TWI714620B

TWI714620B - 薄型成形體

Info

Publication number: TWI714620B
Application number: TW105126325A
Authority: TW
Inventors: 橫山盛之; 朝見芳弘
Original assignee: 日商大賽璐塑膠股份有限公司
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2021-01-01
Also published as: WO2017029934A1; JP6517109B2; TW201714961A; JP2017039829A

Abstract

本發明係提供一種輕量且具有高機械強度的薄型成形體。

一種滿足下述之要件(a)~(d)的薄型成形體，其係由包含被裁切成5~20mm之長度的附著聚醯胺樹脂之纖維束的聚醯胺樹脂組成物而得的成形體，而該附著聚醯胺樹脂之纖維束係於碳纖維以朝長度方向對齊之狀態被紮束者上，附著有熔融狀態之聚醯胺樹脂而一體化者，且前述附著聚醯胺樹脂之纖維束中的聚醯胺係選自PA11、PA12、PA610、PA612，(a)薄型成形體中的碳纖維含有比例為5~40質量%；(b)薄型成形體中的碳纖維的重量平均纖維長為0.5~3.0mm；(c)薄型成形體的厚度為1.0~4.0mm；(d)薄型成形體的比重為1.3以下。

Description

薄型成形體

本發明係有關於一種適合作為自行車零件，尤為自行車的鞍座之零件用的薄型成形體。

包含纖維狀填充材之樹脂成形品係利用機械強度高之特點，而在各種領域中使用。

日本專利第5735343號公報中記載一種厚度0.8~2.0mm的薄型成形體之發明，其係由包含含浸有脂肪族聚醯胺之玻璃纖維束的樹脂組成物而得；其中記載前述薄型成形體係使用於電子機器的外殼。

日本特開2014-162450號公報中記載一種自行車車架之發明，其係由將包含合成樹脂與補強纖維之樹脂組成物成型的成型體所構成。

用於自行車的零件係以車架為首-而要求輕量且高強度。例如就自行車的鞍座而言，可使用被安裝在車架的金屬製之軌條支撐的樹脂製之零件，但由於係人所騎乘者，宜具有強度與適度的彈性，還較佳為外觀上亦良好者。

本發明係以提供一種輕量且具有高機械強度的薄型成形體為課題。還以提供一種耐衝擊性及彎曲強度、彎曲彈性模數良好，且外觀亦優良的薄型成形體為課題。

本發明係提供一種薄型成形體，其滿足下述之要件(a)~(d)，其係由包含被裁切成5~20mm之長度的附著聚醯胺樹脂之纖維束的聚醯胺樹脂組成物而得的成形體，而該附著聚醯胺樹脂之纖維束係於碳纖維以朝長度方向對齊之狀態被紮束者上，附著有熔融狀態之聚醯胺樹脂而一體化者，且前述附著聚醯胺樹脂之纖維束中的聚醯胺係選自PA11、PA12、PA610、PA612，(a)薄型成形體中的碳纖維含有比例為5~40質量%；(b)薄型成形體中的碳纖維的重量平均纖維長為0.5~3.0mm；(c)薄型成形體的厚度為1.0~4.0mm；(d)薄型成形體的比重為1.3以下。

本發明之薄型成形體係輕量且具有高機械強度。此薄型成形體係耐衝擊性及彎曲強度、彎曲彈性模數優良，外觀亦良好。

[實施發明之形態]

<聚醯胺樹脂組成物>

本發明中使用之聚醯胺樹脂組成物所含的附著聚醯胺樹脂之纖維束，係將碳纖維以朝長度方向對齊之狀態紮束，於使聚醯胺樹脂以熔融狀態附著於前述碳纖維束而一體化後，裁切成5~20mm之長度者。本發明之組成物所含的附著有樹脂之纖維束，係於碳纖維束上附著有聚醯胺樹脂者，根據附著狀態，而包含：樹脂滲透(含浸)至強化用長纖維束的中心部，且樹脂深入至構成纖維束之中心部的纖維間之狀態者(以下稱為「含浸有聚醯胺樹脂之纖維束」)；僅有強化用長纖維束的表面被樹脂被覆之狀態者(以下稱為「表面被覆有聚醯胺樹脂之纖維束」)；含浸有聚醯胺樹脂之纖維束與表面被覆有聚醯胺樹脂之纖維束的中間之狀態者(纖維束的表面被樹脂被覆，僅於表面附近含浸有樹脂，樹脂未深入至中心部者)(以下稱為「一部分含浸有聚醯胺樹脂之纖維束」)。

