TW201311795A - 成形材料 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種具有獲得改善之比強度及比彈性模數，並且具有優異之成形特性的成形材料。根據本發明，可提供一種含有酚樹脂、碳纖維、以及聚醚碸及/或聚醚醯亞胺之成形材料。

Description

成形材料
本發明係關於一種成形材料。
近年來，就成形品或成形零件等之材料之輕量化或降低成本等觀點而言，嘗試使用樹脂材料代替先前用於該等成形品之金屬材料。於該嘗試中，對各種樹脂進行研究，將其用作先前使用金屬之成形品或成形零件之材料。作為該等樹脂材料，提出有含有酚樹脂與碳纖維之碳-樹脂複合材(例如專利文獻1)。
另一方面，於汽車領域、電氣領域、電子領域等基礎工業領域，會使用耐熱性、尺寸穩定性、成形性等優異之酚樹脂成形材料。尤其是玻璃纖維強化酚樹脂藉由用作金屬零件材料之代替品可大幅度降低成本，故而正進行積極之代替研究(例如專利文獻2)。
即使於汽車領域，對於汽車用渦捲式壓縮機，為了提升汽車每升燃料行駛公里數，亦使用有玻璃纖維強化酚樹脂代替先前之金屬材料。詳細而言，根據汽車用渦捲式壓縮機之生命週期評估(LCA)，二氧化碳產生量於汽車行駛過程中較多，為了降低該二氧化碳產生量，有必要提升每升燃料行駛公里數。因此，研究出使用樹脂製零件代替汽車之渦捲式壓縮機所使用之金屬零件而輕量化，玻璃纖維強化酚樹脂即被用作此種樹脂(例如專利文獻3)。
但是，由於目前之玻璃纖維強化酚樹脂成形材料在用 作汽車用渦捲式壓縮機之材料時有時強度或彈性模數不足，因此正謀求具備對於用作渦捲式壓縮機之成形材料而言充分之彎曲強度、彎曲彈性模數、及韌性等性能之酚樹脂成形材料。
專利文獻1：日本專利第3915045號公報
專利文獻2：日本特開2005-281364號公報
專利文獻3：日本特開2000-169669號公報
本發明係鑒於上述情況而完成者，提供一種具有獲得改善之比強度及比彈性模數，並且具有優異之成形特性之成形材料。本發明亦提供一種具有對於例如用作汽車用渦捲式壓縮機之材料而言充分之比強度及比彈性模數，並且具有優異之成形特性之成形材料。
根據用以解決上述問題之本發明，可提供有一種含有酚樹脂、碳纖維、以及聚醚碸及/或聚醚醯亞胺之成形材料。
根據本發明之一實施形態，於上述成形材料中，上述酚樹脂為選自由酚醛清漆型酚樹脂、可溶酚醛樹脂(resole)型酚樹脂、及芳基伸烷基(aryl alkylene)型酚樹脂所組成之群中之至少一種。
根據本發明之一實施形態，於上述成形材料中，上述碳纖維為瀝青系或PAN系之碳纖維。
根據本發明之一實施形態，於上述成形材料中，上述聚醚碸樹脂具有式(1)所示之結構。
(式(1)中，n為1以上之整數)
根據本發明之一實施形態，於上述成形材料中，上述聚醚醯亞胺樹脂具有式(2)所示之結構。
(式(2)中，n為1以上之整數)
於本發明之一實施形態中，上述酚樹脂之量相對於該成形材料之總重量為25重量%以上、64重量%以下。
根據本發明之一實施形態，於上述成形材料中，上述碳纖維之量相對於該成形材料之總重量為20重量%以上、60重量%以下。
根據本發明之一實施形態，於上述成形材料中，上述聚醚碸之量相對於該成形材料之總重量為0.1重量%以上、20重量%以下。
根據本發明，可提供一種具有獲得改善之比強度及比彈性模數，並且具有優異之成形特性之成形材料。
以下，對本發明之成形材料進行說明。又，「~」只要 無特別說明，則表示以上~以下。
本發明之成形材料含有酚樹脂、碳纖維、及聚醚碸或聚醚醯亞胺。
作為本發明所使用之酚樹脂，可列舉酚醛清漆型酚樹脂、可溶酚醛樹脂型酚樹脂、芳基伸烷基型酚樹脂等。
