TWI643738B - 預形體、片狀材料及一體成形片狀材料 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種在成形加工時具有優異的成形加工性,且就成形加工後所得之成形體而言,耐衝擊特性與剛性之平衡優異的預形體、片狀材料及一體成形片狀材料。本發明之預形體之特徵為,分別積層下述所示(A)及(B):(A)自我強化片材,其係以熱塑性樹脂(a-1)與纖維或貼帶(a-2)進行強化而成,該纖維或貼帶(a-2)包含與該熱塑性樹脂(a-1)相同種類的熱塑性樹脂;(B)強化片材,其係以包含不連續碳纖維之複合墊(random mat)(b-1)與熱塑性樹脂(b-2)進行強化而成。

Description

預形體、片狀材料及一體成形片狀材料
本發明係關於一種可得到兼備高剛性與耐衝擊性,進而高均質性之片狀材料的預形體、片狀材料及一體成形片狀材料。
纖維強化塑膠(以下稱為FRP:Fiber Reinforced Plastic)係質輕且具有優異的力學特性,而用於該等FRP的強化纖維之中,可使用有機纖維及無機纖維等。其中,從比強度、比剛性尤為優異並可得到超群之輕量性的觀點來看,適合使用碳纖維,碳纖維強化塑膠(以下稱為CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)係質輕且具有優異的機械特性,在運動用途及飛機用途上具有很高的實際表現,近幾年來,在風車葉片、壓力容器、建築補強材料等產業領域的應用亦有所發展。又,在日益要求輕量化的汽車用途中亦眾所矚目。
作為FRP的代表形態,可舉例如將片狀材料積層所得的預形體進行壓製成形的成形品。作為構成該片狀材料的碳纖維,一般係將連續的強化纖維配列於同一方向者,或進行織物加工者。使用這種強化纖維基材的成形品,呈現出高剛性與輕量化效果。然而,多數情況下,因碳纖維的補強而表現出脆性破壞,進而使耐 衝擊性不足。另一方面,作為提高耐衝擊特性的試驗,在補強纖維中使用有機纖維,以及使熱塑性樹脂為特定樹脂的技術雖已為人所知,但其剛性不足。
非專利文獻1揭示了,使用包含碳纖維的織物基材與具有自身殘留應力的自我強化型熱塑性樹脂,來改善碳纖維強化熱塑性樹脂之拉伸應變的技術。然而,此技術的目的是提高拉伸應變,而並無提及衝擊特性。又,其每一層均以連續纖維進行強化,而難以進行壓製及賦予曲面形狀。
又,專利文獻1揭示了,藉由使用醯胺纖維的紗與自我補強型的熱塑性樹脂片材的組合所構成的預形體,來提高防彈背心所需要的耐貫穿特性的技術。然而,此技術的特點在於源自醯胺纖維的耐貫穿特性,因此其剛性並不充分。
專利文獻2揭示了,摻合有既定量之有機纖維與無機纖維的不織布,及以樹脂將其複合化所形成的材料。此技術雖耐衝擊特性及剛性充分,但因使用連續纖維,而缺乏壓製及曲面形狀等的賦形性。
專利文獻3揭示了,使用包含不連續之強化纖維的複合墊材料與熱塑性樹脂,可加工成複雜形狀的片狀材料。然而,此技術係用於對不連續的強化纖維賦予凸條(rib)及凸面(boss)等的形狀,而不能說是剛性與靭性達到充分平衡。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5013543號公報
[專利文獻2]日本特開2012-139841號公報
[專利文獻3]日本特開平2-231128號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1] I.Taketa et al, Interply hybrid composites with carbon fiber reinforced polypropylene and self-reinforced polypropylene, Composites: Part A 41, 927-932(2010)
本發明係鑒於上述先前技術的問題點,其目的在於提供一種耐衝擊性與力學特性的平衡優異,且可進行壓製及賦予曲面形狀的預形體、片狀材料及一體成形片狀材料。
為了解決該課題,本發明採用下述任一種之構成。
(1)一種預形體,其特徵為:以熱塑性樹脂為基質樹脂,且分別積層下述所示(A)及(B):(A)自我強化片材,其係以熱塑性樹脂(a-1)與纖維或貼帶(a-2)進行強化而成,該纖維或貼帶(a-2)包含與該熱塑性樹脂(a-1)相同種類的熱塑性樹脂;(B)強化片材,其係由包含不連續碳纖維之複合墊 (random mat)(b-1)與熱塑性樹脂(b-2)所構成。
(2)如(1)之預形體,其中,該強化片材(B)係使該熱塑性樹脂(b-2)含浸於該包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)者。
(3)如(1)之預形體,其中,該包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)配置於該熱塑性樹脂(b-2)與該自我強化片材(A)之間。
(4)如(1)至(3)中任一項之預形體,其係由該強化片材(B)及該自我強化片材(A)複數個積層而成。
(5)如(1)至(4)中任一項之預形體,其中,該不連續碳纖維的平均纖維長度為50mm以下。
(6)如(1)至(5)中任一項之預形體,其中,該複合墊(b-1)中的該不連續碳纖維的分散率為90%以上;該不連續碳纖維之配向角分布的相對度數之最大值為小於0.25且最小值為0.090以上。
(7)如(1)至(6)中任一項之預形體,其中,構成該強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2)係選自包含聚烯烴系樹脂、聚醯胺樹脂、聚芳硫醚(polyarylene sulfide)樹脂及聚酯樹脂之群組中的任一種樹脂。
(8)如(7)之預形體,其中,構成該強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2)為聚烯烴系樹脂。
(9)如(1)至(8)中任一項之預形體,其中,構成該自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1)及纖維或貼帶(a-2)皆為聚烯烴系樹脂。
(10)如(1)至(9)中任一項之預形體,其中,該熱塑性 樹脂(a-1)的峰值熔融溫度低於該纖維或貼帶(a-2)的峰值熔融溫度。
(11)一種片狀材料,係將如(1)至(10)中任一項之預形體進行積層而一體成形者。
(12)如(11)之片狀材料,其中,該強化片材(B)的厚度為500μm以下。
(13)一種片狀材料,係將複數個如(11)之片狀材料進行積層,而使其一體成形者。
(14)如(13)之片狀材料,其中,該強化片材(B)的厚度為500μm以下。
(15)一種一體成形片狀材料,其包含如(11)或(12)之片狀材料及第2片狀材料。
(16)如(15)之一體成形片狀材料,其中,該第2片狀材料係以熱塑性樹脂為基質樹脂的片狀材料。
(17)一種一體成形片狀材料,其包含如(13)或(14)之片狀材料及第2片狀材料。
(18)如(17)之一體成形片狀材料,其中,該第2片狀材料係以熱塑性樹脂為基質樹脂的片狀材料。
本發明所揭示之預形體、片狀材料及一體成形片狀材料,其成形加工時的賦形性優異,且耐衝擊性與剛性的平衡優異。尤其是藉由滿足複合墊中的不連續碳纖維之平均纖維長度、分散率及配向角分布,可使該特性變得更為均質,在製品化時,可不考量源自碳纖維之剛性的呈現方向,而可得到優異的片狀材料及賦予 形狀之成形品。
1、2、3、4、5、6‧‧‧碳纖維(單纖維)
10A、10B、10C、10D、10E、10G、10H、10I、10L、10M‧‧‧預形體
11‧‧‧包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)
12‧‧‧熱塑性樹脂(b-2)
13‧‧‧使熱塑性樹脂薄膜含浸於複合墊的強化片材(B-2)
13A、13B、13C‧‧‧強化片材(B-1)
14‧‧‧包含接著性樹脂(C)之片材
15‧‧‧自我強化片材(A)
18‧‧‧第2片狀材料
19‧‧‧缺口
20、20A‧‧‧片狀材料
30‧‧‧一體成形片狀材料
θ‧‧‧二維接觸角
第1圖係顯示實施形態1之預形體所使用之強化片材之一例的示意圖。
第2圖係顯示實施形態1之預形體之例子的示意圖。
第3圖係顯示實施形態1之預形體中的不連續碳纖維之分散狀態之一例的示意圖。
第4圖係顯示強化片材(B-1)與自我強化片材(A)之積層構成之一例的示意圖,該強化片材(B-1)包含由構成本實施形態2之片狀材料的不連續碳纖維所構成之複合墊與熱塑性樹脂薄膜。
第5圖係顯示強化片材(B-2)與自我強化片材(A)之積層構成之一例的示意圖,該強化片材(B-2)係使將熱塑性樹脂薄膜含浸於構成本實施形態2之片狀材料的包含不連續碳纖維之複合墊而成。
第6圖係顯示使第4圖或第5圖所示之積層構成的強化片材(B-1)或(B-2)與自我強化片材(A)一體成形而成的片狀材料之積層構成的示意圖。
第7圖係顯示將包含接著性樹脂(C)之薄膜貼附於本實施形態2之片狀材料的片狀材料的示意圖。
第8圖係顯示本實施形態2之變化例中的一體成形片狀材料之一例的示意圖。
第9圖係顯示實施例及比較例所用之拉伸剪切破壞試片的立體圖。
第10圖係顯示將實施例中的自我強化片材(A),及由包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)與熱塑性樹脂(b-2)所構成之強化片材(B)進行積層而成的預形體的示意圖。
第11圖係顯示將實施例中的自我強化片材(A),及由包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)與熱塑性樹脂(b-2)所構成之強化片材(B)進行積層而成的預形體的示意圖。
第12圖係在實施例中將複合墊(b-1)配置於最外層並進行積層之預形體的示意圖。
第13圖係在實施例中將構成強化片材之熱塑性樹脂(b-2)配置於最外層並進行積層之預形體的示意圖。
[用以實施發明之形態]
(實施形態1)
本發明之實施形態1,係一種預形體,其特徵為:以熱塑性樹脂為基質樹脂,且分別積層下述所示(A)及(B):(A)自我強化片材,其係以熱塑性樹脂(a-1)與纖維或貼帶(a-2)進行強化而成,該纖維或貼帶(a-2)包含與該熱塑性樹脂(a-1)相同種類的熱塑性樹脂;(B)強化片材,其係由包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)與熱塑性樹脂(b-2)所構成。
以下,詳細說明本實施形態1之預形體。
構成本實施形態1之預形體的自我強化片材(A),係以熱塑性樹脂為基質樹脂,並以用作該基質樹脂的熱塑性樹脂(a-1)與包含相同種類之熱塑性樹脂的纖維或貼帶 (a-2)進行強化的自我強化片材。所謂自我強化,係指如非專利文獻1所記載,強化纖維與基質樹脂係包含同種樹脂的複合材料。
作為本實施形態1所用之自我強化片材(A),亦可使用已上市的產品。可列舉:Propex Fabrics GmbH公司製的“Curv”(註冊商標),及Lankhorst Pure Composites b.v.公司製的“Pure”(註冊商標)等。
又,構成本實施形態1之自我強化片材(A),較佳的是包含熱塑性樹脂(a-1)與纖維或貼帶(a-2),且具有該熱塑性樹脂(a-1)的峰值熔解溫度低於纖維或貼帶(a-2)的峰值熔解溫度的性質。藉由具有熱塑性樹脂(a-1)的峰值熔解溫度低於纖維或貼帶(a-2)的熔解溫度峰值的性質,則可使纖維或貼帶(a-2)不完全熔融,而與基質樹脂之熱塑性樹脂(a-1)一體成形。藉此,可不損及纖維或貼帶(a-2)的特性,而形成自我強化片材(A)。例如,在製造纖維或貼帶(a-2)時,使作為材料的熱塑性樹脂延伸配向,而成為包含配向化熱塑性樹脂之纖維或貼帶,可藉此賦予纖維或貼帶(a-2)與熱塑性樹脂(a-1)的熔解溫度差。
此處,構成該自我強化片材(A)的纖維或貼帶(a-2)與熱塑性樹脂(a-1)各自的峰值熔解溫度,可以下述方式進行測定。首先,將自我強化片材(A)分離成纖維或貼帶(a-2)與熱塑性樹脂(a-1)。分離係使用剃刀將該纖維或貼帶(a-2)從自我強化片材(A)的纖維或貼帶面剝取。之後,根據JIS K7121(1987)所規定的「塑膠之轉換溫 度測定方法」,測定纖維或貼帶(a-2)及熱塑性樹脂(a-1)的熔解溫度之峰值。測定用的試片,係使用在爐內溫度控制於50℃的真空乾燥設備中乾燥24小時以上的試片,以微分掃描熱量測定裝置,得到上述規格之熔解溫度,而可將峰頂作為峰值熔解溫度。
本實施形態1之自我強化片材(A)所用之纖維或貼帶(a-2)的形態,只要可形成自我強化片材(A),並無特別限定,可列舉:織物,以及對於往同一方向拉伸而平整的連續纖維布進行孔洞填充(void filling)者等。其中,從生產性、使用性的觀點來看,較佳為織物。
本實施形態1之自我強化片材(A)所用之纖維或貼帶(a-2)及熱塑性樹脂(a-1),只要係相同種類的熱塑性樹脂則並無限定,可列舉:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等的聚烯烴;聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)等的結晶性樹脂;及選自該等化合物之共聚物及改質物等的熱塑性樹脂。其中,從所得之片狀材料之輕量性的觀點來看,較佳為聚丙烯系樹脂,而從剛性的觀點來看,較佳為聚醯胺系樹脂。從耐熱性的觀點來看,較佳為使用聚芳硫醚。
作為自我強化片材(A)所用之熱塑性樹脂(a-1),上述群組所列舉之熱塑性樹脂中,在不損及本發明之目的的範圍內,可添加彈性體或是橡膠成分等。
