = 2400 g / m 2 ), the temperature at which all PEI fibers melted was 360 ° C. A flat plate was formed by compression molding for 3 minutes to obtain a fiber reinforced resin composite, wherein the weight ratio of the reinforced fiber and the thermoplastic resin in the composite was 1: 1.
(6) The appearance of the obtained composite was good, and voids in the cross section of the composite were hardly observed, resulting in excellent impregnation properties. The bending strength and flexural modulus at room temperature are 710 MPa, 41.7 GPa and the flexural modulus and flexural modulus at 100 ° C. are 570 MPa and 33.8 GPa, respectively, and the retention rates are 80% and 81%, respectively. It was excellent in heat resistance. Moreover, the flame retardance passed UL94 V-0 standard.
(7) Using the same fiber base material as in (5), the shaping was carried out with the mold shown in FIG. The obtained fiber reinforced resin composite had no noticeable wrinkles or misalignment of the base material, and had a good appearance and excellent formability.

[実施例2]
実施例1の(4)の不織布に関して、目付け40g/m、厚み0.2mm、かさ密度0.2g/cmとし、且つ(5)の複合体に関して、重量比率(強化繊維:熱可塑性樹脂)が1:2.5となるように強化繊維基材を積層させたこと以外は、実施例1と同様な方法で繊維強化樹脂複合体を得た。得られた複合体の外観は良好であり、室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、990MPa、58.4GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、832MPa、50.2GPaで、その保持率はそれぞれ、84%、86%となり、耐熱性に優れるものであった。また、難燃性はUL94 V−0規格に合格し、含浸性、及び賦形成形性にも優れるものであった。
[Example 2]
With respect to the nonwoven fabric of (4) of Example 1, the basis weight is 40 g / m 2 , the thickness is 0.2 mm, the bulk density is 0.2 g / cm 3 , and the composite of (5) is weight ratio (reinforced fiber: thermoplastic resin) ) Was obtained by the same method as in Example 1 except that the reinforcing fiber base material was laminated so as to be 1: 2.5. Appearance of the obtained composite is good, bending strength at room temperature and bending elastic modulus are 990 MPa, 58.4 GPa, bending strength at 100 ° C., bending elastic modulus are 832 MPa and 50.2 GPa, respectively. The retention rates were 84% and 86%, respectively, and the heat resistance was excellent. Moreover, the flame retardance passed UL94 V-0 standard, and it was excellent also in the impregnation property and the shaping property.

[実施例3]
実施例1の(5)の強化繊維からなる布帛に関して、ガラス繊維織物(ユニチカ社製「M205K 104H:200g/m」としたこと以外は実施例1と同様な方法で繊維強化樹脂複合体を得た。得られた複合体の外観は良好であり、室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、550MPa、19.1GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、440MPa、15.5GPaで、その保持率はそれぞれ、80%、81%となり、耐熱性に優れるものであった。また、難燃性はUL94 V−0規格に合格し、含浸性、及び賦形成形性にも優れるものであった。
[Example 3]
With respect to the fabric comprising the reinforcing fiber of (5) of Example 1, a fiber reinforced resin composite was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was a glass fiber fabric ("M205K 104H: 200 g / m 2 " manufactured by Unitika). The appearance of the obtained composite was good, the bending strength at room temperature and the bending elastic modulus were 550 MPa, 19.1 GPa, bending strength at 100 ° C., and the bending elastic modulus were 440 MPa and 15.5, respectively. At 5 GPa, the retention rates were 80% and 81%, respectively, and the heat resistance was excellent, and the flame retardancy passed the UL94 V-0 standard, impregnation and formability. It was excellent.

[実施例4]
(1)結晶性樹脂である半芳香族ポリアミド系ポリマー(クラレ社製「ジェネスタPA9MT」)を80℃で12時間真空乾燥した。ここで用いた樹脂のガラス転移温度は125℃、結晶融解温度は262℃であり、MFRは、292℃(前記結晶融解温度より30℃高い)で30g/10minであった。
(2)上記(1)のポリマーを紡糸ヘッド温度310℃、紡糸速度1500m/分、吐出量50g/分の条件で丸孔ノズルより吐出し、半芳香族ポリアミド系繊維のマルチフィラメントを得た。次いで、得られた繊維に捲縮加工を施し、長さを51mmにカットしてステープルファイバーを得た。
(3)得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維の平均繊度は0.7dtex、平均繊維長は51.2mmであった。
(4)得られたステープルファイバーをスパンレース法により布帛化し、150℃でロールプレスすることにより、目付け100g/m、厚み0.5mm、かさ密度0.2g/cmの半芳香族ポリアミド系繊維からなる不織布を得た。
(5)強化繊維からなる布帛としての炭素繊維織物(東邦テナックス社製「W−3101:3K織物、200g/m目付け」の上下両面に、上記(4)で得られた半芳香族ポリアミド系繊維からなる不織布を重ね合わせたものを1セットとして強化繊維基材を得た。該繊維基材を6枚積層させた後(総目付け=2400g/m)、半芳香族ポリアミド系繊維が全て溶ける温度である320℃で3分間圧縮成形して平板を成形し、繊維強化樹脂複合体を得た。
(6)得られた複合体の外観は良好であり、室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、600MPa、48.3GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、498MPa、40.6GPaで、その保持率はそれぞれ、83%、84%となり、耐熱性に優れるものであった。一方、半芳香族ポリアミド系樹脂が難燃性を有しないため、UL94 V−0規格には合格しなかったが、含浸性、及び賦形成形性には優れるものであった。
[Example 4]
(1) A semi-aromatic polyamide polymer (“Genesta PA9MT” manufactured by Kuraray Co., Ltd.), which is a crystalline resin, was vacuum-dried at 80 ° C. for 12 hours. The resin used here had a glass transition temperature of 125 ° C., a crystal melting temperature of 262 ° C., and an MFR of 292 ° C. (30 ° C. higher than the crystal melting temperature) and 30 g / 10 min.
