WO2021132417A1 - 複合材料用部材、複合材料、移動体及び複合材料用フィルムの製造方法 - Google Patents
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- C08J2371/00—Characterised by the use of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Derivatives of such polymers
Definitions
- the present invention relates to a composite material member made of polyaryletherketone, which can be applied to a composite material in electric / electronic devices, automobiles, aircraft, etc., and a composite material and a moving body using the composite material member.
- the present invention also relates to a method for producing a film for a composite material.
- polyetheretherketone is used as a matrix material for fiber reinforced materials because it has excellent heat resistance, mechanical properties, chemical resistance, and the like. It is necessary to crystallize the resin in order to fully exhibit these characteristics, but if the crystallinity is too high, there is a problem that durability and impact resistance are lowered, and these are used as fiber reinforced materials. Further improvement in physical properties was required. Furthermore, polyetheretherketone may be slow to crystallize, and a highly productive material for obtaining a crystallized article is also required.
- Patent Document 1 discloses a composite material in which a polyetheretherketone is used as a matrix and a fiber sized by a polyethersulfone is used as a reinforcing material. Further, Patent Document 2 discloses a fiber-reinforced thermoplastic resin prepreg using a polyarylketone resin composition having a specific intrinsic viscosity.
- the present invention has been made under such circumstances, and provides a member for a composite material having excellent rigidity, durability, impact resistance, and excellent productivity.
- the present invention provides a member for a composite material using a polyaryletherketone having a specific molecular weight distribution and a molecular weight as a means for solving the above-mentioned problems of the prior art.
- the present invention provides the following [1] to [28].
- a member for a composite material which is a composite material containing a resin and reinforcing fibers having a number average fiber length of 5 mm or more.
- the puncture impact strength measured under the conditions of thickness 100 ⁇ m, 23 ° C., fixed frame inner diameter 50 mm, punching striker diameter 12.7 mm, and test speed 3 m / sec is 0.2 J or more, [1] to [10]. ].
- the member for a composite material according to any one of.
- the puncture impact strength measured under the conditions of thickness 100 ⁇ m, -20 ° C, fixed frame inner diameter 50 mm, punching striker diameter 12.7 mm, and test speed 3 m / sec is 0.2 J or more, [1] to [ 11]
- [20] A composite material obtained by combining the composite material member according to any one of [1] to [19] with a reinforcing fiber.
- a moving body that is an aircraft, an automobile, a ship, or a railroad vehicle using the composite material according to [20] or [21].
- Prepare and melt-knead with an extruder extrude the molten resin from the mouthpiece, cool the molten resin with a cast roll to form a film shape, set the crystallization temperature of the film after cooling to 288 ° C or higher and 320 ° C or lower, and pull.
- a method for producing a film for a composite material characterized in that the tensile elasticity measured under the condition of a speed of 5 mm / min is 3400 MPa or more and 5000 MPa or less.
- the number of folding resistances of the cooled film measured under the conditions of a thickness of 100 ⁇ m, a bending angle of 135 degrees, a bending speed of 175 cpm, and a load of 9.8 N is set to 5000 or more, a thickness of 100 ⁇ m, a fixed frame inner diameter of 50 mm, and punching.
- the puncture impact strength at 23 ° C, measured under the conditions of a striker diameter of 12.7 mm and a test speed of 3 m / sec, shall be 0.2 J or more, and the puncture impact strength at -20 ° C shall be 0.2 J or more.
- [26] or [27] wherein the film for a composite material is produced.
- the present invention it is possible to provide a member for a composite material having excellent rigidity, durability, impact resistance and productivity, and a composite material and a moving body using the same.
- the "main component” refers to the most abundant component in the object, preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and further preferably 70% by mass in the object. It is particularly preferably 80% by mass or more, and most preferably 90% by mass or more.
- the composite material member according to an embodiment of the present invention is a composite material member containing a resin and reinforcing fibers having a number average fiber length of 5 mm or more, and the member contains polyaryletherketone as a main component. It contains a resin component, the molecular weight distribution of the resin component is 4 or more and 8 or less, and the mass average molecular weight is 88,000 or more. Further, the composite material member according to another embodiment of the present invention is a composite material member containing a resin component containing polyaryletherketone as a main component, and the molecular weight distribution of the resin component is 4 or more and 8 or less. The mass average molecular weight is 88,000 or more, and the composite material member is a plate-shaped member. Preferably, the polyaryletherketone has a molecular weight distribution of 4 or more and 8 or less, and a mass average molecular weight of 88,000 or more.
