JP7745824B2 - Composite material member, composite material, mobile body, and film manufacturing method - Google Patents
Composite material member, composite material, mobile body, and film manufacturing methodInfo
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Description
本発明は、電気・電子機器や自動車、航空機等における複合材料に適用することができるポリアリールエーテルケトンによる複合材料用部材並びにこの複合材料用部材を用いた複合材料及び移動体に関する。本発明はまた、フィルムの製造方法に関する。 The present invention relates to a composite material member made of polyaryl ether ketone that can be used in composite materials for electrical and electronic devices, automobiles, aircraft, etc., as well as a composite material and a mobile object that use this composite material member. The present invention also relates to a method for producing a film.
近年、電気・電子機器や自動車、航空機等の用途におけるフィルムとして、耐熱性や機械特性、耐薬品性、耐久性に優れていることから、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミドスルホン(PEI)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)等に代表されるスーパーエンジニアリングプラスチックが広く採用されるようになってきている。 In recent years, super engineering plastics such as polyether ether ketone (PEEK), polyetherimide sulfone (PEI), polyethersulfone (PES), polyether ketone (PEK), polyether ketone ketone (PEKK), and polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK) have been widely adopted as films for applications in electrical and electronic devices, automobiles, aircraft, and other applications due to their excellent heat resistance, mechanical properties, chemical resistance, and durability.
なかでも、ポリエーテルエーテルケトンは、耐熱性、機械特性、耐薬品性等に優れるため、繊維強化材料のマトリックス材として使用されている。これらの特性を充分に発揮するためには樹脂を結晶化させる必要があるが、結晶化度が高すぎると耐久性や耐衝撃性が低下するという課題があり、繊維強化材料とした際のこれら物性面でのさらなる向上が求められていた。 In particular, polyether ether ketone is used as a matrix material for fiber-reinforced materials due to its excellent heat resistance, mechanical properties, and chemical resistance. To fully utilize these properties, the resin must be crystallized, but if the degree of crystallization is too high, durability and impact resistance decrease, creating the problem of a decrease in these physical properties when used as a fiber-reinforced material.
特許文献1では、ポリエーテルエーテルケトンをマトリックスとし、ポリエーテルスルホンによってサイジングされた繊維を強化材としてなる複合材料が開示されている。また、特許文献2では、特定の固有粘度を有するポリアリールケトン樹脂組成物を用いた繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグが開示されている。 Patent Document 1 discloses a composite material made of a polyether ether ketone matrix reinforced with fibers sized with polyethersulfone. Furthermore, Patent Document 2 discloses a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg made using a polyaryl ketone resin composition having a specific intrinsic viscosity.
しかしながら、特許文献1に記載のポリエーテルエーテルケトンでは分子量が低いため、強化繊維複合材料として使用するには、耐久性、耐衝撃性が不充分であることが本発明者らの検討で明らかとなった。また、特許文献2に記載のポリアリールケトンでは分子量分布が広すぎるため、複合材料用部材を生産する際の生産性に問題が発生したり、得られる複合材料用部材は結晶性が高くなりすぎ、使用方法によっては耐久性、耐衝撃性に問題が発生したりする場合があることも、本発明者らの検討で明らかとなった。特に、優れた耐久性を有する複合材料とするためには、複合材料に用いるフィルム等の部材の耐折強度(耐折回数)を高くすることで、繰り返し応力が加えられるような高い耐久性が求められる用途においても好適に使用可能であることも、本発明者らの検討で明らかとなった。 However, the inventors' investigations revealed that the polyether ether ketone described in Patent Document 1 has a low molecular weight, and therefore does not have sufficient durability and impact resistance for use as a reinforced fiber composite material. Furthermore, the inventors' investigations also revealed that the polyaryl ketone described in Patent Document 2 has an excessively broad molecular weight distribution, which can cause productivity problems when producing composite material components, and the resulting composite material components can have excessively high crystallinity, which can cause durability and impact resistance problems depending on the method of use. The inventors' investigations also revealed that in order to obtain a composite material with excellent durability, increasing the folding endurance (number of foldings) of components such as films used in the composite material can make it suitable for use in applications requiring high durability, such as those where repeated stress is applied.
本発明は、このような状況下でなされたものであり、ポリアリールエーテルケトンが本来持つ耐熱性を維持したまま、優れた耐久性、耐衝撃性を有し、生産性にも優れた複合材料用部材等を提供することを目的とするものである。 The present invention was made under these circumstances, and its purpose is to provide composite material components and the like that have excellent durability and impact resistance, and are also highly manufacturable, while maintaining the inherent heat resistance of polyaryl ether ketone.
本発明は、上記従来技術の課題を解決するための手段として、特定の分子量分布と分子量を有するポリアリールエーテルケトンを用いた複合材料用部材等を提供するものである。 The present invention provides a composite material component, etc., that uses a polyaryl ether ketone having a specific molecular weight distribution and molecular weight as a means of solving the problems of the prior art.
すなわち、本発明は、以下の[1]~[25]を提供するものである。 That is, the present invention provides the following [1] to [25].
[1] ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上であり、該複合材料が樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料であることを特徴とする、複合材料用部材。 [1] A composite material member containing a resin component containing polyaryl ether ketone as a main component, wherein the resin component has a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4, a mass average molecular weight of 63,000 or more, and the composite material contains a resin and reinforcing fibers having a number average fiber length of 5 mm or more.
[2] 前記ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである、[1]に記載の複合材料用部材。 [2] The composite material member described in [1], wherein the polyaryl ether ketone is polyether ether ketone.
[3] 前記樹脂成分中のポリアリールエーテルケトンの含有割合が90質量%超である、[1]又は[2]に記載の複合材料用部材。 [3] The composite material member according to [1] or [2], wherein the content of polyaryl ether ketone in the resin component is greater than 90% by mass.
[4] 前記樹脂成分の質量平均分子量が150000以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [4] A composite material member according to any one of [1] to [3], wherein the resin component has a mass average molecular weight of 150,000 or less.
[5] 前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上である、[1]~[4]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [5] A composite material member according to any one of [1] to [4], wherein the polyaryl ether ketone has a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4 and a mass average molecular weight of 63,000 or more.
[6] 前記ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量が150000以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [6] A composite material member according to any one of [1] to [5], wherein the polyaryl ether ketone has a mass average molecular weight of 150,000 or less.
[7] 結晶融解熱量が30J/g以上45J/g以下である、[1]~[6]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [7] A composite material member according to any one of [1] to [6], wherein the heat of crystalline fusion is 30 J/g or more and 45 J/g or less.
[8] 厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定される耐折回数が5000回以上である、[1]~[7]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [8] A composite material member according to any one of [1] to [7], which has a folding endurance of 5,000 or more times measured under the conditions of a thickness of 100 μm, a bending angle of 135 degrees, a bending speed of 175 cpm, and a load of 9.8 N.
[9] 厚み100μm、23℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度が0.3J以上である、[1]~[8]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [9] A composite material member according to any one of [1] to [8], having a puncture impact strength of 0.3 J or greater measured under the conditions of a thickness of 100 μm, 23°C, a fixed frame inner diameter of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m/s.
[10] 厚み100μm、-20℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度が0.3J以上である、[1]~[9]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [10] A composite material member according to any one of [1] to [9], having a puncture impact strength of 0.3 J or greater when measured under the following conditions: thickness 100 μm, -20°C, fixed frame inner diameter 50 mm, punching striker diameter 12.7 mm, and test speed 3 m/s.
[11] 厚み精度が7%以下である、[1]~[10]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [11] A composite material member according to any one of [1] to [10], having a thickness accuracy of 7% or less.
[12] 少なくとも一面における表面の算術平均高さが0.001~1μmである、[1]~[11]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [12] A composite material member according to any one of [1] to [11], wherein the arithmetic mean height of the surface on at least one side is 0.001 to 1 μm.
[13] 少なくとも一面における表面の最大高さが0.1~10μmである、[1]~[12]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [13] A composite material member according to any one of [1] to [12], wherein the maximum surface height on at least one side is 0.1 to 10 μm.
[14] 少なくとも一面における表面の算術平均粗さが0.005~1μmである、[1]~[13]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [14] A composite material member according to any one of [1] to [13], wherein the arithmetic mean roughness of the surface on at least one side is 0.005 to 1 μm.
[15] 少なくとも一面における表面の最大高さ粗さが0.05~5μmである、[1]~[14]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [15] A composite material member according to any one of [1] to [14], wherein the maximum height roughness of the surface on at least one side is 0.05 to 5 μm.
[16] 相対結晶化度が50%以上である、[1]~[15]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [16] A composite material member according to any one of [1] to [15], having a relative crystallinity of 50% or more.
[17] フィルムである、[1]~[16]のいずれかに記載の複合材料用部材。 [17] The composite material member according to any one of [1] to [16], which is a film.
[18] [1]~[17]のいずれかに記載の複合材料用部材を強化繊維と複合させてなる、複合材料。 [18] A composite material obtained by combining the composite material member according to any one of [1] to [17] with reinforcing fibers.
[19] プリプレグである、[18]に記載の複合材料。 [19] The composite material described in [18], which is a prepreg.
[20] [18]又は[19]に記載の複合材料を用いた、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両である移動体。 [20] A mobile object such as an aircraft, automobile, ship, or railroad vehicle, using the composite material described in [18] or [19].
[21] ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上であり、該複合材料用部材が板状部材であることを特徴とする、複合材料用部材。 [21] A composite material member containing a resin component containing polyaryl ether ketone as a main component, wherein the resin component has a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4 and a mass average molecular weight of 63,000 or more, and the composite material member is a plate-shaped member.
[22] 前記ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである、[21]に記載の複合材料用部材。 [22] The composite material member according to [21], wherein the polyaryl ether ketone is polyether ether ketone.
[23] 前記板状部材がフィルムである、[21]又は[22]に記載の複合材料用部材。 [23] The composite material member according to [21] or [22], wherein the plate-like member is a film.
[24] ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有するフィルムの製造方法であって、該樹脂成分として分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上の樹脂成分を準備して押出機で溶融混練し、口金から溶融樹脂を押出し、該溶融樹脂をキャストロールで冷却させることによりフィルム形状とし、冷却後のフィルムの、厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定される耐折回数を5000回以上とし、厚み100μm、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定される、23℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.3J以上とするとともに、-20℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.3J以上とすることを特徴とする、フィルムの製造方法。 [24] A method for producing a film containing a resin component containing polyaryl ether ketone as a main component, wherein the resin component has a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4 and a mass average molecular weight of 63,000 or more, and is melt-kneaded in an extruder, the molten resin is extruded from a die, and the molten resin is cooled with a cast roll to form a film. The cooled film has a folding endurance of 5,000 or more times measured under conditions of a thickness of 100 μm, a bending angle of 135 degrees, a bending speed of 175 cpm, and a load of 9.8 N, and a puncture impact strength of 0.3 J or more at 23°C and 0.3 J or more at -20°C, measured under conditions of a thickness of 100 μm, a fixed frame inner diameter of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m/s.
[25] 前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上である、[24]に記載のフィルムの製造方法。 [25] The method for producing a film described in [24], wherein the molecular weight distribution of the polyaryl ether ketone is 2 or more but less than 4, and the mass average molecular weight is 63,000 or more.
本発明によれば、耐久性、耐衝撃性及び生産性に優れる複合材料用部材並びにこれを用いた複合材料及び移動体を提供することが可能となる。 The present invention makes it possible to provide composite material components that are excellent in durability, impact resistance, and productivity, as well as composite materials and mobile objects that use such components.
以下、本発明の実施形態の一例について説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。 An example of an embodiment of the present invention is described below, but the present invention is not limited to the embodiment described below as long as it does not depart from the gist of the invention.
なお、本発明において、「X~Y」(X、Yは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」及び「好ましくはYより小さい」の意を包含するものとする。
また、本発明において、「X以上」(Xは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り、「好ましくはXより大きい」の意を包含し、「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り、「好ましくはYより小さい」の意を包含するものとする。
In the present invention, when the expression "X to Y" (X and Y are any numbers) is used, it includes the meaning of "X or more and Y or less", as well as "preferably larger than X" and "preferably smaller than Y", unless otherwise specified.
Furthermore, in the present invention, when the expression "X or more" (X is any number) is used, it includes the meaning of "preferably larger than X" unless otherwise specified, and when the expression "Y or less" (Y is any number), it includes the meaning of "preferably smaller than Y" unless otherwise specified.
本発明において「主成分」とは、対象物中の最も多い成分をさし、好ましくは対象物中の50質量%以上であり、より好ましくは60質量%以上であり、さらに好ましくは70質量%であり、特に好ましくは80質量%以上であり、最も好ましくは90質量%以上である。 In the present invention, the term "main component" refers to the component that is most abundant in the target substance, and preferably accounts for 50% by mass or more of the target substance, more preferably 60% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, particularly preferably 80% by mass or more, and most preferably 90% by mass or more.
本発明の一実施形態である複合材料用部材は、樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料用の部材であって、該部材がポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有し、該樹脂成分の分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上である。
また、本発明の他の実施形態である複合材料用部材は、ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上であり、該複合材料用部材が板状部材である。
好ましくは、前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上である。以下、詳細に説明する。
One embodiment of the present invention relates to a composite material member, which is a composite material member containing a resin and reinforcing fibers having a number average fiber length of 5 mm or more, and which contains a resin component containing polyaryl ether ketone as a main component, and which has a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4 and a mass average molecular weight of 63,000 or more.
Another embodiment of the composite material member of the present invention is a composite material member containing a resin component containing polyaryl ether ketone as a main component, wherein the resin component has a molecular weight distribution of 2 or more and less than 4, a mass average molecular weight of 63,000 or more, and the composite material member is a plate-shaped member.
Preferably, the polyaryl ether ketone has a molecular weight distribution of 2 or more and less than 4, and a mass average molecular weight of 63000 or more. This will be explained in detail below.
<樹脂成分>
本発明の複合材料用部材に含まれる樹脂成分は、ポリアリールエーテルケトンを主成分として含み、分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上であれば特に制限はない。
<Resin component>
The resin component contained in the composite material member of the present invention is not particularly limited as long as it contains polyaryl ether ketone as a main component, has a molecular weight distribution of 2 or more and less than 4, and has a mass average molecular weight of 63,000 or more.
樹脂成分の分子量分布は2以上であり、2.1以上であることが好ましく、2.2以上であることがより好ましく、2.5以上であることがさらに好ましく、3以上であることが特に好ましく、3.2以上であることがとりわけ好ましく、3.4以上であることが最も好ましい。分子量分布が前記下限値以上であれば、低分子量成分と高分子量成分を適度に含むため、流動性と機械特性を両立することができる。一方、樹脂成分の分子量分布は4未満であり、3.9以下であることが好ましく、3.8以下であることがより好ましく、3.7以下であることがさらに好ましい。分子量分布が狭いということは、結晶核剤となり得る低分子量成分の割合が少ないということであり、結晶化させた場合にも結晶化度が低く抑えられ、結果として耐久性や耐衝撃性が高くなる。また、フィルムを製造する場合、原料に含まれる低分子量成分が多いと、低分子量成分がキャストロールに付着し、さらにそれらがフィルムに転写することでフィルムの外観が損なわれる可能性がある。分子量分布が狭く、低分子量成分の割合が少ないことで、キャストロールの汚れを防止し、外観に優れたフィルムが得られるといった優れた効果を奏する。さらには、強化繊維との複合材料を製造する際にも、低分子量成分が揮発することによって製造装置を汚染する問題も発生しないといった利点もある。 The molecular weight distribution of the resin component is 2 or greater, preferably 2.1 or greater, more preferably 2.2 or greater, even more preferably 2.5 or greater, particularly preferably 3 or greater, especially preferably 3.2 or greater, and most preferably 3.4 or greater. A molecular weight distribution above the lower limit mentioned above ensures a moderate mix of low-molecular-weight and high-molecular-weight components, achieving both excellent fluidity and mechanical properties. On the other hand, the molecular weight distribution of the resin component is less than 4, preferably 3.9 or less, more preferably 3.8 or less, and even more preferably 3.7 or less. A narrow molecular weight distribution means a low proportion of low-molecular-weight components that can act as crystal nucleating agents. This keeps the degree of crystallization low even after crystallization, resulting in high durability and impact resistance. Furthermore, when producing films, if the raw materials contain a high content of low-molecular-weight components, they may adhere to the casting roll and transfer to the film, potentially damaging the film's appearance. A narrow molecular weight distribution and a low proportion of low-molecular-weight components prevent casting roll contamination and produce films with excellent appearance. Furthermore, when manufacturing composite materials with reinforcing fibers, there is no problem of contamination of manufacturing equipment due to volatilization of low molecular weight components, which is an advantage.
樹脂成分の質量平均分子量は63000以上であり、65000以上であることが好ましく、68000以上であることがより好ましく、70000以上であることがさらに好ましく、72000以上であることがよりさらに好ましく、75000以上であることがよりさらに好ましく、78000以上であることがよりさらに好ましく、80000以上であることが特に好ましく、83000以上であることがとりわけ好ましく、85000以上であることが最も好ましい。質量平均分子量が前記下限値以上であれば、耐久性、耐衝撃性等の機械特性に優れる。一方、樹脂成分の質量平均分子量は150000以下であることが好ましく、140000以下であることがより好ましく、135000以下であることがさらに好ましく、130000以下であることがよりさらに好ましく、125000以下であることが特に好ましく、120000以下であることがとりわけ好ましく、115000以下であることが最も好ましい。質量平均分子量が前記上限値以下であれば、結晶化度や結晶化速度、溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。 The mass average molecular weight of the resin component is 63,000 or more, preferably 65,000 or more, more preferably 68,000 or more, even more preferably 70,000 or more, even more preferably 72,000 or more, even more preferably 75,000 or more, even more preferably 78,000 or more, particularly preferably 80,000 or more, especially preferably 83,000 or more, and most preferably 85,000 or more. A mass average molecular weight above the lower limit indicated above provides excellent mechanical properties such as durability and impact resistance. On the other hand, the mass average molecular weight of the resin component is preferably 150,000 or less, more preferably 140,000 or less, even more preferably 135,000 or less, even more preferably 130,000 or less, especially preferably 125,000 or less, especially preferably 120,000 or less, and most preferably 115,000 or less. If the mass average molecular weight is below the upper limit, the degree of crystallization, crystallization rate, and fluidity during melt molding tend to be excellent.
