WO2015060292A1 - 積層体および筐体 - Google Patents

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WO2015060292A1
WO2015060292A1 PCT/JP2014/077923 JP2014077923W WO2015060292A1 WO 2015060292 A1 WO2015060292 A1 WO 2015060292A1 JP 2014077923 W JP2014077923 W JP 2014077923W WO 2015060292 A1 WO2015060292 A1 WO 2015060292A1
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fiber
reinforced composite
composite material
filler
resin
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PCT/JP2014/077923
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Inventor
遼介 杉野
康孝 木村
Original Assignee
住友ベークライト株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/04Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material
    • C08J5/047Reinforcing macromolecular compounds with loose or coherent fibrous material with mixed fibrous material
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/10Organic non-cellulose fibres
    • D21H13/20Organic non-cellulose fibres from macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H13/26Polyamides; Polyimides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2361/00Characterised by the use of condensation polymers of aldehydes or ketones; Derivatives of such polymers
    • C08J2361/04Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C08J2361/06Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols

Definitions

  • the present invention relates to a fiber reinforced composite material and a casing.
  • Fiber reinforced composite materials consisting of plastic fibers, carbon fibers, glass fibers and other reinforcing fibers and resin matrices are excellent in strength and rigidity, so they are widely used in electrical / electronic applications, civil engineering / architecture applications, automotive applications, aircraft applications, etc. It is used. Among them, a composite material using a base material in which reinforcing fibers are uniformly dispersed has isotropic mechanical properties, and furthermore, if it is a material that develops high strength, the applicable applications are greatly increased.
  • Patent Document 1 A papermaking method has been studied as a method for producing a fiber-reinforced composite material by uniformly and isotropically dispersing reinforcing fibers.
  • Patent Document 1 a web-like molding material prepared by dispersing and making glass fiber and aramid fiber in water as a reinforcing resin and making paper is heated and pressure-molded (compression-molded) in a molding die to strengthen the fiber.
  • Patent Document 2 discloses that glass fibers and vinylon fibers are dispersed in water together with phenol resin fine particles, and these are made and dried to obtain a sheet-like molding material, which is then heated and pressed in a mold.
  • the production of plate-shaped molded products is described, and improvement of molded product characteristics centering on mechanical properties is being studied by selecting reinforcing fibers to be made and resin to be dispersed and mixed.
  • Patent Document 3 describes a press-molded paper containing thermoplastic fibers that have thermal adhesiveness and natural fiber elongation with natural pulp.
  • Patent Document 4 describes a paperboard for thermoforming having a laminated structure of a paper layer mainly composed of thermoplastic fibers and a paper layer mainly composed of cellulose pulp.
  • the formability of the composite sheet is good, but the mechanical strength of the molded body is not high strength, and applicable applications are packaging containers for electrical and electronic parts, packaging containers for other industrial parts, It was limited to packaging containers for various foods, trays, disposable tableware (lunch boxes, folding boxes, etc.), vehicle interior materials, and cushioning materials for packaging.
  • JP-A-10-95024 JP-A-10-166361 Japanese Patent Laid-Open No. 10-8393 JP 2000-265400 A
  • An object of the present invention is to provide a fiber-reinforced composite material having excellent mechanical properties.
  • a fiber-reinforced composite material that is composed of a material composition including a fiber filler and a resin and is obtained by a papermaking method, wherein the fiber filler has a tensile strength of 2.0 GPa or more.
  • the bending strength and flexural modulus of JIS K 6911 are at least 309 MPa and 25 GPa, respectively, and there is no change in the appearance after the test in the DuPont impact test 350 mm of JIS K 5600-5-3.
  • the fiber reinforced composite material as described in any one of. [9] A housing that houses an electronic device using the fiber-reinforced composite material according to any one of [1] to [8].
  • a fiber-reinforced composite material having a good appearance and excellent mechanical properties can be obtained.
  • a light and high-strength three-dimensional molded body can be obtained, it can be suitably used for a structure such as a casing of a portable electronic device.
  • a fiber filler having a tensile strength of 2.0 GPa or more is used for the fiber-reinforced composite material of the present invention.
  • the strength of the fiber-reinforced composite material can be improved. That is, when an impact load is applied to the surface of the fiber reinforced composite material, the fiber filler contained in the fiber reinforced composite material escapes in the surface direction, and even if an impact load is applied, the fiber reinforced composite material It can prevent that a crack and a crack enter.
  • the present inventor has found that a fiber-reinforced composite material having no practical problem can be obtained by using a fiber filler having a tensile strength of 2.0 GPa or more.
  • the fiber filler having a tensile strength of 2.0 GPa is obtained by pulverizing or cutting fibers having a tensile strength of 2.0 GPa or more.
  • fibers having a tensile strength of 2.0 GPa or more include polyamide fibers, aramid fibers, polyimide fibers, polyparaphenylene benzoxazole fibers, polyarylate fibers, ultrahigh molecular weight polyethylene fibers, synthetic fibers such as high-strength polypropylene fibers, and PAN. Examples thereof include carbon fiber, metal fiber, and inorganic fiber.
  • the fiber filler comprised from these fibers may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • the shape of the fiber filler can be used without any particular limitation, and a shape according to the required characteristics can be used.
  • a shape according to the required characteristics can be used.
  • fibers obtained by beating a fiber with a mechanical shearing force such as a beater or a homogenizer, or fibrillated fibers are preferable.
  • Such a fiber is preferable because it has a large fiber surface area, a physically high resin-capturing ability, and chemically easily acts with a polymer flocculant.
  • the content of the fiber filler according to the present embodiment is preferably 35% by mass or more and 80% by mass or less, and is preferably used according to a particularly required demand.
  • it is at least the above lower limit, impact resistance is improved, which is preferable. It is preferable if it is not more than the above upper limit value, since deterioration of lightness and workability can be prevented.
  • the average fiber length of the fiber filler according to the present embodiment is not particularly limited, but it is desirable to use properly according to the required characteristics, and for example, it is preferably 500 ⁇ m or more and 10 mm or less.
  • the average fiber length is preferably 500 ⁇ m or more and 10 mm or less.
  • the moldability means the surface smoothness and demoldability of the fiber reinforced composite material.
  • the average fiber length of the fiber filler is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more, and 8 mm or less from the viewpoint of exhibiting the characteristics of the fiber filler and ensuring molding processability.
  • the average diameter of the fiber filler is preferably 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and particularly preferably 5 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less.
  • the rigidity of a fiber reinforced composite material can be ensured, and a moldability can be ensured by setting it as 100 micrometers or less.
  • the length and diameter of the fiber can be confirmed, for example, by observing the obtained fiber-reinforced composite material with an electron microscope.
  • thermoplastic resins and thermosetting resins can be used.
  • a resin is not particularly limited, and examples thereof include various thermoplastic resins and various thermosetting resins.
  • thermoplastic elastomers epoxy resins, phenolic resins, urea resins, melamine resins, unsaturated polyesters, silicone resins, urethane resins, or copolymers, blends, polymer alloys, etc. mainly composed of these.
  • One or two or more of them can be used in combination. Since the resin is compounded with fibers and the like by wet papermaking, it is preferably in the form of particles or fibers at room temperature and insoluble in water.