(2) The polymer of (1) was discharged from a round hole nozzle under the conditions of a spinning head temperature of 310 ° C., a spinning speed of 1500 m / min, and a discharge rate of 50 g / min, to obtain a multifilament of semi-aromatic polyamide fiber. Subsequently, the obtained fiber was crimped and cut into a length of 51 mm to obtain a staple fiber.
(3) The appearance of the obtained fiber was good without fluff and the like, the average fineness of the single fiber was 0.7 dtex, and the average fiber length was 51.2 mm.
(4) The obtained staple fiber is made into a fabric by the spunlace method, and roll pressed at 150 ° C. to give a semi-aromatic polyamide system having a basis weight of 100 g / m 2 , a thickness of 0.5 mm, and a bulk density of 0.2 g / cm 3. A nonwoven fabric made of fibers was obtained.
(5) Carbon fiber fabric as a fabric composed of reinforcing fibers (on the upper and lower surfaces of “W-3101: 3K fabric, 200 g / m 2 basis weight” manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.) The semi-aromatic polyamide system obtained in (4) above Reinforced fiber base material was obtained as a set of non-woven fabrics made of fibers, and after lamination of 6 fiber base materials (total basis weight = 2400 g / m 2 ), all semi-aromatic polyamide fibers were A flat plate was formed by compression molding at 320 ° C. for 3 minutes to obtain a fiber reinforced resin composite.
(6) Appearance of the obtained composite is good, bending strength and bending elastic modulus at room temperature are 600 MPa, 48.3 GPa, bending strength at 100 ° C., bending elastic modulus are 498 MPa and 40. respectively. At 6 GPa, the retention rates were 83% and 84%, respectively, and the heat resistance was excellent. On the other hand, since the semi-aromatic polyamide-based resin does not have flame retardancy, it did not pass the UL94 V-0 standard, but was excellent in impregnation and formability.

[実施例5]
(1)結晶性樹脂であるポリエーテルケトンケトン(以下、PEKKと略称することがある)系ポリマー(アルケマ社製「8000番シリーズ」)を80℃で12時間真空乾燥した。ここで用いた樹脂のガラス転移温度は160℃、結晶融解温度は305℃であり、MFRは、335℃(前記結晶融解温度より30℃高い)で50g/10minであった。
(2)上記(1)のポリマーを紡糸ヘッド温度370℃、紡糸速度1500m/分、吐出量50g/分の条件で丸孔ノズルより吐出し、PEKK系繊維のマルチフィラメントを得た。次いで、得られた繊維に捲縮加工を施し、長さを51mmにカットしてステープルファイバーを得た。
(3)得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維の平均繊度は5.0dtex、平均繊維長は51.1mmであった。
(4)ステープルファイバーをスパンレース法により布帛化し、190℃でロールプレスすることにより、目付け100g/m、厚み0.5m、かさ密度0.2g/cmのPEKK系繊維からなる不織布を得た。
(5)強化繊維からなる布帛としての炭素繊維織物(東邦テナックス社製「W−3101:3K織物、200g/m目付け」の上下両面に、上記(4)で得られたPEKK系繊維からなる不織布を重ね合わせたものを1セットとして強化繊維基材を得た。該繊維基材を6枚積層させた後(総目付け=2400g/m)、PEKK系繊維が全て溶ける温度である390℃で3分間圧縮成形して平板を成形し、繊維強化樹脂複合体を得た。
(6)得られた複合体の外観は良好であり、室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、730MPa、42.5GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、621MPa、36.1GPaで、その保持率はそれぞれ、85%、85%となり、耐熱性に優れるものであった。また、難燃性はUL94 V−0規格に合格し、含浸性、及び賦形成形性にも優れるものであった。
[Example 5]
(1) Polyetherketoneketone (hereinafter, sometimes abbreviated as PEKK) polymer (Arkema “8000 series”), which is a crystalline resin, was vacuum-dried at 80 ° C. for 12 hours. The glass transition temperature of the resin used here was 160 ° C., the crystal melting temperature was 305 ° C., and the MFR was 335 ° C. (30 ° C. higher than the crystal melting temperature) and 50 g / 10 min.