- the polyaryletherketone has a molecular weight distribution of 4 or more and 8 or less
- the resin component contained in the composite material member of the present invention is not particularly limited as long as it contains polyaryletherketone as a main component, has a molecular weight distribution of 4 or more and 8 or less, and has a mass average molecular weight of 88,000 or more.
- the molecular weight distribution of the resin component is 4 or more, preferably 4.1 or more, more preferably 4.2 or more, further preferably 4.5 or more, and 4.7 or more. Is particularly preferable, and 5 or more is most preferable.
- a wide molecular weight distribution means that the proportion of low molecular weight components is higher than when the molecular weight distribution is narrow. Since the low molecular weight component has low molecular chain entanglement and high motility, the molecular chain is easily folded during crystallization and the crystallization rate is increased.
- the low molecular weight component crystallizes first during crystallization, and the crystals act as a crystal nucleating agent, so that the crystal melting temperature, crystallinity, and crystallization rate of the entire resin are considered to improve. ..
- the molecular weight distribution is equal to or higher than the lower limit value, a sufficient amount of the low molecular weight component is contained, so that the crystallinity and the crystallization rate can be increased, which in turn leads to the improvement of rigidity and productivity.
- the molecular weight distribution of the resin component is 8 or less, preferably 7 or less, more preferably 6.5 or less, further preferably 6 or less, and particularly preferably 5.7 or less. It is preferably 5.5 or less, and most preferably 5.3 or less.
- the ratio of the high molecular weight component and the low molecular weight component is not too large, so that the balance between the crystallinity, the fluidity, and the mechanical properties is excellent.
- the mass average molecular weight of the resin component is 88,000 or more, preferably 90,000 or more, more preferably 93,000 or more, further preferably 95,000 or more, and particularly preferably 98,000 or more.
- the mass average molecular weight is at least the above lower limit value, the mechanical properties such as durability and impact resistance are excellent.
- the mass average molecular weight is preferably 150,000 or less, more preferably 140000 or less, further preferably 135,000 or less, further preferably 130,000 or less, and particularly preferably 125,000 or less. , 120,000 or less is particularly preferable, and 115,000 or less is most preferable.
- the mass average molecular weight is not more than the upper limit value, the crystallinity, the crystallization rate, and the fluidity at the time of melt molding tend to be excellent.
- the content ratio of the polyaryletherketone in the resin component is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and more preferably 70% by mass or more. Is more preferable, 80% by mass or more is particularly preferable, and 90% by mass or more is most preferable.
- a resin other than the polyaryletherketone is contained, if the content ratio of the polyaryletherketone is within such a range, it becomes easy to appropriately impart a necessary effect while maintaining the effect of the present invention.
- the type is not particularly limited, and polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, and ethylene-vinyl alcohol co-weight.
- polymethylpentene, polyphenylene ether, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyacetal, aliphatic polyamide, polymethylmethacrylate, polycarbonate, ABS, aromatic polyamide, polyphenylene sulfide, polyallylate, polyetherimide, polyamideimide, polysulfone, poly Ethersalphon, liquid crystal polymers, copolymers thereof, mixtures thereof and the like can be used.
- polyphenylene sulfide, polyallylate, polyetherimide, polyamideimide, polysulfone, polyethersulfone, and liquid crystal polymer are used from the viewpoint that the molding temperature is close to that of polyaryletherketone and it is easy to suppress decomposition and cross-linking during melt molding.
- polyetheretherketone When a polyetheretherketone is used as the polyaryletherketone, the same resin as the resin used for the modification of the polyaryletherketone is used as the other resin component to be blended for the purpose of modifying the polyetheretherketone.
- polyaryletherketones other than polyetheretherketone such as polyetherketone, polyetherketone ketone, polyetherketone etherketone ketone, and polyetheretherketone ketone, may be used in combination with polyetheretherketone. Is also preferable.