樹脂成分中のポリアリールエーテルケトン、なかでも好ましく用いられるポリエーテルエーテルケトンの含有割合は50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましく、80質量%以上であることが特に好ましく、90質量%超であることが最も好ましい。ポリアリールエーテルケトン以外の樹脂を含む場合、ポリアリールエーテルケトンの含有割合がかかる範囲であれば、本発明の効果を維持したまま適宜必要な効果を付与することが容易となる。 The content of polyaryl ether ketone in the resin component, particularly preferably polyether ether ketone, is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, even more preferably 70% by mass or more, particularly preferably 80% by mass or more, and most preferably more than 90% by mass. When a resin other than polyaryl ether ketone is included, so long as the content of polyaryl ether ketone is within this range, it will be easy to impart the desired effects as appropriate while maintaining the effects of the present invention.
ポリアリールエーテルケトンの改質を目的としてその他の樹脂成分をブレンドする場合、その種類は特に制限されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール共重合体、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアセタール、脂肪族ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ABS、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、液晶ポリマー並びにこれらの共重合体及びこれらの混合物等を用いることができる。なかでも、ポリアリールエーテルケトンと成形温度が近く、溶融成形時の分解や架橋を抑制しやすいという観点から、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、液晶ポリマーが好適に使用でき、特にポリエーテルイミドが好適に使用できる。ポリアリールエーテルケトンとポリエーテルイミドは相溶性が高く、分子レベルで混合するため、ポリアリールエーテルケトンのガラス転移温度を向上させたり、結晶性を制御したりすることが容易となる。 When blending other resin components with polyaryletherketone for the purpose of modifying it, the type of resin is not particularly limited, and examples include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polymethylpentene, polyphenylene ether, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, aliphatic polyamide, polymethyl methacrylate, polycarbonate, ABS, aromatic polyamide, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyetherimide, polyamideimide, polysulfone, polyethersulfone, liquid crystal polymers, and copolymers and mixtures thereof. Among these, polyphenylene sulfide, polyarylate, polyetherimide, polyamideimide, polysulfone, polyethersulfone, and liquid crystal polymers are preferred, with polyetherimide being particularly preferred, due to their similar molding temperatures to polyaryletherketone and their ability to suppress decomposition and crosslinking during melt molding. Polyaryletherketone and polyetherimide are highly compatible and blend at the molecular level, making it easy to improve the glass transition temperature of polyaryletherketone and control its crystallinity.
また、ポリアリールエーテルケトンとしてポリエーテルエーテルケトンを用いる場合、その改質を目的としてブレンドする他の樹脂成分としては、上記ポリアリールエーテルケトンの改質目的に使用される樹脂と同様のものを用いることができるが、ポリエーテルエーテルケトン以外のポリアリールエーテルケトン、例えば、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトンを、ポリエーテルエーテルケトンと併せて用いることも好ましい。 Furthermore, when polyether ether ketone is used as the polyaryl ether ketone, other resin components that can be blended for the purpose of modifying it can be the same as the resins used for modifying the polyaryl ether ketone described above. However, it is also preferable to use polyaryl ether ketones other than polyether ether ketone, such as polyether ketone, polyether ketone ketone, polyether ketone ether ketone ketone, and polyether ether ketone ketone, in combination with polyether ether ketone.
[ポリアリールエーテルケトン]
以下、ポリアリールエーテルケトンについて説明する。
ポリアリールエーテルケトンは、1つ以上のアリール基、1つ以上のエーテル基及び1つ以上のケトン基を含むモノマー単位を含有する単独重合体又は共重合体である。例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルジフェニルエーテルケトン等や、これらの共重合体(例えば、ポリエーテルケトン-ポリエーテルジフェニルエーテルケトン共重合体)を挙げることができる。なかでも、耐熱性、機械特性、耐薬品性等に優れる点で、ポリエーテルエーテルケトンが特に好ましい。
[Polyaryletherketone]
The polyaryl ether ketone will be described below.
Polyaryletherketone is a homopolymer or copolymer containing a monomer unit containing one or more aryl groups, one or more ether groups, and one or more ketone groups. Examples include polyetheretherketone, polyetherketoneketone, polyetherketone, polyetherketoneetherketoneketone, polyetheretherketoneketone, polyetherdiphenyletherketone, and copolymers thereof (e.g., polyetherketone-polyetherdiphenyletherketone copolymer). Among these, polyetheretherketone is particularly preferred because of its excellent heat resistance, mechanical properties, chemical resistance, and the like.
ポリアリールエーテルケトンの分子量分布は2以上であることが好ましく、2.1以上であることがより好ましく、2.2以上であることがさらに好ましく、2.5以上であることがよりさらに好ましく、3以上であることが特に好ましく、3.2以上であることがとりわけ好ましく、3.4以上であることが最も好ましい。分子量分布が前記下限値以上であれば、低分子量成分と高分子量成分を適度に含むため、流動性と機械特性を両立することが容易となる。一方、ポリアリールエーテルケトンの分子量分布は4未満であることが好ましく、3.9以下であることがより好ましく、3.8以下であることがさらに好ましく、3.7以下であることが特に好ましい。分子量分布が狭いということは、結晶核剤となり得る低分子量成分の割合が少ないということであり、結晶化させた場合にも結晶化度が低く抑えられ、結果として耐久性や耐衝撃性が高くなる傾向となる。また、フィルムを製造する場合、原料に含まれる低分子量成分が多いと、低分子量成分がキャストロールに付着し、さらにそれらがフィルムに転写することでフィルムの外観が損なわれる可能性がある。分子量分布が狭く、低分子量成分の割合が少ないことで、キャストロールの汚れを防止し、外観に優れたフィルムが得られやすいという優れた効果を奏する。さらには、強化繊維との複合材料を製造する際にも、低分子量成分が揮発することによって製造装置を汚染する問題も発生しにくいといった利点もある。 The molecular weight distribution of polyaryl ether ketone is preferably 2 or greater, more preferably 2.1 or greater, even more preferably 2.2 or greater, even more preferably 2.5 or greater, particularly preferably 3 or greater, especially preferably 3.2 or greater, and most preferably 3.4 or greater. A molecular weight distribution above the lower limit mentioned above facilitates the balancing of fluidity and mechanical properties due to the appropriate content of low and high molecular weight components. On the other hand, the molecular weight distribution of polyaryl ether ketone is preferably less than 4, more preferably 3.9 or less, even more preferably 3.8 or less, and especially preferably 3.7 or less. A narrow molecular weight distribution means that the proportion of low molecular weight components that can act as crystal nucleating agents is low, which reduces the degree of crystallization even after crystallization, resulting in increased durability and impact resistance. Furthermore, when producing a film, if the raw material contains a large amount of low molecular weight components, the low molecular weight components may adhere to the casting roll and be transferred to the film, potentially damaging the film's appearance. The narrow molecular weight distribution and low proportion of low molecular weight components have the excellent effect of preventing contamination of the casting roll and making it easier to produce films with excellent appearance. Furthermore, when producing composite materials with reinforcing fibers, there is also the advantage that the problem of contamination of production equipment due to volatilization of low molecular weight components is less likely to occur.
ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量は63000以上であることが好ましく、65000以上であることがより好ましく、68000以上であることがさらに好ましく、70000以上であることがよりさらに好ましく、72000以上であることがよりさらに好ましく、75000以上であることがよりさらに好ましく、78000以上であることがよりさらに好ましく、80000以上であることが特に好ましく、83000以上であることがとりわけ好ましく、85000以上であることが最も好ましい。ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量が前記下限値以上であれば、耐久性、耐衝撃性等の機械特性に優れる傾向となる。一方、質量平均分子量は150000以下であることが好ましく、140000以下であることがより好ましく、135000以下であることがさらに好ましく、130000以下であることがよりさらに好ましく、125000以下であることが特に好ましく、120000以下であることがとりわけ好ましく、115000以下であることが最も好ましい。前記ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量が前記上限値以下であれば、結晶化度や結晶化速度、溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。 The mass average molecular weight of the polyaryl ether ketone is preferably 63,000 or more, more preferably 65,000 or more, even more preferably 68,000 or more, even more preferably 70,000 or more, even more preferably 72,000 or more, even more preferably 75,000 or more, even more preferably 78,000 or more, particularly preferably 80,000 or more, especially preferably 83,000 or more, and most preferably 85,000 or more. When the mass average molecular weight of the polyaryl ether ketone is above the lower limit, it tends to exhibit excellent mechanical properties such as durability and impact resistance. On the other hand, the mass average molecular weight is preferably 150,000 or less, more preferably 140,000 or less, even more preferably 135,000 or less, even more preferably 130,000 or less, especially preferably 125,000 or less, especially preferably 120,000 or less, and most preferably 115,000 or less. When the mass average molecular weight of the polyaryl ether ketone is equal to or less than the upper limit, the degree of crystallization, crystallization rate, and fluidity during melt molding tend to be excellent.
以下、ポリアリールエーテルケトンの中でも好ましく用いられるポリエーテルエーテルケトンについて説明する。
[ポリエーテルエーテルケトン]
ポリエーテルエーテルケトンは、少なくとも2つのエーテル基とケトン基とを構造単位として有する樹脂であればよいが、熱安定性、溶融成形性、剛性、耐薬品性、耐衝撃性、耐久性に優れることから、好ましくは下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するものである。
Hereinafter, polyether ether ketone, which is preferably used among polyaryl ether ketones, will be described.
[Polyether ether ketone]
The polyether ether ketone may be any resin having at least two ether groups and a ketone group as structural units, but is preferably one having a repeating unit represented by the following general formula (1) because it has excellent thermal stability, melt moldability, rigidity, chemical resistance, impact resistance, and durability.
(上記一般式(1)において、Ar1~Ar3は、それぞれ独立に炭素原子数6~24のアリーレン基を表し、また、それぞれ置換基を有していてもよい) (In the above general formula (1), Ar 1 to Ar 3 each independently represent an arylene group having 6 to 24 carbon atoms, and each may have a substituent.)
上記一般式(1)において、Ar1~Ar3のアリーレン基は互いに異なるものであってもよいが、同一であることが好ましい。Ar1~Ar3のアリーレン基としては、具体的にはフェニレン基、ビフェニレン基等が挙げられ、これらのうちフェニレン基が好ましく、p-フェニレン基であることがより好ましい。 In the general formula (1), the arylene groups of Ar 1 to Ar 3 may be different from one another, but are preferably the same. Specific examples of the arylene groups of Ar 1 to Ar 3 include phenylene groups and biphenylene groups. Of these, phenylene groups are preferred, and p-phenylene groups are more preferred.
Ar1~Ar3のアリーレン基が有していてもよい置換基としては、例えば、メチル基、エチル基等の炭素原子数1~20のアルキル基や、メトキシ基、エトキシ基等の炭素原子数1~20のアルコキシ基等が挙げられる。Ar1~Ar3が置換基を有する場合、その置換基の数には特に制限はない。 Examples of substituents that the arylene groups Ar 1 to Ar 3 may have include alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms, such as a methyl group or an ethyl group, and alkoxy groups having 1 to 20 carbon atoms, such as a methoxy group or an ethoxy group. When Ar 1 to Ar 3 have substituents, there are no particular restrictions on the number of the substituents.
なかでも、ポリエーテルエーテルケトンは、下記構造式(2)で表される繰り返し単位を有するものが、熱安定性、溶融成形性、剛性、耐薬品性、耐衝撃性、耐久性の観点から好ましい。 Among these, polyether ether ketones having a repeating unit represented by the following structural formula (2) are preferred from the standpoints of thermal stability, melt moldability, rigidity, chemical resistance, impact resistance, and durability.
ポリエーテルエーテルケトンの分子量分布は2以上であることが好ましく、2.1以上であることがより好ましく、2.2以上であることがさらに好ましく、2.5以上であることがよりさらに好ましく、3以上であることが特に好ましく、3.2以上であることがとりわけ好ましく、3.4以上であることが最も好ましい。分子量分布が前記下限値以上であれば、低分子量成分と高分子量成分を適度に含むため、流動性と機械特性を両立することが容易となる。一方、ポリエーテルエーテルケトンの分子量分布は4未満であることが好ましく、3.9以下であることがより好ましく、3.8以下であることがさらに好ましく、3.7以下であることが特に好ましい。分子量分布が狭いということは、結晶核剤となり得る低分子量成分の割合が少ないということであり、結晶化させた場合にも結晶化度が低く抑えられ、結果として耐久性や耐衝撃性が高くなる傾向となる。また、フィルムを製造する場合、原料に含まれる低分子量成分が多いと、低分子量成分がキャストロールに付着し、さらにそれらがフィルムに転写することでフィルムの外観が損なわれる可能性がある。分子量分布が狭く、低分子量成分の割合が少ないことで、キャストロールの汚れを防止し、外観に優れたフィルムが得られやすいという優れた効果を奏する。さらには、強化繊維との複合材料を製造する際にも、低分子量成分が揮発することによって製造装置を汚染する問題も発生しにくいといった利点もある。 The molecular weight distribution of polyether ether ketone is preferably 2 or greater, more preferably 2.1 or greater, even more preferably 2.2 or greater, even more preferably 2.5 or greater, particularly preferably 3 or greater, especially preferably 3.2 or greater, and most preferably 3.4 or greater. A molecular weight distribution above the lower limit mentioned above facilitates achieving both excellent fluidity and mechanical properties due to the appropriate content of low and high molecular weight components. On the other hand, the molecular weight distribution of polyether ether ketone is preferably less than 4, more preferably 3.9 or less, even more preferably 3.8 or less, and especially preferably 3.7 or less. A narrow molecular weight distribution means that the proportion of low molecular weight components that can act as crystal nucleating agents is low, which reduces the degree of crystallization upon crystallization and tends to result in high durability and impact resistance. Furthermore, when producing films, if the raw materials contain a large amount of low molecular weight components, these low molecular weight components may adhere to the casting roll and transfer to the film, potentially damaging the film's appearance. The narrow molecular weight distribution and low proportion of low molecular weight components have the excellent effect of preventing contamination of the casting roll and making it easier to produce films with excellent appearance. Furthermore, when producing composite materials with reinforcing fibers, there is also the advantage that the problem of contamination of production equipment due to volatilization of low molecular weight components is less likely to occur.
ポリエーテルエーテルケトンの質量平均分子量は63000以上であることが好ましく、65000以上であることがより好ましく、68000以上であることがさらに好ましく、70000以上であることがよりさらに好ましく、72000以上であることがよりさらに好ましく、75000以上であることがよりさらに好ましく、78000以上であることがよりさらに好ましく、80000以上であることが特に好ましく、83000以上であることがとりわけ好ましく、85000以上であることが最も好ましい。ポリエーテルエーテルケトンの質量平均分子量が前記下限値以上であれば、耐久性、耐衝撃性等の機械特性に優れる傾向となる。一方、質量平均分子量は150000以下であることが好ましく、140000以下であることがより好ましく、135000以下であることがさらに好ましく、130000以下であることがよりさらに好ましく、125000以下であることが特に好ましく、120000以下であることがとりわけ好ましく、115000以下であることが最も好ましい。前記ポリエーテルエーテルケトンの質量平均分子量が前記上限値以下であれば、結晶化度や結晶化速度、溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。 The weight average molecular weight of the polyether ether ketone is preferably 63,000 or more, more preferably 65,000 or more, even more preferably 68,000 or more, even more preferably 70,000 or more, even more preferably 72,000 or more, even more preferably 75,000 or more, even more preferably 78,000 or more, particularly preferably 80,000 or more, especially preferably 83,000 or more, and most preferably 85,000 or more. When the weight average molecular weight of the polyether ether ketone is at or above the lower limit, it tends to exhibit excellent mechanical properties such as durability and impact resistance. On the other hand, the weight average molecular weight is preferably 150,000 or less, more preferably 140,000 or less, even more preferably 135,000 or less, even more preferably 130,000 or less, especially preferably 125,000 or less, especially preferably 120,000 or less, and most preferably 115,000 or less. When the mass average molecular weight of the polyether ether ketone is equal to or less than the upper limit, the degree of crystallization, crystallization rate, and fluidity during melt molding tend to be excellent.
前記の分子量及び分子量分布は、用いる樹脂成分が溶解する溶離液を用い、ゲル浸透クロマトグラフィーにより求めることができる。例えば、溶離液としてクロロフェノールと、クロロベンゼン、クロロトルエン、ブロモベンゼン、ブロモトルエン、ジクロロベンゼン、ジクロロトルエン、ジブロモベンゼン、ジブロモトルエン等のハロゲン化ベンゼン類との混合液や、溶離液としてペンタフルオロフェノールとクロロホルムの混合液を用いることができる。
具体的には、後述の実施例に記載の方法で測定することができるが、例えば以下の方法で測定することができる。
(1)ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂成分の非晶状態のフィルムを得る。例えば、ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂ペレットを、例えば350~400℃でプレスした後急冷するか、押出機でフィルム化する場合はキャストロールの温度を低く、例えば20~140℃で冷却して非晶状態のフィルムを得る。
(2)前記フィルム9mgに、ペンタフルオロフェノール3gを加える。
(3)ヒートブロックを用い、100℃で60分間加熱溶解する。
(4)続いてヒートブロックから取り出し、放冷後、常温(約23℃)のクロロホルム6gを少しずつ静かに加え穏やかに振り混ぜる。
(5)その後0.45μmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)カートリッジフィルターでろ過して得られた試料について、ゲル浸透クロマトグラフィーを用いて、数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)を測定する。
The molecular weight and molecular weight distribution can be determined by gel permeation chromatography using an eluent that dissolves the resin component used. For example, a mixture of chlorophenol and a halogenated benzene such as chlorobenzene, chlorotoluene, bromobenzene, bromotoluene, dichlorobenzene, dichlorotoluene, dibromobenzene, or dibromotoluene, or a mixture of pentafluorophenol and chloroform can be used as the eluent.