(2) The polymer of (1) was discharged from a round hole nozzle under the conditions of a spinning head temperature of 370 ° C., a spinning speed of 1500 m / min, and a discharge rate of 50 g / min, to obtain a PEKK-based fiber multifilament. Subsequently, the obtained fiber was crimped and cut into a length of 51 mm to obtain a staple fiber.
(3) The appearance of the obtained fiber was good without fluff and the like, the average fineness of the single fiber was 5.0 dtex, and the average fiber length was 51.1 mm.
(4) Fabricating the staple fiber by the spunlace method and roll pressing at 190 ° C. to obtain a nonwoven fabric made of PEKK fiber having a basis weight of 100 g / m 2 , a thickness of 0.5 m, and a bulk density of 0.2 g / cm 3 It was.
(5) Carbon fiber fabric as a fabric made of reinforcing fibers (made of PEKK-based fiber obtained in (4) above and below both sides of “W-3101: 3K fabric, 200 g / m 2 basis weight” manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.) Reinforced fiber base material was obtained as a set of laminated non-woven fabrics, and after laminating six of the fiber base materials (total weight = 2400 g / m 2 ), 390 ° C., the temperature at which all PEKK fibers melt The plate was molded by compression molding for 3 minutes to obtain a fiber-reinforced resin composite.
(6) Appearance of the obtained composite is good, bending strength at room temperature and bending elastic modulus are 730 MPa, 42.5 GPa, bending strength at 100 ° C., bending elastic modulus are 621 MPa, 36. At 1 GPa, the retention rates were 85% and 85%, respectively, and the heat resistance was excellent. Moreover, the flame retardance passed UL94 V-0 standard, and it was excellent also in the impregnation property and the shaping property.

[実施例6]
(1)結晶性樹脂である熱可塑性ポリイミド系ポリマー(三井化学社製「PL450C」)を80℃で12時間真空乾燥した。ここで用いた樹脂のガラス転移温度は250℃、結晶融解温度は387℃であり、MFRは、417℃(前記結晶融解温度より30℃高い)で55g/10minであった。
(2)上記(1)のポリマーを紡糸ヘッド温度420℃、紡糸速度1500m/分、吐出量50g/分の条件で丸孔ノズルより吐出し、熱可塑性ポリイミド系繊維のマルチフィラメントを得た。次いで、得られた繊維に捲縮加工を施し、長さを51mmにカットしてステープルファイバーを得た。
(3)得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維の平均繊度は5.6dtex、平均繊維長は51.1mmであった。
(4)上記(3)で得られた繊維ステープルファイバーをスパンレース法により布帛化し、190℃でロールプレスすることにより、目付け100g/m、厚み0.5mm、かさ密度0.2g/cmの熱可塑性ポリイミド系繊維からなる不織布を得た。
(5)強化繊維基材としての炭素繊維織物(東邦テナックス社製「W−3101:3K織物、200g/m目付け」の上下両面に、上記(4)で得られた熱可塑性ポリイミド系繊維からなる不織布を重ね合わせたものを1セットとして強化繊維基材を得た。該繊維基材を6枚積層させた後(総目付け=2400g/m)、熱可塑性ポリイミド系繊維が全て溶ける温度である400℃で3分間圧縮成形して平板を成形し、繊維強化樹脂複合体を得た。
(6)得られた複合体の外観は良好であり、成形時の操作性にも優れていた。室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、650MPa、41.5GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、585MPa、36.9GPaで、その保持率はそれぞれ、90%、89%となり、耐熱性に優れるものであった。また、難燃性はUL94 V−0規格に合格し、含浸性、及び賦形成形性にも優れるものであった。
[Example 6]
(1) A thermoplastic polyimide polymer (“PL450C” manufactured by Mitsui Chemicals), which is a crystalline resin, was vacuum-dried at 80 ° C. for 12 hours. The resin used here had a glass transition temperature of 250 ° C., a crystal melting temperature of 387 ° C., and an MFR of 417 ° C. (30 ° C. higher than the crystal melting temperature) and 55 g / 10 min.
(2) The polymer of (1) was discharged from a round hole nozzle under the conditions of a spinning head temperature of 420 ° C., a spinning speed of 1500 m / min, and a discharge rate of 50 g / min, to obtain multifilaments of thermoplastic polyimide fibers. Subsequently, the obtained fiber was crimped and cut into a length of 51 mm to obtain a staple fiber.
(3) The appearance of the obtained fiber was good without fluff and the like, the average fineness of the single fiber was 5.6 dtex, and the average fiber length was 51.1 mm.
(4) The fiber staple fiber obtained in the above (3) is made into a fabric by a spunlace method and roll-pressed at 190 ° C., whereby the basis weight is 100 g / m 2 , the thickness is 0.5 mm, and the bulk density is 0.2 g / cm 3. A nonwoven fabric made of thermoplastic polyimide fiber was obtained.