接著,說明本實施形態1之強化片材(B)。
本實施形態1之強化片材(B),係由包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)及熱塑性樹脂(b-2)的薄膜所構成的強 化片材(B-1),或使熱塑性樹脂(b-2)的薄膜含浸於包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的強化片材(B-2)。此處,複合墊(b-1),係由隨機配向的不連續碳纖維所構成的面狀體。
此處,包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的形態,係指將碳纖維的股線及/或單纖維分散成面狀的形態,可列舉:切股氈(chopped strand mat)、紙墊(paper mat)、梳棉墊(carding mat)、紙纖墊(air-laid mat)等。所謂股線,係將複數條單纖維並行排列而集合成束者。在複合墊(b-1)的形態中,單纖維的分散狀態一般沒有規則性。藉由成為這種複合墊(b-1)的形態,使對於作為成形加工性之指標的形狀之賦形性優異,因此變得容易成形為複雜形狀。
作為該包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的形態,更佳為不連續碳纖維分散成略單纖維狀的面狀體。此處,所謂分散成略單纖維狀,係指構成不連續碳纖維的不連續之碳纖維中,包含50質量%以上的長纖維數小於100條的細纖度股線。因使這種不連續的碳纖維分散為略單纖維狀,破壞的起點變得均勻,藉此可得到穩定的剛性。另一方面,在長纖維數多的纖維束中,其端部常常成為破壞的起點,而具有剛性及其可靠性拙劣的情況。從此觀點來看,較佳的態樣,係長纖維數小於100條的細纖度股線中,存在70質量%以上的不連續碳纖維。
本實施形態1中,作為構成包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的碳纖維,較佳為使用聚丙烯腈(PAN)系、嫘縈系、木質素系、瀝青系的碳纖維及石墨纖維。 其中,更佳為使用PAN系的碳纖維。又,亦可為對該等纖維實施表面處理者。作為表面處理,具有以上漿劑所進行之處理、以成束劑所進行之處理、以添加劑所進行之附著處理等。
構成複合墊(b-1)之不連續碳纖維的平均纖維長度Lw(平均纖維長度Lw係指質量平均纖維長度Lw),較佳為50mm以下。藉由使質量平均纖維長度Lw在此範圍內,使下述複合墊(b-1)中之不連續碳纖維的二維接觸角變得容易調整。
質量平均纖維長度Lw,可以下述方法進行測定。將由本實施形態1之預形體所得的片狀材料或經賦予形狀的材料浸漬於溶劑,以溶解熱塑性樹脂,或加熱片狀材料等使熱塑性樹脂成分燒失(Ignition Lost),以分離不連續碳。從分離之不連續碳纖維,隨機選擇400條,將各碳纖維的長度Li測量至10μm單位,並用在使經測定長度之400條碳纖維的質量為100%時之各碳纖維的質量分率Wi,以質量平均為基礎由下式算出質量平均纖維長度Lw。從下述二維接觸角變得容易調整的觀點來看,構成本實施形態1之複合墊(b-1)之不連續碳纖維的質量平均纖維長度Lw,較佳為50mm以下,特佳為25mm以下。質量平均纖維長度Lw以下式表示。
Lw=Σ(Li×Wi)(單位:mm)
.Li:測定之纖維長度(i=1、2、3、...400)(單位:mm)
.Wi:纖維長度Li之碳纖維的質量分率(i=1、2、3、 ...400)(單位:質量%)。
作為本實施形態1之強化片材(B)的熱塑性樹脂(b-2),可列舉:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等的聚烯烴;聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)等的結晶性樹脂;及選自該等共聚物及改質物等之熱塑性樹脂。其中,從所得之片狀材料之輕量性的觀點來看,較佳為聚丙烯系樹脂,而從剛性的觀點來看,較佳為聚醯胺系樹脂。從耐熱性的觀點來看,較佳為使用聚苯硫醚。
本實施形態1之預形體中,構成強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2),及構成自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1),並無特別限定,但在使本實施形態1之預形體一體成形時的成形溫度下,各熱塑性樹脂形成熔融或軟化的態樣為較佳。藉由選擇這種樹脂,可使熱塑性樹脂(b-2)及(a-1)含浸於複合墊(b-1),形成隔著複合墊(b-1)的夾層(intercalation)結構,而在自我強化片材(A)與強化片材(B)之間呈現牢固的機械接合。本實施形態1之預形體中,特佳的情況,係構成強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2),以及構成自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1)及纖維或貼帶(a-2)的任一種皆為聚烯烴樹脂。
作為強化片材(B)中所使用的熱塑性樹脂(b-2),在不損及本發明之目的的範圍內,可在上述群組所列舉的熱塑性樹脂中添加彈性體或是橡膠成分等。
使用聚烯烴系樹脂作為構成自我強化片材(A)及強化片材(B)之熱塑性樹脂(a-1)及(b-2)的情況下, 從接著性的觀點來看,較佳為包含反應性官能基。其中,較佳為以選自羧基、酸酐基、氫氧基、環氧基、胺基、碳二醯亞胺基之至少一種改質而成的聚烯烴系樹脂。特佳為以酸酐基改質之聚烯烴系樹脂。使用聚醯胺系樹脂作為構成自我強化片材(A)及強化片材(B)之熱塑性樹脂(a-1)及(b-2)的情況下,從熔點及接著性的觀點來看,較佳可使用共聚物。共聚物之中,較佳為3元共聚合聚醯胺樹脂。作為構成自我強化片材(A)及強化片材(B)之熱塑性樹脂(a-1)及(b-2)的較佳聚醯胺樹脂,可列舉:聚醯胺12、聚醯胺610、聚醯胺6/66/610。從接著性的觀點來看,特佳為3元共聚物聚醯胺6/66/610。
作為製造本實施形態1中的包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的方法,可列舉以下方法。可列舉下述方法作為周知技術:以氣流使不連續碳纖維分散氈狀化的氣流成網法及將碳纖維進行機械分梳同時形成氈狀化的梳棉法等的乾式製程;在水中攪拌碳纖維並進行造紙的萊氏法(Radright method)之濕式製程。特別是從長纖維的分散優異的觀點來看,本發明所用之不連續碳纖維,較佳為以濕式製程進行製造。
作為製作這種強化片材(B)的方法,例如具有下述方法:從預先將不連續碳纖維分散成單纖維狀的不連續碳纖維製造複合墊(b-1),並在厚度方向上將薄膜狀的熱塑性樹脂(b-2)積層於所得之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)。又,只要在不損及本發明之效果的範圍內,亦可因應適當、所期望之衝擊特性與剛性的平衡以及 用途,變更積層的構成。例如,如第1-(a)圖所示,可將薄膜狀的熱塑性樹脂12重疊於包含不連續碳纖維之複合墊11,作為強化片材13A,反之,如第1-(b)圖所示,亦可將包含不連續碳纖維之複合墊11重疊於薄膜狀的熱塑性樹脂12,作為強化片材13B。又,如第1-(c)圖所示,可將薄膜狀的熱塑性樹脂12配置於包含不連續碳纖維之複合墊11之厚度方向的雙面,作為強化片材13C。換而言之,在強化片材(B)中,只要配合所期望之不連續碳纖維的體積比例,將薄膜狀的熱塑性樹脂(b-2)進行積層即可,較佳係從使薄膜狀的熱塑性樹脂(b-2)對包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的含浸性變得容易的觀點來看,較佳可舉例如下述方法:進行積層而成為使包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)與薄膜狀的熱塑性樹脂(b-2)交替或在厚度方向上對稱的態樣。
本實施形態1之強化片材(B)的情況中,亦可使熱塑性樹脂(b-2)含浸於包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)。作為含浸方法,使用該包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),在將薄膜狀的熱塑性樹脂(b-2)加熱至熔融或軟化溫度以上的狀態下施加壓力,以使熔融之熱塑性樹脂(b-2)含浸於包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),藉此可得到本實施形態1之片狀強化片材(B-2)。具體可列舉:如第1-(a)圖及第1-(b)圖所示,在將薄膜狀的熱塑性樹脂12配置於包含不連續碳纖維之複合墊11的厚度方向之一側的狀態下,將熱塑性樹脂12加熱至熔融溫度,同時加壓以使其含浸的方法;如第1-(c)圖所示,以薄膜狀的熱塑 性樹脂12夾住包含不連續碳纖維之複合墊11後,在熔融溫度下對熱塑性樹脂12進行加壓以使其含浸的方法。
此處,從提高剛性、耐衝擊性以及成形加工性之平衡的觀點來看,強化片材(B)中,不連續碳纖維的體積比例,較佳為10~40體積%的範圍。考量成形加工性,更佳為15~30體積%,特佳為15~25體積%。
又,作為用於實現上述使熱塑性樹脂(b-2)含浸於複合墊(b-1)之強化片材(B-2)的設備,適合使用壓縮成形機、雙帶擠壓裝置、砑光輥。批次式的情況為前者,藉由使其成為加熱用與冷卻用的雙機並列之間歇擠壓系統,可謀求生產性的提高。連續式的情況為後者,可輕易進行捲對捲(roll to roll)的加工,其連續生產性優異。
本實施形態1之預形體中,較佳為將包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)配置於熱塑性樹脂(b-2)與自我強化片材(A)之間。藉由這種配置,使熱塑性樹脂(b-2)與構成自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1)兩者皆含浸於包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),而可得到強化片材(B)與自我強化片材(A)的夾層經纖維強化的片狀材料及經賦予形狀的材料,作為片狀材料及賦予形狀之材料,可呈現較高的力學特性。亦即,因隔著包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)使夾層一體成形,故即使熱塑性樹脂(b-2)與構成自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1)及纖維或貼帶(a-2)並非相同種類的熱塑性樹脂,亦可一體成形。
本實施形態1之預形體中,較佳為由自我強 化片材(A)及強化片材(B)複數個積層而成。可列舉:如第2-(a)圖所示之預形體10A,其係將強化片材13A及13B配置於最外層,並將自我強化片材15配置於內層而進行積層;及如第2-(b)圖所示之預形體10B,其係採用下述三明治結構(3層結構)的積層構成:將自我強化片材15配置於最外層,並將使熱塑性樹脂含浸於包含不連續碳纖維之複合墊的強化片材13配置於內層而進行積層。此時的積層數並無特別限定,但從積層步驟之作業性的觀點來看,較佳為30層以下,更佳為20層以下。又,如第2-(c)圖所示,本實施形態1之預形體10C,可不必將強化片材13A及/或13B與自我強化片材15交替積層,只要在不損及本發明之效果的範圍內,亦可因應適當、所期望之衝擊性與剛性的平衡性以及用途,變更積層的構成。例如,在一側的最外層需要具有耐衝擊性而另一側的最外層需具有強度的情況下,如第2-(d)圖所示,可為下述在厚度方向上具有非對稱之積層構成的預形體10D:其係將耐衝擊性優異的自我強化片材15配置於一側的最外層,並將力學特性優異的強化片材13A配置於另一側的最外層。從所得之成形體之翹曲的觀點來看,較佳可舉例如以相對於厚度方向為對稱的方式進行積層的方法。又,構成強化片材(B)之複合墊(b-1)及熱塑性樹脂(b-2)與構成自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1)及纖維或貼帶(a-2)的積層構成,可謂亦為同理。
本實施形態1之預形體中,複合墊(b-1)中之不連續碳纖維的分散率,較佳為90%以上。不連續碳纖 維之分散率為90%以上的情況,大部分碳纖維係以單纖維的狀態存在,碳纖維具有較高的縱橫比(aspect ratio)並均勻地存在,故力學特性及耐衝擊性優異。
本實施形態1中,不連續碳纖維的分散率,係指以從0°到90°的銳角側測量「不連續碳纖維的單纖維」與「和該不連續碳纖維接觸之其他不連續碳纖維的單纖維」所形成之二維接觸角時,1°以上的碳纖維之單纖維的數量比例。
若該分散率為90%以上,則關係到可有效活用碳纖維的強度與彈性率,進而提高力學特性。又,熱塑性樹脂(b-2)變得容易對複合墊(b-1)進行含浸,而可降低孔洞的發生。作為更佳的碳纖維的分散狀態,分散率為96%以上。