於本發明中，較佳為含浸有聚醯胺樹脂之纖維束與表面被覆有聚醯胺樹脂之纖維束；基於分散性及流動性觀點，更佳為含浸有聚醯胺樹脂之纖維束。此種附著有樹脂之纖維(惟，未使用聚醯胺樹脂)係記載於日本特開2013-107979號公報。

聚醯胺樹脂係選自聚醯胺11(PA11)、聚醯胺12(PA12)、聚醯胺610(PA610)及聚醯胺612(PA612)者，較佳為聚醯胺12、聚醯胺612。

碳纖維(束)可使用日本特開2014-181418號公報之實施例1~4之塗布有上漿劑之碳纖維、日本特開2012-56980號公報所記載之預浸絲束用環氧樹脂組成物所含有的碳纖維、TORAY(股)製之製品名「TORAYCA T700SC-12000(T700SC-12K)」、TORAY(股)製之製品名「TORAYCA T700GC-12000(T700GC-12K)」等。碳纖維的總纖度較佳為400~3000德士；又，碳纖維的絲支數較佳為1000~100000根，更佳為3000~50000根。碳纖維的單纖維徑較佳為4.5~7.5μm左右。

前述含浸有聚醯胺樹脂之纖維束可依據使用模具的周知之製造方法來製造，例如，除日本特開平6-313050號公報之段落編號7、日本特開2007-176227號公報之段落編號23以外，亦可應用日本特公平6-2344號公報(樹脂被覆長纖維束之製造方法以及成形方法)、日本特開平6-114832號公報(纖維強化熱塑性樹脂構造體及其製造法)、日本特開平6-293023號公報(長纖維強化熱塑性樹脂組成物之製造方法)、日本特開平7-205317號公報(纖維束之取出方法及長纖維強化樹脂構造物之製造方法)、日本特開平7-216104號公報(長纖維強化樹脂構造物之製造方法)、日本特開平7-251437號公報(長纖維強化熱塑性複合材料之製造方法及製造裝置)、日本特開平8-118490號公報(十字頭模及長纖維強化樹脂構造物之製造方法)等所記載之製造方法。

附著聚醯胺樹脂之纖維束的長度為5~20mm，較佳為5~15mm。附著聚醯胺樹脂之纖維束所含之碳纖維的長度，係與前述含浸有聚醯胺樹脂之纖維束的長度相同。當含浸有聚醯胺樹脂之纖維束為圓柱狀時，其直徑為0.9~9.0mm，較佳為1.5~5.1mm。

聚醯胺樹脂組成物可使用將上述附著聚醯胺樹脂之纖維束、與不含碳纖維的其他聚醯胺樹脂1種或2種以上之混合者。此時，附著聚醯胺樹脂之纖維束所含的聚醯胺樹脂與另外混合的聚醯胺樹脂，可為相同者亦可為不同者。聚醯胺樹脂組成物也可不混合前述之其他聚醯胺樹脂，而單獨使用上述之附著聚醯胺樹脂之纖維束。

聚醯胺樹脂組成物中的碳纖維的含有比例為5~40質量%，較佳為5~30質量%，更佳為10~25質量%，其餘部分比例為聚醯胺樹脂的含有比例。聚醯胺樹脂組成物中的碳纖維的含有比例，係與薄型成形體中的碳纖維的含有比例相同。單獨使用附著聚醯胺樹脂之纖維束時，附著聚醯胺樹脂之纖維束中的碳纖維即具有上述之含有比例。

聚醯胺樹脂組成物，在可解決本發明之課題的範圍內，可含有公知之其他成分，例如纖維狀填充材(但是碳纖維除外)、阻燃劑、阻燃助劑、熱安定劑、潤滑劑、光安定劑、抗氧化劑、著色劑、脫模劑、抗靜電劑。使用碳纖維以外的纖維狀填充材作為其他成分時，係使纖維狀填充材的合計量中，碳纖維的含有比例為95質量%以上。

<薄型成形體>

本發明之薄型成形體係滿足下述要件(a)~要件(d)，進一步較佳為亦滿足要件(e)者。

要件(a)