Specifically, it can be measured by the method described in the Examples below, for example, by the following method.
(1) Obtaining an amorphous film of a resin component such as polyether ether ketone. For example, resin pellets such as polyether ether ketone are pressed at, for example, 350 to 400°C and then rapidly cooled, or, when forming into a film using an extruder, the temperature of a cast roll is lowered, for example, to 20 to 140°C, to obtain an amorphous film.
(2) 3 g of pentafluorophenol is added to 9 mg of the film.
(3) Using a heat block, heat and dissolve at 100°C for 60 minutes.
(4) Next, remove from the heat block, allow to cool, and then slowly add 6 g of room temperature (approximately 23°C) chloroform little by little and shake gently to mix.
(5) Thereafter, the sample obtained by filtering through a 0.45 μm PTFE (polytetrafluoroethylene) cartridge filter is subjected to gel permeation chromatography to measure the number average molecular weight (Mn), mass average molecular weight (Mw), and molecular weight distribution (Mw/Mn).
ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解温度は330℃以上であることが好ましく、331℃以上であることがより好ましく、332℃以上であることがさらに好ましく、333℃以上であることが特に好ましい。ポリアリールエーテルケトンの結晶融解温度が前記下限値以上であれば、得られる複合材料用部材は耐熱性に優れる傾向となる。一方、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解温度は370℃以下であることが好ましく、365℃以下であることがより好ましく、360℃以下であることがさらに好ましく、355℃以下であることが特に好ましく、350℃以下であることが最も好ましい。ポリアリールエーテルケトンの結晶融解温度が前記上限値以下であれば、複合材料用部材製造時等の溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。 The crystalline melting temperature of polyaryletherketone, particularly polyetheretherketone, is preferably 330°C or higher, more preferably 331°C or higher, even more preferably 332°C or higher, and particularly preferably 333°C or higher. If the crystalline melting temperature of polyaryletherketone is above the lower limit, the resulting composite material component tends to have excellent heat resistance. On the other hand, the crystalline melting temperature of polyaryletherketone, particularly polyetheretherketone, is preferably 370°C or lower, more preferably 365°C or lower, even more preferably 360°C or lower, particularly preferably 355°C or lower, and most preferably 350°C or lower. If the crystalline melting temperature of polyaryletherketone is below the upper limit, the composite material component tends to have excellent fluidity during melt molding, such as when producing the composite material component.
なお、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解温度は、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークのピークトップ温度から求めることができる。 The crystalline melting temperature of polyaryl ether ketone, particularly polyether ether ketone, can be determined in accordance with JIS K7121:2012 using a differential scanning calorimeter (for example, PerkinElmer's "Pyris1 DSC") in a temperature range of 25 to 400°C at a heating rate of 10°C/min, and from the peak-top temperature of the melting peak on the detected DSC curve.
ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解熱量は30J/g以上であることが好ましく、31J/g以上であることがより好ましく、32J/g以上であることがさらに好ましく、33J/g以上であることが特に好ましい。ポリアリールエーテルケトンの結晶融解熱量が前記下限値以上であれば、得られる複合材料用部材は充分な結晶化度を有し、ひいては耐熱性と剛性に優れる傾向となる。一方、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解熱量は45J/g以下であることが好ましく、43J/g以下であることがより好ましく、40J/g以下であることがさらに好ましい。ポリアリールエーテルケトンの結晶融解熱量が前記上限値以下であれば、結晶化度が高すぎないため、複合材料用部材製造時等の溶融成形性に優れる傾向となり、得られる複合材料用部材は耐久性、耐衝撃性に優れる傾向となる。 The heat of crystalline fusion of polyaryletherketone, particularly polyetheretherketone, is preferably 30 J/g or more, more preferably 31 J/g or more, even more preferably 32 J/g or more, and particularly preferably 33 J/g or more. If the heat of crystalline fusion of polyaryletherketone is above the lower limit, the resulting composite material member tends to have sufficient crystallinity and, therefore, excellent heat resistance and rigidity. On the other hand, the heat of crystalline fusion of polyaryletherketone, particularly polyetheretherketone, is preferably 45 J/g or less, more preferably 43 J/g or less, and even more preferably 40 J/g or less. If the heat of crystalline fusion of polyaryletherketone is below the upper limit, the crystallinity is not too high, which tends to result in excellent melt moldability during the production of composite material members, and the resulting composite material member tends to have excellent durability and impact resistance.
なお、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解熱量は、JIS K7122:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークの面積から求めることができる。 The heat of crystalline fusion of polyaryl ether ketone, particularly polyether ether ketone, can be determined in accordance with JIS K7122:2012 using a differential scanning calorimeter (for example, PerkinElmer's "Pyris1 DSC") in a temperature range of 25 to 400°C at a heating rate of 10°C/min, and from the area of the melting peak on the detected DSC curve.
ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの降温過程における結晶化温度は280℃以上であることが好ましく、281℃以上であることがより好ましく、282℃以上であることがさらに好ましく、283℃以上であることが特に好ましく、284℃以上であることが最も好ましい。ポリアリールエーテルケトンの降温過程における結晶化温度が前記下限値以上であれば、結晶化速度が大きく、複合材料用部材の生産性に優れる傾向となる。具体的には、例えばフィルムを作製する場合であれば、キャストロールをガラス転移温度以上結晶融解温度以下の温度に設定することで、キャストロールに樹脂が接触している間に結晶化が促進され結晶化フィルムが得られるが、降温過程の結晶化温度が前記下限値以上であれば、結晶化速度が大きく、キャストロールで結晶化を終えることができるため弾性率が高くなり、結果としてロールへの貼り付きが抑えられ、フィルムの外観が良くなる傾向となる。 The crystallization temperature of polyaryletherketone, particularly polyetheretherketone, during the cooling process is preferably 280°C or higher, more preferably 281°C or higher, even more preferably 282°C or higher, particularly preferably 283°C or higher, and most preferably 284°C or higher. If the crystallization temperature of polyaryletherketone during the cooling process is above the above-mentioned lower limit, the crystallization rate is high and the productivity of composite material components tends to be excellent. Specifically, for example, when producing a film, setting the temperature of the casting roll to be above the glass transition temperature and below the crystalline melting temperature promotes crystallization while the resin is in contact with the casting roll, resulting in a crystallized film. However, if the crystallization temperature during the cooling process is above the above-mentioned lower limit, the crystallization rate is high and crystallization can be completed by the casting roll, resulting in a high elastic modulus, which results in less sticking to the roll and tends to improve the appearance of the film.
一方、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの降温過程における結晶化温度は310℃以下であることが好ましく、306℃以下であることがより好ましく、304℃以下であることがさらに好ましく、302℃以下であることが特に好ましい。降温過程における結晶化温度が前記上限値以下であれば、結晶化が速すぎないため、フィルム等の複合材料用部材成形時の冷却ムラが少なくなり、均一に結晶化した高品質な複合材料用部材が得られる傾向となる。 On the other hand, the crystallization temperature of polyaryl ether ketone, and particularly polyether ether ketone, during the cooling process is preferably 310°C or lower, more preferably 306°C or lower, even more preferably 304°C or lower, and particularly preferably 302°C or lower. If the crystallization temperature during the cooling process is below the upper limit, crystallization will not be too rapid, resulting in less uneven cooling during molding of composite material components such as films, and tending to produce uniformly crystallized, high-quality composite material components.
なお、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの降温過程における結晶化温度は、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲400~25℃、速度10℃/分で降温させ、検出されたDSC曲線の結晶化ピークのピークトップ温度から求めることができる。 The crystallization temperature of polyaryl ether ketone, particularly polyether ether ketone, during the cooling process can be determined in accordance with JIS K7121:2012 using a differential scanning calorimeter (for example, a "Pyris1 DSC" manufactured by PerkinElmer) in the temperature range of 400 to 25°C at a rate of 10°C/min, and from the peak-top temperature of the crystallization peak on the detected DSC curve.
分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上の、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの製造方法は特に限定されるものではなく、公知の製法により製造することができる。製造にあたっては、目的の分子量分布、質量平均分子量とするための条件を適宜選択して採用すればよい。具体的には例えば、重合時に仕込むモノマー、重合開始剤、触媒、必要に応じて添加される連鎖移動剤等の種類・量・濃度、それぞれの添加の仕方を調整したり、重合温度、重合時間、重合圧力等の重合条件を調整したりする方法を採用することが挙げられる。また、重合条件を段階的に変えて重合を行う所謂多段重合を採用してもよい。 The method for producing polyaryl ether ketones, particularly polyether ether ketones, with a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4 and a mass average molecular weight of 63,000 or more is not particularly limited, and they can be produced by known methods. During production, conditions for achieving the desired molecular weight distribution and mass average molecular weight can be appropriately selected and adopted. Specific examples include adjusting the type, amount, and concentration of the monomers, polymerization initiators, catalysts, and chain transfer agents (if added as needed) charged during polymerization, as well as the method of adding each of these, or adjusting polymerization conditions such as polymerization temperature, polymerization time, and polymerization pressure. Also, so-called multi-stage polymerization, in which polymerization conditions are changed in stages, may be used.
<複合材料用部材>
上述したポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンを主成分として含み、分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上である樹脂成分は、樹脂と樹脂を強化するための繊維(強化繊維)とを含む複合材料を得るための材料部材である複合材料用部材(以下「本部材」という場合がある)として好適に用いることができ、なかでも、樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料用の部材としてより好適に用いることができる。本部材は、特に、上述した特定の分子量分布と質量平均分子量を有するポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンを含むことにより、得られる複合材料用部材は、耐久性、耐衝撃性、生産性に優れる傾向となる。特定のポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトンを含むことによるこれらの利点は、強化繊維として数平均繊維長が5mm以上のものと複合させる場合に特に顕著となる。
<Composite material components>
The resin component containing the above-mentioned polyaryletherketone, preferably polyetheretherketone, as a main component, has a molecular weight distribution of 2 to less than 4, and a mass average molecular weight of 63,000 or greater. It can be suitably used as a composite material member (hereinafter sometimes referred to as the "member"), which is a material component for obtaining a composite material containing a resin and fibers (reinforcing fibers) for reinforcing the resin. It is particularly suitable for use as a composite material member containing a resin and reinforcing fibers with a number average fiber length of 5 mm or greater. By including the polyaryletherketone, preferably polyetheretherketone, having the above-mentioned specific molecular weight distribution and mass average molecular weight, the resulting composite material member tends to have excellent durability, impact resistance, and productivity. These advantages of including the specific polyaryletherketone, particularly polyetheretherketone, are particularly pronounced when the resin is combined with reinforcing fibers with a number average fiber length of 5 mm or greater.
本部材は、本発明の効果を損なわない範囲で、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、抗菌・防かび剤、帯電防止剤、滑剤、顔料、染料、充填材等の各種添加剤が含まれていてもよい。 This member may contain various additives such as heat stabilizers, antioxidants, UV absorbers, light stabilizers, antibacterial and antifungal agents, antistatic agents, lubricants, pigments, dyes, and fillers, as long as the effects of the present invention are not impaired.
本部材中の樹脂成分の割合、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの割合としては、35質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、60質量%以上であることが特に好ましく、70質量%以上であることがとりわけ好ましく、80質量%以上であることが最も好ましい。本部材に含まれる樹脂成分、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの割合が前記下限値以上であれば、耐熱性と剛性に優れる本部材となりやすい。一方、上限については特に制限はなく、耐熱性や剛性といった特性を充分に発揮するためには樹脂成分、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの割合はできるだけ高い方が好ましいが、樹脂成分、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの改質を目的として添加剤、充填材等をさらに含む場合は、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、85質量%以下であることがさらに好ましい。本部材に含まれる樹脂成分、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの割合が前記上限値以下であれば、添加剤、充填材等をさらに含む場合に、それらの効果が充分に発揮されやすい。 The proportion of the resin component, particularly polyaryletherketone, preferably polyetheretherketone, in the component is preferably 35% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, even more preferably 50% by mass or more, particularly preferably 60% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more, and most preferably 80% by mass or more. If the proportion of the resin component, particularly polyaryletherketone, preferably polyetheretherketone, in the component is at or above the lower limit, the component is likely to have excellent heat resistance and rigidity. On the other hand, there is no particular upper limit. To fully exhibit properties such as heat resistance and rigidity, the proportion of the resin component, particularly polyaryletherketone, preferably polyetheretherketone, is preferably as high as possible. However, if additives, fillers, etc. are further included to modify the resin component, particularly polyaryletherketone, preferably polyetheretherketone, the proportion is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and even more preferably 85% by mass or less. If the proportion of the resin components contained in this member, particularly polyaryl ether ketone, and preferably polyether ether ketone, is below the upper limit stated above, the effects of additives, fillers, etc., which may also be contained, are more likely to be fully exerted.
本部材は、完全に結晶化していない状態でもよく、結晶化している状態でもよい。目的に応じて、製造過程において公知の手法を用いて結晶性を適宜調整することが可能である。一般に、結晶化していない状態では靱性に優れ、結晶化した状態では耐熱性や剛性に優れる。耐熱性や剛性等のより高い機能が求められる用途では、完全に結晶化していることが好ましい。なお、完全に結晶化しているとは、示差走査熱量測定(DSC)の昇温過程において、結晶化に伴う発熱ピークが確認されないことを意味する。 This member may be in a completely uncrystallized state or in a crystalline state. Depending on the purpose, the crystallinity can be adjusted appropriately using known techniques during the manufacturing process. Generally, a material has excellent toughness in an uncrystallized state, while a material has excellent heat resistance and rigidity in a crystalline state. For applications requiring higher functionality such as heat resistance and rigidity, a completely crystallized state is preferable. "Completely crystallized" means that no exothermic peak associated with crystallization is observed during the heating process in differential scanning calorimetry (DSC).
[結晶融解温度]
本部材の結晶融解温度は、330℃以上であることが好ましく、331℃以上であることがより好ましく、332℃以上であることがさらに好ましく、333℃以上であることが特に好ましい。本部材の結晶融解温度が前記下限値以上であれば、耐熱性に優れる傾向となる。一方、結晶融解温度は370℃以下であることが好ましく、365℃以下であることがより好ましく、360℃以下であることがさらに好ましく、355℃以下であることが特に好ましく、350℃以下であることが最も好ましい。本部材の結晶融解温度が前記上限値以下であれば、本部材を用いて強化繊維との複合材料を製造する際の繊維への含浸性等の二次加工性に優れる傾向となる。
[Crystalline melting temperature]
The crystalline melting temperature of this member is preferably 330°C or higher, more preferably 331°C or higher, even more preferably 332°C or higher, and particularly preferably 333°C or higher. If the crystalline melting temperature of this member is above the lower limit, it tends to have excellent heat resistance. On the other hand, the crystalline melting temperature is preferably 370°C or lower, more preferably 365°C or lower, even more preferably 360°C or lower, particularly preferably 355°C or lower, and most preferably 350°C or lower. If the crystalline melting temperature of this member is below the upper limit, it tends to have excellent secondary processability, such as fiber impregnation, when using this member to produce a composite material with reinforcing fibers.
なお、本部材の結晶融解温度は、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークのピークトップ温度から求めることができる。 The crystalline melting temperature of this material can be determined in accordance with JIS K7121:2012 using a differential scanning calorimeter (for example, PerkinElmer's "Pyris1 DSC") in the temperature range of 25 to 400°C at a heating rate of 10°C/min, from the peak-top temperature of the melting peak on the detected DSC curve.
[結晶融解熱量]
本部材の結晶融解熱量は30J/g以上であることが好ましく、31J/g以上であることがより好ましく、32J/g以上であることがさらに好ましく、33J/g以上であることが特に好ましい。本部材の結晶融解熱量が前記下限値以上であれば、充分な結晶化度を有し、ひいては耐熱性と剛性に優れる傾向となる。また、強化繊維との複合材料とした場合も、耐熱性と剛性に優れる傾向となる。一方、本部材の結晶融解熱量は45J/g以下であることが好ましく、43J/g以下であることがより好ましく、40J/g以下であることがさらに好ましい。本部材の結晶融解熱量が前記上限値以下であれば、結晶化度が高すぎないため、強化繊維との複合材料を製造する際の強化繊維への含浸性等の二次加工性に優れる傾向となる。
[Crystal melting heat]
The heat of crystalline fusion of this member is preferably 30 J/g or more, more preferably 31 J/g or more, even more preferably 32 J/g or more, and particularly preferably 33 J/g or more. If the heat of crystalline fusion of this member is above the lower limit, it will have sufficient crystallinity and therefore tend to have excellent heat resistance and rigidity. Furthermore, when it is made into a composite material with reinforcing fibers, it will also tend to have excellent heat resistance and rigidity. On the other hand, the heat of crystalline fusion of this member is preferably 45 J/g or less, more preferably 43 J/g or less, and even more preferably 40 J/g or less. If the heat of crystalline fusion of this member is below the upper limit, the degree of crystallinity will not be too high, and therefore it will tend to have excellent secondary processability, such as impregnation into reinforcing fibers, when producing a composite material with reinforcing fibers.