此處,不連續碳纖維的二維接觸角,定義為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)中,「不連續碳纖維的單纖維」與「和該不連續碳纖維接觸之其他不連續碳纖維的單纖維」所形成的角度,且互相接觸之單纖維所形成的角度之中,0°以上90°以下的銳角側的角度。使用圖式進一步說明該二維接觸角。第3-(a)圖、第3-(b)圖係本發明之一實施態樣,從面方向(第3-(a)圖)及厚度方向(第3-(b)圖)觀察複合墊中之碳纖維的情況的示意圖。第3-(a)圖、3-(b)圖中,1、2、3、4、5及6為個別的不連續碳纖維(單纖維)。在第3-(a)、(b)圖中,對與單纖維1接觸之單纖維之間的二維接觸角進行測定的情況,觀察到在第3-(a)圖中單纖維1與單纖維2~6相交,但在第3-(b)圖中 單纖維1與接觸單纖維5及6無接觸。因此,對於作為基準的單纖維1而言,成為二維接觸角之評價對象的是單纖維2~4,分別測定單纖維1與單纖維2、單纖維1與單纖維3、單纖維1與單纖維4所形成的角度。單纖維1與單纖維2所形成的二維接觸角,在單纖維1及單纖維2所形成的兩個角度之中,係0°以上90°以下的銳角側的角度θ。以下式表示纖維分散率。
P=n/N×100(單位:%)
P:纖維分散率
n:接觸角為1°以上的碳纖維之單纖維的總數
N:經測量接觸角的碳纖維之單纖維的總數
測定構成強化片材(B)之不連續碳纖維的二維接觸角的方法並無特別限制,但較佳為避開材料端部,儘可能使用中央附近且無厚度變化的部分進行測定。
作為二維接觸角的測定方法,可舉例如對包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)或使熱塑性樹脂(b-2)含浸於複合墊(b-1)之強化片材(B-2)使用透射光來觀察不連續碳纖維的方法。例如,強化片材(B-2)的情況,可舉例如藉由使其薄片化,可變得容易觀察碳纖維,而從其表面觀察碳纖維的方法。此情況下,若研磨強化片材(B-2)的表面使不連續碳纖維露出,則變得更容易觀察碳纖維。
本實施形態1之預形體中,從力學特性及耐衝擊特性之均質性的觀點來看,較佳為構成複合墊(b-1)之不連續碳纖維的二維配向角分布的相對度數的最大值 為小於0.25且最小值為0.090以上。不連續碳纖維之二維配向角度之度數分布的相對度數,係表示不連續碳纖維之二維配向角分布的指標。
在本實施形態1中,構成複合墊(b-1)之不連續碳纖維的二維配向角度之度數分布中,以30°為刻度之相對度數的最大值及最小值,係以下述方法所算出。從包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)、或使熱塑性樹脂(b-2)含浸於複合墊(b-1)之強化片材(B-2)中的不連續碳纖維,隨機選出400條不連續碳纖維的單纖維,任意設定1條以作為角度基準之基準直線,並測定所有選出之碳纖維的單纖維配向方向相對基準直線所形成的角度(以下簡稱為二維配向角αi)。二維配向角αi,係相對基準直線,在逆時針旋轉的方向上所測定的角度之中,0°以上且小於180°的角度。使用400條碳纖維之單纖維相對某基準線的二維配向角αi,以30°為刻度,作成碳纖維的二維配向角相對度數分布,並將其最大值及最小值作為碳纖維的二維定配向角度之度數分布中,以30°為刻度之相對度數的最大值及最小值。
只要使隨機選出之不連續碳纖維條數為400條以上,則碳纖維之二維配向角度之度數分布中,以30°為刻度之相對度數的最大值及最小值,變得幾乎沒有變化。又,測定不連續碳纖維之二維配向角度之度數分布中,以30°為刻度之相對度數的最大值及最小值的部分並無特別限制,但較佳為避開片狀材料的端部,儘可能使用中央附近且厚度無變化的部分進行測定。若不連續碳 纖維之二維配向角度之度數分布中,以30°為刻度之相對度數的最大值及最小值為0.17,則表示包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)或強化片材(B)中的碳纖維為完全隨機配置。二維配向角αi,係相對基準直線,在逆時針旋轉方向上所測定的角度之中,0°以上且小於180°的角度。在刻度為30°的情況下,該定向角αi的相對度數,係以下式求出。
相對度數的最大值=NMAX/400
相對度數的最小值=NMIN/400
.αi:測定之二維配向角(i=1、2、..、400)
.N30:配向角αi為0°以上且小於30°的碳纖維條數
.N60:配向角αi為30°以上且小於60°的碳纖維條數
.N90:配向角αi為60°以上且小於90°的碳纖維條數
.N120:配向角αi為90°以上且小於120°的碳纖維條數
.N150:配向角αi為120°以上且小於150°的碳纖維條數
.N180:配向角αi為150°以上且小於180°的碳纖維條數
.NMAX:上述N30~N180之中的最大值
.NMIN:上述N30~N180之中的最小值
具體而言,從包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),及使熱塑性樹脂(b-2)含浸於包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)之強化片材(B-1)測定二維配向角的方法,可舉例如從表面觀察不連續碳纖維之配向的方法。在片狀強化片材(B-2)的情況中,藉由研磨片材表面使不連續碳纖維露出,而變得更容易觀察碳纖維,故為較佳。又,可舉例如對該複合墊(b-1)或片狀強化片材(B-2)使用透 射光來觀察碳纖維之配向的方法。片狀強化片材(B-2)的情況,藉由使片材薄片化,變得更容易觀察碳纖維,故為較佳。
難以用上述方法進行測定的情況下,為了避免強化片材(B-2)中的包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的結構崩壞,可舉例如,在去除熱塑性樹脂(b-2)後,觀察不連續碳纖維之配向的方法。例如,可以兩片不銹鋼製網夾住強化片材(B-2),並以螺絲等固定包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)以使其無法移動後,將熱塑性樹脂(b-2)焚化,以光學顯微鏡觀察所得之複合墊(b-1)並進行測定。
構成本實施形態1之預形體的強化片材(B),係使熱塑性樹脂(b-2)含浸於複合墊(b-1)之強化片材(B-2)的情況,強化片材(B-2)的厚度,較佳為500μm以下。強化片材(B-2)的厚度為500μm以下的情況,在將本發明之片狀材料進行成形時,提高片狀材料之積層構成的自由度,藉此可調整片狀材料的力學特性與耐衝擊性的平衡。強化片材(B-2)的厚度,更佳為300μm以下。
作為將本實施形態1之預形體成形為片狀材料及經賦予形狀之材料的方法,可舉例如具有加熱及加壓機構的壓製成形法。作為壓製成形法,可列舉:熱壓成形、沖壓成形及冷熱成形(heat and cold forming)等,但該等壓製成形方法之中,從加速成形週期以提高生產性的觀點來看,較佳為沖壓成形或冷熱成形。
本實施形態1之預形體中,因應其用途,可 進一步添加填充材料、導電性賦予材料、阻燃劑、顏料、染料、滑劑、脫模劑、相容劑、分散劑、成核劑、塑化劑、熱穩定劑、抗氧化劑、防染劑、紫外線吸收劑、流動性改質劑、發泡劑、抗菌劑、減振劑、防臭劑、滑動性改質劑、抗靜電劑等。
使用本實施形態1之預形體所成形之片狀材料及經賦予形狀之材料,可用作各種構件、零件的構成要素。可列舉:電氣、電子設備零件、汽車、摩托車自行車用結構零件、飛機用零件、日用品。從力學特性的觀點來看,使用本發明之預形體所成形之片狀材料及賦予形狀之材料,較佳可使用於汽車內外裝、電氣、電子設備框體、日用品。
(實施形態2)
本發明之實施形態2係一種片狀材料,其特徵為:以熱塑性樹脂為基質樹脂,且分別積層(A)及(B)而一體成形。
(A)自我強化片材,其係以熱塑性樹脂(a-1)與包含相同種類之熱塑性樹脂的纖維或貼帶(a-2)進行強化而成;
(B)以包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)所構成的強化片材。
本實施形態2之片狀材料,力學特性與耐衝擊性的平衡優異,且賦形性優異。此處,本實施形態2所記載之力學特性,係指從彈性率及強度等靜態力學試驗所得的材料之物性值,其與從動態力學試驗所得的耐衝擊性有所區別。
構成本實施形態2之片狀材料的自我強化片材(A),與實施形態1相同地,係以熱塑性樹脂(a-1)為基質樹脂,並藉由包含「與使用為該基質樹脂之熱塑性樹脂(a-1)相同種類之熱塑性樹脂」的纖維或貼帶(a-2)進行強化之自我強化片材。所謂自我強化,係指如非專利文獻1所記載,強化纖維與基質樹脂係包含同種樹脂的複合材料。
作為本實施形態2中所使用的自我強化片材(A),可使用與實施形態1所使用之自我強化片材(A)相同者。
本實施形態2之自我強化片材(A),與實施形態1相同地,包含纖維或貼帶(a-2)與基質樹脂之熱塑性樹脂(a-1),且具有該熱塑性樹脂(a-1)的峰值熔解溫度低於纖維或貼帶(a-2)的峰值熔解溫度的性質為較佳。藉由具有該熱塑性樹脂(a-1)的峰值熔解溫度低於該纖維或貼帶(a-2)的熔解溫度峰值的性質,則可使纖維或貼帶(a-2)不完全熔融,而與基質樹脂之熱塑性樹脂(a-1)一體成形。藉此,可不損及纖維或貼帶(a-2)的特性,而形成自我強化片材(A)。例如,在製造纖維或貼帶(a-2)時,使熱塑性樹脂材料延伸配向,而成為包含配向化熱塑性樹脂之纖維或貼帶,可藉此賦予纖維或貼帶(a-2)與熱塑性樹脂(a-1)的熔解溫度差。
構成自我強化片材(A)之纖維或貼帶(a-2)與熱塑性樹脂(a-1)各自的峰值熔解溫度,可與實施形態1相同地進行測定。
本實施形態2之自我強化片材(A)所用之纖維或貼帶(a-2)的形態,只要可形成自我強化片材(A),則並無特別限定,可列舉:織物,以及對於往同一方向拉伸而平整的連續纖維布進行孔洞填充(void filling)者等。其中,從生產性、使用性的觀點來看,較佳為織物。
本實施形態2之自我強化片材(A)所用之纖維或貼帶(a-2)及熱塑性樹脂(a-1),只要係相同種類的熱塑性樹脂,則並無限定,可列舉:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等的聚烯烴;聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)等的結晶性樹脂;及選自該等共聚物及改質物等的熱塑性樹脂。其中,從所得之片狀材料之輕量性的觀點來看,較佳為聚丙烯系樹脂,而從剛性的觀點來看,較佳為聚醯胺系樹脂。從耐熱性的觀點來看,較佳為使用聚芳硫醚。
於作為自我強化片材(A)所用之熱塑性樹脂之上述群組所列舉之熱塑性樹脂中,在不損及本發明之目的的範圍內,可添加彈性體或是橡膠成分等。
本實施形態2之強化片材(B),係由包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)及熱塑性樹脂(b-2)的薄膜所構成的強化片材(B-1),或使熱塑性樹脂(b-2)的薄膜含浸於包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的強化片材(B-2)。作為不連續碳纖維,可使用將連續碳纖維進行裁切的短切碳纖維。此處,複合墊(b-1),係由隨機配向之不連續碳纖維所構成的面狀體。
作為複合墊(b-1)的形態,更佳為使不連續 碳纖維分散成略單纖維狀的面狀體。此處,分散成略單纖維狀,係指在構成複合墊(b-1)之不連續碳纖維之中,包含50質量%以上的長纖維數小於100條的股線。因不連續碳纖維分散為略單纖維狀,破壞的起點變得均勻,藉此可得到穩定的剛性。另一方面,在長纖維數為100條以上的股線中,其端部常常成為破壞的起點,而具有剛性及其可靠性拙劣的情況。從此觀點來看,較佳係在長纖維數小於100條的股線中,存在70質量%以上的不連續碳纖維。
構成本實施形態2之強化片材(B-1)及(B-2)的複合墊(b-1),係不連續碳纖維的股線及/或單纖維分散成面狀的形態,可列舉:切股氈、紙墊、梳棉墊、紙纖墊等。股線係將複數條單纖維並行排列而集合成束者。在複合墊(b-1)的形態中,股線及/或單纖維的分散狀態一般沒有規則性。藉由形成這種複合墊(b-1)的形態,使作為加工性之指標的賦形性優異,因此變得容易形成複雜形狀。
在本實施形態2之強化片材(B-1)及(B-2)中,可使用與實施形態1相同的樹脂作為構成複合墊(b-1)之碳纖維及熱塑性樹脂(b-2)。本實施形態2之片狀材料中,構成強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2),及構成自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1),並無特別限定,但在使片狀材料一體成形時的成形溫度下,各熱塑性樹脂形成熔融或軟化的態樣為較佳。藉由選擇這種樹脂,可使熱塑性樹脂(b-2)及(a-1)含浸於複合墊(b-1),形成隔著複合墊 (b-1)的夾層結構,而在自我強化片材(A)與強化片材(B)之間呈現牢固的機械性接合。本實施形態2之片狀材料中,特佳為構成強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2),以及構成自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1)及纖維或貼帶(a-2)的任一種皆為聚烯烴樹脂。
於作為強化片材(B)所用之熱塑性樹脂(b-2)之上述群組所列舉的熱塑性樹脂中,在不損及本發明之目的的範圍內,可添加彈性體或是橡膠成分等。
作為製造本實施形態2之強化片材(B-1)及(B-2)所用之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的方法,可列舉與實施形態1相同的方法。本實施形態2所用之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),從長纖維之分散優異的觀點來看,較佳為以濕式製程進行製造。