本發明所使用之酚醛清漆型酚樹脂例如可藉由使酚類及醛類於酸性觸媒之存在下反應而獲得。
作為用於製造酚醛清漆型酚樹脂之酚類，例如可列舉：苯酚、甲酚、二甲苯酚、乙酚、對苯基苯酚、對三級丁基苯酚、對三級戊基苯酚、對辛基苯酚、對壬基苯酚、對異丙苯基苯酚、雙酚A、雙酚F、及間苯二酚等。該等可單獨使用或併用2種以上。
作為用於製造酚醛清漆型酚樹脂之醛類，例如可列舉：甲醛、乙醛、丙醛、丁醛等烷基醛，苯甲醛、柳醛等芳香族醛等。作為甲醛之來源，可列舉福馬林(水溶液)、三聚甲醛、與醇類之半縮甲醛、三噁烷等。該等可單獨使用或併用2種以上。
於酚醛清漆型酚樹脂之合成中，關於酚類與醛類之反應莫耳比率，通常相對於酚類1莫耳，醛類為0.3~1.0莫耳，尤佳為0.6~0.9莫耳。
作為上述酸性觸媒，例如可列舉草酸、乙酸等有機羧酸，苯磺酸、對甲苯磺酸、甲磺酸等有機磺酸，1-羥基亞乙基-1,1'-二膦酸、2-膦醯基丁烷-1,2,4-三羧酸等有機膦酸，鹽酸、硫酸、磷酸等無機酸等。再者，該等酸性 觸媒可單獨使用或併用2種以上。
本發明所使用之可溶酚醛樹脂型酚樹脂可藉由使酚類與醛類反應而獲得。
作為用於製造本發明之可溶酚醛樹脂型樹脂之酚類，例如可列舉：苯酚，鄰甲酚、間甲酚、對甲酚等甲酚類，2,3-二甲苯酚、2,4-二甲苯酚、2,5-二甲苯酚、2,6-二甲苯酚、3,4-二甲苯酚、3,5-二甲苯酚等二甲苯酚類，鄰乙酚、間乙酚、對乙酚等乙酚類，異丙基苯酚，丁基苯酚、對三級丁基苯酚等丁基苯酚類，對三級戊基苯酚，對辛基苯酚，對壬基苯酚，對異丙苯基苯酚等烷基苯酚類，氟苯酚、氯苯酚、溴苯酚、碘苯酚等鹵化苯酚類，對苯基苯酚、胺基苯酚、硝基苯酚、二硝基苯酚、三硝基苯酚等一元苯酚取代體及1-萘酚、2-萘酚等一元酚類，間苯二酚、烷基間苯二酚、五倍子酚、鄰苯二酚、烷基鄰苯二酚、對苯二酚、烷基對苯二酚、根皮三酚、雙酚A、雙酚F、雙酚S、二羥基萘等多酚類等。該等可單獨使用或混合使用2種以上。該等酚類之中，較佳為選自經濟上有利之苯酚、甲酚類、雙酚A中者。
作為用於製造本發明之可溶酚醛樹脂型酚樹脂之醛類，例如可列舉：甲醛、三聚甲醛、三噁烷、乙醛、丙醛、聚甲醛、三氯乙醛、環六亞甲四胺、糠醛、乙二醛、正丁醛、己醛、烯丙醛、苯甲醛、巴豆醛、丙烯醛、四甲醛、苯乙醛、鄰甲苯甲醛、柳醛等。該等可單獨使用或組合使用2種以上。該等醛類之中，較佳為選自反應性優異且廉 價之甲醛、三聚甲醛中者。
作為用於製造本發明之可溶酚醛樹脂型酚樹脂之合成方法，可列舉使上述酚類、及醛類於鹼金屬或胺類、二價金屬鹽等觸媒之存在下反應之方法。
作為合成用於本發明之可溶酚醛樹脂型酚樹脂時所使用之觸媒，例如可列舉：氫氧化鈉、氫氧化鋰、氫氧化鉀等鹼金屬之氫氧化物，鈣、鎂、鋇等鹼土金屬之氧化物及氫氧化物，碳酸鈉、氨水、三乙胺、環六亞甲基四胺等胺類，乙酸鎂或乙酸鋅等二價金屬鹽等。該等可單獨使用或併用2種以上。
於可溶酚醛樹脂型酚樹脂之合成中，關於酚類與醛類之反應莫耳比，較佳為相對於酚類1莫耳，醛類為0.80~2.50莫耳。更佳為醛類為1.00~2.30莫耳。若上述莫耳比未達上述下限值，則存在無法獲得可溶酚醛樹脂型樹脂之情況，若超過上述上限值，則存在反應控制變得困難之情況。
所謂用於本發明之芳基伸烷基型酚樹脂，係指重複單元中具有1個以上之芳基伸烷基的環氧樹脂。作為此種芳基伸烷基型酚樹脂，可列舉：苯二甲基型環氧樹脂、聯苯二亞甲基(biphenyl dimethylene)型環氧樹脂等。該等之中，較佳為聯苯二亞甲基型環氧樹脂。
本發明所使用之碳纖維為瀝青系碳纖維或PAN系碳纖維。該等碳纖維可單獨使用1種，亦可組合使用2種以上。所使用之碳纖維之形狀並特別限定，就強度方面而言，較 佳為圓形。所使用之碳纖維之纖維徑較佳為5μm以上、13μm以下，更佳為6μm以上、10μm以下。