薄型成形體中的碳纖維含量為5~40質量%。前述碳纖維含有比例較佳為5~30質量%，更佳為5~25質量%。於一實施形態中，碳纖維的含有比例較佳為10~35質量%，更佳為15~30質量%。

要件(b)

薄型成形體中的碳纖維的重量平均纖維長為0.5~3.0mm。前述重量平均纖維長較佳為0.5~1.5mm，更佳為0.7~1.2mm。

要件(c)

薄型成形體的厚度為1.0~4.0mm。前述薄型成形體的厚度較佳為1.5~3.5mm，更佳為2.0~3.0mm。

要件(d)

薄型成形體的比重為1.3以下。前述薄型成形體的比重較佳為1.05~1.3。

要件(e)

薄型成形體之至少一面的光澤度(60°)為10~90。前述薄型成形體的光澤度較佳為40~85。

本發明之薄型成形體可與日本專利第5735343號公報所記載之製造方法同樣地進行，應用射出成形法來製造。

本發明之薄型成形體可應用於與日本專利第5735343號公報或日本特開2014-162450號公報所記載者同樣的用途，而本發明之薄型成形體係特別適合作為自行車的鞍座零件。自行車的鞍座係具有坐墊(騎乘時接觸人體臀部之部分)、位於坐墊下之基體(亦被稱為「殼件」)、包含亦被固定於基體之一部分之用以安裝於自行車本體的金屬製之軌條的零件。於此，坐墊係為了使人便於騎乘，而為具有曲面之形狀，基體亦對應坐墊之形狀而為具有曲面之形狀。

本發明之薄型成形體係特別適合作為前述之鞍座的基體。將本發明之薄型成形體作為前述基體時，較佳為當前述基體的長度(L)為240~300mm時，前述基體的長度(L)與前述基體的厚度(T)的比(L/T)為60~150的範圍。此外，當基體的厚度(T)不均勻時，前述T為最小厚度。

在自行車的鞍座，基體的一面側由於與坐墊接觸而無法被看到，但未與坐墊接觸之固定有軌條之一側的面則成為露出面，而能夠被看到。因此，將本發明之薄型成形體作為鞍座的基體使用時，為了使製品價值提升，且喚起消費者的購買意願，前述基體之露出面的狀態亦為重要的。

本發明之薄型成形體，在應用射出成形法製造時，由於具有要件(a)、(b)、(c)，因而碳纖維易朝同一方向排列，可展現朝同一方向之纖維所產生的材料纖維紋路，所以能夠提高前述基體之露出面的美觀性。又，可藉由使本發明之薄型成形體滿足要件(e)，而進一步提高前述基體之露出面的美觀性來提高商品價值。為了使本發明之薄型成形體滿足要件(e)，可應用使用至少一面被鏡面加工而成的模具來進行射出成形的方法。

以下記載本發明之實施形態。

<1>一種薄型成形體，其滿足下述之要件(a)~(d)，其係由包含被裁切成5~20mm之長度的附著聚醯胺樹脂之纖維束的聚醯胺樹脂組成物而得的成形體，而該附著聚醯胺樹脂之纖維束係於碳纖維以朝長度方向對齊之狀態被紮束者上，附著有熔融狀態之聚醯胺樹脂而一體化者，且前述附著聚醯胺樹脂之纖維束中的聚醯胺係選自PA11、PA12、PA610、PA612，(a)薄型成形體中的碳纖維含有比例為5~40質量%，較佳為10~35質量%，更佳為15~30質量%；(b)薄型成形體中的碳纖維的重量平均纖維長為0.5~3.0mm，較佳為0.5~1.5mm，更佳為0.7~1.2mm；(c)薄型成形體的厚度為1.0~4.0mm，較佳為1.5~3.5mm，更佳為2.0~3.0mm；(d)薄型成形體的比重為1.3以下，較佳為1.05~1.3。