なお、本部材の結晶融解熱量は、JIS K7122:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解時の融解ピークの面積から求めることができる。 The heat of crystalline fusion of this material can be determined in accordance with JIS K7122:2012 using a differential scanning calorimeter (for example, PerkinElmer's "Pyris1 DSC") at a temperature range of 25 to 400°C and a heating rate of 10°C/min, and from the area of the melting peak at the time of melting on the detected DSC curve.
[結晶化温度]
本部材の降温過程における結晶化温度は280℃以上であることが好ましく、281℃以上であることがより好ましく、282℃以上であることがさらに好ましく、283℃以上であることが特に好ましく、284℃以上であることが最も好ましい。本部材の降温過程における結晶化温度が前記下限値以上であれば、結晶化速度が大きく、強化繊維との複合材料を生産する際のサイクルを短くすることができ生産性に優れる傾向となる。
[Crystallization temperature]
The crystallization temperature of the present member during the cooling process is preferably 280° C. or higher, more preferably 281° C. or higher, even more preferably 282° C. or higher, particularly preferably 283° C. or higher, and most preferably 284° C. or higher. If the crystallization temperature of the present member during the cooling process is equal to or higher than the lower limit, the crystallization rate is high, the cycle for producing a composite material with reinforcing fibers can be shortened, and productivity tends to be excellent.
一方、降温過程における結晶化温度は310℃以下であることが好ましく、306℃以下であることがより好ましく、304℃以下であることがさらに好ましく、302℃以下であることが特に好ましい。本部材の降温過程における結晶化温度が前記上限値以下であれば、結晶化が速すぎないため、強化繊維との複合材料製造時の冷却ムラが少なくなり、均一に結晶化した高品質な複合材料が得られる傾向となる。加えて、強化繊維との複合材料製造の際に強化繊維に本部材を充分に含浸させることが容易となり、得られる複合材料も均一に結晶化した高品質のものとなりやすい利点もある。 On the other hand, the crystallization temperature during the cooling process is preferably 310°C or lower, more preferably 306°C or lower, even more preferably 304°C or lower, and particularly preferably 302°C or lower. If the crystallization temperature during the cooling process of this component is below the upper limit mentioned above, crystallization will not be too rapid, which will reduce uneven cooling during the production of a composite material with reinforcing fibers and tend to result in a uniformly crystallized, high-quality composite material. In addition, this also makes it easier to fully impregnate the component into the reinforcing fibers during the production of a composite material with reinforcing fibers, which has the advantage that the resulting composite material is more likely to be uniformly crystallized and high-quality.
なお、本部材の結晶化温度は、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲400~25℃、速度10℃/分で降温させ、検出されたDSC曲線の結晶化ピークのピークトップ温度から求めることができる。 The crystallization temperature of this material can be determined in accordance with JIS K7121:2012 using a differential scanning calorimeter (for example, PerkinElmer's "Pyris1 DSC"), by lowering the temperature over a temperature range of 400 to 25°C at a rate of 10°C/min, and from the peak-top temperature of the crystallization peak on the detected DSC curve.
[耐折回数]
本部材の耐折回数は5000回以上であることが好ましく、6000回以上であることがより好ましく、7000回以上であることがさらに好ましく、8000回以上であることが特に好ましく、9000回以上であることがとりわけ好ましく、10000回以上であることが最も好ましい。耐折回数がかかる範囲であれば、耐久性が充分に高く、また得られる複合材料も耐久性に優れ、繰り返し応力が加えられるような用途においても破壊しにくいものとなりやすい。なお、耐折回数はJIS P8115:2001に準拠し、厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定することができる。
[Number of folding times]
The folding endurance of this member is preferably 5,000 or more, more preferably 6,000 or more, even more preferably 7,000 or more, particularly preferably 8,000 or more, particularly preferably 9,000 or more, and most preferably 10,000 or more. If the folding endurance is within this range, durability is sufficiently high, and the resulting composite material also has excellent durability and is likely to be less susceptible to breakage even in applications where repeated stress is applied. The folding endurance can be measured in accordance with JIS P8115:2001 under the conditions of a thickness of 100 μm, a bending angle of 135°, a bending speed of 175 cpm, and a load of 9.8 N.
[パンクチャー衝撃強度]
本部材の、厚み100μm、23℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度は0.3J以上であることが好ましく、0.4J以上であることがより好ましく、0.6J以上であることがさらに好ましく、0.7J以上であることが特に好ましい。23℃におけるパンクチャー衝撃強度がかかる範囲であれば、耐衝撃性が充分に高く、外部から衝撃が加わっても破壊しにくい複合材料用部材となりやすく、また得られる複合材料も耐衝撃性に優れるものとなりやすい。
[Puncture impact strength]
The puncture impact strength of this member, measured under conditions of a thickness of 100 μm, 23° C., a fixed frame inner diameter of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m/s, is preferably 0.3 J or more, more preferably 0.4 J or more, even more preferably 0.6 J or more, and particularly preferably 0.7 J or more. If the puncture impact strength at 23° C. is within this range, the member is likely to have sufficiently high impact resistance and is unlikely to break even when subjected to external impact, and the resulting composite material is also likely to have excellent impact resistance.
本部材の、厚み100μm、-20℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度は0.3J以上であることが好ましく、0.4J以上であることがより好ましく、0.5J以上であることがさらに好ましい。-20℃におけるパンクチャー衝撃強度がかかる範囲であれば、特に低温における耐衝撃性が充分に高く、外部から衝撃が加わっても破壊しにくい複合材料用部材となりやすく、また得られる複合材料も耐衝撃性に優れるものとなりやすい。
なお、23℃及び-20℃におけるパンクチャー衝撃強度は、JIS K7124-2:1999を参考に、厚み100μm、測定サンプル固定枠の内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定することができるが、本部材の厚みが1mm以上である場合には、JIS K7211-2:2006を参考にして、同様の条件で測定すればよい。
The puncture impact strength of this member, measured under conditions of a thickness of 100 μm, −20° C., a fixed frame inner diameter of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m/s, is preferably at least 0.3 J, more preferably at least 0.4 J, and even more preferably at least 0.5 J. If the puncture impact strength at −20° C. is within this range, the member will have sufficiently high impact resistance, particularly at low temperatures, and will likely be a composite material member that is resistant to breakage even when subjected to external impact, and the resulting composite material will also likely have excellent impact resistance.
The puncture impact strength at 23°C and -20°C can be measured with reference to JIS K7124-2:1999 under the conditions of a thickness of 100 μm, an inner diameter of the measurement sample fixing frame of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m/s. However, if the thickness of this member is 1 mm or more, it may be measured under similar conditions with reference to JIS K7211-2:2006.
[厚み精度]
本部材の形状がフィルム、シート、板状等の長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さい薄い平らな形状である場合は、本部材の厚み精度は7%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、4%以下であることがさらに好ましく、3%以下であることが特に好ましく、2.5%以下であることがとりわけ好ましく、2%以下であることが最も好ましい。厚み精度がかかる範囲であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。厚み精度の下限は特に限定されるものではなく0%であることが好ましいが、通常0.1%であり、0.3%であってもよく、0.5%であってもよく、0.8%であってもよく、1%であってもよい。
なお、厚み精度は、測定されるフィルム厚みの平均値と標準偏差から、下記の式1により算出することができ、具体的には、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[式1]
厚み精度(%)=標準偏差(μm)/平均値(μm)×100
[Thickness accuracy]
When the component is a thin, flat shape such as a film, sheet, or plate, with a thickness that is extremely small compared to its length and width, the thickness accuracy of the component is preferably 7% or less, more preferably 5% or less, even more preferably 4% or less, particularly preferably 3% or less, particularly preferably 2.5% or less, and most preferably 2% or less. When the thickness accuracy is within this range, when combined with reinforcing fibers, the variation in the reinforcing fiber content in the resulting composite material is likely to be small. In other words, the variation in mechanical properties such as strength between different parts of the composite material is small, making it easier to obtain a composite material with highly uniform mechanical properties. The lower limit of the thickness accuracy is not particularly limited, and is preferably 0%, but is typically 0.1%, and may be 0.3%, 0.5%, 0.8%, or 1%.
The thickness precision can be calculated from the average value and standard deviation of the measured film thickness using the following formula 1, and specifically, can be measured by the method described in the examples below.
[Formula 1]
Thickness accuracy (%) = standard deviation (μm) / average value (μm) × 100
[表面粗さ]
本部材の形状がフィルム、シート、板状等の長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さい薄い平らな形状である場合は、少なくとも一面(片面)の表面粗さが特定の範囲であることが好ましい。具体的には、本部材の少なくとも片面の算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ粗さ(Rz)が後記する特定の範囲であることが好ましい。また、本部材の両面の表面粗さが後記する特定の範囲であることも好ましい。
[Surface roughness]
When the present member has a thin, flat shape such as a film, sheet, or plate, with a thickness that is extremely small compared to its length and width, it is preferable that the surface roughness of at least one surface (single surface) be within a specific range. Specifically, it is preferable that the arithmetic mean height (Sa), maximum height (Sz), arithmetic mean roughness (Ra), and maximum height roughness (Rz) of at least one surface of the present member be within the specific ranges described below. It is also preferable that the surface roughness of both surfaces of the present member be within the specific ranges described below.
[算術平均高さ(Sa)]
本部材の少なくとも片面の算術平均高さ(Sa)は0.001μm以上であることが好ましく、0.005μm以上であることがより好ましく、0.007μm以上であることがさらに好ましく、0.01μm以上であることが特に好ましく、0.015μm以上であることがとりわけ好ましく、0.018μm以上であることが最も好ましい。また、算術平均高さ(Sa)は、1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましく、0.2μm以下であることがさらに好ましく、0.1μm以下であることが特に好ましく、0.08μm以下であることがとりわけ好ましく、0.05μm以下であることが最も好ましい。
算術平均高さ(Sa)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、算術平均高さ(Sa)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、算術平均高さ(Sa)は、白色干渉顕微鏡を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[Arithmetic mean height (Sa)]
The arithmetic mean height (Sa) of at least one surface of the member is preferably 0.001 μm or more, more preferably 0.005 μm or more, even more preferably 0.007 μm or more, particularly preferably 0.01 μm or more, especially preferably 0.015 μm or more, and most preferably 0.018 μm or more. The arithmetic mean height (Sa) is preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, even more preferably 0.2 μm or less, especially preferably 0.1 μm or less, especially preferably 0.08 μm or less, and most preferably 0.05 μm or less.
If the arithmetic mean height (Sa) is equal to or greater than the lower limit, problems such as meandering or skewing of the film due to reduced slipperiness when unwinding the film from a film roll or the like during lamination with a reinforcing fiber sheet or the like during the production of a composite material such as a prepreg are less likely to occur, resulting in a composite material component with excellent processability. Furthermore, problems such as sparks being generated when the film is unwound due to static electricity accumulated on the film roll or the like, causing scratches on the surface of the film, or floating dust being attracted by static electricity and adhering to the surface of the film or the like, resulting in the inclusion of foreign matter in the resulting composite material are less likely to occur. Furthermore, if the arithmetic mean height (Sa) is equal to or less than the upper limit, when combined with reinforcing fibers, the variation in the reinforcing fiber content in the resulting composite material is likely to be small. In other words, the variation in mechanical properties such as strength between different parts of the composite material is small, making it easier to obtain a composite material with highly uniform mechanical properties. Another advantage is that problems such as slippage, shifting, twisting, and wrinkling of the film on the transport roll during film transport when unwinding the film from the film roll or the like are less likely to occur.
The arithmetic mean height (Sa) can be measured using a white light interference microscope, specifically by the method described in the examples below.
[最大高さ(Sz)]
本部材の少なくとも片面の最大高さ(Sz)は0.1μm以上であることが好ましく、0.3μm以上であることがより好ましく、0.5μm以上であることがさらに好ましく、0.7μm以上であることが特に好ましく、0.8μm以上であることが最も好ましい。また、最大高さ(Sz)は10μm以下であることが好ましく、7μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましく、3μm以下であることが特に好ましく、2.5μm以下であることがとりわけ好ましく、2μm以下であることが最も好ましい。
最大高さ(Sz)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、最大高さ(Sz)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、最大高さ(Sz)は、白色干渉顕微鏡を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[Maximum height (Sz)]
The maximum height (Sz) of at least one surface of the member is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.3 μm or more, even more preferably 0.5 μm or more, particularly preferably 0.7 μm or more, and most preferably 0.8 μm or more. The maximum height (Sz) is preferably 10 μm or less, more preferably 7 μm or less, even more preferably 5 μm or less, particularly preferably 3 μm or less, particularly preferably 2.5 μm or less, and most preferably 2 μm or less.
If the maximum height (Sz) is equal to or greater than the lower limit, the film is less likely to meander or become skewed during lamination with a reinforcing fiber sheet or the like during the production of a composite material such as a prepreg. This reduces the slipperiness of the film when unwound from a film roll or the like, resulting in a composite material with excellent processability. Furthermore, problems such as sparks being generated when the film is unwound due to static electricity accumulated on the film roll or the like, causing scratches on the surface of the film, or floating dust being attracted by static electricity and adhering to the surface of the film or the like, resulting in the inclusion of foreign matter in the resulting composite material, are less likely to occur. Furthermore, if the maximum height (Sz) is equal to or less than the upper limit, the variation in the reinforcing fiber content in the resulting composite material when combined with reinforcing fibers is likely to be reduced. In other words, the variation in mechanical properties such as strength between different parts of the composite material is small, making it easier to obtain a composite material with highly uniform mechanical properties. Another advantage is that the film is less likely to slip, shift, twist, wrinkle, or other problems when conveyed from the film roll or the like during unwinding.
The maximum height (Sz) can be measured using a white light interference microscope, specifically by the method described in the examples below.
[算術平均粗さ(Ra)]
本部材の少なくとも片面の算術平均粗さ(Ra)は0.005μm以上であることが好ましく、0.008μm以上であることがより好ましく、0.01μm以上であることがさらに好ましく、0.015μm以上であることが特に好ましく、0.02μm以上であることが最も好ましい。また、算術平均粗さ(Ra)は1μm以下であることが好ましく、0.7μm以下であることがより好ましく、0.5μm以下であることがさらに好ましく、0.3μm以下であることがよりさらに好ましく、0.2μm以下であることが特に好ましく、0.15μm以下であることがとりわけ好ましく、0.1μm以下であることが最も好ましい。
算術平均粗さ(Ra)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、算術平均粗さ(Ra)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、算術平均粗さ(Ra)は、JIS B0601:2013に準拠し接触式表面粗さ計を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[Arithmetic mean roughness (Ra)]
The arithmetic mean roughness (Ra) of at least one surface of the member is preferably 0.005 μm or more, more preferably 0.008 μm or more, even more preferably 0.01 μm or more, particularly preferably 0.015 μm or more, and most preferably 0.02 μm or more. The arithmetic mean roughness (Ra) is preferably 1 μm or less, more preferably 0.7 μm or less, even more preferably 0.5 μm or less, even more preferably 0.3 μm or less, particularly preferably 0.2 μm or less, particularly preferably 0.15 μm or less, and most preferably 0.1 μm or less.
If the arithmetic mean roughness (Ra) is equal to or greater than the lower limit, problems such as meandering or skewing of the film due to reduced slipperiness when unwinding the film from a film roll or the like during lamination with a reinforcing fiber sheet or the like during the production of a composite material such as a prepreg are less likely to occur, resulting in a composite material component with excellent processability. Furthermore, problems such as sparks generated when unwinding the film due to static electricity accumulated on the film roll or the like, causing scratches on the surface of the film, or floating dust being attracted by static electricity and adhering to the surface of the film or the like, resulting in the inclusion of foreign matter in the resulting composite material are less likely to occur. Furthermore, if the arithmetic mean roughness (Ra) is equal to or less than the upper limit, when combined with reinforcing fibers, the variation in the reinforcing fiber content in the resulting composite material is likely to be small. In other words, the variation in mechanical properties such as strength between different parts of the composite material is small, making it easier to obtain a composite material with highly uniform mechanical properties. Another advantage is that problems such as slippage, shifting, twisting, and wrinkling of the film on the transport roll during film transport when unwinding the film from the film roll or the like are less likely to occur.
The arithmetic mean roughness (Ra) can be measured using a contact surface roughness meter in accordance with JIS B0601:2013, and specifically, can be measured by the method described in the examples below.
[最大高さ粗さ(Rz)]
本部材の少なくとも片面の最大高さ粗さ(Rz)は0.05μm以上であることが好ましく、0.08μm以上であることがより好ましく、0.1μm以上であることがさらに好ましく、0.15μm以上であることが特に好ましく、0.2μm以上であることが最も好ましい。また、最大高さ粗さ(Rz)は5μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましく、2μm以下であることがさらに好ましく、1μm以下であることが特に好ましく、0.8μm以下であることが最も好ましい。
最大高さ粗さ(Rz)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、最大高さ粗さ(Rz)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、最大高さ粗さ(Rz)は、JIS B0601:2013に準拠し接触式表面粗さ計を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[Maximum height roughness (Rz)]
The maximum roughness in height (Rz) of at least one surface of the member is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.08 μm or more, even more preferably 0.1 μm or more, particularly preferably 0.15 μm or more, and most preferably 0.2 μm or more. The maximum roughness in height (Rz) is preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less, even more preferably 2 μm or less, particularly preferably 1 μm or less, and most preferably 0.8 μm or less.