製作強化片材(B-1)的情況中,例如具有下述方法:製造預先將不連續碳纖維分散為單纖維狀的複合墊(b-1),並在厚度方向上將熱塑性樹脂(b-2)的薄膜積層於該複合墊(b-1)。又,只要在不損及本發明之效果的範圍內,亦可因應適當、所期望的耐衝擊特性與剛性之平衡及用途,變更積層構成。例如,可將熱塑性樹脂薄膜(b-2)重疊於包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),反之,亦可將該複合墊(b-1)重疊於熱塑性樹脂(b-2)的薄膜。又,亦可將熱塑性樹脂(b-2)的薄膜配置於該複合墊(b-1)之厚度方向的雙面。
另一方面,本發明之強化片材(B-2)的情況中,係使熱塑性樹脂(b-2)的薄膜含浸於包含不連續碳纖 維之複合墊(b-1)。作為含浸方法,在將熱塑性樹脂(b-2)的薄膜加熱至熔融或軟化溫度以上的狀態下,對該複合墊(b-1)施加壓力,以使熔融之熱塑性樹脂(b-2)含浸於該複合墊(b-1),藉此可得到強化片材(B-2)。具體可列舉下述方法:在將熱塑性樹脂(b-2)的薄膜配置於該複合墊(b-1)之厚度方向之一側的狀態下,將熱塑性樹脂(b-2)加熱至熔融溫度,同時加壓以使其含浸的方法;及將熱塑性樹脂(b-2)的薄膜配置於該複合墊(b-1)之厚度方向的雙面並將其夾住後,以熔融溫度加熱熱塑性樹脂(b-2)的薄膜,同時施加壓力的方法。
此處,強化片材(B-1)及(B-2)中,從剛性與耐衝擊性以及成形加工性之平衡的觀點來看,包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的體積比例,較佳為10~40體積%的範圍。更佳為15~30體積%,特佳為15~25體積%。
本實施形態2,係藉由將自我強化片材(A)積層於上述強化片材(B-1)及(B-2),並使其一體成形而成為片狀材料。第4圖係顯示強化片材(B-1)與自我強化片材(A)之積層構成之一例的示意圖,該強化片材(B-1)包含「構成本實施形態2之片狀材料的包含不連續碳纖維之複合墊」與熱塑性樹脂薄膜。第5圖係顯示強化片材(B-2)與自我強化片材(A)之積層構成之一例的示意圖,該強化片材(B-2)係使熱塑性樹脂薄膜含浸於構成本實施形態2之片狀材料的包含不連續碳纖維之複合墊而成。
本實施形態2之片狀材料中,如第4圖所示,只要含有包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)(在第4圖中 以符號11表示)作為積層單元即可,較佳配置為接近熱塑性樹脂(b-2)之薄膜(在第4圖中以符號12表示)的態樣。再者,自我強化片材(A)(在第4圖中以符號15表示)、複合墊(b-1)(在第4圖中以符號11表示)及熱塑性樹脂(b-2)的薄膜(在第4圖中以符號12表示)的積層位置,並不限於第4圖所示之預形體10L的積層構成,可因應所期望之特性的平衡進行配置。
本實施形態2之片狀材料中,如第5圖所示,只要包含使熱塑性樹脂(b-2)的薄膜含浸於包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)的強化片材(B-2)(以第5圖中符號13表示)作為積層單元即可,再者,自我強化片材(A)(以第5圖中符號15表示)及強化片材(B-2)(以第5圖中符號13表示)的積層配置,並不限於第5圖所示之預形體10M的積層構成,可因應所期望之特性的平衡進行配置。
藉由使第4圖或第5圖所示之積層構成的強化片材(B-1)或(B-2)與自我強化片材(A)一體成形,可得到實施形態2之片狀材料20。第6圖係顯示使第4圖或第5圖所示之積層構成的強化片材(B-1)或(B-2)與自我強化片材(A)一體成形而成的片狀材料之積層構成的示意圖。本實施形態2之片狀材料20,如第6圖所示,以將複數層由包含不連續碳纖維之複合墊及熱塑性樹脂的薄膜所構成之強化片材13,及由熱塑性樹脂與纖維或貼帶所構成之自我強化片材15進行積層,將自我強化片材15配置於雙面的最外層,並將強化片材13配置於其內側,更將3片自我強化片材15配置於其內部。第6圖所示之片狀材料 20的積層數為7,但並不限定於此。從積層步驟之作業性的觀點來看,積層數量較佳為30層以下,更佳為20層以下。可將強化片材13與自我強化片材15交替積層,只要在不損及本發明之效果的範圍內,亦可因應適當、所期望之衝擊性與剛性的平衡以及用途,變更積層的構成。例如,一側的最外層需要耐衝擊性,另一側的最外層需要強度的情況,可為下述在厚度方向上具有非對稱之積層構成的片狀材料:其係將耐衝擊性優異的自我強化片材15配置於一側的最外層側,並將力學特性優異的強化片材13配置於另一側的最外層。從所得之成形體之翹曲的觀點來看,較佳可舉例如以相對於厚度方向而對稱的方式進行積層的方法。
本實施形態2之片狀材料,可藉由將自我強化片材(A)積層於強化片材(B-1)及(B-2),並使其一體成形而成為片狀材料,但亦可同時進行下述製程:將熱塑性樹脂(a-1)、纖維或貼帶(a-2)、複合墊(b-1)、熱塑性樹脂(b-2)進行積層,並使熱塑性樹脂(a-1)及(b-2)含浸於纖維或貼帶(a-2)及複合墊(b-1)的製程;及使片狀材料一體成形的製程。又,使用相同種類的熱塑性樹脂作為自我強化片材(A)及強化片材(B)之基質樹脂的情況(熱塑性樹脂(a-1)與(b-2)相同的情況),可僅先使纖維或貼帶(a-2)或複合墊(b-1)中任一方含浸於基質樹脂,而使其一體成形。
作為用於實現積層、一體成形之片狀材料的設備,可適當使用壓縮成形機、雙帶擠壓裝置、砑光 輥。批次式的情況為前者,藉由使其為加熱用與冷卻用的雙機並列之間歇擠壓系統,可謀求生產性的提高。連續式的情況為後者,可輕易地進行捲對捲加工,其連續生產性優異。
構成本實施形態2所用之複合墊(b-1)之不連續碳纖維的平均纖維長度Lw(平均纖維長度Lw係指質量平均纖維長度Lw),與實施形態1相同地,較佳為50mm以下。藉由使平均纖維長度Lw在此範圍內,而使下述複合墊(b-1)中之不連續碳纖維的二維接觸角變得容易調整。
本實施形態2之片狀材料中之不連續碳纖維的平均纖維長度Lw,可以與實施形態1相同的方法進行測定。
本實施形態2之片狀材料中,複合墊(b-1)中之不連續碳纖維的分散率,較佳為90%以上。不連續碳纖維的分散率為90%以上的情況,大部分碳纖維係以單纖維的狀態存在,碳纖維具有較高縱橫比並均勻地存在,故力學特性及耐衝擊性優異。作為更佳的不連續碳纖維的分散狀態,分散率為96%以上。
實施形態2中,不連續碳纖維的分散率,係指以從0°到90°的銳角側測量「不連續碳纖維的單纖維」與「和該不連續碳纖維接觸之其他不連續碳纖維的單纖維」所形成之二維接觸角時,1°以上的碳纖維之單纖維的數量比例。此不連續碳纖維的分散率係以下式所表示。
P=n/N×100(單元:%)
.P:纖維分散率
.n:接觸角為1°以上之不連續碳纖維(單纖維)的總數
.N:經測量接觸角之不連續碳纖維(單纖維)的總數
二維接觸角係如實施形態1所定義,其可以實施形態1所記載之方法進行測定。
本實施形態2之片狀材料中,從力學特性及耐衝擊特性之均質性的觀點來看,構成複合墊(b-1)之不連續碳纖維的二維配向角分布之相對度數的最大值為小於0.25且最小值為0.090以上為較佳。不連續碳纖維的二維配向角度之度數分布的相對度數,係表示不連續碳纖維的二維配向角分布的指標。
本實施形態2之片狀材料中,不連續碳纖維的二維配向角分布的相對度數的最大值及最小值,只要以實施形態1所記載之方法算出即可。
本實施形態2之片狀材料中,強化片材(B)的厚度為500μm以下的情況,可提高片狀材料之積層構成的自由度,並使這種片狀材料的力學特性與耐衝擊性的平衡更為優異,故為較佳。該強化片材(B)的厚度,更佳為300μm以下。
本實施形態2之片狀材料中,因應其用途,可添加與實施形態1相同的添加劑。
作為本實施形態2之片狀材料的積層構成,並無特別限制,從力學特性、耐衝擊性、賦形性或設計性等的觀點來看,可選擇所期望的積層構成。例如,藉由將自我強化片材(A)配置於最外層,可得到表面外觀優異的片狀材料。又,藉由將強化片材(B)配置於最外層或 其附近,可得到力學特性之中剛性優異的片狀材料。又,從力學特性與耐衝擊性之平衡的觀點來看,較佳為將複數個自我強化片材(A)及強化片材(B)進行積層。
本實施形態2中,藉由將自我強化片材(A)配置於最外層而使設計性優異,又,藉由將強化片材(B)配置於最外層附近,可得到力學特性中之剛性特別優異的片狀材料。
本實施形態2中,構成強化片材(B-1)及(B-2)之熱塑性樹脂(b-2)的薄膜,從可使本實施形態2之片狀材料與其他片狀材料容易一體成形的觀點來看,較佳為接著性樹脂(C)。又,構成強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2),可為藉由摻合一部分接著性樹脂(C)而具有接著性者。
再者,可使接著性樹脂(C)薄片化再使用。該接著性樹脂(C),可藉由薄片化,而積層於片狀材料之厚度方向上的最外層表面進而一體成形;該片狀材料,係在強化片材(B-1)或(B-2)之任一者上積層自我強化片材(A)而一體成形者。將包含接著性樹脂(C)的片材配置於片狀材料的表面後,只要藉由熱壓使其一體成形即可。
第7圖係顯示將包含接著性樹脂(C)之薄膜貼附於本實施形態2之片狀材料的片狀材料的示意圖。如第7圖所示,將包含接著性樹脂(C)之片材14,配置於片狀材料20A的最外層表面。藉由將包含接著性樹脂(C)之片材14配置於最外層表面,片狀材料20A可隔著片材14與其他片狀材料接著。從與片狀材料的一體成形的簡易度的觀點,以及接著性樹脂(C)在與構成強化片材(B)之 熱塑性樹脂(b-2)揉合時之分散性的觀點來看,該等接著性樹脂(C)的熔點或軟化點,在構成該強化片材(B-1)及(B-2)之熱塑性樹脂(b-2)的熔點或軟化點以下為較佳。
本實施形態2之片狀材料,從與其他片狀材料之接著性的觀點來看,可舉例如,以使包含接著樹脂(C)之片材一體成形於片狀材料的表面並成為膜狀的方式進行貼附者,作為較佳態樣。
作為用作接著性樹脂(C)的熱塑性樹脂,例如可使用聚醯胺樹脂、聚酯樹脂、聚烯烴樹脂、聚芳硫醚樹脂及該等樹脂的共聚物、改質物,以及將兩種以上的該等樹脂混合的樹脂等的樹脂組成物,其中,從泛用性的觀點來看,較佳為聚烯烴系樹脂、聚醯胺樹脂。聚烯烴系樹脂中,從接著性的觀點來看,較佳為包含反應性官能基,且較佳為以選自羧基、酸酐基、氫氧基、環氧基、胺基、碳二醯亞胺基之至少一種進行改質而成的聚烯烴系樹脂。特佳為以酸酐基進行改質的聚烯烴系樹脂。聚醯胺系樹脂中,從與基質樹脂之熱塑性樹脂的熔點及接著性的觀點來看,較佳可使用共聚物。共聚物之中,較佳為3元共聚合聚醯胺樹脂。作為該聚醯胺樹脂,可列舉:聚醯胺12、聚醯胺610、聚醯胺6/66/610。從與基質樹脂的接著性的觀點來看,特佳為3元共聚物聚醯胺6/66/610。
本實施形態2中,將熱塑性樹脂(b-2)作為接著性樹脂(C)的片狀材料,或表面貼附有包含接著性樹脂(C)之片材的片狀材料作為第1片狀材料,並使其與另一 片狀材料之第2片狀材料一體成形,藉此可使其成為一體成形片狀材料。該一體成形片狀材料以使用有接著性樹脂(C)之該片狀材料為第1材料,藉此可形成繼承第1片狀材料之剛性及衝擊特性的一體成形片狀材料,故為較佳。又,若與賦予形狀性優異的第2片狀材料一體成形,則可對應更複雜的形狀,故為較佳。從與第1片狀材料之接著性的觀點來看,較佳為以熱塑性樹脂為基質樹脂的片狀材料作為第2片狀材料。
第8圖係顯示本實施形態2之變化例中的一體成形片狀材料之一例的示意圖。
如第8圖所示,一體成形片狀材料30,係藉由包含接著性樹脂(C)之片材14,將「最外層表面具有包含接著性樹脂(C)之片材14的片狀材料20A(第1片狀材料)」與「第2片狀材料之其他片狀材料18」進行接著而成。如第8圖所示,包含接著性樹脂(C)之片材14的配置位置,從接著性的觀點來看,較佳為配置於片狀材料20A的最外層表面之中,與其他片狀材料18的被附著體面的一側。
此處,列舉使第1片狀材料與第2片狀材料一體成形的方法。例如,作為可用於得到一體成形片狀材料的一般方法,可舉例如具有加熱及加壓機構的壓製成形法。還有熱壓成形、沖壓成形及冷熱成形等。該等壓製成形方法之中,從加速成形週期以提高生產性的觀點來看,較佳為沖壓成形或冷熱成形。
作為使第1片狀材料或第2片狀材料接合的方法,並無特別限定。例如具有下述方法:分別使第1 片狀材料與第2片狀材料預先成形,再將兩者接合的方法;預先製作第1片狀材料,並在使第2片狀材料成形的同時將兩者接合的方法。
此處,得到一體成形片狀材料時,可預先將片狀材料彼此積層而作為積層體。此積層單元,只要包含至少1層第1片狀材料即可,其他的積層單元並無特別限制,但藉由包含如上所述的其他積層單元,可賦予根據該積層單元的各種機能及特性。該積層體中,除了本實施形態2之片狀材料以外,可包含其他積層單元。
本實施形態2之片狀材料及一體成形片狀材料,從剛性與耐衝擊特性之平衡優異的觀點來看,可用作各種構件、零件的構成要素。可列舉:電氣、電子設備零件、汽車、二輪車用結構零件、飛機用零件、日用品。從上述力學特性的觀點來看,本發明之一體成形片狀材料及成形品,可適當使用於汽車內外裝、電氣、電子設備框體、日用品。
[實施例]
以下,藉由實施例及比較例進一步詳細說明本發明。
<評價、測定方法>
(1)剛性試驗
依照ASTM D-790的規格,進行彎曲彈性率的評價並將其設為剛性。在以任意方向為0°方向的情況下,分別在0°、+45°、-45°、90°方向的四個方向上,從由實施例或比較例所得之片狀材料切出長度80±1mm、寬度 25±0.2mm的彎曲試片,以製作試片。使每個方向的測定數n=5,並將所有測定值(n=20)的平均值設為彎曲彈性率。