(5) Carbon fiber woven fabric as a reinforcing fiber base material (from Toho Tenax Co., Ltd. “W-3101: 3K woven fabric, 200 g / m 2 basis weight”) on the upper and lower surfaces of the thermoplastic polyimide fiber obtained in (4) above Reinforced fiber base material was obtained as a set of laminated non-woven fabrics, and after laminating 6 pieces of the fiber base material (total weight = 2400 g / m 2 ), at a temperature at which all thermoplastic polyimide fibers melt. A flat plate was formed by compression molding at 400 ° C. for 3 minutes to obtain a fiber-reinforced resin composite.
(6) The appearance of the obtained composite was good and the operability during molding was also excellent. Flexural strength and flexural modulus at room temperature are 650 MPa, 41.5 GPa, and flexural strength and flexural modulus at 100 ° C. are 585 MPa and 36.9 GPa, respectively, and their retention rates are 90% and 89%, respectively. It was excellent in heat resistance. Moreover, the flame retardance passed UL94 V-0 standard, and it was excellent also in the impregnation property and the shaping property.

[比較例1]
(1)実施例1のポリエーテルイミド系ポリマーを、より粘度の低い樹脂(サービックイノベイティブプラスチックス社製「ULTEM1040」)としたこと以外は、実施例1と同様の方法にて目付け100g/m、厚み0.5mm、かさ密度0.2g/cmのPEI系繊維からなる不織布を得た。ここで用いた樹脂のガラス転移温度は217℃で、MFRは337℃(前記ガラス転移温度より120℃高い)で105g/10minであった。
(2)強化繊維基材としての炭素繊維織物(東邦テナックス社製「W−3101:3K織物、200g/m目付け」の上下両面に、上記(1)で得られたPEI系繊維からなる不織布を重ね合わせたものを1セットとして強化繊維基材を得た。該繊維基材を6枚積層させた後(総目付け=2400g/m)、PEI系繊維が全て溶ける温度である360℃で3分間圧縮成形して平板を成形し、繊維強化樹脂複合体を得た。
(3)得られた複合体の外観は良好であり、また複合体断面内のボイドも殆ど観測されなかった。しかし、室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、560MPa、39.1GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、420MPa、30.1GPaで、その保持率がそれぞれ75%、77%となり、力学物性に劣るものであった。一方、難燃性はUL94 V−0規格に合格した。
(4)(2)と同様の繊維基材を用いて図1に示す金型にて賦形成形を実施した。得られた繊維強化樹脂複合体は、目立った皺や基材の目ズレ等も起こっておらず、賦形成形性の点では問題ないが、前述したように、用いる樹脂の粘度が低いために力学物性に劣るものであった。
[Comparative Example 1]
(1) The basis weight is 100 g / m 2 in the same manner as in Example 1 except that the polyetherimide polymer of Example 1 is a resin having a lower viscosity (“ULTEM 1040” manufactured by Servic Innovative Plastics). A nonwoven fabric made of PEI fibers having a thickness of 0.5 mm and a bulk density of 0.2 g / cm 3 was obtained. The resin used here had a glass transition temperature of 217 ° C. and an MFR of 337 ° C. (120 ° C. higher than the glass transition temperature) and 105 g / 10 min.
(2) Carbon fiber fabric as a reinforcing fiber substrate (nonwoven fabric made of PEI fibers obtained in (1) above and below both surfaces of “W-3101: 3K fabric, 200 g / m 2 basis weight” manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. A reinforced fiber base material was obtained as a set of superposed fibers, and after laminating six of the fiber base materials (total basis weight = 2400 g / m 2 ), at a temperature of 360 ° C., the temperature at which all PEI fibers melt. A flat plate was formed by compression molding for 3 minutes to obtain a fiber-reinforced resin composite.
(3) The appearance of the obtained composite was good, and almost no voids in the cross section of the composite were observed. However, the bending strength and flexural modulus at room temperature are 560 MPa, 39.1 GPa, and the flexural modulus and flexural modulus at 100 ° C. are 420 MPa and 30.1 GPa, respectively, and the retention rates are 75% and 77%, respectively. The mechanical properties were inferior. On the other hand, flame retardancy passed UL94 V-0 standard.
(4) Using the same fiber base material as in (2), the forming was carried out with the mold shown in FIG. The obtained fiber reinforced resin composite has no noticeable wrinkles or misalignment of the base material, and there is no problem in the formability. However, as described above, the viscosity of the resin used is low. The mechanical properties were inferior.