If the maximum height roughness (Rz) is equal to or greater than the lower limit, problems such as meandering or skewing of the film due to reduced slipperiness when unwinding the film from a film roll or the like during lamination with a reinforcing fiber sheet or the like during the production of a composite material such as a prepreg are less likely to occur, resulting in a composite material component with excellent processability. Furthermore, problems such as sparks generated by static electricity accumulating on the film roll or the like during unwinding, causing scratches on the surface of the film, or floating dust being attracted by static electricity and adhering to the surface of the film or the like, resulting in the inclusion of foreign matter in the resulting composite material, are less likely to occur. Furthermore, if the maximum height roughness (Rz) is equal to or less than the upper limit, when combined with reinforcing fibers, the variation in the reinforcing fiber content in the resulting composite material is likely to be reduced. In other words, the variation in mechanical properties such as strength between different parts of the composite material is reduced, making it easier to obtain a composite material with highly uniform mechanical properties. Another advantage is that problems such as slippage, shifting, twisting, and wrinkling of the film on the transport roll during film transport when unwinding the film from the film roll or the like are less likely to occur.
The maximum height roughness (Rz) can be measured using a contact surface roughness meter in accordance with JIS B0601:2013, and specifically, can be measured by the method described in the examples below.
[相対結晶化度]
本部材の相対結晶化度は50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましく、80%以上であることが特に好ましく、90%以上であることがとりわけ好ましく、95%以上であることが最も好ましい。また、上限は、通常100%である。本部材の相対結晶化度が、前記下限値以上であると、本部材と強化繊維とを加熱圧着させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することが容易となり、また、耐熱性や剛性により優れたものとすることができる。
なお、相対結晶化度は、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温し、このときに得られる結晶融解ピークの熱量(J/g)、再結晶化ピークの熱量(J/g)から下記の式2を用いて算出することで得られる。
[式2]
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:本部材の10℃/分の昇温条件下での再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:本部材の10℃/分の昇温条件下での結晶融解ピークの熱量(J/g)
[Relative Crystallinity]
The relative crystallinity of the present member is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, even more preferably 70% or more, particularly preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more, and most preferably 95% or more. The upper limit is usually 100%. If the relative crystallinity of the present member is equal to or greater than the lower limit, it becomes easier to suppress thermal shrinkage when the present member and reinforcing fibers are thermocompressed to form a composite material, and the heat resistance and rigidity can be improved.
The relative crystallinity can be calculated using a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC" manufactured by PerkinElmer) in a temperature range of 25 to 400°C at a heating rate of 10°C/min, and the calorific value (J/g) of the crystal melting peak and the calorific value (J/g) of the recrystallization peak obtained at this time, using the following formula 2:
[Formula 2]
Relative crystallinity (%) = {1 - (ΔHc/ΔHm)} × 100
ΔHc: Heat quantity (J/g) of the recrystallization peak of the present material under a temperature increase condition of 10 ° C./min
ΔHm: Heat quantity (J/g) of the crystal melting peak of this material under the temperature rising condition of 10 ° C./min
なお、再結晶化ピークが複数存在する場合はその熱量の合計をΔHcとし、結晶融解ピークが複数存在する場合はその熱量の合計をΔHmとして算出する。示差走査熱量計で測定した際に再結晶化ピークが見られないもの(ΔHc=0J/g)を結晶化した本部材、再結晶化ピークが見られるものを完全に結晶化していない本部材ということができる。 If there are multiple recrystallization peaks, the sum of their heat quantities is calculated as ΔHc, and if there are multiple crystal melting peaks, the sum of their heat quantities is calculated as ΔHm. When measured with a differential scanning calorimeter, a material that shows no recrystallization peak (ΔHc = 0 J/g) can be said to be crystallized, while a material that shows a recrystallization peak can be said to be not completely crystallized.
[比重]
本部材の比重は、1.27以上であることが好ましく、1.28以上であることがより好ましい。相対結晶化度と比重は相関があり、通常は、相対結晶化度が高いほど、比重が高いものとなりやすい。そのため、比重が前記下限値以上であると、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、また、耐熱性や剛性に優れたものとすることができる傾向となる。一方、本部材の比重は、1.35以下であることが好ましく、1.34以下であることがより好ましい。
なお、比重は、JIS K7112:1999(D法)の測定方法に準拠し、温度23℃の条件により測定した値である。
[specific gravity]
The specific gravity of the present member is preferably 1.27 or more, more preferably 1.28 or more. There is a correlation between the relative crystallinity and the specific gravity, and typically, the higher the relative crystallinity, the higher the specific gravity. Therefore, if the specific gravity is equal to or greater than the lower limit, shrinkage due to heat tends to be suppressed when the present member and the reinforcing fibers are bonded together by heat or pressure to form a composite material, and the resulting composite tends to have excellent heat resistance and rigidity. On the other hand, the specific gravity of the present member is preferably 1.35 or less, more preferably 1.34 or less.
The specific gravity is a value measured at a temperature of 23°C in accordance with the measurement method of JIS K7112:1999 (Method D).
[加熱収縮率]
本部材の加熱収縮率は、2.5%以下であることが好ましく、2.2%以下であることがより好ましく、1.8%以下であることがさらに好ましく、1.5%以下であることが特に好ましく、1.2%以下であることがとりわけ好ましく、0.8%以下であることが殊に好ましく、0.7%以下であることが最も好ましい。加熱収縮率を前記上限値以下とすることにより、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、得られる複合材料もシワ等の外観不良が発生しにくい傾向となる。本部材の加熱収縮率の下限は特に限定されるものではなく0%であることが好ましいが、0.1%であってもよく、0.2%であってもよい。
加熱収縮率は、フィルム状等とした本部材から切り出した大きさ120mm×120mmの試験片に、樹脂の流れ方向(MD)に直交する方向(TD)に100mm間隔の標線を付け、この試験片を200℃の環境下に10分間静置し、加熱前後の標線間距離から、下記の式3により求められる。
[式3]
加熱収縮率(%)=[(加熱前の標線間距離-加熱後の標線間距離)/加熱前の標線間距離]×100
[Heat shrinkage rate]
The heat shrinkage of the present member is preferably 2.5% or less, more preferably 2.2% or less, even more preferably 1.8% or less, particularly preferably 1.5% or less, particularly preferably 1.2% or less, especially preferably 0.8% or less, and most preferably 0.7% or less. By setting the heat shrinkage to the above upper limit or less, shrinkage due to heat tends to be suppressed when the present member and the reinforcing fibers are thermocompressed to form a composite material, and the resulting composite material also tends to be less prone to appearance defects such as wrinkles. The lower limit of the heat shrinkage of the present member is not particularly limited, and is preferably 0%, but may be 0.1% or 0.2%.
The heat shrinkage rate is determined by cutting a 120 mm × 120 mm test piece from the film or other form of this member, marking lines at 100 mm intervals in the direction (TD) perpendicular to the direction of resin flow (MD), leaving this test piece at rest in a 200°C environment for 10 minutes, and then using the distance between the marks before and after heating, according to the following formula 3.
[Formula 3]
Heat shrinkage rate (%) = [(gauge line distance before heating - gauge line distance after heating) / gauge line distance before heating] x 100
[加熱収縮応力]
本部材の加熱収縮応力は、1.2mN以下であることが好ましく、1mN以下であることがより好ましく、0.8mN以下であることがさらに好ましく、0.5mN以下であることが特に好ましく、0.3mN以下であることが最も好ましい。加熱収縮応力を前記上限値以下とすることにより、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、得られる複合材料もシワ等の外観不良が発生しにくい傾向となる。本部材の加熱収縮応力の下限は特に限定されるものではなく0mNであることが好ましい。
加熱収縮応力は、以下の方法で求めることができる。
フィルム状等とした本部材から長さ10mm、幅3mmの短冊状の試験片を切り出し、熱機械分析装置(例えば、日立ハイテクサイエンス社製熱機械分析装置「TMA7100」)を用いて、試験片の一端を荷重検出器のチャックに、他端を固定チャックにセットし、荷重をかけない状態で室温(23℃)から340℃まで昇温速度5℃/分で加熱し、145℃における応力値を測定する。樹脂の流れ方向(MD)とそれと直交する方向(TD)についてそれぞれ測定を行い、応力値が大きい方を本発明の加熱収縮応力とする。
[Heat shrinkage stress]
The heat shrinkage stress of this member is preferably 1.2 mN or less, more preferably 1 mN or less, even more preferably 0.8 mN or less, particularly preferably 0.5 mN or less, and most preferably 0.3 mN or less. By setting the heat shrinkage stress to the above upper limit or less, shrinkage due to heat tends to be suppressed when this member and reinforcing fibers are thermocompression bonded to form a composite material, and the resulting composite material also tends to be less prone to appearance defects such as wrinkles. The lower limit of the heat shrinkage stress of this member is not particularly limited, and it is preferably 0 mN.
The heat shrinkage stress can be determined by the following method.
A rectangular test piece 10 mm long and 3 mm wide is cut from this film-like member, and using a thermomechanical analyzer (for example, a thermomechanical analyzer "TMA7100" manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation), one end of the test piece is set in the chuck of a load detector and the other end is set in a fixed chuck, and the test piece is heated from room temperature (23°C) to 340°C at a heating rate of 5°C/min without applying a load, and the stress value at 145°C is measured. Measurements are made in both the flow direction of the resin (MD) and the direction perpendicular thereto (TD), and the larger stress value is taken as the heat shrinkage stress of the present invention.
本部材の形状としては特に限定はなく、フィルム、板、繊維、ボトル、チューブ、棒、パウダー、ペレット等のいずれの形状であってもよいが、フィルム、板、繊維であることが好ましく、フィルム、板であることがより好ましく、フィルムであることがさらに好ましい。なお、本部材が板状部材である場合、板状部材の「板状」としては、最大厚みが任意の平らな形状をいい、厚み1mm以上のいわゆる板だけでなく、厚み1mm未満のフィルムも含む趣旨である。板状部材としては薄い板状が好ましく、その厚みは2mm以下が好ましく、1mm未満がより好ましく、500μm以下がさらに好ましく、400μm以下が特に好ましく、300μm以下がとりわけ好ましく、250μm以下が最も好ましい。下限値は通常3μmである。
パウダー、ペレット等の形状のものを用いる場合は、原料の樹脂をそのまま用いてもよいし、パウダー状、ペレット状等に加工したものであってもよい。また、その他の形状である場合は、一般の成形法、例えば、押出成形、射出成形、溶融流延法等の流延成形、プレス成形等によって成形して、各種形状、好ましくはフィルム、板等の部材に成形できる。それぞれの成形方法において、装置及び加工条件は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。特に、後述の強化繊維との複合材料とする際の加工性の観点から、押出成形法、特にTダイ法によってフィルムとされた複合材料用部材であることが好ましい。
The shape of the member is not particularly limited and may be any shape, such as a film, plate, fiber, bottle, tube, rod, powder, or pellet. However, a film, plate, or fiber is preferred, a film or plate is more preferred, and a film is even more preferred. When the member is a plate-like member, the term "plate-like" refers to a flat shape with any maximum thickness, including not only so-called plates with a thickness of 1 mm or more, but also films with a thickness of less than 1 mm. A thin plate-like member is preferred, with a thickness of 2 mm or less, preferably less than 1 mm, even more preferably 500 μm or less, particularly preferably 400 μm or less, particularly preferably 300 μm or less, and most preferably 250 μm or less. The lower limit is typically 3 μm.
When using a resin in the form of powder, pellets, or the like, the raw material resin may be used as is, or may be processed into a powder, pellet, or the like. When it is in another shape, it can be molded by a general molding method, for example, extrusion molding, injection molding, melt casting, or other casting molding, press molding, or the like, to form various shapes, preferably into components such as films and plates. In each molding method, the apparatus and processing conditions are not particularly limited, and known methods can be employed. In particular, from the viewpoint of processability when forming a composite material with reinforcing fibers, which will be described later, a composite material component formed into a film by extrusion molding, particularly the T-die method, is preferred.
なお、本発明においてフィルムは、シートを包含するものとする。一般的にフィルムとは、長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さく、最大厚みが任意に限定されている薄い平らな製品で、通常、ロールの形で供給されるものをいい(日本工業規格JIS K6900:1994)、一般的にシートとは、JISにおける定義上、薄く、一般にその厚みが長さと幅のわりには小さく平らな製品をいう。しかし、シートとフィルムの境界は定かでないため、本発明においては、フィルムはシートを包含するものとする。よって、「フィルム」は「シート」であってもよい。 In the present invention, film is considered to encompass sheets. Generally, a film is a thin, flat product that is extremely thin compared to its length and width, with an arbitrarily limited maximum thickness, and is usually supplied in roll form (Japanese Industrial Standards JIS K6900:1994). Generally, a sheet, as defined in JIS, is a thin, flat product whose thickness is generally small compared to its length and width. However, since the boundary between sheet and film is unclear, in the present invention, film is considered to encompass sheets. Therefore, "film" can also be "sheet."
<フィルムの製造方法>
本部材がフィルムである場合、フィルムの製造方法は特に限定されないが、例えば、無延伸又は延伸フィルムとして得ることができる。複合材料を製造する際の二次加工性の観点から、無延伸フィルムとして得ることが好ましい。なお、無延伸フィルムとは、フィルムの配向を制御する目的で積極的に延伸しないフィルムであり、Tダイ法等の押出成形等においてキャストロールにより引き取る際に配向したフィルムや、延伸ロールでの延伸倍率が2倍未満であるフィルムも含むものとする。
<Film manufacturing method>
When the present member is a film, the method for producing the film is not particularly limited, but it can be obtained, for example, as an unstretched or stretched film. From the viewpoint of secondary processability when producing a composite material, it is preferable to obtain it as an unstretched film. Note that an unstretched film is a film that is not actively stretched in order to control the orientation of the film, and includes a film that is oriented when taken up by a cast roll in extrusion molding such as a T-die method, and a film that is stretched by a stretching roll at a stretching ratio of less than 2 times.
無延伸フィルムの場合、フィルムの構成材料を溶融混練した後、押出成形し、冷却することにより製造することができる。溶融混練には、単軸又は二軸押出機等の公知の混練機を用いることができる。溶融温度は、樹脂の種類や混合比率、添加剤の有無や種類に応じて適宜調整されるが、生産性等の観点から、320℃以上であることが好ましく、340℃以上であることがより好ましく、350℃以上であることがさらに好ましく、360℃以上であることが特に好ましい。樹脂温度を前記下限値以上とすることで、ペレット等の原料の結晶が充分に融解しフィルムに残りにくくなるため、耐折回数、パンクチャー衝撃強度が向上しやすくなる。一方、溶融温度は450℃以下であることが好ましく、430℃以下であることがより好ましく、410℃以下であることがさらに好ましく、390℃以下であることが特に好ましい。樹脂温度を前記上限値以下とすることで、溶融成形時に樹脂が分解しにくく分子量が維持されやすいため、フィルムの耐折回数、パンクチャー衝撃強度が向上する傾向となる。 Unstretched films can be produced by melt-kneading the constituent materials of the film, followed by extrusion molding and cooling. Melt-kneading can be performed using a known kneader, such as a single-screw or twin-screw extruder. The melting temperature is adjusted appropriately depending on the type and mixing ratio of the resin, and the presence and type of additives. From the perspective of productivity, however, it is preferably 320°C or higher, more preferably 340°C or higher, even more preferably 350°C or higher, and particularly preferably 360°C or higher. By maintaining the resin temperature at or above the lower limit, crystals from raw materials such as pellets are sufficiently melted and are less likely to remain in the film, which tends to improve the number of folding cycles and puncture impact strength. On the other hand, the melting temperature is preferably 450°C or lower, more preferably 430°C or lower, even more preferably 410°C or lower, and particularly preferably 390°C or lower. By maintaining the resin temperature at or below the upper limit, the resin is less likely to decompose during melt molding and its molecular weight is more likely to be maintained, which tends to improve the number of folding cycles and puncture impact strength of the film.
冷却は、例えば、冷却されたキャストロール等の冷却機に溶融樹脂を接触させることにより行うことができる。冷却温度(例えば、キャストロールの温度)は、結晶化したフィルムを作製するか、完全に結晶化していないフィルムを作製するかによって異なる。結晶化したフィルムを作製する場合、所望の結晶化度になるように冷却温度を適宜選択すればよい。前記冷却温度としては、本部材に含まれる樹脂成分のガラス転移温度から30~150℃高い温度であることが好ましく、35~140℃高い温度であることがより好ましく、40~135℃高い温度であることが特に好ましい。冷却温度を前記範囲とすることで、フィルムの冷却速度を遅くすることができ、相対結晶化度を高くすることができる傾向がある。
例えば、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンを含む場合、冷却温度(キャストロール温度)は180℃以上であることが好ましく、190℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましい。
より高い結晶化度のフィルムを得る場合は、冷却温度(キャストロール温度)は210℃以上であることが特に好ましく、220℃以上であることが最も好ましい。一方、冷却温度(キャストロール温度)は300℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましく、270℃以下であることがさらに好ましく、260℃以下であることが特に好ましく、250℃以下であることがとりわけ好ましく、240℃以下であることが最も好ましい。
Cooling can be performed, for example, by contacting the molten resin with a cooling device such as a cooled casting roll. The cooling temperature (e.g., the temperature of the casting roll) varies depending on whether a crystallized film or a completely incrystallized film is to be produced. When producing a crystallized film, the cooling temperature can be appropriately selected to achieve the desired degree of crystallinity. The cooling temperature is preferably 30 to 150°C higher than the glass transition temperature of the resin component contained in the present member, more preferably 35 to 140°C higher, and particularly preferably 40 to 135°C higher. By setting the cooling temperature within the above range, the cooling rate of the film can be slowed, which tends to increase the relative crystallinity.
For example, when polyether ether ketone is contained as the resin component, the cooling temperature (cast roll temperature) is preferably 180°C or higher, more preferably 190°C or higher, and even more preferably 200°C or higher.