使用“Instron”(註冊商標)萬能試驗機4201型(英斯特朗公司製)作為試驗機,使用3點彎曲試驗夾具(壓頭直徑10mm、支點直徑10mm)並將支點間距設定為51.2mm,以1.37mm/min的衝頭速度(Crosshead Speed)測定彎曲強度。在試片的水分率為0.1質量%以下、氣體環境溫度為23℃及濕度為50質量%的條件下,進行試驗。
用彎曲彈性率(Eb)及其標準差(sb),求出彎曲彈性率的變動係數(CVb),作為片狀材料之均質性的指標。以下式求出變動係數(CVb)。
CVb=sbb×100(單位:%)
(2)衝擊試驗
依照ASTM D-256規格,進行缺口艾氏(Izod)衝擊強度的評價。在以任意方向為0°方向的情況下,分別在0°、+45°、-45°、90°方向的四個方向上,從由實施例或比較例所得之片狀材料切出長度62±1mm、寬度12.7±0.15mm、缺口角度22.5°±0.5°、0.25±0.05R的艾式衝擊強度試片,以製作試片。使每個方向的測定數n=5,將全部測定值(n=20)的平均值設為艾式衝擊強度(有缺口)。在試片的水分率為0.1質量%以下、氣體環境溫度為23℃及濕度為50質量%的條件下,進行試驗。
使用缺口艾式衝擊強度(E)及其標準差(se),求出缺口艾式強度的變動係數(CVi),將其作為片狀材料之均質性的指標。以下式求出艾式強度的變動係數(CVi)。
CVi=se/E×100(單位:%)
(3)構成強化片材(B)之不連續碳纖維的質量平均纖維長度(Lw)的測定
切出一部分強化片材(B),以500℃的溫度將其加熱30分鐘,使熱塑性樹脂(b-2)成分焚化以分離不連續碳纖維。隨機抽出400條分離之碳纖維,以光學顯微鏡測定其長度至1μm單位而作為纖維長度,並以下式求出質量平均纖維長度(Lw)。
Lw=Σ(Li×Wi)(單位:mm)
.Li:測定之纖維長(i=1、2、3、...400)(單位:mm)
.Wi:纖維長Li之碳纖維的質量分率(i=1、2、3、...400)(單位:質量%)
(4)隨機分散之不連續碳纖維的分散率
從由實施例或比較例所得之片狀材料切出一部分,並將切出之試片包埋於環氧樹脂中,將片狀材料在厚度方向上的表面研磨至100μm的深度,以製作觀察用試片。
以光學顯微鏡觀察該觀察用試片,隨機選出100條不連續碳纖維的單纖維,測量所有與該碳纖維接觸的其他不連續碳纖維之單纖維的二維接觸角。在從0°到90°的銳角側測量二維接觸角,從經測量二維接觸角之碳纖維單纖維的總數,算出二維接觸角為1°以上之不連續碳纖維的比例。
P=n/N×100(單位:%)
P:纖維分散率
n:接觸角為1°以上的不連續碳纖維(單纖維)的總數
N:經測量接觸角之不連續碳纖維(單纖維)的總數
n:接觸角為1°以上的碳纖維單纖維數
N:經測量接觸角之碳纖維單纖維的總數
(5)複合墊(b-1)中之不連續碳纖維的二維配向角分布
從由實施例或比較例所得之片狀材料切出一部分,並將切出之試片包埋於環氧樹脂中,將片狀材料在厚度方向上的表面研磨至100μm的深度,以製作觀察用試片。
以光學顯微鏡觀察該觀察用試片,隨機選出400條不連續碳纖維的單纖維。接著,任意設定一條基準直線以作為角度的基準,測定所有選出之不連續碳纖維相對基準直線的二維配向方向所形成的角度(以下簡稱為配向角αi)。二維配向角αi,係相對基準直線,在逆時針旋轉方向所測定的角度之中,0°以上且小於180°的角度。在刻度為30°的情況下,該配向角αi的相對度數,係以下式求出。
相對度數的最大值=NMAX/400
相對度數的最小值=NMIN/400
αi:測定之二維配向角(i=1、2、...400)
.N30:定向角αi為0°以上且小於30°的碳纖維條數
.N60:定向角αi為30°以上且小於60°的碳纖維條數
.N90:定向角αi為60°以上且小於90°的碳纖維條數
.N120:定向角αi為90°以上且小於120°的碳纖維條數
.N150:定向角αi為120°以上且小於150°的碳纖維條數
.N180:定向角αi為150°以上且小於180°的碳纖維條數
.NMAX:上述N30~N180中的最大值
.NMIN:上述N30~N180中的最小值
(6)熱塑性樹脂(a-2)及纖維或貼帶(a-1)的峰值熔解溫度
以下述方式對構成自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-2)及纖維或貼帶(a-1)的峰值熔解溫度進行評價。首先,將自我強化片材(A)分離成纖維或貼帶(a-1)與熱塑性樹脂(a-2)。分離係使用剃刀將該纖維或貼帶層(a-2)從自我強化片材(A)剝取。之後,根據JIS K7121(1987)所規定之「塑膠之轉換溫度測定方法」測定熔解溫度的峰值。作為在測定前的試料調整,在以爐內溫度控制在50℃之真空乾燥機構中使其乾燥24小時以上。以微分掃描熱量測定裝置(NETZSCH公司製、DSC 200F3 Maia)測定該試料,得到該規格之熔解溫度,將峰頂作為峰值熔解溫度。
(7)彎曲彈性率的評價
根據ASTM D-790的規格,對片狀材料的彎曲彈性率進行評價。
在以任意方向為0°方向的情況下,分別在0°、+45°、-45°、90°方向的四個方向上,從由實施例或比較例所得之片狀材料切出長度80±1mm、寬度25±0.2mm的彎曲試片,以製作試片。使每個方向的測定數n=5,將全部測定值(n=20)的平均值設為彎曲彈性率。
使用“Instron”(註冊商標)萬能試驗機4201型(英斯特朗公司製)作為試驗機,使用3點彎曲試驗夾具(壓頭直徑10mm、支點直徑10mm)並將支點間距設定為試片厚度的 16倍,測定彎曲彈性率。在試片的水分率為0.1質量%以下、氣體環境溫度為23℃及濕度為50質量%的條件下,進行試驗。
(8)彎曲彈性率的變動係數判定
用彎曲強度(σb)及其標準差(sb),以下式求出彎曲強度的變動係數(CVb)。
CVb=sbb×100(單位:%)
(9)一體成形片狀材料之接合部的拉伸剪切破壞強度τ2
參考JIS K6850(1999)所規定之「接著劑-剛性被附著材料之拉伸剪切破壞接著強度試驗法」,對一體成形片狀材料之接著部的拉伸剪切破壞強度τ2進行評價。本試驗中的試片,係使用從以實施例或比較例所得之一體成形片狀材料(第8圖中的接著界面部,以包含接著劑樹脂(C)之片材14所接著的片狀材料20A與其他片狀材料18的接著界面部)所切出的平面部分。第9圖係拉伸剪切破壞試片的立體圖。試片係下述形狀:在長度i上的不同位置,插入寬度w的缺口19,該缺口19從試片兩個表面到達厚度h之中間的深度h1/2的位置;在該中間深度h1/2的位置,形成片狀材料20A與第2片狀材料18的接合部。準備5片該試片,以萬能試驗機(英斯特朗公司製,萬能試驗機4201型)進行拉伸試驗。將試驗所得之全部資料(n=5)的平均值,設為一體成形片材材之接著部的拉伸剪切破壞強度τ2(MPa)。
<使用之材料>
[碳纖維1]
由以聚丙烯腈為主要成分的聚合物進行紡紗、燒成處理,得到長纖維總數12000條的連續碳纖維。再對該連續碳纖維進行電解表面處理,並在120℃的加熱空氣中進行乾燥,得到碳纖維1。該碳纖維1的特性如下所示。
密度:1.80g/cm3
單纖維直徑:7μm
拉伸強度:4.9GPa
拉伸彈性率:230GPa
[包含不連續碳纖維之複合墊1(CFM-1)]
以機卡式切刀(Cartridge cutter)將碳纖維1切成6mm,得到短纖。製作40公升包含水與界面活性劑(NACALAI TESQUE股份有限公司製,Polyoxyethylene Lauryl Ether(商品名))之濃度0.1質量%的分散介質,將此分散介質投入製造裝置。製造裝置包含具備附旋轉槳攪拌機的上部製造槽(容量30公升)及下部儲水槽(容量10公升),並在製造槽與儲水槽之間設有多孔支持體。首先,以攪拌機攪拌此分散介質,直到產生空氣的微小氣泡。之後,將經調整質量之短纖投入分散有空氣之微小氣泡的分散介質中並進行攪拌,以使其成為預期的單位面積重量,藉此得到分散有碳纖維的漿液。接著,從儲水層引出漿液,透過多孔支持體進行脫水,成為包含不連續碳纖維之複合墊。以熱風乾燥機在150℃、2小時的條件下,使該包含不連續碳纖維之複合墊乾燥,得到包含不連續碳纖維之複合墊1,該不連續碳纖維中,單位面積重量50g/m2 的碳纖維係隨機配向。
[包含不連續碳纖維之複合墊2(CFM-2)]
除了使用以機卡式切刀將碳纖維1切成25mm的短纖以外,以與複合墊1相同的方法,得到單位面積重量為50g/m2的包含不連續碳纖維之複合墊2。
[包含不連續碳纖維之複合墊3(CFM-3)]
除了使用以機卡式切刀將碳纖維1切成60mm的短纖以外,以與複合墊1相同的方法,得到單位面積重量為50g/m2的包含不連續碳纖維之複合墊3。
[包含不連續碳纖維之複合墊4(CFM-4)]
將碳纖維1切成長度25mm,得到短纖。將短纖投入開綿機,得到初始粗細度之碳纖維束幾乎不存在的綿狀碳纖維集合體。以具有直徑600mm之汽缸滾筒的梳棉裝置(汽缸滾筒的旋轉數為320rpm、集棉滾筒的速度為13m/分鐘),並將該碳纖維集合體的纖維方向蓄意地作為梳棉裝置的抽取方向,得到單位面積重量為50g/m2的包含不連續碳纖維之複合墊4。
[包含不連續碳纖維之複合墊5(CFM-5)]
除了以機卡式切刀將碳纖維1切成6mm以得到短纖,以及不在分散介質中使用界面活性劑,而是減弱附旋轉槳攪拌機的攪拌,蓄意地降低纖維分散率以外,與複合墊1相同地,得到單位面積重量為50g/m2的包含不連續碳纖維之複合墊5。
[包含不連續碳纖維之複合墊6(CFM-6)]
使用以機卡式切刀將碳纖維1切成6mm的短纖,以與 複合墊1相同的方法,得到單位面積重量為35g/m2的包含不連續碳纖維之複合墊6。
[包含不連續碳纖維之複合墊7(CFM-7)]
使用以機卡式切刀將碳纖維1切成25mm的短纖,以與複合墊1相同的方法,得到單位面積重量為35g/m2的包含不連續碳纖維之複合墊7。
[包含不連續碳纖維之複合墊8(CFM-8)]
使用以機卡式切刀將碳纖維1切成60mm的短纖,以與複合墊1相同的方法,得到單位面積重量為35g/m2的包含不連續碳纖維之複合墊8。
[包含不連續碳纖維之複合墊9(CFM-9)]
除了使用以機卡式切刀將碳纖維1切成6mm的短纖,不在分散介質使用界面活性劑,而是減弱附旋轉槳攪拌機的攪拌,蓄意地降低纖維分散率以外,與複合墊1相同地,得到單位面積重量為35g/m2的包含不連續碳纖維之複合墊9。
[熱塑性樹脂薄膜1(TPF-1)]
使用未改質聚丙烯樹脂(Prime Polymer股份有限公司製“Prime Polypro”(註冊商標)J707G),製作單位面積重量為100g/m2的熱塑性樹脂薄膜1。
[熱塑性樹脂薄膜2(TPF-2)]
製作包含聚醯胺6樹脂(東麗股份有限公司製“Amilan”(註冊商標)CM1021T)之單位面積重量124g/m2的熱塑性樹脂薄膜2。
[熱塑性樹脂薄膜3(TPF-3)]
使用包含90質量%未改質聚丙烯樹脂(Prime Polymer股份有限公司製“Prime Polypro”(註冊商標)J707G),及10質量%酸改質聚丙烯樹脂(三井化學股份有限公司製“Admer”(註冊商標)QB510)的母料,製作單位面積重量為100g/m2的熱塑性樹脂薄膜3。
[熱塑性樹脂薄膜4(TPF-4)]
使用包含90質量%聚醯胺6樹脂(東麗股份有限公司製“Amilan”(註冊商標)CM1021T),及10質量%包含聚醯胺6/66/610之3元共聚合聚醯胺樹脂(東麗股份有限公司製“Amilan”(註冊商標)CM4000)的母料,製作單位面積重量為124g/m2的熱塑性樹脂薄膜4。
[熱塑性樹脂薄膜5(TPF-5)]
使用包含97質量%未改質聚丙烯樹脂(Prime Polymer股份有限公司製“Prime Polypro”(註冊商標)J707G),及3質量%酸改質聚丙烯樹脂(三井化學股份有限公司製、“Admer”(註冊商標)QB510)的母料,製作單位面積重量為124g/m2的熱塑性樹脂薄膜5。
[熱塑性樹脂薄膜6(TPF-6)]
使用未改質聚丙烯樹脂(Prime Polymer股份有限公司製“Prime Polypro”(註冊商標)J707G),製作單位面積重量為70g/m2的熱塑性樹脂薄膜6。
[熱塑性樹脂薄膜7(TPF-7)]
製作包含聚醯胺6樹脂(東麗股份有限公司製“Amilan”(註冊商標)CM1021T)之單位面積重量90g/m2的熱塑性樹脂薄膜7。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材1(CFRP-1)]
將CFM-1作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),將TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2),以成為第1-(a)圖所示之[(TPF-1)/(CFM-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,得到預形體。將該預形體配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材1(CFRP-1)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材2(CFRP-2)]
除了使用CFM-2作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)以外,以與CFRP-1相同的方法,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材2(CFRP-2)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材3(CFRP-3)]