- a polyaryletherketone is a homopolymer or copolymer containing a monomer unit containing one or more aryl groups, one or more ether groups, and one or more ketone groups.
- polyetheretherketone, polyetherketoneketone, polyetherketone, polyetherketoneetherketoneketone, polyetheretherketoneketone, polyetherdiphenyletherketone, etc. and copolymers thereof (for example, polyetherketone-polyetheretherketone).
- Diphenyl ether ketone copolymer can be mentioned.
- polyetheretherketone is particularly preferable because it is excellent in heat resistance, mechanical properties, chemical resistance and the like.
- the molecular weight distribution of the polyaryletherketone is preferably 4 or more, more preferably 4.1 or more, further preferably 4.2 or more, and particularly preferably 4.5 or more. It is particularly preferably 7. or more, and most preferably 5 or more.
- a wide molecular weight distribution means that the proportion of low molecular weight components is higher than when the molecular weight distribution is narrow. Since the low molecular weight component has low molecular chain entanglement and high motility, the molecular chain is easily folded during crystallization and the crystallization rate is increased.
- the low molecular weight component crystallizes first during crystallization, and the crystals act as a crystal nucleating agent, so that the crystal melting temperature, crystallinity, and crystallization rate of the entire resin are considered to improve. ..
- the molecular weight distribution is at least the above lower limit value, a sufficient amount of low molecular weight components are contained, so that the degree of crystallization and the crystallization rate can be increased, which in turn tends to lead to improvement in rigidity and productivity.
- the molecular weight distribution of the polyaryletherketone is preferably 8 or less, more preferably 7 or less, further preferably 6.5 or less, still more preferably 6 or less. It is particularly preferably 7 or less, particularly preferably 5.5 or less, and most preferably 5.3 or less.
- the ratio of the high molecular weight component and the low molecular weight component is not too large, so that the balance between the crystallinity, the fluidity, and the mechanical properties is excellent.
- the mass average molecular weight of the polyaryletherketone is preferably 88,000 or more, more preferably 90,000 or more, further preferably 93,000 or more, particularly preferably 95,000 or more, and preferably 98,000 or more. Most preferred.
- the mass average molecular weight of the polyaryletherketone is at least the above lower limit value, the mechanical properties such as durability and impact resistance tend to be excellent.
- the mass average molecular weight is preferably 150,000 or less, more preferably 140000 or less, further preferably 135,000 or less, further preferably 130,000 or less, and particularly preferably 125,000 or less. , 120,000 or less is particularly preferable, and 115,000 or less is most preferable.
- the mass average molecular weight of the polyaryletherketone is not more than the upper limit value, the crystallinity, the crystallization rate, and the fluidity at the time of melt molding tend to be excellent.
- the polyetheretherketone may be a resin having at least two ether groups and a ketone group as structural units, but is excellent in thermal stability, melt moldability, rigidity, chemical resistance, impact resistance, and durability. Therefore, it preferably has a repeating unit represented by the following general formula (1).
- Ar 1 to Ar 3 independently represent an arylene group having 6 to 24 carbon atoms, and each may have a substituent).
- the arylene groups of Ar 1 to Ar 3 may be different from each other, but are preferably the same.
- Specific examples of the arylene group of Ar 1 to Ar 3 include a phenylene group and a biphenylene group. Of these, a phenylene group is preferable, and a p-phenylene group is more preferable.
- Examples of the substituent that the arylene group of Ar 1 to Ar 3 may have include an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group, and a carbon atom number such as a methoxy group and an ethoxy group. Examples thereof include 1 to 20 alkoxy groups.
- the number of the substituents is not particularly limited.
- the polyetheretherketone having a repeating unit represented by the following structural formula (2) is preferable from the viewpoint of thermal stability, melt moldability, rigidity, chemical resistance, impact resistance, and durability. ..
- the molecular weight distribution of the polyetheretherketone is preferably 4 or more, more preferably 4.1 or more, further preferably 4.2 or more, and particularly preferably 4.5 or more. It is particularly preferably 7. or more, and most preferably 5 or more.
- a wide molecular weight distribution means that the proportion of low molecular weight components is higher than when the molecular weight distribution is narrow. Since the low molecular weight component has low molecular chain entanglement and high motility, the molecular chain is likely to be folded during crystallization and the crystallization rate is likely to increase.