To obtain a film with a higher crystallinity, the cooling temperature (cast roll temperature) is particularly preferably 210° C. or higher, and most preferably 220° C. or higher. On the other hand, the cooling temperature (cast roll temperature) is preferably 300° C. or lower, more preferably 280° C. or lower, even more preferably 270° C. or lower, particularly preferably 260° C. or lower, particularly preferably 250° C. or lower, and most preferably 240° C. or lower.
高分子材料の結晶化速度は、結晶の核形成速度と成長速度のバランスから、ガラス転移温度と結晶融解温度との間の温度域で最大化すると考えられる。相対結晶化度の高いフィルムを作製する場合に、冷却温度(キャストロール温度)の下限と上限がかかる範囲であれば、結晶化速度が最大となり、生産性に優れた結晶化フィルムが得られやすい。 The crystallization rate of polymeric materials is thought to be maximized in the temperature range between the glass transition temperature and the crystalline melting temperature, due to the balance between the crystal nucleation rate and growth rate. When producing a film with a high relative degree of crystallinity, if the cooling temperature (cast roll temperature) is within the range between the lower and upper limits, the crystallization rate will be maximized, making it easier to obtain a crystallized film with excellent productivity.
一方、完全に結晶化していないフィルムを作製する場合には、溶融状態から一気にガラス転移温度以下に急冷し、結晶が成長できない領域まで分子の運動性を低下させることが重要である。この場合、冷却温度(例えば、キャストロール温度)は50℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、120℃以上であることがさらに好ましい。一方、冷却温度(キャストロール温度)は150℃以下であることが好ましく、140℃以下であることがより好ましい。完全に結晶化していないフィルムを作製する場合、冷却温度(キャストロール温度)がかかる範囲であれば、急冷によるシワや貼り付き等のない、外観良好なフィルムが得られやすい。 On the other hand, when producing a film that is not completely crystallized, it is important to rapidly cool the material from a molten state to below the glass transition temperature in one go, reducing molecular mobility to a range where crystals cannot grow. In this case, the cooling temperature (e.g., cast roll temperature) is preferably 50°C or higher, more preferably 100°C or higher, and even more preferably 120°C or higher. On the other hand, the cooling temperature (cast roll temperature) is preferably 150°C or lower, and more preferably 140°C or lower. When producing a film that is not completely crystallized, if the cooling temperature (cast roll temperature) is within this range, it is easy to obtain a film with a good appearance that is free from wrinkles and sticking due to rapid cooling.
なお、前記ガラス転移温度とは、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分の条件で測定される値をいう。また、複数種の樹脂の混合物でガラス転移温度が複数存在する場合は、最も高いガラス転移温度を樹脂成分のガラス転移温度とみなし、冷却温度を調整すればよい。 The glass transition temperature is the value measured in accordance with JIS K7121:2012 using a differential scanning calorimeter (for example, PerkinElmer's "Pyris1 DSC") at a temperature range of 25 to 400°C and a heating rate of 10°C/min. Furthermore, if a mixture of multiple resins has multiple glass transition temperatures, the highest glass transition temperature should be considered the glass transition temperature of the resin component, and the cooling temperature should be adjusted accordingly.
本部材の相対結晶化度を前記所望の範囲とするには、例えば、本部材がフィルムである場合、押出成形を採用し、フィルムを押し出す際の条件を適宜調整する方法が好ましいが、本発明においては、以下の(1)~(4)の方法を採用することがより好ましい。これらの方法は、組み合わせて用いてもよい。なかでも、得られる複合材料によりシワが発生しにくく、エネルギー消費の少ない(1)の方法が好ましい。 To achieve the desired relative crystallinity of the component, for example, if the component is a film, it is preferable to use extrusion molding and appropriately adjust the conditions for extruding the film. However, in the present invention, it is more preferable to use the following methods (1) to (4). These methods may be used in combination. Of these, method (1) is preferred, as it is less likely to cause wrinkles in the resulting composite material and consumes less energy.
(1)溶融樹脂を冷却しフィルム形状とする際の冷却条件を調整する方法。前記冷却は例えば、冷却機としてキャストロールを用い、押し出された溶融樹脂をキャストロールに接触させることにより行うことができるが、具体的には、以下の方法を採用することが好ましい。 (1) A method of adjusting the cooling conditions when cooling the molten resin to form a film. The cooling can be carried out, for example, by using a cast roll as a cooler and bringing the extruded molten resin into contact with the cast roll. Specifically, the following method is preferably employed.
冷却温度を樹脂成分のガラス転移温度より30~150℃高い温度とする方法が挙げられる。冷却温度は樹脂成分のガラス転移温度より35~140℃高い温度であることがより好ましく、40~135℃高い温度であることが特に好ましい。冷却温度を前記範囲とすることで、フィルムの冷却速度を遅くすることができ、相対結晶化度を高くすることができる傾向がある。
特に、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンを主成分として含む場合、冷却温度は180℃以上であることが好ましく、190℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましく、210℃以上であることが特に好ましい。
一方、冷却温度は300℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましく、260℃以下であることがさらに好ましく、250℃以下であることが特に好ましく、240℃以下であることが最も好ましい。
An example of such a method is to set the cooling temperature to a temperature 30 to 150° C. higher than the glass transition temperature of the resin component. The cooling temperature is more preferably 35 to 140° C. higher, and particularly preferably 40 to 135° C. higher, than the glass transition temperature of the resin component. By setting the cooling temperature within the above range, the cooling rate of the film can be slowed, and the relative crystallinity tends to be increased.
In particular, when the resin component contains polyether ether ketone as a main component, the cooling temperature is preferably 180°C or higher, more preferably 190°C or higher, even more preferably 200°C or higher, and particularly preferably 210°C or higher.
On the other hand, the cooling temperature is preferably 300°C or lower, more preferably 280°C or lower, even more preferably 260°C or lower, particularly preferably 250°C or lower, and most preferably 240°C or lower.
(2)加熱ロールを用いフィルムを再加熱する方法。具体的には、縦延伸機等のキャストロールとは別のロールで加熱する方法が挙げられる。加熱する際の温度は、前記(1)の冷却温度と同様の範囲が好ましい。 (2) A method of reheating the film using a heating roll. Specifically, this method involves heating using a roll separate from the cast roll of a longitudinal stretching machine or the like. The heating temperature is preferably in the same range as the cooling temperature described above in (1).
(3)オーブンでフィルムを再加熱する方法。具体的には、フローティングドライヤー、テンター、バンドドライヤー等の乾燥装置にフィルムを通し、熱風で加熱する方法が挙げられる。加熱する際の温度は、前記(1)の冷却温度と同様の範囲が好ましい。 (3) A method of reheating the film in an oven. Specific examples include a method of passing the film through a drying device such as a floating dryer, tenter, or band dryer and heating it with hot air. The heating temperature is preferably in the same range as the cooling temperature described above in (1).
(4)赤外線でフィルムを再加熱する方法。具体的には、セラミックヒーター等の遠赤外線ヒーターをロール間に設置しロールtoロールでフィルムを加熱してもよいし、遠赤外線乾燥機にフィルムを通し加熱してもよい。加熱する際の温度は、前記(1)の冷却温度と同様の範囲が好ましい。 (4) A method of reheating the film with infrared rays. Specifically, a far-infrared heater such as a ceramic heater may be installed between the rolls to heat the film in a roll-to-roll manner, or the film may be heated by passing it through a far-infrared dryer. The heating temperature is preferably in the same range as the cooling temperature described above in (1).
なお、前記(2)~(4)の処理は、フィルム製造ライン中にそのための設備を設けフィルム製造の際に同時に行ってもよいし、一度ロール状にフィルムを巻き取った後、このフィルムロールについて製造ライン外のこれら設備によって行ってもよい。 The above processes (2) to (4) may be carried out simultaneously with film production by installing dedicated equipment within the film production line, or the film may be wound into a roll and then these processes may be carried out on the film roll using equipment outside the production line.
また、本部材の算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ粗さ(Rz)を調整する方法としては、特に制限はないが、例えば、エンボスロール転写、エンボスベルト転写、エンボスフィルム転写等の転写処理、サンドブラスト処理、ショットブラスト処理、エッチング処理、彫刻処理、表面結晶化や、樹脂成分を支持体上に塗布、乾燥、熱処理することによって本部材を得る流延工程においては、支持体として用いる金属ロール、エンドレス金属ベルト、高分子フィルム等の表面粗さを研磨等により適宜調整する方法等種々の方法を用いることができる。なかでも、溶融樹脂をフィルム状に押し出しながら連続的に均一に表面粗さを調整しやすい点から、キャストロール等のロール上にフィルム状の溶融樹脂をキャスティングすることにより所望の粗さに調整する方法が好ましい。この場合、キャストロールの算術平均粗さ等の表面粗さを調整することにより、樹脂フィルムの表面粗さを調整することができる。 The method for adjusting the arithmetic mean height (Sa), maximum height (Sz), arithmetic mean roughness (Ra), and maximum height roughness (Rz) of the present member is not particularly limited. Examples include transfer processes such as embossing roll transfer, embossing belt transfer, and embossing film transfer; sandblasting, shot blasting, etching, engraving, and surface crystallization; and in the casting process in which the present member is obtained by applying a resin component to a support, drying, and heat-treating it, various methods can be used, such as polishing the surface roughness of a metal roll, endless metal belt, polymer film, or other support. Among these, a preferred method is to cast a film of molten resin onto a roll such as a casting roll, as this method allows for continuous, uniform adjustment of the surface roughness while extruding the molten resin into a film. In this case, the surface roughness of the resin film can be adjusted by adjusting the surface roughness, such as the arithmetic mean roughness, of the cast roll.
さらに、本部材の厚み精度を所望の範囲に調整する方法としては、特に制限はないが、例えば、本部材がフィルムである場合、押出成形を採用し、フィルムを押し出す際の条件を適宜調整すればよい。具体的には、例えば、
(1)Tダイ等のダイのリップボルトを機械的に回転させてリップ開度を調整する方法
(2)ダイリップに一定間隔で加熱装置を付けそれらを個別に温度調整して、溶融樹脂の粘度の温度変化を利用しフィルム厚みを調整する方法
(3)フィルム状に押し出された溶融樹脂の膜振動や脈動ができるだけ発生しないように、ダイとキャストロールとの距離を調整する方法
(4)フィルム状に押し出された溶融樹脂がキャストロールに接触する際に周囲の空気等の気体の流れにより脈動しないように、プレートや覆いを設置して空気の流れを遮断する方法
(5)フィルム状に押し出す際の吐出量の変動が起きないように調整する方法
(6)キャストロールの回転変動率を小さくしロールの回転むらを抑える方法
(7)フィルム状に押し出された溶融樹脂に高電圧を印加した電極より静電荷を付与し、静電気力でキャストロールに密着させる方法(静電密着法)
(8)フィルム状に押し出された溶融樹脂にカーテン状の圧縮空気を吹き付け、キャストロールに密着させる方法
(9)フィルム状に押し出された溶融樹脂をニップロールによってキャストロールに密着させる方法
等が挙げられる。
Furthermore, there are no particular limitations on the method for adjusting the thickness accuracy of the present member to a desired range, but for example, if the present member is a film, extrusion molding may be employed and the conditions for extruding the film may be appropriately adjusted.
(1) A method of adjusting the lip opening by mechanically rotating the lip bolt of a die such as a T-die. (2) A method of attaching heating devices to the die lip at regular intervals and individually adjusting the temperature of these devices to adjust the film thickness by utilizing the temperature change of the viscosity of the molten resin. (3) A method of adjusting the distance between the die and the casting roll to minimize the occurrence of membrane vibration and pulsation of the molten resin extruded into a film. (4) A method of installing a plate or cover to block the air flow so that the molten resin extruded into a film does not pulsate due to the flow of gas such as surrounding air when it contacts the casting roll. (5) A method of adjusting to prevent fluctuations in the discharge volume when extruding into a film. (6) A method of reducing the rotation fluctuation rate of the casting roll to suppress uneven rotation of the roll. (7) A method of applying an electrostatic charge to the molten resin extruded into a film from an electrode to which a high voltage is applied, and adhering it to the casting roll by electrostatic force (electrostatic adhesion method).
(8) A method in which a curtain of compressed air is blown onto the molten resin extruded into a film to adhere it to a casting roll; (9) A method in which the molten resin extruded into a film is adhered to a casting roll using a nip roll.
本部材をフィルムで使用する場合、フィルムの厚みには特に制限はないが、通常3μm以上であり、6μm以上であることが好ましく、9μm以上であることがより好ましく、12μm以上であることがさらに好ましく、15μm超であることがよりさらに好ましく、20μm以上であることがよりさらに好ましく、35μm以上であることが特に好ましく、50μm以上であることがとりわけ好ましく、60μm以上であることが最も好ましい。一方、フィルムの厚みは500μm以下であることが好ましく、450μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることがさらに好ましく、350μm以下であることがよりさらに好ましく、300μm以下であることが特に好ましく、250μm以下であることがとりわけ好ましく、200μm以下であることが最も好ましい。フィルムの厚みがかかる範囲であれば、厚みが薄過ぎも厚過ぎもしないため、機械特性、製膜性、絶縁性等のバランス、強化繊維と複合する際の二次加工性に優れる傾向となる。
なお、フィルムの厚みは、具体的には実施例の方法により測定される平均厚みをいう。
When this member is used as a film, there are no particular restrictions on the thickness of the film, but it is usually 3 μm or more, preferably 6 μm or more, more preferably 9 μm or more, even more preferably 12 μm or more, even more preferably more than 15 μm, even more preferably 20 μm or more, particularly preferably 35 μm or more, particularly preferably 50 μm or more, and most preferably 60 μm or more. On the other hand, the thickness of the film is preferably 500 μm or less, more preferably 450 μm or less, even more preferably 400 μm or less, even more preferably 350 μm or less, particularly preferably 300 μm or less, particularly preferably 250 μm or less, and most preferably 200 μm or less. If the film thickness is within this range, it is neither too thin nor too thick, so it tends to have an excellent balance of mechanical properties, film formability, insulation properties, etc., and excellent secondary processability when combined with reinforcing fibers.
The thickness of the film specifically refers to the average thickness measured by the method in the examples.
また、本部材がフィルムである場合は、本発明の効果を損なわない範囲で、他の層を積層させた多層フィルムとすることもできる。多層化の方法は、例えば、共押出、押出ラミネート、熱ラミネート、ドライラミネート等の公知の方法を用いることができる。 Furthermore, when the member is a film, it can be made into a multilayer film by laminating other layers to the extent that the effects of the present invention are not impaired. Known methods for multilayering, such as coextrusion, extrusion lamination, thermal lamination, and dry lamination, can be used.
[用途・使用態様]
本部材は、耐久性、耐衝撃性、生産性に優れるため、樹脂と強化繊維、特に数平均繊維長が5mm以上の強化繊維との複合用の材料として用いることができる。特に、本部材がフィルムである場合に、数平均繊維長が5mm以上の強化繊維との複合用の材料として好適に使用することができる。
[Use and mode of use]
The present member is excellent in durability, impact resistance, and productivity, and can therefore be used as a composite material for resin and reinforcing fiber, particularly reinforcing fiber having a number average fiber length of 5 mm or more. In particular, when the present member is a film, it can be suitably used as a composite material for resin and reinforcing fiber having a number average fiber length of 5 mm or more.
数平均繊維長が5mm以上の強化繊維の種類は、特に限定されるものでないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維等の無機繊維、液晶ポリマー繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維等の有機繊維、アルミニウム繊維、マグネシウム繊維、チタン繊維、SUS繊維、銅繊維、金属を被覆した炭素繊維等の金属繊維などが挙げられる。これらの中でも、剛性、軽量性の観点から、炭素繊維が好ましい。 The type of reinforcing fiber having a number average fiber length of 5 mm or more is not particularly limited, but examples include inorganic fibers such as carbon fiber, glass fiber, boron fiber, and alumina fiber; organic fibers such as liquid crystal polymer fiber, polyethylene fiber, aramid fiber, and polyparaphenylenebenzoxazole fiber; and metal fibers such as aluminum fiber, magnesium fiber, titanium fiber, SUS fiber, copper fiber, and metal-coated carbon fiber. Of these, carbon fiber is preferred from the standpoint of rigidity and light weight.
炭素繊維には、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等があるが、いずれの炭素繊維も使用することができる。特に、PANを原料としたPAN系炭素繊維で、12000~48000フィラメントのストランド又はトウが、工業的規模における生産性及び機械的特性に優れており好ましい。 Carbon fibers include polyacrylonitrile (PAN), petroleum/coal pitch, rayon, and lignin-based fibers, and any of these can be used. PAN-based carbon fibers made from PAN, particularly strands or tows with 12,000 to 48,000 filaments, are preferred due to their superior productivity and mechanical properties on an industrial scale.