除了使用CFM-1作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-2作為熱塑性樹脂(b-2),並配置於預熱至250℃之壓製成形用模具孔洞內以外,與CFRP-1相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材3(CFRP-3)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材4(CFRP-4)]
除了使用CFM-2作為包含不連續碳纖維之複合墊 (b-1)以外,以與CFRP-3相同的方法,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材4(CFRP-4)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材5(CFRP-5)]
除了使用CFM-1作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-3作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-1相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材5(CFRP-5)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材6(CFRP-6)]
除了使用CFM-1作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-4作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-3相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材6(CFRP-6)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材7(CFRP-7)]
除了使用CFM-3作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-3作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-1相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材7(CFRP-7)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材8(CFRP-8)]
除了使用CFM-5作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-1相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱 塑性樹脂片材8(CFRP-8)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材9(CFRP-9)]
除了使用CFM-4作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-3作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-1相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材9(CFRP-9)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材10(CFRP-10)]
除了使用CFM-5作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-3作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-1相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材10(CFRP-10)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材11(CFRP-11)]
除了使用CFM-6作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-6作為熱塑性樹脂(b-2),與調整厚度用的0.10mm間隔板一同配置於預熱至220℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加5MPa的壓力,保持300秒鐘以外,與CFRP-1相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材11(CFRP-11)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材12(CFRP-12)]
除了使用CFM-7作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-6作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與 CFRP-11相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材12(CFRP-12)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材13(CFRP-13)]
除了使用CFM-6作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-7作為熱塑性樹脂(b-2),與調整厚度用的0.10mm間隔板一同配置於預熱至250℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加5MPa的壓力,保持300秒鐘以外,與CFRP-3相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材13(CFRP-13)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材14(CFRP-14)]
除了使用CFM-9作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-6作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-11相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材14(CFRP-14)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材15(CFRP-15)]
除了使用CFM-8作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-6作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-11相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材15(CFRP-15)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材16(CFRP-16)]
除了使用CFM-6作為包含不連續碳纖維之複合墊 (b-1),並使用TPF-5作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-3相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材16(CFRP-16)。
[不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材17(CFRP-17)]
除了使用CFM-6作為包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),並使用TPF-6作為熱塑性樹脂(b-2)以外,與CFRP-11相同地,得到作為強化片材(B-2)的不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材17(CFRP-17)。
[接著性樹脂薄膜1(MTPF-1)]
僅使用酸改質聚丙烯樹脂(三井化學股份有限公司製“Admer”(註冊商標)QB510),製作單位面積重量為100g/m2的接著性樹脂薄膜1。
[接著性樹脂薄膜2(MTPF-2)]
僅使用包含聚醯胺6/66/610之3元共聚合聚醯胺樹脂(東麗股份有限公司製“Amilan”(註冊商標)CM4000),製作單位面積重量為124g/m2的接著性樹脂薄膜2。
[自我強化型熱塑性樹脂片材1(SRPP-1)]
使用含有聚丙烯樹脂的Propex Fabrics GmbH製“Curv”(註冊商標)。
[自我強化型熱塑性樹脂片材2(SRPA-1)]
使用上述熱塑性樹脂薄膜3之聚醯胺6樹脂,參考P.J.Hine,I.M.Ward,Hot Compaction of Woven Nylon 6,6 Multifilaments,Journal of Applied Polymer Science,Vol.101,991-997(2006),製作自我強化型熱塑性樹脂片 材2。
[PP複合物片材]
使用雙軸擠製機(日本製鋼所股份有限公司製、TEX-30α),將碳纖維1與製作熱塑性樹脂薄膜1(TPF-1)所用之母料進行複合,製作纖維含量20質量%的射出成形用丸粒。藉由將製作之PP複合物進行射出成形,得到厚度1.0mm的平板狀片材,將其作為第2片狀材料(PP複合物片材)。
[PA複合物片材]
使用雙軸擠製機(日本製鋼所股份有限公司製、TEX-30α),將碳纖維1與製作熱塑性樹脂薄膜2(TPF-2)所用之母料進行複合,製作纖維含量20質量%的射出成形用丸粒。藉由將製作之PA複合物進行射出成形,得到厚度1.0mm的平板狀片材,將其作為第2片狀材料(PA複合物片材)。
(實施例1)
使用CFM-1作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2)。使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為如第10圖所示之[(SRPP-1)/(TPF-1)/(CFM-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFM-1)/(TPF-1)/(SRPP-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。第10圖係表示實施例1之預形體10E之積層構成的示意圖。如第10圖所示,預形體10E中,自我強化片材15為SRPP-1, 強化片材13A相當於TPF-1/CFM-1,強化片材13B相當於CFM-1/TPF-1。
將該預形體配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表1。
(實施例2)
使用CFRP-11作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為[(SRPP-1)/(CFRP-11)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFRP-11)/(SRPP-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。將該預形體配置於預熱至220℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加5MPa的壓力,保持300秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至25℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表1。
(實施例3)
除了使用CFM-2作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-1作為熱可塑性樹脂(b-2)以外,以與實施例1相同的順序及方法,得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表1。
(實施例4)
除了使用CFRP-12作為強化片材(B)以外,以與實施例2相同的順序及方法,得到片狀材料。將所得之片狀材 料的特性整理顯示於表1。
(實施例5)
使用CFM-1作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-3作為熱塑性樹脂(b-2)。使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,與實施例1相同地,藉由在厚度方向上配置該等材料,得到預形體,並以與實施例1相同的方法得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表1。