  • thermoplastic resin at least one resin selected from polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyamide, polyether ketone, polyether ether ketone, polysulfone, and polyphenylene sulfide is used as the molded body. It is preferable because it has a higher melting point in terms of improving heat resistance.
  • thermosetting resin at least 1 type of resin chosen from an epoxy resin, a phenol resin, a melamine resin, and a urethane resin is especially preferable at the point which can improve the heat resistance of a molded object.
  • thermosetting resins are preferable, in terms of good moldability and design properties such as resin transparency, Thermoplastic resins are preferred.
  • the blending amount of the resin is preferably 10 to 60% by mass, more preferably 15 to 55% by mass, and particularly preferably 20 to 50% by mass with respect to the entire fiber-reinforced composite material.
  • Examples of the surface treatment of the fiber filler include a coupling treatment with a surface treatment agent.
  • the surface treatment agent is not particularly limited as long as it is a surface treatment agent having an interfacial adhesive strength within the above range when applied to the fiber filler, and a known one can be used.
  • one or more coupling agents selected from an epoxy silane coupling agent, a cationic silane coupling agent, an amino silane coupling agent, a titanate coupling agent, and a silicone oil type coupling agent should be used. Can do.
  • a powdery substance having ion exchange ability may be further included.
  • a powder material having ion exchange capacity it is possible to efficiently produce an aggregate of the fiber filler and the resin with a high yield while keeping the fiber length of the fiber filler long. It becomes possible to adjust the compounding ratio of the filler and the resin over a wide range. For this reason, according to the request
  • the powdery substance having ion exchange capacity preferably contains at least one intercalation compound selected from clay minerals, scaly silica fine particles, hydrotalcites, fluorine teniolite, and swellable synthetic mica.
  • the clay mineral is not particularly limited even if it is a natural product or a synthesized one, and examples thereof include smectite, halloysite, kanemite, kenyanite, zirconium phosphate, and titanium phosphate.
  • the hydrotalcite is not particularly limited as long as it has ion exchange capacity, and examples thereof include hydrotalcite and hydrotalcite-like substances.
  • the fluorine teniolite is not particularly limited as long as it has ion exchange ability, and examples thereof include lithium-type fluorine teniolite and sodium-type fluorine teniolite.
  • the swellable synthetic mica is not particularly limited as long as it has ion exchange ability, and examples thereof include sodium tetrasilicon fluorine mica, lithium tetrasilicon fluorine, and the like. Or you may use 2 or more types together. Among these, clay minerals are more preferable, and smectite is more preferable in that it exists from natural products to synthetic products and has a wide range of selection.
  • the smectite is not particularly limited as long as it has ion exchange ability, and examples thereof include montmorillonite, beidellite, nontronite, saponite, hectorite, soconite, and stevensite.
  • Montmorillonite is a hydrated silicate of aluminum, but may be bentonite containing montmorillonite as a main component and minerals such as quartz, mica, feldspar, and zeolite. Synthetic smectite with few impurities is preferable when used for applications such as coloring and impurities.
  • powdery substances having ion exchange capacity examples include Kunipia (bentonite) manufactured by Kunimine Kogyo Co., Ltd., Smecton SA (synthetic saponite), Sunlabry (scale-like silica fine particles) manufactured by AGC S-Itech Co., Ltd., Corp Chemical Somasif (swelling synthetic mica), Lucentite (synthetic smectite) manufactured by Co., Ltd., and hydrotalcite STABACE HT-1 (hydrotalcite) manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd. are commercially available. However, it is not limited to these.
  • the content of the powdery substance having ion exchange capacity is preferably 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, more preferably 2% by mass or more and 20% by mass or less of the entire fiber reinforced composite material. . If it is in the said range, the effect of improving the workability
  • the fiber reinforced composite material preferably contains a polymer flocculant.
  • the polymer flocculant is mentioned later in detail, it is for aggregating a fiber filler and resin in the shape of a flock.
  • the polymer flocculant is not particularly limited by ionicity, and cationic polymer flocculants, anionic polymer flocculants, nonionic polymer flocculants, amphoteric polymer flocculants and the like can be used. .
  • Examples of such a material include cationic polyacrylamide, anionic polyacrylamide, Hoffman polyacrylamide, mannic polyacrylamide, amphoteric copolymerized polyacrylamide, cationized starch, amphoteric starch, and polyethylene oxide.
  • polymer flocculants may be used alone or in combination of two or more. Further, as the polymer flocculant, the polymer structure, molecular weight, functional group amount such as hydroxyl group and ionic group, etc. can be used without particular limitation depending on the required properties. Examples of the polymer flocculant include polyethylene oxide manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Kanto Chemical Co., Ltd., Sumitomo Seika Co., Ltd., and cationic PAM manufactured by Harima Chemical Co., Ltd.
  • Halifix Hermide B-15, an anionic PAM, Hermide RB-300, an amphoteric PAM, and SC-5, a cationized starch manufactured by Sanwa Starch Co., Ltd., are commercially available. However, it is not limited to these.
  • the amount of the polymer flocculant added is not particularly limited, but is preferably 100 ppm by mass or more and 1% by mass or less based on the entire fiber-reinforced composite material. More preferably, it is 500 mass ppm or more and 0.5 mass% or less. Thereby, the constituent material can be aggregated with good yield. If the addition amount of the polymer flocculant is smaller than the above lower limit value, the yield may be lowered, and if it is larger than the above upper limit value, the agglomeration is too strong and problems such as dehydration may occur.
  • the characteristics of the fiber-reinforced composite material of the present invention can be adjusted by further including at least one filler powder selected from inorganic powders and metal powders as a constituent material.
  • the inorganic powder include oxides such as titanium oxide, alumina, silica, zirconia, and magnesium oxide, nitrides such as boron nitride, aluminum nitride, and silicon nitride, and barium sulfate, iron sulfate, and copper sulfate.
  • examples include sulfides, hydroxides such as aluminum hydroxide and magnesium hydroxide, minerals such as kaolinite, talc, natural mica, and synthetic mica, and carbides such as silicon carbide.
  • the metal powder may be a metal powder composed of a single metal element or an alloy powder composed of a plurality of metals, but the metal element constituting the metal powder may be aluminum, Examples thereof include silver, copper, magnesium, iron, chromium, nickel, titanium, zinc, tin, molybdenum, and tungsten.
  • the fiber reinforced composite material has improved properties in addition to the above-mentioned fiber filler, resin, powdery substance having ion exchange ability, at least one filler powder selected from inorganic powder and metal powder, and polymer flocculant.
  • Objective stabilizers such as antioxidants and UV absorbers, release agents, plasticizers, flame retardants, resin curing catalysts and accelerators, pigments, dry paper strength improvers, wet paper strength improvers and other paper Strength improver, yield improver, freeness improver, size fixer, antifoaming agent, rosin sizing agent for acidic papermaking, rosin sizing agent for neutral papermaking, alkyl ketene dimer sizing agent, alkenyl succinic anhydride Sizing agents such as sizing agents, specially modified rosin sizing agents, coagulants such as sulfuric acid bands, aluminum chloride, polyaluminum chloride, etc. to adjust production conditions and develop the required physical properties It can be to use various additives.