数平均繊維長は5mm以上であり、10mm以上であることが好ましく、20mm以上であることがより好ましく、30mm以上であることがより好ましく、40mm以上であることが特に好ましく、50mm以上であることが最も好ましい。また、強化繊維は連続繊維であることも好ましい。数平均繊維長を前記下限値以上とすることで、得られる複合材料の機械特性を充分なものとしやすい傾向となる。数平均繊維長の上限は特に限定されないが、強化繊維の形状が後述するような織物、編物、不織布等の非連続繊維の場合は、数平均繊維長は500mm以下であることが好ましく、300mm以下であることがより好ましく、150mm以下であることがさらに好ましい。数平均繊維長を前記上限値以下とすることにより、複合材料を用いて最終製品、特に複雑形状の最終製品を成形する際の複雑形状部への強化繊維の充填性を充分なものとし、当該部位の強度低下の発生を抑制しやすい傾向となる。
なお、強化繊維の数平均繊維長は、走査型電子顕微鏡等の電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて強化繊維を観察した際に、最も長さが長く観察される部分の平均長さをいう。具体的には、複合材料中に存在する強化繊維の長さ方向が観察可能な断面に対して観察を行い、測定された繊維長を数平均化することで求めることができる。
また別の方法として、溶媒等により樹脂成分を除去した強化繊維を適当な分散剤に分散させた分散液を薄膜ラミネートし、強化繊維をスキャナー等で撮影した画像を用いて、画像処理ソフト等により数平均繊維長を求める方法も挙げられる。
The number average fiber length is 5 mm or more, preferably 10 mm or more, more preferably 20 mm or more, more preferably 30 mm or more, particularly preferably 40 mm or more, and most preferably 50 mm or more. It is also preferable that the reinforcing fibers are continuous fibers. By setting the number average fiber length to the above-mentioned lower limit or more, the mechanical properties of the resulting composite material tend to be sufficient. The upper limit of the number average fiber length is not particularly limited, but when the shape of the reinforcing fibers is discontinuous, such as a woven fabric, knitted fabric, or nonwoven fabric, as described below, the number average fiber length is preferably 500 mm or less, more preferably 300 mm or less, and even more preferably 150 mm or less. Setting the number average fiber length to the above-mentioned upper limit or less ensures sufficient filling of the reinforcing fibers into complex-shaped portions when molding a final product, particularly a final product with a complex shape, using the composite material, and tends to easily suppress the occurrence of a decrease in strength in those portions.
The number-average fiber length of reinforcing fibers refers to the average length of the longest portion observed when the reinforcing fibers are observed using an electron microscope such as a scanning electron microscope or an optical microscope. Specifically, it can be determined by observing a cross section of the reinforcing fibers present in a composite material in which the longitudinal direction of the fibers can be observed, and then number-averaging the measured fiber lengths.
Another method is to thin-film laminate a dispersion obtained by removing the resin components from reinforcing fibers using a solvent or the like and dispersing the dispersion in an appropriate dispersant, and then to obtain the number average fiber length using image processing software or the like using an image of the reinforcing fibers photographed with a scanner or the like.
強化繊維の形状も、特に限定されるものではなく、チョップドストランド、ロービング等の繊維束や、平織、綾織等の織物、編物、不織布、繊維ペーパー、UD材(一方向性(uni directional)材)等の強化繊維シートのうちから、必要に応じて適宜選択することができる。 The shape of the reinforcing fibers is not particularly limited, and can be appropriately selected as needed from among fiber bundles such as chopped strands and roving, woven fabrics such as plain weave and twill weave, knitted fabrics, nonwoven fabrics, fiber paper, and reinforcing fiber sheets such as UD materials (unidirectional materials).
強化繊維と本部材との複合化の方法は特に制限はなく、樹脂フィルム含浸法(フィルムスタッキング法)、混織法、溶融法、溶剤法、ドライパウダーコーティング法やパウダーサスペンション法等のパウダー法等、従来公知の方法を採用することにより、強化繊維束や強化繊維シート中に本部材を含浸又は半含浸させたプリプレグ等の複合材料を製造することができる。本発明においては、これらの中でも、樹脂フィルム含浸法(フィルムスタッキング法)を採用することが好ましい。 There are no particular restrictions on the method for combining the reinforcing fibers with the component. Conventional methods, such as resin film impregnation (film stacking), mixed weaving, melting, solvent coating, and powder methods such as dry powder coating and powder suspension, can be used to produce composite materials such as prepregs in which the component is impregnated or semi-impregnated into reinforcing fiber bundles or reinforcing fiber sheets. Among these, the resin film impregnation (film stacking) method is preferably used in the present invention.
具体的には、前述の強化繊維シートの片面又は両面に本部材を重ね合わせて加熱・加圧することにより強化繊維シート中に本部材の樹脂成分を溶融・含浸させてプリプレグとすることができる。この際、加熱、加圧の条件を調整することにより、含有する空隙量を制御したプリプレグを得ることができる。なお、プリプレグには、加圧工程を省略して、強化繊維シートに本部材を熱融着により仮接着させる形態も含まれる。このように仮接着させたプリプレグ、特に空隙を多く含むものである場合は、製造にかかる時間を短縮でき製造コストの低減に繋がるとともに、柔軟性を有するため実形状に合わせて変形しやすいという利点がある。なお、上述の手法は、本部材がフィルムである場合に好適に用いることができる。 Specifically, the component can be layered on one or both sides of the aforementioned reinforcing fiber sheet and then heated and pressurized to melt and impregnate the resin component of the component into the reinforcing fiber sheet, producing a prepreg. By adjusting the heating and pressurizing conditions, a prepreg with a controlled amount of voids can be obtained. Prepregs can also be produced by temporarily bonding the component to the reinforcing fiber sheet by thermal fusion, omitting the pressurizing step. Prepregs temporarily bonded in this manner, especially those containing many voids, have the advantage of shortening the manufacturing time and reducing manufacturing costs, as well as being flexible and easily deformable to fit the actual shape. The above-mentioned method is particularly suitable for use when the component is a film.
このプリプレグを、オートクレーブ成形、インフュージョン成形、ヒートアンドクールプレス成形、スタンピング成形、ロボットによる自動積層成形等の公知の工程に供することにより、複合材料製品を得ることができ、その成形条件は含有する空隙量により選択できる。プリプレグ作製時に使用するフィルム等の本部材には、強化繊維シートへの含浸性、熱融着性等の二次加工性が求められるが、本部材は、特定の分子量分布、質量平均分子量のポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンを含み結晶性が適度に抑えられるため二次加工性に優れ、得られる複合材料も耐久性、耐衝撃性に優れるものとなるため、特に好適に使用できる。 Composite material products can be obtained by subjecting this prepreg to known processes such as autoclave molding, infusion molding, heat and cool press molding, stamping molding, and automated lamination molding using a robot, with molding conditions selected depending on the amount of voids contained. The film and other components used in prepreg production require secondary processability, such as the ability to impregnate reinforcing fiber sheets and heat seal. This component contains polyaryl ether ketone, preferably polyether ether ketone, with a specific molecular weight distribution and mass average molecular weight, which provides moderately suppressed crystallinity, resulting in excellent secondary processability. The resulting composite material also exhibits excellent durability and impact resistance, making it particularly suitable for use.
このようにして得られる複合材料中の強化繊維の含有割合は、弾性率、強度の観点から、20体積%以上であることが好ましく、30体積%以上であることがより好ましく、40体積%以上であることがさらに好ましい。一方、複合材料中の強化繊維の含有割合は90体積%以下であることが好ましく、80体積%以下であることがより好ましく、70体積%以下であることがさらに好ましい。 From the standpoint of elastic modulus and strength, the content of reinforcing fibers in the composite material obtained in this manner is preferably 20% by volume or more, more preferably 30% by volume or more, and even more preferably 40% by volume or more. On the other hand, the content of reinforcing fibers in the composite material is preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, and even more preferably 70% by volume or less.
本部材と強化繊維とを複合させてなる複合材料は、その耐熱性、軽量性、機械的強度等から、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両といった移動体や、スポーツ用品、家電製品、建築資材等に好適に用いることができるが、特に、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両といった移動体の構成部材として工業的に有用である。 The composite material obtained by combining this member with reinforcing fibers is suitable for use in mobile objects such as aircraft, automobiles, ships, and railroad vehicles, as well as in sporting goods, home appliances, and building materials, due to its heat resistance, light weight, and mechanical strength. It is particularly useful industrially as a component for mobile objects such as aircraft, automobiles, ships, and railroad vehicles.
また、本発明では、樹脂成分としてポリアリールエーテルケトンを主成分として含有するフィルムの製造方法を開示する。なかでも、ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである場合に、下記製造方法を好適に採用することができる。
具体的には、分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上の樹脂成分を準備して押出機で溶融混練し、口金から溶融樹脂を押出し、該溶融樹脂をキャストロールで冷却させることによりフィルム形状とし、冷却後のフィルムの、厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定される耐折回数を5000回以上とし、厚み100μm、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定される、23℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.3J以上とするとともに、-20℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.3J以上とすることを特徴とする、フィルムの製造方法である。
The present invention also discloses a method for producing a film containing polyaryl ether ketone as a main resin component. In particular, when the polyaryl ether ketone is polyether ether ketone, the following production method can be suitably adopted.
Specifically, this is a method for producing a film, characterized in that a resin component having a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4 and a mass average molecular weight of 63,000 or more is prepared, melt-kneaded in an extruder, the molten resin is extruded from a die, and the molten resin is cooled with a cast roll to form a film, and the cooled film has a folding endurance of 5,000 or more as measured under conditions of a thickness of 100 μm, a bending angle of 135 degrees, a bending speed of 175 cpm, and a load of 9.8 N, and a puncture impact strength of 0.3 J or more at 23°C and 0.3 J or more as measured under conditions of a thickness of 100 μm, a fixed frame inner diameter of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m/s.
さらに、本発明のフィルムの製造方法においては、冷却後のフィルムの結晶融解熱量を30J/g以上45J/g以下とする製造方法も開示する。 Furthermore, the film manufacturing method of the present invention also discloses a manufacturing method in which the heat of crystalline fusion of the film after cooling is 30 J/g or more and 45 J/g or less.
上述の製造方法においては、前記ポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの分子量分布が2以上4未満、質量平均分子量が63000以上であることが好ましい。 In the above-described manufacturing method, it is preferable that the polyaryl ether ketone, preferably polyether ether ketone, has a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4, and a mass average molecular weight of 63,000 or more.
上述のような耐折回数、パンクチャー衝撃強度を有し、好ましくは結晶融解熱量が30J/g以上45J/g以下であるフィルムを製造するためには、原料として用いるポリアリールエーテルケトンの選定、フィルムを押し出す際の条件等を適宜調整すればよいが、本発明においては、以下の(1)~(4)の方法を採用することが好ましい。 To produce a film that has the above-mentioned folding endurance and puncture impact strength, and preferably has a crystalline heat of fusion of 30 J/g or more and 45 J/g or less, it is sufficient to appropriately select the polyaryl ether ketone used as the raw material and adjust the conditions for extruding the film. However, in the present invention, it is preferable to adopt the following methods (1) to (4).
(1)原料として用いるポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンとして、分子量分布が2以上4未満であり、質量平均分子量が63000以上のものを用いる。その他、ポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの物性等の詳細は、上述した複合材料用部材に用いるポリアリールエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンにおけるものと共通するので、ここでは説明を省略する。 (1) The polyaryl ether ketone, preferably polyether ether ketone, used as a raw material has a molecular weight distribution of 2 or more but less than 4 and a mass average molecular weight of 63,000 or more. Other details, such as the physical properties of the polyaryl ether ketone, preferably polyether ether ketone, are the same as those of the polyaryl ether ketone and polyether ether ketone used in the composite material members described above, and therefore will not be described here.
(2)押出機での溶融混練の温度を調整する。具体的には、押出機の出口における樹脂温度を350℃以上とすることが好ましく、360℃以上とすることがより好ましく、370℃以上とすることがさらに好ましく、380℃以上とすることが特に好ましい。押出機出口における樹脂温度を前記下限値以上とすることで、ペレットが充分に溶融し吐出が安定するだけでなく、ペレットの結晶が充分に融解しフィルムに残りにくくなるため、耐折回数、パンクチャー衝撃強度が向上しやすくなり、また得られるフィルムの外観も優れたものとなりやすい。一方、押出機出口における樹脂温度は450℃以下とすることが好ましく、430℃以下とすることがより好ましく、410℃以下とすることがさらに好ましい。押出機出口における樹脂温度を前記上限値以下とすることで、溶融成形時に樹脂が分解しにくく分子量が維持されやすいため、フィルムの耐折回数、パンクチャー衝撃強度が向上する傾向となる。 (2) Adjust the melt-kneading temperature in the extruder. Specifically, the resin temperature at the extruder outlet is preferably 350°C or higher, more preferably 360°C or higher, even more preferably 370°C or higher, and particularly preferably 380°C or higher. By setting the resin temperature at the extruder outlet at or above the lower limit, not only are the pellets sufficiently melted and extrusion stabilized, but the pellet crystals are also sufficiently melted and less likely to remain in the film, which tends to improve the number of folding cycles and puncture impact strength, and also tends to result in an excellent appearance for the resulting film. On the other hand, the resin temperature at the extruder outlet is preferably 450°C or lower, more preferably 430°C or lower, and even more preferably 410°C or lower. By setting the resin temperature at the extruder outlet at or below the upper limit, the resin is less likely to decompose during melt molding and its molecular weight is more likely to be maintained, which tends to improve the number of folding cycles and puncture impact strength of the film.
(3)溶融樹脂を冷却しフィルム形状とする際の冷却条件を調整する。冷却は例えば、冷却機としてキャストロールを用い、押し出された溶融樹脂をキャストロールに接触させることにより行うことができるが、具体的には、以下の(3-1)、(3-2)の方法を採用することが好ましい。 (3) Adjust the cooling conditions when cooling the molten resin to form a film. Cooling can be performed, for example, by using a cast roll as a cooler and bringing the extruded molten resin into contact with the cast roll. Specifically, it is preferable to adopt the following methods (3-1) and (3-2).
(3-1)キャストロールの温度を調整する。具体的には、キャストロールの温度をポリアリールエーテルケトンのガラス転移温度より30~150℃高い温度とすることが好ましく、35~140℃高い温度とすることがより好ましく、40~135℃高い温度とすることが特に好ましい。より具体的には、ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである場合は、キャストロールの温度を180℃以上とすることが好ましく、190℃以上とすることがより好ましく、200℃以上とすることがさらに好ましい。一方、キャストロールの温度は280℃以下とすることが好ましく、270℃以下とすることがより好ましく、260℃以下とすることがさらに好ましく、250℃以下とすることが特に好ましく、240℃以下とすることが最も好ましい。 (3-1) Adjust the temperature of the casting roll. Specifically, the temperature of the casting roll is preferably 30 to 150°C higher than the glass transition temperature of the polyaryletherketone, more preferably 35 to 140°C higher, and particularly preferably 40 to 135°C higher. More specifically, when the polyaryletherketone is polyetheretherketone, the temperature of the casting roll is preferably 180°C or higher, more preferably 190°C or higher, and even more preferably 200°C or higher. On the other hand, the temperature of the casting roll is preferably 280°C or lower, more preferably 270°C or lower, even more preferably 260°C or lower, particularly preferably 250°C or lower, and most preferably 240°C or lower.
(3-2)溶融樹脂が口金から押し出されてから冷却が開始されるまでの時間を調整する。該時間は、例えば、口金からキャストロールまでの距離で調整可能であり、その距離を短くすることにより、溶融樹脂が押し出されてから冷却が開始されるまでの時間を短くすることができ、一方、その距離を長くすることにより冷却の開始を遅らせることができる。押し出された溶融樹脂の樹脂温度、キャストロールの温度等を鑑み、該距離を適宜調整すればよいが、該距離は5mm以上であることが好ましく、7mm以上であることがより好ましく、10mm以上であることがさらに好ましく、100mm以下であることが好ましく、70mm以下であることがより好ましく、50mm以下であることがさらに好ましい。 (3-2) Adjust the time from when the molten resin is extruded from the die until cooling begins. This time can be adjusted, for example, by the distance from the die to the casting roll. By shortening this distance, the time from when the molten resin is extruded until cooling begins can be shortened, while by increasing this distance, the start of cooling can be delayed. The distance can be adjusted appropriately taking into account the resin temperature of the extruded molten resin, the temperature of the casting roll, etc., but the distance is preferably 5 mm or more, more preferably 7 mm or more, and even more preferably 10 mm or more, and preferably 100 mm or less, more preferably 70 mm or less, and even more preferably 50 mm or less.
(4)キャストロールを用いる場合、キャストロールへ溶融樹脂を接触させる際の接触角度θを調整する。キャストロールと圧着ロールとの接触点に垂直に溶融樹脂を落とすのではなく、図1に示すように、キャストロールの中心側に少しずらせて口金から溶融樹脂を落としキャストロールに接触させることにより、溶融樹脂を冷却させフィルム形状とする際の波打ちやしわ等の問題が発生しにくく、均一に結晶化したフィルムが得られやすくなる。なお、接触角度θとは、図1に示すように、圧着ロール3とキャストロール4との接触点と口金とを結ぶ直線と、該接触点からの鉛直線(図1の点線)とで形成される角度のことをいい、θは1°以上であることが好ましく、2°以上であることがより好ましく、3°以上であることがさらに好ましく、10°以下であることが好ましく、8°以下であることがより好ましく、5°以下であることがさらに好ましい。 (4) When using a casting roll, adjust the contact angle θ when the molten resin contacts the casting roll. Instead of dropping the molten resin perpendicularly onto the contact point between the casting roll and the pressure roll, as shown in Figure 1, drop the molten resin from the die slightly offset toward the center of the casting roll and contact the casting roll. This reduces problems such as waviness and wrinkles when the molten resin is cooled and formed into a film, making it easier to obtain a uniformly crystallized film. Note that the contact angle θ refers to the angle formed by the line connecting the contact point between the pressure roll 3 and the casting roll 4 and the die, and the vertical line from the contact point (the dotted line in Figure 1), as shown in Figure 1. θ is preferably 1° or more, more preferably 2° or more, even more preferably 3° or more, and preferably 10° or less, more preferably 8° or less, and even more preferably 5° or less.