(實施例6)
使用CFM-1作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-2作為熱塑性樹脂(b-2)。使用SRPA-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為[(SRPA-1)/(TPF-2)/(CFM-1)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(CFM-1)/(TPF-2)/(SRPA-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。
將該預形體配置於預熱至250℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表1。
(實施例7)
除了使用SRPA-1作為自我強化片材(A),使用CFRP-13作為強化片材(B),並將得到片狀材料時的壓製成形用模具孔洞溫度設定為250℃以外,以與實施例2相 同的順序及方法,得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表1。
(實施例8)
除了使用CFM-2作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)以外,以與實施例6相同的方法進行壓縮成形,得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表2。
(實施例9)
除了使用CFM-1作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-4作為熱塑性樹脂(b-2),使用SRPA-1作為自我強化片材(A)以外,與實施例6相同地,得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表2。
(實施例10)
使用CFRP-5作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為[(SRPP-1)/(CFRP-5)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFRP-5)/(SRPP-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。將該預形體配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表2。
(實施例11)
使用CFRP-6作為強化片材(B),使用SRPA-1作為自 我強化片材(A)。
接著,以成為[(SRPA-1)/(CFRP-6)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(CFRP-6)/(SRPA-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。將該預形體配置於預熱至250℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表2。
(實施例12)
使用CFM-1作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2)。使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為[(SRPP-1)/(TPF-1)/(CFM-1)/(SRPP-1)/(TPF-1)/(CFM-1)/(TPF-1)/(SRPP-1)/(CFM-1)/(TPF-1)/(SRPP-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。第11圖係顯示實施例12之預形體10G之積層構成的示意圖。如第11圖所示,預形體10G中,將自我強化片材15配置於雙面的最外層,並將自我強化片材15、強化片材13C配置於其內側,該強化片材13C係以中心配置複合墊11、雙面配置熱塑性樹脂12的方式進行積層。實施例12中,在如第11圖所示之預形體10G中,自我強化片材15為SRPP-1,強化片材13A相當於TPF-1/CFM-1,強化片材13B相當於CFM-1/TPF-1,強化片材13C相當於TPF-1/CFM-1/TPF-1。
將該預形體配置於預熱至200℃之壓製成形用模具 孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表2。
(實施例13)
使用CFM-1作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2)。使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為如第12圖所示之[(CFM-1)/(TPF-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(TPF-1)/(CFM-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。第12圖係顯示實施例13之預形體10H之積層構成的示意圖。如第12圖所示,預形體10H中,以使複合墊11成為熱塑性樹脂12之外側的方式,將強化片材13B、13A配置於雙面的最外層,內側中的5片自我強化片材15為SRPP-1,強化片材13A相當於TPF-1/CFM-1,強化片材13B相當於CFM-1/TPF-1。
將該預形體配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表2。
(實施例14)
使用CFM-1作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2)。 使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為如第13圖所示之[(TPF-1)/(CFM-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFM-1)/(TPF-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。第13圖係顯示實施例14之預形體10I之積層構成的示意圖。如第13圖所示,預形體10I中,以使熱塑性樹脂12成為複合墊11之外側的方式,將強化片材13A、13B配置於雙面的最外層,內側中的5片自我強化片材15為SRPP-1,強化片材13A相當於TPF-1/CFM-1、強化片材13B相當於CFM-1/TPF-1。
將該預形體配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表2。
(實施例15)
使用CFM-1作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-2作為熱塑性樹脂(b-2)。使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為[(TPF-2)/(CFM-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFM-1)/(TPF-2)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。
將該預形體配置於預熱至230℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後 ,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。將所得之片狀材料的特性整理顯示於表2。
(實施例16)
除了使用CFM-5作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)以外,以與實施例1相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表3。
(實施例17)
除了使用CFRP-14作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)以外,以與實施例2相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表3。
(實施例18)
除了使用CFM-3作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)以外,以與實施例1相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表3。
(實施例19)
除了使用CFM-4作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用TPF-1作為熱塑性樹脂(b-2),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)以外,以與實施例1相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表3。
(實施例20)
使用CFRP-11作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為[(SRPP-1)/(CFRP-11)/(CFRP-11)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFRP-11)/(CFRP-11)/(SRPP-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。將該預形體配置於預熱至220℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加5MPa的壓力,保持300秒鐘後、在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至25℃,打開模具得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表3。
(實施例21)
除了使用CFRP-15作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)以外,以與實施例2相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表3。
(實施例22)
使用CFRP-1作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A),使用MTPF-1作為接著性樹脂薄膜。
接著,以成為[(SRPP-1)/(CFRP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFRP-1)/(SRPP-1)/(MTPF-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。將該預形體配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表3。
(實施例23)
除了使用CFRP-2作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A),使用MTPF-1作為接著性樹脂薄膜以外,以與實施例22相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表3。
(實施例24)
使用CFRP-3作為強化片材(B),使用SRPA-1作為自我強化片材(A),使用MTPF-2作為接著性樹脂薄膜。
接著,以成為[(SRPA-1)/(CFRP-3)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(CFRP-3)/(SRPA-1)/(MTPF-2)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。將該預形體配置於預熱至250℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表4。
(實施例25)
除了使用CFRP-4作為強化片材(B),使用SRPA-1作為自我強化片材(A),使用MTPF-2作為接著性樹脂薄膜以外,以與實施例24相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表4。
(實施例26)
除了使用CFRP-5作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A),使用MTPF-1作為接著性樹脂薄膜以外,以與實施例22相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表4。
(實施例27)
除了使用CFRP-6作為強化片材(B),使用SRPA-1作為自我強化片材(A),使用MTPF-2作為接著性樹脂薄膜以外,以與實施例24相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表4。
