TW201341182A - 環保高強度樹脂複合材料 - Google Patents

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Abstract

公開一種具有高強度及輕量化特性且環保的高強度樹脂複合材料。本發明的環保高強度樹脂複合材料，其特徵在於，包括：第一基材，加強材料層，其形成於上述第一基材上，且包含纖維增強劑，以及第二基材，其形成於上述加強材料層上；上述第一基材和第二基材中的一個以上由包含聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的生物降解性樹脂形成。

Description

環保高強度樹脂複合材料
本發明涉及一種高強度樹脂複合材料，更詳細地涉及利用混合聚乳酸(PLA,Poly Lactic Acid)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA，polyhydroxyalkanoate)樹脂的混合(blend)樹脂作為基材(matrix)，從而具有高強度及輕量化，還環保的樹脂複合材料。
高強度樹脂複合材料是指，如在熱塑性樹脂的樹脂中增強纖維的原材料。這種高強度樹脂複合材料具有輕量化及高強度特性。通常，高強度樹脂複合材料是指纖維增強塑膠(FRP)，纖維增強塑膠是在樹脂內浸漬有如碳纖維的纖維的形態。但是，纖維增強塑膠存在隨著碳纖維的含量的增加，拉伸強度顯著下降且可成型性不好的問題。
並且，高強度樹脂複合材料的樹脂通常利用如聚丙烯(PP)樹脂、尼龍樹脂及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂等常用熱塑性樹脂。
但是，常用熱塑性樹脂由於使用後廢棄時不能降解，而成為環境污染的要因。
為了解決這些問題，最近試圖將生物降解性樹脂適用於高強度樹脂複合材料。但是，生物降解性樹脂存在大體上硬度等物理性質比常用熱塑性樹脂差的問題。
作為本發明相關的背景技術有韓國專利公開公報第 10-2009-0099215號(2009年09月22日公開)中公開的加強連續纖維的高強度熱塑性複合材料的製備工序。
本發明的目的在於，提供一種與現有的以常用熱塑性樹脂為基礎的樹脂複合材料相比，可呈現同等以上的高強度，並且，因能夠自然降解而利於環保的高強度樹脂複合材料。
為了達成上述目的的本發明一實施例的環保高強度樹脂複合材料，包括：基材，以及加強材料層，其形成於該基材的一面或兩面，且包含纖維強化劑；該基材由包含聚乳酸(PLA，Poly Lactic Acid)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA，polyhydroxyalkanoate)樹脂的生物降解性樹脂形成。
此時，較佳地，該生物降解性樹脂中，相對於100重量百分比的該聚乳酸(PLA)樹脂，混合10重量百分比~50重量百分比的該聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂。
並且，該生物降解性樹脂還可以包含離聚物。
另一方面，該聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂可以包含由以下化學式1表示的重複單位：化學式1 (該化學式1中，R1是氫原子或者置換或非置換的碳原子數1~15的烷基，n是1或2)。
為了達成該目的之本發明再一實施例的環保高強度樹脂複合材料，包括：第一基材，加強材料層，其形成於該第一基材上，且包含纖維增強劑，以及第二基材，其形成於該加強材料層上；該第一基材和第二基材中一個以上由包含聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的生物降解性樹脂形成。
此時，較佳地，該第一基材和第二基材均包含生物降解性樹脂。
本發明的環保高強度樹脂複合材料利用混合聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的混合樹脂作為基材，利用纖維增強劑在基材上單獨形成加強材料層。
其結果，與以現有的常用熱塑性樹脂為基礎的高強度樹脂複合材料相比，能夠確保同等以上的物理性質，並且，由於廢棄後可進行基材的生物降解，而有利於環保。
110‧‧‧基材
120‧‧‧加強材料層
310‧‧‧第一基材
320‧‧‧加強材料層
330‧‧‧第二基材
圖1是簡要表示本發明實施例的環保高強度樹脂複合材料的圖，表示 在基材的一面形成有加強材料層的例。
圖2是簡要表示本發明實施例的環保高強度樹脂複合材料的圖，表示在基材的兩面形成有加強材料層的例。
圖3是簡要表示本發明實施例的環保高強度樹脂複合材料的圖，表示在第一基材和第二基材之間形成有加強材料層的例。
參照以下實施例及附圖，就能夠明確本發明的優點和特徵以及實現這些優點和特徵的方法。但是本發明並不限於在下面所公開的實施例，而能夠通過互不相同的各種方式來實現，本實施例僅僅是為了使本發明的公開更完整並向本發明所屬技術領域的普通技術人員準確告知發明的範疇而提供的，本發明僅根據權利要求書進行定義。
以下，對本發明的環保高強度樹脂複合材料進行詳細的說明。
圖1是簡要表示本發明實施例的環保高強度樹脂複合材料的圖，表示在基材一面形成有加強材料層的例。