[比較例2]
(1)強化繊維基材としての炭素繊維織物(東邦テナックス社製「W−3101:3K織物、200g/m目付け」の上下両面に、PEI系樹脂からなるフィルム(住友ベークライト社製「スミライトFS−1450:厚み75μm」)を重ね合わせたものを1セットとして強化繊維基材を得た。該繊維基材を6枚積層させた後(総目付け=2340g/m)、PEI系フィルムが全て溶ける温度である360℃で3分間圧縮成形して平板を成形し、繊維強化樹脂複合体を得た。なお、ここで用いた樹脂のガラス転移温度は217℃、MFRは、337℃(前記ガラス転移温度より120℃高い)で42g/10minであった。
(2)得られた複合体の外観は良好であったが、複合体断面中に確認できるボイドが観測され、含浸性に劣る結果であった。また、室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、610MPa、38.1GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ、476MPa、30.1GPaで、その保持率がそれぞれ78%、79%となり、力学物性に劣るものであった。一方、難燃性はUL94 V−0規格に合格した。
(3)(1)と同様の繊維基材を用いて図1に示す金型にて賦形成形を実施した。得られた繊維強化樹脂複合体はやや皺や繊維基材のズレ等が起こり、外観不良が発生し、賦形成形性に劣るものであった。
[Comparative Example 2]
(1) Carbon fiber woven fabric as a reinforcing fiber base (“W-3101: 3K woven fabric, 200 g / m 2 basis weight” manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.) films made of PEI resin (“Sumilite FS manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.”) -1450: 75 μm thickness ”) was obtained as a set to obtain a reinforced fiber base material. After the six fiber base materials were laminated (total basis weight = 2340 g / m 2 ), all the PEI film was A flat plate was formed by compression molding at a melting temperature of 360 ° C. for 3 minutes to obtain a fiber reinforced resin composite, where the glass transition temperature of the resin used here was 217 ° C., and the MFR was 337 ° C. It was 42 g / 10 min at 120 ° C. higher than the transition temperature.
(2) Although the appearance of the obtained composite was good, voids that could be confirmed in the cross section of the composite were observed, resulting in poor impregnation properties. The bending strength and bending elastic modulus at room temperature are 610 MPa, 38.1 GPa, and the bending strength and bending elastic modulus at 100 ° C. are 476 MPa and 30.1 GPa, respectively, and the holding ratios are 78% and 79%, respectively. The mechanical properties were inferior. On the other hand, flame retardancy passed UL94 V-0 standard.
(3) Using the same fiber base material as in (1), the forming was carried out with the mold shown in FIG. The obtained fiber reinforced resin composite was slightly wrinkled or misaligned with the fiber base, resulting in poor appearance and poor formability.

[比較例3]
(1)強化繊維基材としての炭素繊維織物(東邦テナックス社製「W−3101:3K織物、200g/m目付け」に、予め粉砕し、平均粒径が80μmであるPEI系パウダーを塗し、それを熱プレス成形機により300℃で3分間プレス成形し、強化繊維基材を作成した。ここで用いた樹脂のガラス転移温度は217℃で、MFRは337℃(前記ガラス転移温度より120℃高い)で42g/10minであった。この強化繊維基材を6枚積層させた後(総目付け=3050g/m)、PEI系パウダーが全て溶ける温度である360℃で3分間圧縮成形して平板を成形し、繊維強化樹脂複合体を得た。成形時における基材の設置等の操作性は良好であった。
(2)得られた複合体の外観は良好であったが、成形品断面中に確認できるボイドが観測され、含浸性に劣る結果となった。室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ600MPa、37.5GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ462MPa、28.9GPaであり、その保持率がそれぞれ77%、77%となり、力学物性に劣るものであった。一方、難燃性はUL94 V−0規格に合格した。
(3)図1に示す金型にて賦形成形を実施したところ、成形品外観に皺が確認され、賦形成形性に劣るものであった。
[Comparative Example 3]
(1) Carbon fiber woven fabric as a reinforcing fiber base ("W-3101: 3K woven fabric, 200 g / m 2 basis weight" manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.), pre-ground and coated with PEI powder having an average particle size of 80 μm Then, it was press-molded at 300 ° C. for 3 minutes by a hot press molding machine to prepare a reinforced fiber base material.The resin used here had a glass transition temperature of 217 ° C. and an MFR of 337 ° C. (120 from the glass transition temperature). It was 42 g / 10 min at 6 ° C. After laminating 6 sheets of this reinforcing fiber base material (total weight = 3050 g / m 2 ), compression molding was performed at 360 ° C., which is the temperature at which all PEI powder melts, for 3 minutes. The flat plate was molded to obtain a fiber reinforced resin composite, and the operability such as installation of the base material during molding was good.
(2) Although the appearance of the obtained composite was good, voids that could be confirmed in the cross section of the molded product were observed, resulting in poor impregnation properties. The bending strength and bending elastic modulus at room temperature are 600 MPa and 37.5 GPa, respectively, the bending strength and bending elastic modulus at 100 ° C. are 462 MPa and 28.9 GPa, respectively, and the holding ratios are 77% and 77%, respectively. The physical properties were inferior. On the other hand, flame retardancy passed UL94 V-0 standard.
(3) When forming was carried out with the mold shown in FIG. 1, wrinkles were confirmed in the appearance of the molded product, and the forming shape was inferior.