(實施例28)
使用CFRP-5作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為[(SRPP-1)/(CFRP-5)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFRP-5)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。將該預形體配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表4。
(實施例29)
使用CFRP-6作為強化片材(B),使用SRPA-1作為自我強化片材(A)。
接著,以成為[(SRPA-1)/(CFRP-6)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(SRPA-1)/(CFRP-6)]的方式,在厚度方向上配置該等材料,以得到預形體。將該預形體配置於預熱至250℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表4。
(實施例30)
除了使用CFRP-7作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A),使用MTPF-1作為接著性樹脂薄膜以外,以與實施例22相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表4。
(實施例31)
除了使用CFRP-8作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A),使用MTPF-1作為接著性樹脂薄膜以外,以與實施例22相同的方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表4。
(實施例32)
除了使用CFRP-9作為強化片材(B)以外,以與實施例22相同的積層構成及手法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表5。
(實施例33)
除了使用CFRP-10作為強化片材(B)以外,以與實施例22相同的積層構成及手法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表5。
(實施例34)
除了使用CFRP-17作為強化片材(B)以外,以與實施例10相同的積層構成及手法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表5。
(實施例35)
除了使用CFRP-17作為強化片材(B),使用SRPP-1作為自我強化片材(A),接著,以成為 [(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFRP-17)/(SRPP-1)/(CFRP-17)/(SRPP-1)/(SRPP-1)]的方式,在厚度方向上配置該等材料以外,以與實施例10相同的手法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表5。
(實施例36)
除了使用CFM-5作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用熱塑性樹脂薄膜5(TPF-5)作為熱塑性樹脂(b-2)以外,以與實施例1相同的順序及方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表5。
(實施例37)
除了使用CFM-6作為構成強化片材(B)之包含不連續碳纖維之複合墊(b-1),使用熱塑性樹脂薄膜5(TPF-5)作為熱塑性樹脂(b-2)以外,以與實施例10相同的順序及方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表5。
(實施例38)
除了使用CFRP-16作為強化片材,以成為[(SRPP-1)/(SRPP-1)/(CFRP-16)/(SRPP-1)/(CFRP-16)/(SRPP-1)/(SRPP-1)]的方式,在厚度方向上進行配置以外,與實施例10相同的順序及方法,得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表5。
(實施例39)
以實施例26中所得之片狀材料作為第1片狀材料,並 使用PP複合物片材作為第2片狀材料。將第1片狀材料中貼附有接著性樹脂薄膜的面與PP複合物片材的面彼此重疊,配置於預熱至200℃之壓製成形用密閉模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具,得到一體成形片狀材料。所得之一體成形片狀材料特性顯示於表6。
(實施例40)
以實施例27中所得之片狀材料作為第1片狀材料,並使用PA複合物片材作為第2片狀材料。將第1片狀材料中貼附有接著性樹脂薄膜的面與PA複合物片材的面彼此重疊,配置於預熱至240℃之壓製成形用密閉模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具,得到一體成形片狀材料。所得之一體成形片狀材料特性顯示於表6。
(實施例41)
以實施例28中所得之片狀材料作為第1片狀材料,並使用PP複合物片材作為第2片狀材料。將第1片狀材料中的(CFRP-5)面與PP複合物片材的面彼此重疊,以與實施例39相同的方法,得到一體成形片狀材料。所得之一體成形片狀材料特性顯示於表6。
(實施例42)
以實施例29中所得之片狀材料作為第1片狀材料,並使用PA複合物片材作為第2片狀材料。將第1片狀材料中 的(CFRP-6)面與PA複合物片材的面彼此重疊,以與實施例40相同的方法,得到一體成形片狀材料。所得之一體成形片狀材料特性顯示於表6。
(比較例1)
將8片自我強化型熱塑性樹脂片材1(SRPP-1)進行積層,並調整成1mm的厚度。厚度的調整中,將SRPP-1的積層物配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具並取出片狀材料。其特性整理顯示於表7。
(比較例2)
將8片製作為強化片材的CFRP-1進行積層,並調整成1mm的厚度。將其配置於預熱至200℃之壓製成形用模具孔洞內並關閉模具,施加3MPa的壓力,保持180秒鐘後,在保持壓力的狀態下,使孔洞溫度冷卻至50℃,打開模具得到片狀材料。所得之片狀材料的特性整理顯示於表7。
(比較例3)
以比較例1中所得之片狀材料作為第1片狀材料,並使用PP複合物片材作為第2片狀材料。將第1片狀材料中的SRPP-1面與PP複合物片材的面彼此重疊,以與實施例39相同的方法,得到一體成形片狀材料。所得之一體成形片狀材料的特性顯示於表8。
(比較例4)
以比較例2中所得之片狀材料作為第1片狀材料,並 使用PA複合物片材作為第2片狀材料。將第1片狀材料中的CFRP-1面與PA複合物片材的面彼此重疊,以與實施例40相同的方法,得到一體成形片狀材料。所得之一體成形片狀材料的特性顯示於表8。
(比較例5)
以實施例28中所得之片狀材料作為第1片狀材料,並使用PP複合物片材作為第2片狀材料。將第1片狀材料中的SRPP-1面與PP複合物片材的面彼此重疊,以與實施例39相同的方法,得到一體成形片狀材料。所得之一體成形片狀材料的特性顯示於表8。
(比較例6)
以實施例29中所得之片狀材料作為第1片狀材料,並使用PA複合物片材作為第2片狀材料。第1片狀材料中的SRPA-1面與PA複合物片材的面彼此重疊,以與實施例40相同的方法,得到一體成形片狀材料。所得之一體成形片狀材料的特性顯示於表8。
上述實施例1~38中,可得到剛性與耐衝擊性之平衡優異的片狀材料。其係藉由呈現「包含不連續碳纖維強化熱塑性樹脂之片狀材料的剛性」與「包含自我強化型熱塑性樹脂之片狀材料的耐衝擊性」的加乘效應而得者。再者,實施例1、3、5、6、8~15中,藉由滿足氈狀不連續碳纖維中的質量平均纖維長度、纖維分散率,可得到剛性及耐衝擊性偏差少的均質片狀材料。
又,實施例2、4、7、17、20、21係片狀材料的厚度及製作溫度雖與實施例1、3、5、6、8~15不同,但與實施例1、3、5、6、8~15相同地,可得到剛性與耐衝擊性之平衡優異的片狀材料,藉由滿足質量平均纖維長度及纖維分散率等要件,可得到高設計自由度的片狀材料。
另一方面,比較例1及2中,無法得到取得滿足剛性及耐衝擊性之平衡的片狀材料。其中,包含該SRPP-1單體或該CFRP-1單體的片狀材料中,耐衝擊性與剛性不平衡,由此來看其不具實用性。
再者,使第2片狀材料一體成形的實施例39~42中,呈現與其他材料的優異接著、接合性。特別是,將接著性樹脂貼附於接合面的實施例39、40中,接著性優異到可破壞其他材料,可得到良好的一體成形片狀材料。又,實施例41、42,係將接著性樹脂與片材中的熱塑性樹脂進行混合的片狀材料,該片材係由「包含不連續碳纖維之複合墊」與「熱塑性樹脂」所構成,其雖沒有達到破壞其他材料的程度,但可得到具有優異接著性的一體成形片狀材料。
另一方面,比較例3~6中,因接著面中不存在接著性樹脂,故接著強度較低。
該等實施例之中,實施例36中,關於無改質聚丙烯與改質物的摻合量,係考量對碳纖維墊的接著性,及作為不連續碳纖維強化熱塑性樹脂片材時之耐衝擊特性與剛性的平衡進行摻合,藉此可得到所得之特性的平衡特別優異的片狀材料。
又,不連續碳纖維強化片材(CFRP-16)係使用與實施例36相同的複合墊6(CFM-6)及熱塑性樹脂薄膜6(TPF-6)的強化片材,而使用該不連續碳纖維強化片材(CFRP-16)之實施例37及38的片狀材料中,結合所期望的衝擊特性或剛性,適當調整自我強化片材的配置,藉此可將耐衝擊特性與剛性保持在具有優異平衡的狀態,同時使其一特性極為優異。亦即,藉由使用本發明之預形體及片狀材料,可保持所期望的特性,同時可使特別需要的特性顯著化。
[產業上的可利用性]
本發明之預形體及片狀材料,係由「由包含不連續碳纖維之複合墊所構成之賦形性優異的強化片材」,及「由熱塑性樹脂所構成之模具附隨性優異的自我強化片材」進行積層而成,故其成形賦形性優異。再者,本發明之預形體及片狀材料,除了源自自我強化片材的耐衝擊性,以及源自由不連續碳纖維與熱塑性樹脂所構成之強化片材的剛性之外,更滿足不連續碳纖維的分散率及配向角分布,藉此使特性的均質性優異。因此,使用本發明之預形體及片狀材料的成形加工品,可 適合用於汽車內外裝、電氣、電子機器框體、自行車、運動用品用構造材料、飛機內裝材料、運輸用箱體、日用品等廣泛的用途。

Claims (16)

  1. 一種預形體,其特徵為:以熱塑性樹脂為基質樹脂,且分別積層下述所示(A)及(B):(A)自我強化片材,其係以熱塑性樹脂(a-1)與纖維或貼帶(a-2)進行強化而成,該纖維或貼帶(a-2)包含與該熱塑性樹脂(a-1)相同種類的熱塑性樹脂;(B)強化片材,其係由包含不連續碳纖維之複合墊(random mat)(b-1)與熱塑性樹脂(b-2)所構成,其中,該包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)配置於該熱塑性樹脂(b-2)與該自我強化片材(A)之間,且該熱塑性樹脂(b-2)不含浸於該包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)。
  2. 如請求項1之預形體,其係由該強化片材(B)及該自我強化片材(A)複數個積層而成。
  3. 如請求項1之預形體,其中,該不連續碳纖維的平均纖維長度為50mm以下。
  4. 如請求項1之預形體,其中,該複合墊(b-1)中的該不連續碳纖維的分散率為90%以上;該不連續碳纖維之配向角分布的相對度數之最大值為小於0.25且最小值為0.090以上。
  5. 如請求項1之預形體,其中,構成該強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2)係選自包含聚烯烴系樹脂、聚醯胺樹脂、聚芳硫醚(polyarylene sulfide)樹脂及聚酯樹脂之群組中的任一種樹脂。
  6. 如請求項5之預形體,其中,構成該強化片材(B)之熱塑性樹脂(b-2)為聚烯烴系樹脂。
  7. 如請求項1之預形體,其中,構成該自我強化片材(A)之熱塑性樹脂(a-1)及纖維或貼帶(a-2)皆為聚烯烴系樹脂。
  8. 如請求項1之預形體,其中,該熱塑性樹脂(a-1)的峰值熔融溫度低於該纖維或貼帶(a-2)的峰值熔融溫度。
  9. 一種片狀材料,係將如請求項1至8中任一項之預形體進行積層而一體成形者,該熱塑性樹脂(b-2)與該熱塑性樹脂(a-1)兩者係含浸於該包含不連續碳纖維之複合墊(b-1)。
  10. 如請求項9之片狀材料,其中,該強化片材(B)的厚度為500μm以下。
  11. 一種片狀材料,係將複數個如請求項9之片狀材料進行積層,並使其一體成形者。
  12. 如請求項11之片狀材料,其中,該強化片材(B)的厚度為500μm以下。
  13. 一種一體成形片狀材料,其包含如請求項9或10之片狀材料及第2片狀材料。
  14. 如請求項13之一體成形片狀材料,其中,該第2片狀材料係以熱塑性樹脂為基質樹脂的片狀材料。
  15. 一種一體成形片狀材料,其包含如請求項11或12之片狀材料及第2片狀材料。
  16. 如請求項15之一體成形片狀材料,其中,該第2片狀材料係以熱塑性樹脂為基質樹脂的片狀材料。
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