參照圖1，本發明的環保高強度樹脂複合材料包括基材110及加強材料層120。
本發明的樹脂複合材料的基材110，起到有效地向與樹脂複合材料相鄰或與樹脂複合材料相接的部件等有效傳達基於外力的載荷的作用，並且，起到支撐包含於加強材料層120的纖維增強劑的作用。
基材110可以是膜、紡布(Woven Fabric)、無紡布(Nonwoven Fabric)及毛皮(pelt)等的形態。並且，基材110可以是單層或兩層以上 層壓的形態。
此時，基材110包含生物降解性樹脂。此時，生物降解性樹脂較佳地利用混合聚乳酸(PLA，Poly Lactic Acid)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA，polyhydroxyalkanoate)樹脂的混合(blend)樹脂。
本發明的發明者認識到，混合聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的混合樹脂與如聚丙烯(Polypropylene)樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate)樹脂等常用熱塑性樹脂相比，可呈現同等水準的機械物理性質。
因此，本發明的樹脂複合材料利用混合上述聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的混合樹脂，從而具有強度等特性非常優秀，並且廢棄後可進行生物降解的優點。
聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂可包含由以下化學式1表示的重複單位： (化學式1中，R1是氫原子或者置換或非置換的碳原子數1~15的烷基，n是1或2)。
更加詳細地，符合上述化學式1的重複單位可以提出，n為1、R1為甲基的3-羥基丁酸(3-hydroxy butyrate)，n為1、R1為乙基的3-羥基戊酸(3-hydroxy valerate)，n為1、R1為丙酯的3-羥基己酸(3-hydroxy hexanoate)，n為1、R1為戊基的3-羥基辛酸(3-hydroxy octanoate)及n為1、R1為碳原子數15的烷基的3-羥基硬脂酸(3-hydroxy octadecanoate)等。
另一方面，本發明的樹脂複合材料中，聚乳酸(PLA)樹脂起到確保強度的作用，聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂起到改善聚乳酸(PLA)樹脂的脆性的作用。由此，可以認為隨著聚乳酸(PLA)樹脂的含量比增加強度會提高，隨著聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的含量比增加韌性會增加。
本發明中，聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的混合比並沒有特別限定，只是，實驗結果，相對於100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂混合10重量百分比~50重量百分比的聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的情況下，與其他情況相比，物理性質更優秀。
相反，相對於100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂包含小於10重量百分比的聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的情況下，聚乳酸(PLA)樹脂的脆性改善多少可能不充分。並且，相對於100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂，聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂大於50重量百分比的情況下，因發生聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的凝聚，樹脂複合材料的硬度多少可能略有下降。
因此，較佳地，相對於100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂，混合10重量百分比~50重量百分比的聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂。
並且，上述生物降解性樹脂還可以包含離聚物(ionomer)。
離聚物可以起到反應性相容劑的作用。
離聚物只要在非極性的高分子鏈中含有少量的離子基，就不 受特別的限定，例如，可以利用α-烯烴和α,β-不飽和羧酸的共聚物、聚苯乙烯中有導入磺酸基的聚合物、α-烯烴、α,β-不飽和羧酸及能夠分別與此進行共聚合的單體間的共聚物或將這些的混合物用1價~4價的金屬離子進行中和的混合物。
較佳地，相對於合計100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂，包含20重量百分比以下上述離聚物。在離聚物的添加量大於20重量百分比的情況下，因未反應的離聚物會殘留，而會存在耐熱性或強度下降的隱患。
加強材料層120形成於基材的一面。並且，加強材料層120包含纖維增強劑。