本發明所使用之聚醚碸可使用一般市售者。聚醚碸較佳為含有以下式(1)所示之重複單元。
式(1)中，n為1以上之整數。n較佳為1以上、500以下，更佳為100以上、300以下。
作為本發明所使用之聚醚醯亞胺，可使用具有以下之式(2)所示之結構的該領域通常使用者。
(式(2)中，n為1以上之整數)
聚醚碸及聚醚醯亞胺可單獨使用任意一種，亦可併用。
酚樹脂相對於成形材料之總重量的重量較佳為25重量%以上、64重量%以下，更佳為30重量%以上、60重量%以下，進而較佳為35重量%以上50重量%以下。若超過上述上限值，則存在所獲得之成形品發生膨脹之情況，若未達上述下限值，則存在硬化需要時間、硬化不充分之情況。又，藉由使酚樹脂相對於成形材料之總重量的重量為30.5 重量%以上、55重量%以下，可獲得對於渦捲而言充分之比強度及比彈性模數。
碳纖維相對於成形材料之總重量的重量較佳為20重量%以上、60重量%以下，更佳為40重量%以上、55重量%以下。若超過上述上限值，則存在所獲得之成形品表面狀態變差之情況，另外存在成品加工性或流動性變差之情況。又，於未達上述下限值之情形時，存在所獲得之成形品之強度、彈性模數等機械特性欠佳之情況。又，於將該成形材料製成渦捲成形品而使用之情形時，碳纖維相對於成形材料之總重量的重量較佳為35重量%以上、55重量%以下。若為上述範圍內，則可獲得對於渦捲而言充分之比強度及比彈性模數。
於使用聚醚碸之情形時，聚醚碸相對於成形材料之總重量的重量較佳為0.1重量%以上、20重量%以下，更佳為2重量%以上、8重量%以下。藉由為上述範圍內，所獲得之成形品可具有優異之比強度及比彈性模數。又，於將該成形材料製成渦捲成形品而使用之情形時，聚醚碸相對於成形材料之總重量的重量較佳為0.5重量%以上、15重量%以下。若為上述範圍內，則可獲得對於渦捲而言充分之比強度及比彈性模數。
本發明之成形材料可視需要進而含有脫模劑、潤滑劑、硬化助劑、顏料、無機填充材、彈性體、玻璃纖維等成分。
作為無機填充材，例如可列舉：滑石、燒成黏土、未 燒成黏土、雲母等矽酸鹽，氧化鈦、氧化鋁、二氧化矽、熔融二氧化矽等氧化物，碳酸鈣、碳酸鎂、水滑石等碳酸鹽，氫氧化鋁、氫氧化鎂、氫氧化鈣等氫氧化物，硫酸鋇、硫酸鈣、亞硫酸鈣等硫酸鹽或亞硫酸鹽，硼酸鋅、偏硼酸鋇、硼酸鋁、硼酸鈣、硼酸鈉等硼酸鹽，氮化鋁、氮化硼、氮化矽等氮化物及玻璃纖維等。其中較佳為玻璃纖維。若使用玻璃纖維，則尤其可維持所獲得之成形品之機械強度。
構成玻璃纖維之玻璃並無特別限定，例如可列舉：E玻璃、C玻璃、A玻璃、S玻璃、D玻璃、NE玻璃、T玻璃、H玻璃等。該等之中，較佳為E玻璃、T玻璃或S玻璃。藉此，可實現玻璃纖維之高彈性化，亦可減小熱膨脹係數。
作為彈性體，例如可列舉：丙烯酸-烷基苯乙稀共聚物、聚乙酸乙烯酯、苯乙烯-異戊二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、異戊二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚物、醚-胺甲酸乙酯共聚物、甲基-胺甲酸乙酯共聚物、酯-胺甲酸乙酯共聚物、乙烯基-聚矽氧共聚物、苯基-聚矽氧共聚物、氯丁二烯共聚物等。就應用範圍廣、操作容易方面而言，尤佳為使用丙烯酸-烷基苯乙稀共聚物或丙烯腈-丁二烯共聚物等。
本發明之成形材料之製造方法並無特別限定，可藉由混合上述成分，並利用加壓捏合機、雙軸擠出機、加熱輥等進行加熱熔融混練，再利用破碎型粉碎機(Power Mill)等將混練物粉碎而製造。又，將如此而獲得之成形材料應用於射出成形、移送成形及壓縮成形等，可獲得所需之形 狀之成形品。