<2>如<1>之薄型成形體，其進一步滿足下述要件(e)，(e)薄型成形體之至少一面的光澤度(60°)為10~70，較佳為40~85。

<3>如<1>或<2>之薄型成形體，其中前述聚醯胺樹脂組成物，係於前述附著聚醯胺樹脂之纖維束以外，進一步包含至少1種之聚醯胺樹脂。

<4>如<3>之薄型成形體，其中前述至少1種之聚醯胺樹脂係與前述附著聚醯胺樹脂之纖維束所含的聚醯胺樹脂相同或不同。

<5>如<1>至<4>中任一項之薄型成形體，其中前述薄型成形體為自行車的鞍座零件。

<6>一種製造方法，其係滿足下述之要件(a)~(d)的薄型成形體之製造方法，(a)薄型成形體中的碳纖維含有比例為5~40質量%，較佳為10~35質量%，更佳為15~30質量%；(b)薄型成形體中的碳纖維的重量平均纖維長為0.5~3.0mm，較佳為0.5~1.5mm，更佳為0.7~1.2mm；(c)薄型成形體的厚度為1.0~4.0mm，較佳為1.5~3.5mm，更佳為2.0~3.0mm；(d)薄型成形體的比重為1.3以下，較佳為1.05~1.3；其係包含將碳纖維以朝長度方向對齊之狀態紮束而作成碳纖維束，於使選自PA11、PA12、PA610、及PA612的聚醯胺樹脂以熔融狀態附著於前述碳纖維束而一體化後，裁切成5~20mm，較佳為5~15mm之長度而製造附著聚醯胺樹脂之纖維束，將以前述附著聚醯胺樹脂之纖維束單獨、或與其他聚醯胺樹脂混合所得之聚醯胺樹脂組成物進行射出成形。

<7>如<6>之製造方法，其中前述薄型成形體係進一步滿足下述要件(e)：(e)薄型成形體之至少一面的光澤度(60°)為10~70 ，較佳為40~85。

<8>如<6>或<7>之製造方法，其中前述聚醯胺樹脂組成物，係於前述附著聚醯胺樹脂之纖維束以外進一步包含至少1種之聚醯胺樹脂者。

<9>如<8>之製造方法，其中前述至少1種之聚醯胺樹脂係與前述附著聚醯胺樹脂之纖維束所含的聚醯胺樹脂相同或不同者。

<10>如<6>至<9>中任一項之製造方法，其中前述薄型成形體為自行車的鞍座零件。

<11>一種薄型成形體，其係由含有附著有聚醯胺樹脂之碳纖維束的聚醯胺樹脂組成物被射出成形的薄型成形體，其係(a)碳纖維含有比例為5~40質量%，較佳為10~35質量%，更佳為15~30質量%；(b)碳纖維的重量平均纖維長為0.5~3.0mm，較佳為0.5~1.5mm，更佳為0.7~1.2mm；(c)厚度為1.0~4.0mm，較佳為1.5~3.5mm，更佳為2.0~3.0mm；(d)比重為1.3以下，較佳為1.05~1.3。

<12>一種薄型成形體，其中聚醯胺樹脂係選自PA11、 PA12、PA610、及PA612的至少1種。

<13>如<12>之薄型成形體，其進一步滿足下述要件(e)，(e)薄型成形體之至少一面的光澤度(60°)為10~70，較佳為40~85。

<14>如<11>或<12>之薄型成形體，其中前述薄型成形體為自行車的鞍座零件。

[實施例]

<聚醯胺樹脂>

PA12-1：DAIAMID L1600，Daicel-Evonik(股)製

PA612：DAIAMID BS1090，Daicel-Evonik(股)製

PA12-2：DAIAMID L1940，Daicel-Evonik(股)製

PA-6：UBE NYLON 1010，宇部興產(股)製

<碳纖維>

CF-1碳纖維紗束(「TORAYCA T700SC-12000」，TORAY(股)製)

CF-2碳纖維紗束(「TORAYCA T700GC-12000」，TORAY(股)製)

CF-3 6mm短切碳纖維(「HT C413」，Toho Tenax(股)製)

<測試片製作方法>

使用實施例及比較例之組成物，依下述條件製作ISO多目的測試片A型形狀品(厚度2mm及厚度4mm)。又，為了外觀觀察，亦以相同條件製作平板(100×100mm、厚度 2mm、邊澆口寬度10mm)。模具係對應平板之一面的面被鏡面加工而成者。

裝置：日本製鋼所(股)製J-150EII

缸筒溫度280℃

模具溫度：100℃

螺桿：長纖維專用螺桿

螺桿徑：51mm

澆口形狀20mm寬邊澆口

<纖維長(重量平均纖維長)>

由上述測試片中切出約3g的試料，用硫酸溶解去除樹脂而取出碳纖維。由取出之纖維的一部分(500根)求出重量平均纖維長。計算式係使用日本特開2006-274061號公報之〔0044〕、〔0045〕。