[比較例4]
(1)結晶性樹脂であるポリアミド系ポリマー(宇部興産社製「UBEナイロン6」)を90℃で12時間真空乾燥した。ここで用いた樹脂のガラス転移温度は48℃、結晶融解温度は225℃であり、MFRは、255℃(前記結晶融解温度より30℃高い)で40g/10minであった。
(2)上記(1)のポリマーを紡糸ヘッド温度230℃、紡糸速度3000m/分、吐出量25g/分の条件で丸孔ノズルより吐出し、ポリアミド系繊維のマルチフィラメントを得た。次いで、得られた繊維に捲縮加工を施し、長さを51mmにカットしてステープルファイバーを得た。
(3)得られた繊維の外観は毛羽等なく良好で、単繊維の平均繊度は3.0dtex、平均繊維長は51.0mmであった。
(4)上記(3)で得られた繊維ステープルファイバーをスパンレース法により布帛化し、150℃でロールプレスすることにより、目付け100g/m、厚み0.5mm、かさ密度0.2g/cmのポリアミド系繊維からなる不織布を得た。
(5)強化繊維基材としての炭素繊維織物(東邦テナックス社製「W−3101:3K織物、200g/m目付け」の上下両面に、上記(4)で得られたポリアミド系繊維からなる不織布を重ね合わせたものを1セットとして強化繊維基材を得た。該繊維基材を6枚積層させた後(総目付け=2400g/m)、ポリアミド系繊維が全て溶ける温度である250℃で3分間圧縮成形して平板を成形し、繊維強化樹脂複合体を得た。
(6)得られた複合体の外観は良好であり、また、含浸性、及び賦形成形性にも優れるものであった。しかし、室温での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ620MPa、45.0GPa、100℃での曲げ強度、曲げ弾性率はそれぞれ267MPa、18.0GPaで、その保持率はそれぞれ、43%、40%となり、耐熱性に大きく劣るものであった。更に、難燃性についてはUL94 V−0規格に合格しなかった。
[Comparative Example 4]
(1) A polyamide-based polymer (“UBE nylon 6” manufactured by Ube Industries), which is a crystalline resin, was vacuum-dried at 90 ° C. for 12 hours. The glass transition temperature of the resin used here was 48 ° C., the crystal melting temperature was 225 ° C., and the MFR was 40 g / 10 min at 255 ° C. (30 ° C. higher than the crystal melting temperature).
(2) The polymer of (1) was discharged from a round hole nozzle under the conditions of a spinning head temperature of 230 ° C., a spinning speed of 3000 m / min, and a discharge rate of 25 g / min to obtain a polyamide fiber multifilament. Subsequently, the obtained fiber was crimped and cut into a length of 51 mm to obtain a staple fiber.
(3) The appearance of the obtained fiber was good without fluff and the like, the average fineness of the single fiber was 3.0 dtex, and the average fiber length was 51.0 mm.
(4) The fiber staple fiber obtained in the above (3) is made into a fabric by a spunlace method and roll-pressed at 150 ° C., whereby the basis weight is 100 g / m 2 , the thickness is 0.5 mm, and the bulk density is 0.2 g / cm 3. A nonwoven fabric made of a polyamide fiber was obtained.
(5) Carbon fiber woven fabric as a reinforcing fiber substrate (nonwoven fabric made of polyamide fiber obtained in (4) above and below both surfaces of “W-3101: 3K woven fabric, 200 g / m 2 basis weight” manufactured by Toho Tenax Co., Ltd. A reinforced fiber base material was obtained as a set of superposed fibers obtained by laminating 6 sheets of the fiber base material (total basis weight = 2400 g / m 2 ), and at a temperature of 250 ° C. at which all polyamide fibers melt. A flat plate was formed by compression molding for 3 minutes to obtain a fiber-reinforced resin composite.
(6) The appearance of the obtained composite was good, and it was excellent in impregnation and formability. However, the bending strength and bending elastic modulus at room temperature are 620 MPa, 45.0 GPa, and the bending strength and bending elastic modulus at 100 ° C. are 267 MPa and 18.0 GPa, respectively, and the holding ratios are 43% and 40%, respectively. The heat resistance was greatly inferior. Furthermore, the flame retardancy did not pass the UL94 V-0 standard.