- the low molecular weight component crystallizes first during crystallization, and the crystals act as a crystal nucleating agent, so that the crystal melting temperature, crystallinity, and crystallization rate of the entire resin are considered to improve. ..
- the molecular weight distribution is at least the above lower limit value, a sufficient amount of low molecular weight components are contained, so that the degree of crystallization and the crystallization rate can be increased, which in turn tends to lead to improvement in rigidity and productivity.
- the molecular weight distribution of the polyetheretherketone is preferably 8 or less, more preferably 7 or less, further preferably 6.5 or less, still more preferably 6 or less.
- the molecular weight distribution is not more than the upper limit value, the ratio of the high molecular weight component and the low molecular weight component is not too large, so that the balance between the crystallinity, the fluidity, and the mechanical properties tends to be excellent.
- the mass average molecular weight of the polyetheretherketone is preferably 88,000 or more, more preferably 90,000 or more, further preferably 93,000 or more, particularly preferably 95,000 or more, and preferably 98,000 or more. Most preferred.
- the mass average molecular weight of the polyetheretherketone is at least the above lower limit value, the mechanical properties such as durability and impact resistance tend to be excellent.
- the mass average molecular weight is preferably 150,000 or less, more preferably 140000 or less, further preferably 135,000 or less, further preferably 130,000 or less, and particularly preferably 125,000 or less. , 120,000 or less is particularly preferable, and 115,000 or less is most preferable.
- the mass average molecular weight is not more than the upper limit value, the crystallinity, the crystallization rate, and the fluidity at the time of melt molding tend to be excellent.
- the molecular weight and the molecular weight distribution can be determined by gel permeation chromatography using an eluate in which the resin component to be used dissolves.
- a mixture of chlorophenol as an eluent and halogenated benzenes such as chlorobenzene, chlorotoluene, bromobenzene, bromotoluene, dichlorobenzene, dichlorotoluene, dibromobenzene, and dibromotoluene, and pentafluorophenol as an eluent.
- a mixed solution of chloroform can be used. Specifically, it can be measured by the method described in Examples described later, and for example, it can be measured by the following method.
- An amorphous film having a resin component such as polyetheretherketone is obtained.
- resin pellets such as polyetheretherketone are pressed at 350 to 400 ° C. and then rapidly cooled, or when filmed by an extruder, the temperature of the cast roll is lowered, for example, cooled at 20 to 140 ° C. and amorphous.
- 3 g of pentafluorophenol is added to 9 mg of the film.
- the crystal melting temperature of the polyaryletherketone, particularly the polyetheretherketone is preferably 330 ° C. or higher, more preferably 332 ° C. or higher, further preferably 334 ° C. or higher, and 336 ° C. or higher. Is particularly preferred. Since the polyaryletherketone used for the composite material member has a wide molecular weight distribution, it is easy to obtain a composite material member having a high crystallization rate and a high crystallinity, and as a result, a composite material member having a high crystal melting temperature. When the crystal melting temperature is at least the above lower limit value, the obtained member tends to have excellent heat resistance. On the other hand, the crystal melting temperature is preferably 370 ° C.
- the crystal melting temperature of the polyaryletherketone is not more than the upper limit value, the fluidity at the time of melt molding such as at the time of manufacturing a member for a composite material tends to be excellent.
- the crystal melting temperature of the polyaryletherketone, especially the polyetheretherketone is in the temperature range 25 using a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC” manufactured by Perkin Elmer) in accordance with JIS K7121: 2012. It can be obtained from the peak top temperature of the melting peak of the detected DSC curve by raising the temperature at ⁇ 400 ° C. and a heating rate of 10 ° C./min.
- a differential scanning calorimeter for example, "Pyris1 DSC” manufactured by Perkin Elmer
- the heat of crystal melting of the polyaryletherketone, particularly the polyetheretherketone is preferably 30 J / g or more, more preferably 32 J / g or more, further preferably 34 J / g or more, and 36 J / g. It is particularly preferable that it is g or more.
- the amount of heat of crystal melting of the polyaryletherketone is at least the above lower limit value, the obtained composite material member tends to have sufficient crystallinity, and thus has excellent heat resistance and rigidity.