  • the fiber-reinforced composite material according to the present embodiment is obtained by a papermaking method.
  • the papermaking method indicates a papermaking technique which is one of papermaking techniques.
  • the material composition containing the fiber filler and resin obtained using this technique is used. By doing so, a high-strength fiber-reinforced composite material can be obtained. Although this reason is not necessarily clear, it is thought that it is because the entanglement of fiber fillers can be made.
  • the fiber-reinforced composite material according to this embodiment is manufactured by a papermaking method, and examples of the manufacturing method include the following.
  • the material excluding the polymer flocculant is added to the solvent, and is stirred and dispersed.
  • a method of dispersing the material in a solvent is not particularly limited, and examples thereof include a method of stirring with a disperser or a homogenizer.
  • the solvent is not particularly limited, but in the process of dispersing the constituent material of the fiber reinforced composite material, it is difficult to volatilize, and since it does not remain in the fiber reinforced composite material, it is easy to remove the solvent, and the boiling point is too high. In order to remove the solvent, it is preferable that the boiling point is 50 ° C. or higher and 200 ° C.
  • ethers such as Kill.
  • water is particularly preferable because of its abundant supply amount, low cost, low environmental load, high safety and easy handling.
  • the fiber reinforced composite material has a powdery substance having ion exchange ability
  • the powdery substance having ion exchange ability makes it easy for the resin and the fiber filler to form an agglomerated state, and the constituent material in the solvent is floc-like. Furthermore, it becomes easier to aggregate.
  • the solvent and the aggregated constituent material are put in a container having a bottom made of mesh, and the solvent is discharged from the mesh. Thereby, an aggregate and a solvent will be isolate
  • the sheet-like aggregate is taken out from the container, and the aggregate is put into a drying furnace and dried to further remove the solvent. Thereafter, the aggregate is formed. Thereby, a fiber reinforced composite material is obtained.
  • the molding method include molding methods such as press molding, compression molding, calender roll molding, SMC method, injection molding, matched die method, laminate molding with resin, woven fabric, nonwoven fabric and the like.
  • the fiber-reinforced composite material of the present invention can be widely used in electrical / electronic applications, civil engineering / architecture applications, automobile applications, aircraft applications, and the like. Specifically, for example, it can be used for various members in housings for electronic devices and the like, building materials for houses and furniture, vehicles, aircrafts, and the like.
  • the fiber-reinforced composite material of the present invention can be easily molded into a free shape, imparting appropriate characteristics depending on the application.
  • Example 1 50 parts of an average 30 ⁇ m phenol resin (product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 40 parts of aramid fiber filler (product number: T32PNW, manufactured by Teijin Limited) having a fiber diameter of 12 ⁇ m, and aramid fiber pulp (product number: manufactured by DuPont) 5 parts of aramid alp) and 5 parts of hydrotalcite (product number STABIOCE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) were added to 10,000 parts of water and stirred for 20 minutes with a disperser.
  • aramid fiber filler product number: T32PNW, manufactured by Teijin Limited
  • aramid fiber pulp product number: manufactured by DuPont
  • hydrotalcite product number STABIOCE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.
  • a flocculant polyethylene oxide, molecular weight 1,000,000 dissolved in water in advance was added in an amount of 0.5% to the constituent materials, and agglomerated in a floc form. This was filtered through a 40-mesh metal mesh, the agglomerate was dehydrated and pressed at a pressure of 3 Pa, and then dried at 50 ° C. for 5 hours to obtain a sheet-like compound. This sheet-like compound was cured at 180 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 MPa to obtain a molded body of 10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 1 mm.
  • Example 2 Example 1 except that 40 parts of an average 30 ⁇ m phenol resin (product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) and 50 parts of aramid fiber filler (product number: T32PNW, manufactured by Teijin Limited) having a fiber diameter of 12 ⁇ m and a length of 3 mm were used. A molded body was obtained.
  • phenol resin product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
  • aramid fiber filler product number: T32PNW, manufactured by Teijin Limited
  • Example 3 Example 1 except that 40 parts of an average 30 ⁇ m phenol resin (product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) and 50 parts of aramid fiber filler (product number: T32PNW, manufactured by Teijin Limited) having a fiber diameter of 12 ⁇ m and a length of 3 mm were used. A molded body was obtained.
  • phenol resin product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
  • aramid fiber filler product number: T32PNW, manufactured by Teijin Limited
  • Example 4 40 parts of an average 30 ⁇ m phenolic resin (product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 50 parts of PBO fiber filler (product number: Zylon, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) having a fiber diameter of 10 ⁇ m and a length of 3 mm, and aramid fiber pulp (product number: manufactured by DuPont) 5 parts of aramid alp) and 5 parts of hydrotalcite (product number STABIOCE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) were added to 10,000 parts of water and stirred for 20 minutes with a disperser.
  • PBO fiber filler product number: Zylon, manufactured by Toyobo Co., Ltd.
  • aramid fiber pulp product number: manufactured by DuPont
  • hydrotalcite product number STABIOCE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.
  • a flocculant polyethylene oxide, molecular weight 1,000,000 dissolved in water in advance was added in an amount of 0.5% to the constituent materials, and agglomerated in a floc form. This was filtered through a 40-mesh metal mesh, the agglomerate was dehydrated and pressed at a pressure of 3 Pa, and then dried at 50 ° C. for 5 hours to obtain a sheet-like compound. This sheet-like compound was cured at 180 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 MPa to obtain a molded body of 10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 1 mm.
  • Example 5 40 parts of an average 30 ⁇ m phenolic resin (product number PR-51723 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 50 parts of E glass fiber (product number CS3J-888 manufactured by Nittobo Co., Ltd.) having a fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 12 ⁇ m, and aramid fiber pulp (DuPont) 5 parts of product number Para-aramid Alp and 5 parts of hydrotalcite (Product number STABIACE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) were added to 10,000 parts of water, and the mixture was stirred with a disperser for 20 minutes.
  • phenolic resin product number PR-51723 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.
  • E glass fiber product number CS3J-888 manufactured by Nittobo Co., Ltd.
  • aramid fiber pulp DuPont
  • 5 parts of product number Para-aramid Alp and 5 parts of hydrotalcite Product number STABIACE HT-1 manufactured
  • a flocculant polyethylene oxide, molecular weight 1,000,000 dissolved in water in advance was added in an amount of 0.5% to the constituent materials, and agglomerated in a floc form. This was filtered through a 40-mesh metal mesh, the agglomerate was dehydrated and pressed at a pressure of 3 Pa, and then dried at 50 ° C. for 5 hours to obtain a sheet-like compound. This sheet-like compound was cured at 180 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 MPa to obtain a molded body of 10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 1 mm.
  • Example 6 40 parts of an average 30 ⁇ m phenolic resin (product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 50 parts of PAN-based carbon fiber (product number trading card T008-003, manufactured by Toray Industries Inc.) having a fiber length of 3 mm and a fiber diameter of 7 ⁇ m, and aramid fiber pulp (DuPont) 5 parts of a product No. Para-aramid Alp manufactured by KK and 5 parts of hydrotalcite (Product No. STABIACE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) were added to 10,000 parts of water and stirred for 20 minutes with a disperser.