<彎曲強度(MPa)>

係依據ISO178來測定。

<彎曲彈性模數(MPa)>

係依據ISO178來測定。又，以厚度2mm的測試片測定彎曲彈性模數而作成荷重撓曲量曲線(横軸：撓曲量mm，縱軸：荷重MPa)，而求出撓曲量0.9mm與1.1mm之2點間(撓曲量1mm)的彎曲彈性模數，並由荷重撓曲量曲線求出撓曲量1.9mm與2.1mm之2點間(撓曲量2mm)的彎曲彈性模數。

<夏比衝擊強度(kJ/m²)>

係依據ISO179/1eA，來測定V形夏比衝擊強度。

<薄型成形體表面的表面光澤>

係使用MULTI-ANGLE GLOSS METERE(MODEL TC-108DP/A，東京電色(股))，來測定光澤度(60°)。

<外觀>

以目視觀察外觀觀察用之測試平板，依下述基準進行評定。

◎：可確認出來自沿著樹脂的流動方向之碳纖維的清晰紋路。

○：可觀察到來自沿著樹脂的流動方向之碳纖維的紋路(清晰度較◎為差)。

×：無法確認沿著樹脂的流動方向的紋路。

製造例1(含浸有樹脂之纖維束1~3的製造)

實施例中所使用之含浸有樹脂之纖維束，係依以下方法製造。

將表1所示碳纖維束通過十字頭模。此時，對十字頭模，係由雙軸擠出機(缸筒溫度270℃)供給表1所示量之熔融狀態的表1所示聚醯胺樹脂，使其熔融物含浸於碳纖維紗束(CF-1或CF-2)。然後，以十字頭模出口的賦形噴嘴賦形，並以整形輥調整外形後，藉由造粒機裁切成長度9mm，而得到直徑2.2mm之圓柱狀的含浸有聚醯胺樹脂之纖維束。將圓柱狀的含浸有聚醯胺樹脂之纖維束分別朝長度方向裁切並確認的結果，碳纖維係朝長度方向略呈平行。將針對各團粒進行測定的物性，一併示於表1。

製造例2(比較用之含有CF-3之樹脂團粒)

將表2所示聚醯胺樹脂與CF-3以滾動摻合機混合後，以擠出機(250℃)進行熔融混煉而得到含有CF-3之樹脂團粒。

實施例及比較例

將表2所示之成分乾式摻合後，進行射出成形而製作測試片，並實施上述各測定。將結果示於表2。

由表2之結果，確認了本發明之薄型成形體雖為薄型，但耐衝擊性及彎曲強度、彎曲彈性模數優良，適合作為自行車的鞍座零件(鞍座基體)。又，實施例1~5之薄型成形體亦具表面光澤，而且彼等的表面上可清晰確認有碳纖維經配向所產生的朝同一方向之美麗的材料纖維紋路。

[產業上之可利用性]

本發明之薄型成形體可作為自行車零件，尤為自行車的鞍座零件來使用。

Claims

一種射出成形薄型成形體，其滿足下述之要件(a)~(d)並於表面上展現下述碳纖維所產生的材料纖維紋路，其係由包含被裁切成5~20mm之長度的附著聚醯胺樹脂之纖維束的聚醯胺樹脂組成物而得的射出成形薄型成形體，而該附著聚醯胺樹脂之纖維束係於碳纖維以朝長度方向對齊之狀態被紮束者上附著有熔融狀態之聚醯胺樹脂而一體化者，且前述附著聚醯胺樹脂之纖維束中的聚醯胺係選自PA11、PA12、PA610、PA612，(a)薄型成形體中的碳纖維含有比例為5~40質量%；(b)薄型成形體中的碳纖維的重量平均纖維長為0.5~3.0mm；(c)薄型成形體的厚度為1.0~4.0mm；(d)薄型成形體的比重為1.3以下。
如請求項1之射出成形薄型成形體，其進一步滿足下述要件(e)，(e)薄型成形體之至少一面的光澤度(60°)為10~70。
如請求項1或2之射出成形薄型成形體，其中前述聚醯胺樹脂組成物，係於前述附著聚醯胺樹脂之纖維束以外進一步包含聚醯胺樹脂者。
如請求項1或2之射出成形薄型成形體，其中前述薄型成形體為自行車的鞍座零件。
如請求項3之射出成形薄型成形體，其中前述薄型成形體為自行車的鞍座零件。