[實施例]
以下，根據實施例說明本發明。
(實施例1)
將相對於成形材料整體摻合酚醛清漆型酚樹脂43.3重量%、碳纖維46.5重量%、聚醚碸0.1重量%、作為硬化劑之環六亞甲四胺7.1重量%、作為硬化助劑之氧化鎂1重量%、脫模劑1重量%、著色劑1重量%而成之原料混合物利用90℃之加熱輥熔融混練3分鐘後取出，並粉碎，粉碎為顆粒狀而獲得成形材料。
藉由以下之「評價方法」所記載之方法，測定藉由射出成形而獲得之成形品之拉伸強度、拉伸彈性模數及損耗係數。結果表示於表1。
(評價方法)
使用實施例及比較例所獲得之成形材料，藉由射出成形而製作試驗片。成形條件為模具溫度175℃、硬化時間1分鐘。
將所獲得之試驗片於180℃之環境中處理6分鐘，依據JIS K 6911「熱硬化性塑膠一般試驗方法」測定拉伸強度(常溫)、拉伸彈性模數(常溫)及損耗係數(常溫)。
再者，表1中之渦捲成形品之評價結果係基於如下評價基準而記載：「◎」表示適於渦捲、「○」表示適於通用品、「×」表示不適於渦捲及通用品。
(實施例2~23、比較例1~2)
藉由使用表1所示之成分，使用與實施例1同樣之方法，而獲得成形材料。再者，表1所示之成分之量均為重量%。再者，表1所記載之成分係使用以下者。
(1)酚樹脂(酚醛清漆型酚樹脂)：Sumitomo Bakelite公司製造之PR-HF-3
(2)碳纖維(PAN系)：Toho Tenax公司製造之HT C261 6 mm
(3)碳纖維(瀝青系)：三菱樹脂公司製造之DIALEAD K223SE
(4)玻璃纖維：日東紡績公司製造之E玻璃纖維
(5)PES-1(聚醚碸)：住友化學公司製造之5003PS
(6)PES-2(聚醚碸)：住友化學公司製造之4800P
(7)PEI-1(聚醚醯亞胺)：SABIC Innovative Plastics公司製造之UItem 1000
(8)PEI-2(聚醚醯亞胺)：SABIC Innovative Plastics公司製造之UItem 1040A
(9)硬化劑(環六亞甲四胺)：住友精化公司製造之Urotropine
(10)硬化助劑：氧化鎂
(11)脫模劑：硬脂酸鈣
(12)著色劑：碳黑
結果匯總示於以下之表。
本申請案主張以2011年5月31日提出申請之日本特願2011-121343號作為基礎之優先權，將其全部揭示援用於此。

Claims (8)

  1. 一種成形材料，其含有酚樹脂、碳纖維、以及聚醚碸及/或聚醚醯亞胺。
  2. 如申請專利範圍第1項之成形材料，其中，該酚樹脂為選自由酚醛清漆型酚樹脂、可溶酚醛樹脂(resole)型酚樹脂、及芳基伸烷基(aryl alkylene)型酚樹脂組成之群中之至少一種。
  3. 如申請專利範圍第1項之成形材料，其中，該碳纖維為瀝青系或PAN系之碳纖維。
  4. 如申請專利範圍第1項之成形材料，其中，該聚醚碸具有式(1)所示之結構， (式(1)中，n為1以上之整數)。
  5. 如申請專利範圍第1項之成形材料，其中，該聚醚醯亞胺具有式(2)所示之結構， (式(2)中，n為1以上之整數)。
  6. 如申請專利範圍第1項之成形材料，其中，該酚樹脂之量相對於該成形材料之總重量為25重量%以上、64重量%以下。
  7. 如申請專利範圍第1項之成形材料，其中，該碳纖維之量相對於該成形材料之總重量為20重量%以上、60重量%以下。
  8. 如申請專利範圍第1項之成形材料，其中，該聚醚碸之量相對於該成形材料之總重量為0.1重量%以上、20重量%以下。
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