  • PAN-based carbon fiber product number trading card T008-003, manufactured by Toray Industries Inc.
  • aramid fiber pulp DuPont
  • 5 parts of a product No. Para-aramid Alp manufactured by KK and 5 parts of hydrotalcite Product No. STABIACE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.
  • a flocculant polyethylene oxide, molecular weight 1,000,000 dissolved in water in advance was added in an amount of 0.5% to the constituent materials, and agglomerated in a floc form. This was filtered through a 40-mesh metal mesh, the agglomerate was dehydrated and pressed at a pressure of 3 Pa, and then dried at 50 ° C. for 5 hours to obtain a sheet-like compound. This sheet-like compound was cured at 180 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 MPa to obtain a molded body of 10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 1 mm.
  • Example 7 An average of 30 ⁇ m phenol resin (product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 40 parts of aramid fiber filler (product number: T32PNW, manufactured by Teijin Limited) having a fiber diameter of 12 ⁇ m, and 40 parts of aramid fiber pulp (product number: manufactured by DuPont) Add 5 parts of Aramid Alp, 5 parts of Hydrotalcite (Product No. STABIACE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) and 5 parts of Alumina (Product No. AM-27 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) to 10,000 parts of water and add 20 parts with a disperser. Stir for minutes.
  • a flocculant polyethylene oxide, molecular weight 1,000,000 dissolved in water in advance was added in an amount of 0.5% to the constituent materials, and agglomerated in a floc form. This was filtered through a 40-mesh metal mesh, the agglomerate was dehydrated and pressed at a pressure of 3 Pa, and then dried at 50 ° C. for 5 hours to obtain a sheet-like compound. This sheet-like compound was cured at 180 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 MPa to obtain a molded body of 10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 1 mm.
  • Comparative Example 1 50 parts of an average 30 ⁇ m phenol resin (product number PR-51723 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 40 parts of nylon fiber filler (product number 6D-2MM manufactured by Chubu Pile Co., Ltd.) having a fiber diameter of 6 ⁇ m and a length of 3 mm, and aramid fiber pulp (DuPont) 5 parts of product number Para-aramid Alp and 5 parts of hydrotalcite (Product number STABIACE HT-1 manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) were added to 10,000 parts of water, and the mixture was stirred with a disperser for 20 minutes.
  • a flocculant polyethylene oxide, molecular weight 1,000,000 dissolved in water in advance was added in an amount of 0.5% to the constituent materials, and agglomerated in a floc form. This was filtered through a 40-mesh metal mesh, the agglomerate was dehydrated and pressed at a pressure of 3 Pa, and then dried at 50 ° C. for 5 hours to obtain a sheet-like compound. This sheet-like compound was cured at 180 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 MPa to obtain a molded body of 10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 1 mm.
  • Comparative Example 2 Comparative Example 1 except that 30 parts of an average 30 ⁇ m phenol resin (product number PR-51723 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) and 60 parts of a nylon fiber filler (product number 6D-2MM manufactured by Chubu Pile Co., Ltd.) having a fiber diameter of 6 ⁇ m and a length of 3 mm were used. In the same manner, a molded body was obtained.
  • a flocculant polyethylene oxide, molecular weight 1,000,000 dissolved in water in advance was added in an amount of 0.5% to the constituent materials, and agglomerated in a floc form. This was filtered through a 40-mesh metal mesh, the agglomerate was dehydrated and pressed at a pressure of 3 Pa, and then dried at 50 ° C. for 5 hours to obtain a sheet-like compound. This sheet-like compound was cured at 180 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 MPa to obtain a molded body of 10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 1 mm.
  • Comparative Example 4 50 parts of an average 30 ⁇ m phenol resin (product number PR-51723, manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), 5 parts of hydrotalcite (product number STABACE HT-1, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), 45 parts of alumina (product number AM-27, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) The mixture was kneaded with a pressure kneader at a temperature of 100 ° C. for 40 minutes to obtain a kneaded product. The kneaded product was compressed to a thickness of several tens of mm with a hydraulic press, and further passed through a metal roll at 80 ° C. several times to cut off the end portion to obtain a sheet-like compound. This sheet-like compound was cured at 180 ° C. for 10 minutes at a pressure of 30 MPa to obtain a molded body of 10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 1 mm.
  • Bending strength and flexural modulus were performed in accordance with JIS K 6911. The test piece used was cut out to 2.5 cm ⁇ 5 cm from the laminates obtained from the examples and comparative examples. The measurement was performed by a three-point bending test method.
  • the DuPont impact test was performed in accordance with JIS K 5600-5-3.
  • the test piece used was cut out from the laminates obtained from Examples and Comparative Examples so as to be 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 1 mm.
  • the equipment used was IM-4520 manufactured by Ueshima Seisakusho Co., Ltd., the weight was 300 g, the weight was dropped from 15 cm to 50 cm, and no change was observed in the appearance.
  • Examples 1 to 7 were all laminates excellent in the DuPont impact test. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, since a fiber filler having a tensile strength of 2.0 GPa or more was not used, a laminate excellent in the DuPont impact test could not be obtained.