加強材料層120可通過包含纖維增強劑的薄片粘合或壓接於基材110而形成。並且，未製備成薄片的纖維增強劑自身也通過壓制等擠壓於基材，從而可成為加強材料層120。
本發明的樹脂複合材料，包含於加強材料層的纖維增強劑起到支撐基於外力的載荷的作用。這樣的纖維增強劑可以包含一種以上碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維(Aramid Fiber)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE，Ultra High Molecular Weight Polyethylene)等工業用纖維。
包含於上述加強材料層120的纖維增強劑，相對於100重量百分比的基材110，可以使用10重量百分比~100重量百分比。但是纖維增強劑的使用量不一定局限於此，可根據使用用途有多種變化。
上述圖1所示的例中，基材110的一面形成有加強材料層120。但是，如圖2所示的例，加強材料層120可形成於基材110的兩面。
圖3是簡要表示本發明實施例的環保高強度樹脂複合材料的圖，表示在第一基材和第二基材之間形成有加強材料層的例。
參照圖3，所示的環保高強度樹脂複合材料包含第一基材310、加強材料層320及第二基材330。
圖3所示的例，在結構上具有第一基材310和第二基材330之間介有加強材料層320的形態。
第一基材310和第二基材330可以是膜、紡布、無紡布及羊皮中的一種形態或者可以是兩種以上層壓的形態。
此時，第一基材310或第二基材330，較佳地，第一基材310和第二基材330均包含生物降解性樹脂。
如上所述，本發明中作為這樣的生物降解性樹脂利用混合聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的混合樹脂。並且，生物降解性樹脂中可包含有離聚物。
加強材料層320形成於第一基材上，包含纖維增強劑。
纖維增強劑可以包含一種以上碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等工業用纖維。
圖3所示的例，因加強材料層320形成於第一基材310和第二基材330之間，從而能夠最大限度地抑制加強材料層320從基材脫離。
如上所述，本發明的環保高強度樹脂複合材料不僅可以呈現輕量化及高強度特性，由於利用混合聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的混合樹脂，因此因生物降解特性，廢棄後能夠進行自然降解，從而具有預防環境污染的效果。
並且，本發明的環保高強度樹脂複合材料，可以僅利用壓接或粘合等方法進行製備。因此，與在基材內部浸漬纖維增強劑的形態的纖維增強塑膠(FRP)相比，能夠進行製備工序。
並且，就纖維增強塑膠而言，在纖維增強劑的含量過高的情況下，存在拉伸強度顯著下降，且可成型性不好的問題，但是，本發明的環保高強度樹脂複合材料，包含纖維增強劑的加強材料層形成為不是基材的單獨的層，因此可以充分提高加強材料層中的纖維增強劑的含量或密度。
實施例
以下，通過本發明的較佳實施例對本發明的結構及作用進行更詳細的說明。但是，這只是作為較佳實例來提出的，任何意義上也不能解釋為本發明局限於此。
未記載於此的內容，只要是本發明所屬技術領域的普遍技術人員就能夠充分地從技術上進行類推，因此省略其說明。
1．樹脂複合材料試片的製備 (1)實施例1
在大小為10cm×10cm×0.5mm的膜上排列碳纖維(膜重量的25%)後，通過壓制來製備了樹脂複合材料試片。此時，利用了相對於100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂混合有25重量百分比的聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的膜。
(2)實施例2
在大小為10cm×10cm×0.5mm的膜上排列碳纖維(膜重量的25%)後，再放上相同的膜，之後通過壓制來製備了樹脂複合材料試片。此 時，兩張膜利用了相對於100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂混合有25重量百分比的聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的膜。
(3)實施例3
除了兩張膜中相對於100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂分別還包含10重量百分比的硒1706(離聚物，杜邦製備)之外，製備了與實施例2相同的樹脂複合材料試片。
(4)實施例4
除了碳纖維的使用量為膜重量的100%之外，以與實施例2相同的方法來準備了樹脂複合材料試片。
(5)比較例1
除了作為兩張膜的原材料利用了聚對苯二甲酸乙二醇酯膜(PET，LG化學製備)之外，以與實施例2相同的方法準備了樹脂複合材料試片。
(6)比較例2
在混合100份重量的聚乳酸(PLA)樹脂和25重量百分比的聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的熔融樹脂中攪拌30重量百分比的碳纖維來進行擠壓，之後以與實施例1相同的大小準備了聚乳酸(PLA)樹脂中浸漬碳纖維的形態的樹脂複合材料試片。