本発明の製造方法により得られるフィルムは、耐久性、耐衝撃性、生産性に優れるため、樹脂と強化繊維、特に数平均繊維長が5mm以上の強化繊維との複合用の材料に好適である。また、本発明の製造方法により得られるフィルムを強化繊維と複合させてなる複合材料は、その耐熱性、軽量性、機械的強度等から、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両といった移動体や、スポーツ用品、家電製品、建築資材等に好適に用いることができるが、特に、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両といった移動体の構成部材として工業的に有用である。これらの事項の詳細は、上述した複合材料用部材及び複合材料におけるものと共通するので、ここでは説明を省略する。 The film obtained by the manufacturing method of the present invention has excellent durability, impact resistance, and productivity, making it suitable as a composite material for resins and reinforcing fibers, particularly reinforcing fibers with a number-average fiber length of 5 mm or more. Furthermore, composite materials obtained by combining reinforcing fibers with films obtained by the manufacturing method of the present invention have heat resistance, light weight, mechanical strength, and other properties that make them suitable for use in mobile objects such as aircraft, automobiles, ships, and railroad vehicles, as well as sporting goods, home appliances, and building materials. They are particularly useful industrially as components for mobile objects such as aircraft, automobiles, ships, and railroad vehicles. Details of these points are common to those for the composite material members and composite materials described above, so a detailed explanation will be omitted here.
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below using examples, but the present invention is not limited thereto.
1.フィルムの製造
実施例及び比較例においては、表1に記載の数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、結晶融解温度(Tm)、結晶融解熱量(ΔHm)、結晶化温度(Tc)を有するポリエーテルエーテルケトンを原料として用い、フィルムを製造した。
1. Production of Films In the examples and comparative examples, films were produced using polyether ether ketones having the number average molecular weight (Mn), mass average molecular weight (Mw), molecular weight distribution (Mw/Mn), crystalline melting temperature (Tm), crystalline heat of fusion (ΔHm), and crystallization temperature (Tc) shown in Table 1 as raw materials.
(実施例1、2及び比較例1~6)
表1に記載のポリエーテルエーテルケトンの原料ペレットをΦ40mm単軸押出機に投入して混練しながら溶融させ、口金(Tダイ)から押出し、キャストロール(算術平均粗さ(Ra)が0.03μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.34μm)に密着・冷却させ、厚み100μmの結晶化フィルムを得た。押出機、導管、口金(Tダイ)の温度は380℃とし、キャストロールの温度は210℃、ダイリップのリップクリアランスの調整を適宜行って製膜した。なお、押出機出口の樹脂温度は400℃であった。得られた厚み100μmの結晶化フィルムについて、下記記載の方法で結晶融解温度、結晶融解熱量、結晶化温度、耐折回数、パンクチャー衝撃強度及びロール汚れの評価を行った。
また、厚みを50μmとすること以外は同じ条件で別途厚み50μmの結晶化フィルムを作製し、このフィルムについて、厚み精度、表面粗さ、相対結晶化度、比重、加熱収縮率及び加熱収縮応力の評価を行った。
評価結果を表1に示す。
(Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6)
The raw material pellets of polyether ether ketone listed in Table 1 were fed into a Φ40 mm single-screw extruder, melted while kneading, extruded from a die, and adhered to a cast roll (arithmetic mean roughness (Ra) 0.03 μm, maximum height roughness (Rz) 0.34 μm) and cooled to obtain a crystallized film with a thickness of 100 μm. The temperature of the extruder, conduit, and die (T-die) was 380 ° C., the temperature of the cast roll was 210 ° C., and the lip clearance of the die lip was appropriately adjusted to produce a film. The resin temperature at the extruder outlet was 400 ° C. The obtained crystallized film with a thickness of 100 μm was evaluated for crystalline melting temperature, heat of crystalline melting, crystallization temperature, number of folding endurance cycles, puncture impact strength, and roll contamination using the methods described below.
In addition, a crystallized film having a thickness of 50 μm was separately prepared under the same conditions except that the thickness was 50 μm, and this film was evaluated for thickness accuracy, surface roughness, relative crystallinity, specific gravity, heat shrinkage rate, and heat shrinkage stress.
The evaluation results are shown in Table 1.
2.樹脂原料及びフィルムの評価
上記実施例及び比較例で使用した樹脂原料及び上述の方法で得られたフィルムは、以下のようにして各種項目についての評価測定を行った。なお、フィルムの「縦」とは、口金(Tダイ)からフィルムが押し出されてくる方向(MD)を指し、フィルム面内でこれに直交する方向を「横」(TD)とする。
2. Evaluation of Resin Raw Materials and Films The resin raw materials used in the above Examples and Comparative Examples and the films obtained by the above methods were evaluated and measured for various items as follows. Note that the "machine direction" of the film refers to the direction (MD) in which the film is extruded from the die (T-die), and the direction perpendicular to this in the plane of the film is called the "transverse direction" (TD).
(1)分子量分布(Mw/Mn)、質量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)
原料樹脂ペレットについて、ゲル浸透クロマトグラフィー(HLC-8320GPC(東ソー社製))を用いて、下記条件で測定した。
・カラム:TSKgel guardcolumn SuperH-H(4.6mmI.D.×3.5cm)+TSKgel SuperHM-H(6.0mmI.D.×15cm)×2本(東ソー社製)
・溶離液:ペンタフルオロフェノール/クロロホルム=1/2(質量比)
・検出器:示差屈折率計、polarity=(+)
・流速:0.6mL/分
・カラム温度:40℃
・試料濃度:0.1質量%
・試料注入量:20μL
・検量線:標準ポリスチレン(東ソー社製)を用いた3次近似曲線
(1) Molecular weight distribution (Mw/Mn), mass average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn)
The raw material resin pellets were measured using gel permeation chromatography (HLC-8320GPC (manufactured by Tosoh Corporation)) under the following conditions.
Column: TSKgel guard column Super H-H (4.6 mm ID x 3.5 cm) + TSKgel Super HM-H (6.0 mm ID x 15 cm) x 2 (manufactured by Tosoh Corporation)
Eluent: pentafluorophenol/chloroform = 1/2 (mass ratio)
Detector: differential refractometer, polarity = (+)
Flow rate: 0.6 mL/min Column temperature: 40°C
Sample concentration: 0.1% by mass
Sample injection volume: 20 μL
Calibration curve: Cubic approximation curve using standard polystyrene (manufactured by Tosoh Corporation)
(2)結晶融解温度(Tm)
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7121:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークのピークトップ温度から求めた。
(2) Crystalline melting temperature (Tm)
The raw material resin pellets and the film obtained by the above-mentioned method were heated in the temperature range of 25 to 400°C at a heating rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter "Pyris1 DSC" manufactured by PerkinElmer in accordance with JIS K7121:2012, and the melting peak was determined from the peak top temperature of the melting peak of the detected DSC curve.
(3)結晶融解熱量(ΔHm)
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7122:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークの面積から結晶融解熱量を求めた。
(3) Heat of fusion of crystal (ΔHm)
The raw material resin pellets and the film obtained by the above-mentioned method were heated in a temperature range of 25 to 400°C at a heating rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter "Pyris1 DSC" manufactured by PerkinElmer in accordance with JIS K7122:2012, and the heat of crystalline fusion was determined from the area of the melting peak of the detected DSC curve.
(4)結晶化温度(Tc)
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7121:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲400~25℃、速度10℃/分で降温させ、検出されたDSC曲線の結晶化ピークのピークトップ温度から求めた。
(4) Crystallization temperature (Tc)
The raw material resin pellets and the film obtained by the above-mentioned method were cooled in the temperature range of 400 to 25°C at a rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter "Pyris1 DSC" manufactured by PerkinElmer in accordance with JIS K7121:2012, and the crystallization peak was determined from the peak top temperature of the crystallization peak detected in the DSC curve.
(5)耐折回数
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS P8115:2001に準拠して、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、測定荷重9.8Nの条件で、東洋精機製作所社製MIT耐折疲労試験機を用いて、耐折回数を測定した。なお、測定は10000回まで行い終了した。
(5) Folding Endurance Number of Times The film obtained by the above method was measured for folding endurance number of times in accordance with JIS P8115:2001 using an MIT folding endurance fatigue tester manufactured by Toyo Seiki Seisaku-Sho, Ltd. under the conditions of a folding angle of 135 degrees, a folding speed of 175 cpm, and a measuring load of 9.8 N. The measurement was completed up to 10,000 times.
(6)パンクチャー衝撃強度
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7124-2:1999を参考に、島津製作所社製高速パンクチャー衝撃試験機「ハイドロショット HITS-P10」を用いて、23℃及び-20℃の温度環境下で、測定サンプル固定枠の内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定した。
(6) Puncture Impact Strength The film obtained by the above method was measured using a high-speed puncture impact tester "Hydroshot HITS-P10" manufactured by Shimadzu Corporation, in accordance with JIS K7124-2:1999, under conditions of a temperature environment of 23°C and -20°C, an inner diameter of the measurement sample fixing frame of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m/s.
(7)ロール汚れ
フィルム製造の際、1時間押出機を運転させた後の低分子量成分等の堆積によるキャストロールの汚れを目視で評価した。
(7) Roll Contamination During film production, the extruder was operated for 1 hour, and then the contamination of the casting roll due to the accumulation of low molecular weight components and the like was visually evaluated.
(8)厚み精度
1μm単位の分解能をもつマイクロメーターを用い、上述の方法で得られたフィルムの幅方向の中央部について、フィルム縦方向(樹脂の流れ方向:MD)に10mm間隔で30点、厚みを測定した。得られた測定結果の平均値と標準偏差から、下記の式1を用いて厚み精度を算出した。
[式1]
厚み精度(%)=標準偏差(μm)/平均値(μm)×100
(8) Thickness Accuracy Using a micrometer with a resolution of 1 μm, the thickness of the central portion of the width direction of the film obtained by the above method was measured at 30 points at 10 mm intervals in the longitudinal direction of the film (resin flow direction: MD). The thickness accuracy was calculated from the average value and standard deviation of the obtained measurement results using the following formula 1.
[Formula 1]
Thickness accuracy (%) = standard deviation (μm) / average value (μm) × 100
(9)表面粗さ
(9-1)算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)
フィルム製膜の際にキャストロールに接した側の面について、BRUKER社製白色干渉顕微鏡「ContourGT-X」を用いて、接眼レンズ倍率1.0倍、対物レンズ倍率20倍、計測エリア縦235μm×横313μmの条件で測定を行い、ガウシアン関数でスムージング処理を実施した後に算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)を計算した。
(9) Surface Roughness (9-1) Arithmetic Mean Height (Sa), Maximum Height (Sz)
The surface that came into contact with the casting roll during film production was measured using a BRUKER white light interference microscope "Contour GT-X" under the conditions of an eyepiece magnification of 1.0, an objective lens magnification of 20, and a measurement area of 235 μm length × 313 μm width. After smoothing using a Gaussian function, the arithmetic mean height (Sa) and maximum height (Sz) were calculated.
(9-2)算術平均粗さ(Ra)、最大高さ粗さ(Rz)
フィルム製膜の際にキャストロールに接した側の面について、小坂研究所社製接触式表面粗さ計「Surf Coder ET4000A」を用いて、触針先端半径0.5mm、測定長さ8.0mm、基準長さ8.0mm、カットオフ値0.8mm、測定速度0.2mm/秒の条件でフィルム縦方向(樹脂の流れ方向)に測定を行い、算術平均粗さ(Ra)及び最大高さ粗さ(Rz)を計算した。
(9-2) Arithmetic mean roughness (Ra), maximum height roughness (Rz)
The surface that came into contact with the casting roll during film production was measured in the longitudinal direction of the film (direction of resin flow) using a contact surface roughness meter "Surf Coder ET4000A" manufactured by Kosaka Laboratory under the following conditions: stylus tip radius 0.5 mm, measurement length 8.0 mm, reference length 8.0 mm, cutoff value 0.8 mm, and measurement speed 0.2 mm/sec, and the arithmetic mean roughness (Ra) and maximum height roughness (Rz) were calculated.
(10)相対結晶化度
上述の方法で得られたフィルムについて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、フィルムを10℃/分の昇温速度で加熱し、このときに得られる結晶融解ピークの熱量(J/g)、再結晶化ピークの熱量(J/g)から下記の式2を用いて、相対結晶化度を算出した。
[式2]
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:フィルムの10℃/分の昇温条件下での再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:フィルムの10℃/分の昇温条件下での結晶融解ピークの熱量(J/g)
(10) Relative Crystallinity The film obtained by the above method was heated at a heating rate of 10°C/min using a differential scanning calorimeter "Pyris1 DSC" manufactured by PerkinElmer, and the relative crystallinity was calculated from the calorific value (J/g) of the crystalline melting peak and the calorific value (J/g) of the recrystallization peak obtained at this time using the following formula 2.
[Formula 2]
Relative crystallinity (%) = {1 - (ΔHc/ΔHm)} × 100
ΔHc: the heat quantity (J/g) of the recrystallization peak of the film when heated at 10° C./min
ΔHm: Heat quantity (J/g) of the crystal melting peak of the film when the temperature is increased at 10° C./min
(11)比重
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7112:1999(D法)に準拠して、温度23℃の条件により比重を測定した。
(11) Specific Gravity The specific gravity of the film obtained by the above method was measured at a temperature of 23° C. in accordance with JIS K7112:1999 (Method D).
(12)加熱収縮率
上述の方法で得られたフィルムから切り出した大きさ120mm×120mmの試験片に、フィルムの横方向に100mm間隔の標線を付け、この試験片を200℃の環境下に10分間静置し、加熱前後の標線間距離から、下記の式3により求めた。
[式3]
加熱収縮率(%)=[(加熱前の標線間距離-加熱後の標線間距離)/加熱前の標線間距離]×100
(12) Heat Shrinkage Rate A test piece measuring 120 mm x 120 mm was cut out from the film obtained by the above method, and benchmark lines were marked at 100 mm intervals in the lateral direction of the film. This test piece was left to stand in an environment of 200°C for 10 minutes, and the heat shrinkage rate was calculated from the distance between the benchmark lines before and after heating using the following formula 3.
[Formula 3]
Heat shrinkage rate (%) = [(gauge line distance before heating - gauge line distance after heating) / gauge line distance before heating] x 100
(13)加熱収縮応力
上述の方法で得られたフィルムから長さ10mm、幅3mmの短冊状の試験片を切り出し、日立ハイテクサイエンス社製熱機械分析装置「TMA7100」を用いて、試験片の一端を荷重検出器のチャックに、他端を固定チャックにセットし、荷重をかけない状態で室温(23℃)から340℃まで昇温速度5℃/分で加熱し、145℃における応力値を測定した。フィルムの縦方向と横方向についてそれぞれ測定を行い、応力値が大きい方向の値を加熱収縮応力(mN)とした。
なお、本測定方法において、加熱収縮応力がマイナスの値は、加熱収縮がないことを意味する。
(13) Heat shrinkage stress A rectangular test piece 10 mm long and 3 mm wide was cut out from the film obtained by the above method, and using a thermomechanical analyzer "TMA7100" manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation, one end of the test piece was set in the chuck of a load detector and the other end in a fixed chuck, and the test piece was heated from room temperature (23°C) to 340°C at a heating rate of 5°C/min without applying a load, and the stress value at 145°C was measured. Measurements were made in both the longitudinal and transverse directions of the film, and the value in the direction with the larger stress value was taken as the heat shrinkage stress (mN).
In this measurement method, a negative value for the heat shrinkage stress means that there is no heat shrinkage.
実施例1、2は、用いた樹脂成分の分子量分布が4未満であり質量平均分子量が63000以上であるため、得られたフィルムが完全に結晶化した場合でも結晶化度が低めに抑えられており、耐久性(耐折回数)及び耐衝撃性(パンクチャー衝撃強度)が高いことが分かった。また、分子量分布が狭く含まれる低分子量物が少ないため、キャストロールの汚れが少なかった。 In Examples 1 and 2, the molecular weight distribution of the resin components used was less than 4 and the mass average molecular weight was 63,000 or greater. Therefore, even when the resulting film was completely crystallized, the degree of crystallinity was kept low, and it was found to have high durability (number of folding cycles) and impact resistance (puncture impact strength). Furthermore, because the molecular weight distribution was narrow and there was little low molecular weight material, there was little contamination of the casting roll.
一方、比較例1~4は、用いた樹脂成分の質量平均分子量が63000未満であるため、耐久性(耐折回数)及び耐衝撃性(パンクチャー衝撃強度)が悪いことが分かった。また、比較例4においては、キャストロールの汚れが多いという結果になった。
また、比較例5は、用いた樹脂成分の質量平均分子量が63000以上であるにもかかわらず分子量分布が広いので、低温での耐衝撃性(パンクチャー衝撃強度)が悪くなった。
比較例6は、分子量分布が広く含まれる低分子量物が多いため、キャストロールの汚れが多いことが分かった。
なお、実施例、比較例のフィルムは、DSC昇温過程において結晶化に伴う発熱ピークが確認されず、完全に結晶化していること(相対結晶化度100%)を確認した。
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, the mass average molecular weight of the resin component used was less than 63,000, so it was found that the durability (number of folding times) and impact resistance (puncture impact strength) were poor. Also, in Comparative Example 4, the casting roll was heavily soiled.
In Comparative Example 5, although the mass average molecular weight of the resin component used was 63,000 or more, the molecular weight distribution was broad, and therefore the impact resistance (puncture impact strength) at low temperatures was poor.
It was found that Comparative Example 6 contained a large amount of low molecular weight substances with a wide molecular weight distribution, and therefore the cast roll was heavily soiled.
In the films of the Examples and Comparative Examples, no exothermic peak associated with crystallization was observed during the DSC temperature rise process, and it was confirmed that the films were completely crystallized (relative crystallinity: 100%).
1 ダイス
2 口金
3 圧着ロール
4 キャストロール
5 フィルム
1 Die 2 Die 3 Pressing roll 4 Cast roll 5 Film
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