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Abstract

本発明は、機械的特性に優れた繊維強化複合材料を提供する。本発明の繊維強化複合材料は、繊維フィラーと樹脂とを含む材料組成物により構成され、抄造法により得られる繊維強化複合材料である。本発明の繊維強化複合材料中の繊維フィラーの引っ張り強度は2.0GPa以上であり、フィラーの平均繊維長さは500μm以上、10mm以下であり、繊維フィラーの含有量が、前記材料組成物全体の35質量%以上80質量%以下であり、イオン交換能を有する粉末状物質をさらに含むものである。

Description

積層体および筐体
 本発明は、繊維強化複合材料および筐体に関する。
 プラスチック繊維、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と樹脂マトリックスからなる繊維強化複合材料は、強度、剛性に優れているため、電気・電子用途、土木・建築用途、自動車用途、航空機用途等に広く用いられている。なかでも強化繊維が均一に分散した基材を用いた複合材料は、力学特性が等方的になり、さらには高強度を発現する材料であれば適用可能な用途は非常に多くなる。
 強化繊維を均一かつ等方的に分散し、繊維強化複合材料を作製する方法として、抄造法が検討されている。例えば特許文献1には、フェノール樹脂粉末と強化繊維としてガラス繊維とアラミド繊維を水中に分散し抄造したウェブ状の成形材料を、成形金型にて加熱加圧成形(圧縮成形)して繊維強化のフェノール樹脂成形品を作製している。また、特許文献2には、ガラス繊維とビニロン繊維をフェノール樹脂の微粒子と共に水中に分散させ、これらを抄造し乾燥してシート状の成形材料を得た後に、金型内で加熱加圧成形して板状成形品を作製することが記載されており、抄造する強化繊維及び分散混抄する樹脂を選定することで、機械的特性を中心とした成形品特性の改良検討が行われている。
 抄造法により作製した複合シートについて、特許文献3には、天然パルプと熱接着性を有し適度な繊維伸度を有する熱可塑性繊維を含むプレス成形用紙が記載されている。特許文献4には、熱可塑性繊維を主成分とする紙層とセルロースパルプを主成分とする紙層の積層構造による熱成形用の板紙が記載されている。しかしながら、抄造した複合シートの成形性は良いものの、成形体の機械強度については高強度と言えるものではなく、適用可能な用途が電気・電子部品の包装容器、その他の工業用部品の包装容器、各種食品の包装容器や、トレイ、使い捨て食器(弁当箱、折り箱など)、車輌内装材、包装用緩衝材などに限定されるものであった。
特開平10-95024号公報 特開平10-166361号公報 特開平10-8393号公報 特開2000-265400公報
 本発明の目的は、機械的特性に優れた繊維強化複合材料を提供することにある。
 このような目的は、下記[1]~[9]の本発明により達成される。
[1]繊維フィラーと樹脂とを含む材料組成物により構成され、抄造法により得られる繊維強化複合材料であって、前記繊維フィラーの引っ張り強度が2.0GPa以上である、繊維強化複合材料
[2]前記繊維フィラーの平均繊維長さが500μm以上10mm以下である[1]に記載の繊維強化複合材料。
[3]前記繊維フィラーの含有量が、前記材料組成物全体の35質量%以上80質量%以下である[1]または[2]に記載の繊維強化複合材料。
[4]前記繊維フィラーがアラミド繊維である、[1]ないし[3]のいずれか一つに記載の繊維強化複合材料。
[5]前記材料組成物は、イオン交換能を有する粉末状物質をさらに含む、[1]ないし[4]のいずれか一つに記載の繊維強化複合材料。
[6]前記材料組成物は、無機粉末及び金属粉末から成る群より選択される少なくとも一種のフィラー粉末をさらに含む、[1]ないし[5]のいずれか一つに記載の繊維強化複合材料。
[7]前記樹脂が熱硬化性樹脂である、[1]ないし[6]のいずれか一つに記載の繊維強化複合材料。
[8]JIS K 6911の曲げ強度及び曲げ弾性率がそれぞれ少なくとも309MPa、25GPaであり、JIS K 5600-5-3のデュポン衝撃試験350mmにおいて試験後の外観に変化がない、[1]ないし[7]のいずれか一つに記載の繊維強化複合材料。
[9][1]ないし[8]のいずれか一つに記載の繊維強化複合材料を用いた、電子機器を収容する筐体。
 本発明によれば、外観が良好で機械的特性に優れた繊維強化複合材料が得られる。特に、軽くて高強度な3次元成形体が得られるので、携帯性を有する電子機器の筐体の様な構造体に好適に利用することができる。
 まず、本発明の繊維強化複合材料について詳細に説明する。本発明の繊維強化複合材料には引っ張り強度が2.0GPa以上の繊維フィラーを用いる。引っ張り強度が2.0GPa以上の繊維フィラーを用いることで、繊維強化複合材料の強度を向上させることができる。すなわち、繊維強化複合材料の表面に衝撃荷重が加わった場合、その衝撃を、繊維強化複合材料に含有される繊維フィラーが面方向に逃がすことによって、衝撃荷重が加わっても、繊維強化複合材料に割れやクラックが入ることを防ぐことができる。本発明者は鋭意研究を重ねた結果、引っ張り強度が2.0GPa以上の繊維フィラーを用いることで、十分に実用上問題のない繊維強化複合材料が得られることを見出した。
引っ張り強度が2.0GPaの繊維フィラーは、引っ張り強度が2.0GPa以上の繊維を粉砕、切断等して得られたものである。引っ張り強度が2.0GPa以上の繊維としては、たとえば、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維、ポリアリレート繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、高強度ポリプロピレン繊維などの合成繊維、PAN系カーボン繊維、金属繊維、無機繊維などが挙げられる。これらの繊維より構成される繊維フィラーは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 繊維フィラーの形状としては、特に制限無く使用可能であり、必要特性に応じた形状のものを用いることができる。曲げ強度や、耐衝撃性などの強度特性を向上させる場合には、チョップドストランドで使用することが望ましい。また、歩留まりの向上効果を得るためには、繊維をビーターや、ホモジナイザーなどの機械的なせん断力により叩解したものや、フィブリル化したものが好ましい。このような繊維は、繊維表面積が大きく、物理的に樹脂の捕捉能力が高く、また、化学的に高分子凝集剤と作用しやすくなるため好ましい。
 また、本実施形態に係る繊維フィラーの含有量は、35質量%以上、80質量%以下であることが好ましく、特に求められる要求に応じて使い分けることが好ましい。上記下限値以上であると、耐衝撃性が向上し好ましい。上記上限値以下であると軽量性、加工性の悪化を防止でき好ましい。
 また、本実施形態に係る繊維フィラーの平均繊維長さは、特に限定されないが、要求される特性に応じて使い分けることが望ましく、例えば、500μm以上、10mm以下であることが好ましい。平均繊維長さを500μm以上とすることで、繊維フィラーによる特性を発現させることができる。
 一方で、平均繊維長さを500μm以上、10mm以下とすることで、成形加工性を確保することができる。なお、成形加工性とは、繊維強化複合材料の表面平滑性および脱型性のことをいう。
 なかでも、繊維フィラーによる特性を発揮させるとともに、成形加工性を確保する観点から、繊維フィラーの平均繊維長さは、1mm以上、さらには3mm以上、8mm以下であることが好ましい。
 また、繊維フィラーの平均径は、1μm以上、100μm以下であることが好ましく、特に5μm以上、80μm以下であることが好ましい。1μm以上とすることで、繊維強化複合材料の剛性を確保することができ、100μm以下とすることで、成形加工性を確保することができる。
 繊維の長さおよび径は、例えば、得られた繊維強化複合材料を電子顕微鏡で観察することにより、確認することができる。