Figure 2015093984
Figure 2015093984

本発明によれば、優れた力学物性と耐熱性、難燃性、寸法安定性、成形性を兼ね備え、特に高い温度環境下に曝される機会の多い用途に適用される繊維強化樹脂複合体を提供することが可能である。また本発明の繊維強化樹脂複合体は、特別な加熱成形工程を必要とせず圧縮成形やGMT成形等の通常の加熱成形工程で安価に製造することができ、更には、目的に応じてその形状も自由に設計可能であり、一般産業資材分野、電気・電子分野、土木・建築分野、航空機・自動車・鉄道・船舶分野、農業資材分野、光学材料分野、医療材料分野等をはじめとして多くの用途に極めて有効に使用することができる。   According to the present invention, there is provided a fiber reinforced resin composite that has excellent mechanical properties and heat resistance, flame retardancy, dimensional stability, and moldability, and is applied to applications that are often exposed to a high temperature environment. It is possible to provide. Further, the fiber reinforced resin composite of the present invention can be manufactured at a low cost by a normal thermoforming process such as compression molding or GMT molding without requiring a special thermoforming process. Can be designed freely, and has many applications including general industrial materials field, electrical / electronic field, civil engineering / architecture field, aircraft / automobile / railway / ship field, agricultural material field, optical material field, medical material field, etc. Can be used very effectively.

1:金型の型枠
2:金型の上蓋
1: Mold form 2: Mold upper lid

Claims (11)

強化繊維からなる織物、編み物、及び引き揃え糸シート状物からなる群より選択された少なくとも1つの形態を有する布帛に対して、熱可塑性樹脂からなる繊維で構成された不織布を重ね合わせてなる強化繊維基材であって、以下の条件を全て満たすことを特徴とする強化繊維基材。
(1)前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度が100℃以上である。
(2)前記熱可塑性樹脂のメルトフローレート(MFR)が、結晶性樹脂の場合には結晶融解温度より30℃高い温度において20〜80g/10minであり、非晶性樹脂の場合にはガラス転移温度より120℃高い温度において20〜80g/10minである。
Reinforcement in which a non-woven fabric composed of fibers made of thermoplastic resin is superimposed on a fabric having at least one form selected from the group consisting of woven fabrics made of reinforcing fibers, knitted fabrics, and aligned yarn sheets. A reinforcing fiber base material, which is a fiber base material and satisfies all of the following conditions.
(1) The glass transition temperature of the thermoplastic resin is 100 ° C. or higher.
(2) The melt flow rate (MFR) of the thermoplastic resin is 20 to 80 g / 10 min at a temperature 30 ° C. higher than the crystal melting temperature in the case of a crystalline resin, and the glass transition in the case of an amorphous resin. It is 20 to 80 g / 10 min at a temperature 120 ° C. higher than the temperature.
前記強化繊維基材を構成する、熱可塑性樹脂からなる繊維の単繊維の平均繊度が0.1〜12dtexであり、且つ前記熱可塑性樹脂からなる繊維で構成された不織布の目付けが5〜500g/m、厚みが0.1〜10mm、及びかさ密度が0.01〜1.0g/cmであることを特徴とする、請求項1に記載の強化繊維基材。 The average fineness of the single fiber of the thermoplastic resin constituting the reinforcing fiber base is 0.1 to 12 dtex, and the basis weight of the nonwoven fabric made of the thermoplastic resin is 5 to 500 g / The reinforcing fiber substrate according to claim 1, wherein m 2 has a thickness of 0.1 to 10 mm, and a bulk density of 0.01 to 1.0 g / cm 3 . 前記強化繊維基材を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維が、ポリエーテルイミド系繊維、ポリエーテルケトンケトン系繊維、熱可塑性ポリイミド系繊維、及び半芳香族ポリアミド系繊維からなる群より選択された少なくとも1種で構成されることを特徴とする、請求項1または2に記載の強化繊維基材。   The fiber comprising the thermoplastic resin constituting the reinforcing fiber base is at least selected from the group consisting of polyetherimide fiber, polyether ketone ketone fiber, thermoplastic polyimide fiber, and semi-aromatic polyamide fiber. The reinforcing fiber substrate according to claim 1 or 2, wherein the reinforcing fiber substrate is composed of one kind. 前記ポリエーテルイミド系繊維が、下記の一般式で示され、ガラス転移温度が200℃以上であり、融点を持たない非晶性のポリエーテルイミド系樹脂からなることを特徴とする、請求項3に記載の強化繊維基材。
Figure 2015093984
(式中、R1は、6〜30個の炭素原子を有する2価の芳香族残基であり、R2は、6〜30個の炭素原子を有する2価の芳香族残基、2〜20個の炭素原子を有するアルキレン基、2〜20個の炭素原子を有するシクロアルキレン基、及び2〜20個の炭素原子を有するアルキレン基で連鎖停止されたポリジオルガノシロキサン基からなる群より選択された2価の有機基を表す。)
The said polyetherimide type fiber consists of an amorphous polyetherimide type resin which is shown by the following general formula, and whose glass transition temperature is 200 degreeC or more and does not have melting | fusing point, It is characterized by the above-mentioned. Reinforcing fiber substrate as described in 1.
Figure 2015093984
Wherein R1 is a divalent aromatic residue having 6 to 30 carbon atoms, and R2 is a divalent aromatic residue having 6 to 30 carbon atoms, 2 to 20 2 selected from the group consisting of an alkylene group having 2 carbon atoms, a cycloalkylene group having 2 to 20 carbon atoms, and a polydiorganosiloxane group chain-terminated with an alkylene group having 2 to 20 carbon atoms Represents a valent organic group.)