(7)比較例3
除了相對於100重量百分比的聚乳酸(PLA)樹脂使用了100重量百分比的碳纖維之外，以與實施例2相同的方法準備了樹脂複合材料試片。
2．物理性質評價方法
對實施例1至實施例4及比較例1至比較例3的試片測定了拉伸強度及彎曲強度。
借助國際材料試驗協會(ASTM，International Association for Testing Materials)的D638測定了拉伸強度(Kgf/cm2)。
借助國際材料試驗協會(ASTM，International Association for Testing Materials)的D790測定了彎曲強度(Kgf/cm2)。
3．物理性質評價結果
表1中表示實施例1至實施例4及比較例1至比較例3的試片的物理性質評價結果。
參照表1，與以聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂為基礎的比較例1的樹脂複合材料試片的物理性質進行比較時，實施例1至實施例4的樹脂複合材料試片呈現出同等以上的物理性質。此時，考慮到比較例2的樹脂複合材料的基材以不能生物降解的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜為基礎，實施例1至實施例4的樹脂複合材料具有同等以上的物 理性質，同時能夠生物降解，從而，可以充分運用為環保材料。尤其，利用聚乳酸(PLA)樹脂膜的圖3所示的形態的實施例2至實施例4的樹脂複合材料試片，強度更加優秀；包含離聚物的實施例3的樹脂複合材料試片，物理性質最為優秀。
另一方面，纖維增強塑膠(FRP)形態的比較例2的試片，與實施例1相比強度略低；碳纖維含量較高的比較例3的試片，呈現出非常低的拉伸強度。
本發明針對參照附圖所示的實施例進行了說明，但這只是例示性的，只要是本發明所屬技術領域的普遍技術人員就能夠理解可由此進行多種變形及均等的其他實施例。
因此，本發明的真正的技術保護範圍應根據所附的權利要求書而定義。
310‧‧‧第一基材
320‧‧‧加強材料層
330‧‧‧第二基材

Claims (11)

  1. 一種環保高強度樹脂複合材料，包括：一基材；以及一加強材料層，形成於該基材的一面或兩面，且包含一纖維增強劑；其中該基材由包含聚乳酸(PLA，Poly Lactic Acid)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA，polyhydroxyalkanoate)樹脂的生物降解性樹脂形成。
  2. 根據申請專利範圍第1項之環保高強度樹脂複合材料，其中該生物降解性樹脂中，相對於100重量百分比的該聚乳酸(PLA)樹脂，混合10重量百分比~50重量百分比的該聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂。
  3. 根據申請專利範圍第1項之環保高強度樹脂複合材料，其中該生物降解性樹脂還包含離聚物。
  4. 根據申請專利範圍第1項之環保高強度樹脂複合材料，其中該聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂包含由以下化學式1表示的重複單位： 其中，R1是氫原子或者置換或非置換的碳原子數1~15的烷基，n是1或2。
  5. 根據申請專利範圍第1項之環保高強度樹脂複合材料，其中該基材是膜、紡布(Woven Fabric)、無紡布(Nonwoven Fabric)及毛皮(pelt)中的一種的單層形態或兩種以上層壓的形態。
  6. 根據申請專利範圍第1項之環保高強度樹脂複合材料，其中該纖維增強劑包含碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維(Aramid Fiber)及超高分子量聚乙烯(UHMWPE，Ultra High Molecular Weight Polyethylene)中的一種以上。
  7. 一種環保高強度樹脂複合材料，包括：一第一基材；一加強材料層，其形成於該第一基材上，且包含一纖維增強劑；以及一第二基材，其形成於該加強材料層上；其中該第一基材和第二基材中一個以上由包含聚乳酸(PLA)樹脂和聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂的生物降解性樹脂形成。
  8. 根據申請專利範圍第7項之環保高強度樹脂複合材料，其中該生物降解性樹脂中，相對於100重量百分比該聚乳酸(PLA)樹脂，混合有10重量百分比~50重量百分比的該聚羥基脂肪酸酯(PHA)樹脂。
  9. 根據申請專利範圍第7項之環保高強度樹脂複合材料，其中該生物降解性樹脂還包含離聚物。
  10. 根據申請專利範圍第7項之環保高強度樹脂複合材料，其中該第一基材及第二基材是膜、紡布、無紡布及毛皮中的一種的單層形態或兩種以上層壓的形態。
  11. 根據申請專利範圍第7項之環保高強度樹脂複合材料，其中該纖維增強劑包含碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、及超高分子量聚乙烯(UHMWPE)中的一種以上。
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