 本発明の繊維強化複合材料には、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも1種の樹脂を用いることができる。このような樹脂としては、特に限定されるものではなく、各種熱可塑性樹脂、各種熱硬化性樹脂が挙げられ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)等のポリオレフィン、環状ポリオレフィン、変性ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド(例:ナイロン6、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン612、ナイロン11、ナイロン12、ナイロン6-12、ナイロン6-66)、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリ-(4-メチルペンテン-1)、アイオノマー、アクリル系樹脂、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、アクリロニトリル-スチレン共重合体(AS樹脂)、ブタジエン-スチレン共重合体、ポリオキシメチレン、ポリビニルアルコール(PVA)、エチレン-ビニルアルコール共重合体(EVOH)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリシクロヘキサンテレフタレート(PCT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエーテル、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド、ポリアセタール(POM)、ポリフェニレンオキシド、変性ポリフェニレンオキシド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、その他フッ素系樹脂、スチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、トランスポリイソプレン系、フッ素ゴム系、塩素化ポリエチレン系等の各種熱可塑性エラストマー、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、又はこれらを主とする共重合体、ブレンド体、ポリマーアロイ等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。樹脂は湿式抄造により繊維等と複合化することから、常温で粒子状又は繊維状であり、水に不溶であるものが好ましい。これらのなかでも熱可塑性樹脂としては、ポリカーボネート、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、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルフォン、ポリフェニレンスルフィドから選ばれる少なくとも一種の樹脂が、成形体の耐熱性を高めることができる点で、更に高融点であるため好ましい。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂から選ばれる少なくとも一種の樹脂が、成形体の耐熱性を高めることができる点で特に好ましい。これらのうち、機械強度や耐薬品性が良好であるという観点では、熱硬化性樹脂が好ましく、成形性が良好であることや、樹脂の透明性などのデザイン性が必要であるという観点では、熱可塑性樹脂が好ましい。
 樹脂の配合量としては、繊維強化複合材料全体に対して、好ましくは10~60質量%、さらに好ましくは15~55質量%、特に好ましくは20~50質量%である。これにより、繊維強化複合材料を加熱加圧成形した場合に、外観が良好で且つ樹脂偏在の少ない成形体を作製することができる。
 繊維フィラーの表面処理としては、表面処理剤によるカップリング処理があげられる。表面処理剤としては、繊維フィラーに付与したときに界面接着強度が上記範囲内となる表面処理剤であれば特に制限されず、公知のものを使用することができる。具体的にはエポキシシランカップリング剤、カチオニックシランカップリング剤、アミノシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤およびシリコーンオイル型カップリング剤の中から選ばれる1種以上のカップリング剤を使用することができる。
 繊維フィラーを用いる際に、さらにイオン交換能を有する粉末状物質を含んでもよい。このようなイオン交換能を有する粉末物質を用いることにより、繊維フィラーの繊維長を長く維持したまま高い収率で、繊維フィラーと樹脂との凝集体を効率よく作製することができるため、繊維状フィラーと樹脂との配合比率を広範囲に調整することが可能となる。このため、求められる要求に応じて、繊維フィラーの特性と、樹脂の特性とのバランスに優れた幅広い繊維強化複合材料を、より効率的に得ることができる。
 イオン交換能を有する粉末状物質としては、粘土鉱物、鱗片状シリカ微粒子、ハイドロタルサイト類、フッ素テニオライト及び膨潤性合成雲母から選ばれる少なくとも1種の層間化合物を含むことが好ましい。
 粘土鉱物としては、天然物でも合成されたものであっても特に限定されるものではないが、例えば、スメクタイト、ハロイサイト、カネマイト、ケニヤイト、燐酸ジルコニウム及び燐酸チタニウムなどが挙げられる。ハイドロタルサイト類としては、イオン交換能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ハイドロタルサイト、ハイドロタルサイト状物質などが挙げられる。フッ素テニオライトとしては、イオン交換能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、リチウム型フッ素テニオライト、ナトリウム型フッ素テニオライトなどが挙げられる。膨潤性合成雲母としては、イオン交換能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、ナトリウム型四珪素フッ素雲母、リチウム型四珪素フッ素などが挙げられ、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 これらのうちでは、粘土鉱物がより好ましく、スメクタイトが天然物から合成物まで存在し、選択の幅が広いという点においてさらに好ましい。
 スメクタイトとしては、イオン交換能を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト及びスチーブンサイトなどが挙げられる。モンモリロナイトは、アルミニウムの含水ケイ酸塩であるが、モンモリロナイトを主成分とし、他に石英や雲母、長石、ゼオライトなどの鉱物を含んでいるベントナイトであってもよい。着色や不純物を気にする用途に用いる場合などには、不純物が少ない合成スメクタイトが好ましい。
 イオン交換能を有する粉末状物質として、例えば、クニミネ工業(株)製のクニピア(ベントナイト)、スメクトンSA(合成サポナイト)、AGCエスアイテック(株)製のサンラブリー(鱗片状シリカ微粒子)、コープケミカル(株)製のソマシフ(膨潤性合成雲母)、ルーセンタイト(合成スメクタイト)、堺化学工業(株)製のハイドロタルサイトSTABIACE HT-1(ハイドロタルサイト)などが市販品として入手可能であるが、これらに限定されるものではない。
 イオン交換能を有する粉末状物質の含有量は、繊維強化複合材料全体の0.1質量%以上、30質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは、2質量%以上20質量%以下である。上記範囲内であれば、繊維フィラーと樹脂のように性質の異なる構成材料の作業性を向上させる効果を得ることができる。尚、繊維フィラーと樹脂との比率や、高分子凝集剤の種類や量などに合せて、イオン交換能を有する粉末状物質の含有量を調整することが好ましい。
 繊維強化複合材料は、高分子凝集剤を含むことが好ましい。高分子凝集剤は、詳しくは後述するが、繊維フィラーおよび樹脂をフロック状に凝集させるためのものである。高分子凝集剤は、特にイオン性などにより限定されるものではなく、カチオン性高分子凝集剤、アニオン性高分子凝集剤、ノニオン性高分子凝集剤、両性高分子凝集剤などを用いることができる。このようなものとして、例えば、カチオン性ポリアクリルアミド、アニオン性ポリアクリルアミド、ホフマンポリアクリルアミド、マンニックポリアクリルアミド、両性共重合ポリアクリルアミド、カチオン化澱粉、両性澱粉、ポリエチレンオキサイドなどを挙げることができる。これらの高分子凝集剤は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。また、高分子凝集剤として、ポリマー構造や分子量、水酸基やイオン性基などの官能基量などは、必要特性に応じて特に制限無く使用可能である。また、高分子凝集剤としては、例えば、和光純薬工業(株)製や関東化学工業(株)製、住友精化(株)製のポリエチレンオキシドや、ハリマ化成(株)製のカチオン性PAMであるハリフィックス、アニオン性PAMであるハーマイドB-15、両性PAMであるハーマイドRB-300、三和澱粉工業(株)製カチオン化澱粉であるSC-5などが市販品として入手可能であるが、これらに限定されるものではない。