前記ポリエーテルケトンケトン系繊維が、下記の一般式で示され、ガラス転移温度が130℃以上であり、結晶性のポリエーテルケトンケトン系樹脂からなることを特徴とする、請求項3に記載の強化繊維基材。
Figure 2015093984
The said polyether ketone ketone type | system | group fiber is shown by the following general formula, Glass transition temperature is 130 degreeC or more, and consists of crystalline polyether ketone ketone type | system | group resin of Claim 3 characterized by the above-mentioned. Reinforced fiber substrate.
Figure 2015093984
前記熱可塑性ポリイミド系繊維が、下記式で表される繰り返し単位を有する熱可塑性ポリイミド99.9〜50重量%と芳香族ポリエーテルイミド0.1〜50重量%とからなるポリイミド系樹脂からなることを特徴とする、請求項3に記載の強化繊維基材。
Figure 2015093984
(式中、Xは直結、炭素数1ないし10の2価の炭化水素基、六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基、またはスルホニル基からなる群より選択された基を表し、またRは炭素数2以上の脂肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族基が直接または架橋員により相互に連結された非縮合多環式芳香族基からなる群より選択された4価の基を表す。)
The thermoplastic polyimide fiber is made of a polyimide resin composed of 99.9 to 50% by weight of a thermoplastic polyimide having a repeating unit represented by the following formula and 0.1 to 50% by weight of an aromatic polyetherimide. The reinforcing fiber substrate according to claim 3, wherein
Figure 2015093984
(Wherein X represents a direct bond, a group selected from the group consisting of a divalent hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, a hexafluorinated isopropylidene group, a carbonyl group, a thio group, or a sulfonyl group; R represents an aliphatic group having 2 or more carbon atoms, a cycloaliphatic group, a monocyclic aromatic group, a condensed polycyclic aromatic group, or a non-condensed polycyclic group in which aromatic groups are connected to each other directly or by a cross-linking member. Represents a tetravalent group selected from the group consisting of cyclic aromatic groups.)
前記半芳香族ポリアミド系繊維が、芳香族ジカルボン酸単位と炭素数6〜18の脂肪族アルキレンジアミン単位とからなるポリアミド系樹脂からなることを特徴とする、請求項3に記載の強化繊維基材。   The reinforcing fiber substrate according to claim 3, wherein the semi-aromatic polyamide fiber is made of a polyamide resin comprising an aromatic dicarboxylic acid unit and an aliphatic alkylenediamine unit having 6 to 18 carbon atoms. . 前記半芳香族ポリアミド系繊維が、テレフタル酸単位を50〜100モル%含有するジカルボン酸単位と、1,9−ノナンジアミン単位及び/または2−メチル−1,8−オクタンジアミン単位を60〜100モル%含有するジアミン単位とからなるポリアミド系樹脂からなることを特徴とする、請求項3に記載の強化繊維基材。   The semi-aromatic polyamide fiber contains 60 to 100 mol of a dicarboxylic acid unit containing 50 to 100 mol% of a terephthalic acid unit and 1,9-nonanediamine unit and / or 2-methyl-1,8-octanediamine unit. It consists of a polyamide-type resin which consists of a diamine unit which contains%, The reinforcing fiber base material of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 前記強化繊維基材を構成する強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、全芳香族ポリエステル繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、メタル繊維からなる群より選択された少なくとも1種で構成されることを特徴とする、請求項1から8のいずれか1項に記載の強化繊維基材。   The reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber substrate is composed of at least one selected from the group consisting of carbon fiber, glass fiber, wholly aromatic polyester fiber, aramid fiber, ceramic fiber, and metal fiber. The reinforcing fiber substrate according to any one of claims 1 to 8. 前記強化繊維基材を、該繊維基材を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維の流動開始温度よりも高い温度にて加熱加圧成形して得られることを特徴とする、請求項1から9のいずれか1項に記載の強化繊維基材より得られる繊維強化樹脂複合体。   The reinforcing fiber base material is obtained by heat-press molding at a temperature higher than a flow start temperature of a fiber made of a thermoplastic resin constituting the fiber base material. A fiber-reinforced resin composite obtained from the reinforcing fiber base material according to any one of the above items. 前記強化繊維基材を、該繊維基材を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維の流動開始温度よりも高い温度にて加熱加圧成形して繊維強化樹脂複合体を得る際に、予め該流動開始温度よりも低い温度にて加圧成形し、半含浸状態とすることを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載の強化繊維基材より得られる繊維強化樹脂複合体。   When the reinforcing fiber base material is heated and pressure-molded at a temperature higher than the flow starting temperature of the fiber made of the thermoplastic resin constituting the fiber base material, the flow start is performed in advance. The fiber-reinforced resin composite obtained from the reinforcing fiber base material according to any one of claims 1 to 10, wherein the fiber-reinforced resin base material is pressure-molded at a temperature lower than the temperature to be in a semi-impregnated state.
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