 また、高分子凝集剤の添加量としては、特に限定はされないが、繊維強化複合材料の全体に対して100質量ppm以上、1質量%以下が好ましい。更に好ましくは、500質量ppm以上、0.5質量%以下である。これにより、収得よく構成材料が凝集させることができる。高分子凝集剤の添加量が上記下限値よりも小さいと収得が低下する可能性があり、上記上限値よりも大きいと凝集が強すぎて脱水などに問題が生じる可能性がある。
 本発明の繊維強化複合材料は、構成材料として、さらに無機粉末及び金属粉末から選ばれる少なくとも一種のフィラー粉末を含むことにより、特性を調整することができる。無機粉末としては、例えば、酸化チタン、アルミナ、シリカ、ジルコニア、酸化マグネシウムなどの酸化物類や、窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び窒化ケイ素などの窒化物類や、硫酸バリウム、硫酸鉄、硫酸銅などの硫化物類や、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの水酸化物類や、カオリナイト、タルク、天然マイカ、合成マイカなどの鉱物類ならびに、炭化ケイ素などの炭化物類などが挙げられ、そのまま使用してもよいが、必要特性に応じてシランカップリング剤、アルミネートカップリング剤、チタネートカップリング剤などで表面処理をしたものを使用してもよい。また、金属粉末としては、単独の金属元素で構成される金属粉末であっても、複数の金属で構成される合金粉末であってもよいが、金属粉末を構成する金属元素としては、アルミニウム、銀、銅、マグネシウム、鉄、クロム、ニッケル、チタン、亜鉛、錫、モリブデン及びタングステンなどが挙げられる。
 前記繊維強化複合材料には、上述の繊維フィラー、樹脂、イオン交換能を有する粉末状物質、無機粉末及び金属粉末から選ばれる少なくとも一種のフィラー粉末、ならびに、高分子凝集剤以外に、特性向上を目的とした酸化防止剤や紫外線吸収剤などの安定剤、離型剤、可塑剤、難燃剤、樹脂の硬化触媒や硬化促進剤、顔料、乾燥紙力向上剤、湿潤紙力向上剤などの紙力向上剤、歩留まり向上剤、濾水性向上剤、サイズ定着剤、消泡剤、酸性抄紙用ロジン系サイズ剤、中性製紙用ロジン系サイズ剤、アルキルケテンダイマー系サイズ剤、アルケニルコハク酸無水物系サイズ剤、特殊変性ロジン系サイズ剤などのサイズ剤、硫酸バンド、塩化アルミ、ポリ塩化アルミなどの凝結剤などを、生産条件調整や、要求される物性を発現させることを目的に様々な添加剤を使用することができる。
 また、本実施形態に係る繊維強化複合材料は、抄造法により得られたものである。ここで、抄造法とは、製紙化技術の1つである紙抄きの技術のことを示している。本実施形態によれば、かかる技術を用いて得られた繊維フィラーと樹脂を含む材料組成物を用いている。こうすることにより、高強度な繊維強化複合材料を得ることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、繊維フィラー同士の絡み合いを作ることができるためであると考えられる。
 本実施形態に係る繊維強化複合材料は、抄造法によって製造されるが、製造方法としては以下の例が挙げられる。上述した繊維強化複合材料の構成材料のうち、高分子凝集剤を除いた材料を溶媒に添加し、撹拌して、分散させる。前記材料を溶媒に分散させる方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、ディスパーザーやホモジナイザーなどで撹拌する方法などが挙げられる。
 前記溶媒は、特に限定されないが、繊維強化複合材料の構成材料を分散させる過程において、揮発しにくいことと、繊維強化複合材料に残存させないために、脱溶媒をしやすいということ、沸点が高すぎると脱溶媒するために、エネルギーが大きく掛かることなどの観点から、沸点が50℃以上、200℃以下であるものが好ましく、このようなものとしては、例えば、水や、エタノール、1-プロパノール、1-ブタノール、エチレングリコールなどのアルコール類や、アセトン、メチルエチルケトン、2-ヘプタノン、シクロヘキサノンなどのケトン類や、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセト酢酸メチルなどのエステル類や、テトラヒドロフラン、イソプロピルエーテル、ジオキサン、フルフラールなどのエーテル類などを挙げることができる。これらの溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらのなかでも、供給量が豊富であり、安価、環境負荷が低い、安全性も高く扱いやすいという理由から水が特に好ましい。
 その後、高分子凝集剤を添加する。繊維強化複合材料がイオン交換能を有する粉末状物質を有する場合においては、このイオン交換能を有する粉末状物質により、樹脂と繊維フィラーが凝集状態を形成しやすく、溶媒中の構成材料がフロック状に、よりいっそう凝集しやすくなる。
 その後、底面がメッシュで構成された容器に、前記溶媒および凝集した構成材料(凝集物)を入れて、メッシュから溶媒を排出する。これにより、凝集物と、溶媒とが分離されることとなる(抄造工程)。次に、容器からシート状の凝集物を取り出して、この凝集物を乾燥炉に入れて、乾燥させて溶媒をさらに除去する。その後凝集物を成形する。これにより、繊維強化複合材料が得られる。成形方法としては、例えば、プレス成形、コンプレッション成形、カレンダーロール成形、SMC法、射出成形、マッチドダイ法、樹脂、織布、不織布などとの積層成形などの成形方法が挙げられる。
 本発明の繊維強化複合材料は、電気・電子用途、土木・建築用途、自動車用途、航空機用途等に広く用いうことができる。具体的には、たとえば、電子機器等の筐体、住宅および家具用の建材、車両および航空機等における各種部材に用いることができる。本発明の繊維強化複合材料は、用途に応じて適当な特性を付与し、かつ、自由な形状に成形することが容易である。
(1)実施例1
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)50部と、繊維径12μm、長さ3mmのアラミド繊維フィラー(帝人社製 品番T32PNW)40部と、アラミド繊維パルプ(デュポン社製 品番パラアラミドアルプ)5部、ハイドロタルサイト(堺化学工業社製 品番STABIACE HT-1)5部を水10,000部に添加し、ディスパーザーで20分間撹拌した。
 次に、あらかじめ水に溶解させた凝集剤(ポリエチレンオキシド 分子量1,000,000)を構成材料に対して0.5%添加して、フロック状に凝集させた。
 これを40メッシュの金属網でろ過し、凝集物を3Paの圧力で脱水プレスしたのち、50℃で5時間乾燥させ、シート状化合物を得た。
 このシート状化合物を、30MPaの圧力で180℃で10分間硬化させ、10cm×10cm×1mmの成形体を得た。
(2)実施例2
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)40部と、繊維径12μm、長さ3mmのアラミド繊維フィラー(帝人社製 品番T32PNW)50部とした以外は実施例1と同様にして、成形体を得た。
(3)実施例3
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)40部と、繊維径12μm、長さ3mmのアラミド繊維フィラー(帝人社製 品番T32PNW)50部とした以外は実施例1と同様にして、成形体を得た。
(4)実施例4
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)40部と、繊維径10μm、長さ3mmのPBO繊維フィラー(東洋紡社製 品番ザイロン)50部と、アラミド繊維パルプ(デュポン社製 品番パラアラミドアルプ)5部、ハイドロタルサイト(堺化学工業社製 品番STABIACE HT-1)5部を水10,000部に添加し、ディスパーザーで20分間撹拌した。
 次に、あらかじめ水に溶解させた凝集剤(ポリエチレンオキシド 分子量1,000,000)を構成材料に対して0.5%添加して、フロック状に凝集させた。
これを40メッシュの金属網でろ過し、凝集物を3Paの圧力で脱水プレスしたのち、50℃で5時間乾燥させ、シート状化合物を得た。
 このシート状化合物を、30MPaの圧力で180℃で10分間硬化させ、10cm×10cm×1mmの成形体を得た。
(5)実施例5
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)40部と、繊維長3mm、繊維径12μmのEガラス繊維(日東紡社製 品番CS3J-888)50部と、アラミド繊維パルプ(デュポン社製 品番パラアラミドアルプ)5部、ハイドロタルサイト(堺化学工業社製 品番STABIACE HT-1)5部を水10,000部に添加し、ディスパーザーで20分間撹拌した。
次に、あらかじめ水に溶解させた凝集剤(ポリエチレンオキシド 分子量1,000,000)を構成材料に対して0.5%添加して、フロック状に凝集させた。
 これを40メッシュの金属網でろ過し、凝集物を3Paの圧力で脱水プレスしたのち、50℃で5時間乾燥させ、シート状化合物を得た。
 このシート状化合物を、30MPaの圧力で180℃で10分間硬化させ、10cm×10cm×1mmの成形体を得た。
(6)実施例6
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)40部と、繊維長3mm、繊維径7μmのPAN系炭素繊維(東レ社製 品番トレカT008-003)50部と、アラミド繊維パルプ(デュポン社製 品番パラアラミドアルプ)5部、ハイドロタルサイト(堺化学工業社製 品番STABIACE HT-1)5部を水10,000部に添加し、ディスパーザーで20分間撹拌した。
 次に、あらかじめ水に溶解させた凝集剤(ポリエチレンオキシド 分子量1,000,000)を構成材料に対して0.5%添加して、フロック状に凝集させた。
これを40メッシュの金属網でろ過し、凝集物を3Paの圧力で脱水プレスしたのち、50℃で5時間乾燥させ、シート状化合物を得た。
 このシート状化合物を、30MPaの圧力で180℃で10分間硬化させ、10cm×10cm×1mmの成形体を得た。
(7)実施例7
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)35部と、繊維径12μm、長さ3mmのアラミド繊維フィラー(帝人社製 品番T32PNW)40部と、アラミド繊維パルプ(デュポン社製 品番パラアラミドアルプ)5部、ハイドロタルサイト(堺化学工業社製 品番STABIACE HT-1)5部、アルミナ(住友化学製 品番AM-27)5部を水10,000部に添加し、ディスパーザーで20分間撹拌した。
 次に、あらかじめ水に溶解させた凝集剤(ポリエチレンオキシド 分子量1,000,000)を構成材料に対して0.5%添加して、フロック状に凝集させた。
 これを40メッシュの金属網でろ過し、凝集物を3Paの圧力で脱水プレスしたのち、50℃で5時間乾燥させ、シート状化合物を得た。
 このシート状化合物を、30MPaの圧力で180℃で10分間硬化させ、10cm×10cm×1mmの成形体を得た。
(8)比較例1
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)50部と、繊維径6μm、長さ3mmのナイロン繊維フィラー(中部パイル社製 品番6D-2MM)40部と、アラミド繊維パルプ(デュポン社製 品番パラアラミドアルプ)5部、ハイドロタルサイト(堺化学工業社製 品番STABIACE HT-1)5部を水10,000部に添加し、ディスパーザーで20分間撹拌した。
 次に、あらかじめ水に溶解させた凝集剤(ポリエチレンオキシド 分子量1,000,000)を構成材料に対して0.5%添加して、フロック状に凝集させた。
 これを40メッシュの金属網でろ過し、凝集物を3Paの圧力で脱水プレスしたのち、50℃で5時間乾燥させ、シート状化合物を得た。
 このシート状化合物を、30MPaの圧力で180℃で10分間硬化させ、10cm×10cm×1mmの成形体を得た。
(9)比較例2
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)30部と、繊維径6μm、長さ3mmのナイロン繊維フィラー(中部パイル社製 品番6D-2MM)60部とした以外は、比較例1と同様にして、成形体を得た。
(10)比較例3
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)50部と、繊維径6μm、長さ3mmのピッチ系炭素繊維フィラー(三菱樹脂製 品番K223Y1)40部と、アラミド繊維パルプ(デュポン社製 品番パラアラミドアルプ)5部、ハイドロタルサイト(堺化学工業社製 品番STABIACE HT-1)5部を水10,000部に添加し、ディスパーザーで20分間撹拌した。
 次に、あらかじめ水に溶解させた凝集剤(ポリエチレンオキシド 分子量1,000,000)を構成材料に対して0.5%添加して、フロック状に凝集させた。
 これを40メッシュの金属網でろ過し、凝集物を3Paの圧力で脱水プレスしたのち、50℃で5時間乾燥させ、シート状化合物を得た。
 このシート状化合物を、30MPaの圧力で180℃で10分間硬化させ、10cm×10cm×1mmの成形体を得た。
(11)比較例4
 平均30μmのフェノール樹脂(住友ベークライト社製 品番PR-51723)50部と、ハイドロタルサイト(堺化学工業社製 品番STABIACE HT-1)5部、アルミナ(住友化学製 品番AM-27)45部を、加圧ニーダーにより、温度100℃で40分間混錬し、混錬物を得た。油圧プレスにより前記混練物を数十mm厚まで圧縮し、さらに80℃のメタルロールを数回通し、端部を切り落とし、シート状化合物を得た。
 このシート状化合物を、30MPaの圧力で180℃で10分間硬化させ、10cm×10cm×1mmの成形体を得た。
 実施例1~7、比較例1~4で得られた成形体を用いて、下記に示す特性評価を行った。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
(1)曲げ強度、曲げ弾性率
 曲げ強度、曲げ弾性率はJIS K 6911に準拠して行った。試験片は実施例および比較例から得られた積層体から2.5cm×5cmになるように切り出したものを用いた。測定は3点曲げ試験法により行った。
(2)線膨脹係数
 線膨脹係数はTMA法により行った。試験片は実施例および比較例から得られた積層体から1cm×4cmになるように切り出したものを用い、昇温速度は10℃/分で行った。
(3)デュポン衝撃試験
 デュポン衝撃試験は、JIS K 5600-5-3に準拠して行った。試験片は実施例および比較例から得られた積層体から5cm×5cm×1mmになるように切り出したものを用いた。設備は上島製作所社製IM-4520を用い、おもりの重さは300gとし、15cm~50cmでおもりを落下させ、外観に変化のないものを○、クラックが生じたものを×とした。
 実施例1~7は、いずれも、デュポン衝撃試験に優れる積層体であった。それに対し、比較例1~4では、繊維フィラーの引っ張り強度が2.0GPa以上の繊維フィラーを用いなかったため、デュポン衝撃試験に優れる積層体を得ることができなかった。

Claims (9)

  1.  繊維フィラーと樹脂とを含む材料組成物により構成され、抄造法により得られる繊維強化複合材料であって、前記繊維フィラーの引っ張り強度が2.0GPa以上である、繊維強化複合材料。
  2.  前記繊維フィラーの平均繊維長さが500μm以上、10mm以下である、請求項1に記載の繊維強化複合材料。
  3.  前記繊維フィラーの含有量が、前記材料組成物全体の35質量%以上80質量%以下である、請求項1または2に記載の繊維強化複合材料。
  4.  前記繊維フィラーがアラミド繊維である、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
  5.  前記材料組成物は、イオン交換能を有する粉末状物質をさらに含む、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
  6.  前記材料組成物は、無機粉末及び金属粉末から成る群より選択される少なくとも一種のフィラー粉末をさらに含む、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
  7.  前記樹脂が熱硬化性樹脂である、請求項1ないし6のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
  8.  JIS K 6911の曲げ強度及び曲げ弾性率がそれぞれ少なくとも309MPa、25GPaであり、JIS K 5600-5-3のデュポン衝撃試験350mmにおいて試験後の外観に変化がない、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料。
  9.  請求項1ないし8のいずれか1項に記載の繊維強化複合材料を用いた、電子機器を収容する筐体。
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