- the heat of crystal melting of the polyaryletherketone, particularly the polyetheretherketone is preferably 45 J / g or less, more preferably 43 J / g or less, and further preferably 40 J / g or less. If the amount of heat of crystal fusion of the polyaryletherketone is not more than the above upper limit value, the crystallinity is not too high, so that the melt moldability tends to be excellent at the time of manufacturing the composite material member, and the obtained composite material member is durable. It tends to have excellent properties and impact resistance.
- the calorific value of crystal melting of polyaryletherketone, especially polyetheretherketone is in the temperature range 25 using a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer Co., Ltd.) according to JIS K7122: 2012. It can be obtained from the area of the melting peak of the detected DSC curve by raising the temperature at ⁇ 400 ° C. and a heating rate of 10 ° C./min.
- a differential scanning calorimeter for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer Co., Ltd.
- the crystallization temperature of the polyaryletherketone in the temperature lowering process of the polyetheretherketone is preferably 288 ° C. or higher, more preferably 289 ° C. or higher, further preferably 290 ° C. or higher, and 291 ° C.
- the above is particularly preferable.
- the crystallization temperature in the temperature lowering process of the polyaryletherketone is at least the above lower limit value, the crystallization rate is high and the productivity of the composite material member tends to be excellent.
- the crystallization temperature in the temperature lowering process of the polyaryletherketone is at least the above lower limit value, the crystallization rate is high and the productivity of the composite material member tends to be excellent.
- the crystallization rate is high and the productivity of the composite material member tends to be excellent.
- crystallization is promoted while the resin is in contact with the cast roll.
- a crystallized film can be obtained, but if the crystallization temperature in the temperature lowering process is equal to or higher than the lower limit, the crystallization rate is high and the crystallization can be completed with a cast roll, resulting in a high elastic coefficient, resulting in a roll. The sticking of the film is suppressed, and the appearance of the film tends to be improved.
- the crystallization temperature of the polyaryletherketone, particularly the polyetheretherketone in the temperature lowering process is preferably 320 ° C. or lower, more preferably 315 ° C. or lower, still more preferably 310 ° C. or lower. It is particularly preferable that the temperature is 305 ° C or lower. If the upper limit of the crystallization temperature in the temperature lowering process of the polyetheretherketone is within the range, the crystallization is not too fast, so that the cooling unevenness at the time of molding a member for a composite material such as a film is reduced, and the crystallization is uniformly high. There is a tendency to obtain high-quality composite material members.
- the crystallization temperature of the polyaryletherketone, especially the polyetheretherketone in the temperature lowering process is determined by using a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer) in accordance with JIS K7121: 2012.
- the temperature is lowered at a temperature range of 400 to 25 ° C. and a rate of 10 ° C./min, and the temperature can be obtained from the peak top temperature of the detected crystallization peak of the DSC curve.
- the method for producing a polyaryletherketone having a molecular weight distribution of 4 or more and 8 or less and a mass average molecular weight of 88,000 or more, particularly a polyetheretherketone is not particularly limited, and can be produced by a known production method.
- the conditions for obtaining the desired molecular weight distribution and mass average molecular weight may be appropriately selected and adopted. Specifically, for example, the type, amount, and concentration of the monomer, polymerization initiator, catalyst, chain transfer agent added as needed, the method of addition of each, the polymerization temperature, and the polymerization time can be adjusted. , Adopting a method of adjusting polymerization conditions such as polymerization pressure. Further, so-called multi-stage polymerization may be adopted in which the polymerization conditions are changed stepwise to carry out the polymerization.
- the resin component containing the above-mentioned polyaryletherketone, preferably polyetheretherketone as a main component, having a molecular weight distribution of 4 or more and 8 or less, and a mass average molecular weight of 88,000 or more is a resin and a fiber for reinforcing the resin (reinforcement).
- a composite material member hereinafter sometimes referred to as "this member" which is a material member for obtaining a composite material containing (fiber), and among them, a resin and a number average fiber length of 5 mm or more. It can be more preferably used as a member for a composite material containing the reinforcing fibers of.
- the member for a composite material obtained by containing the polyaryletherketone having the above-mentioned specific molecular weight distribution and mass average molecular weight, preferably the polyetheretherketone, in particular, has rigidity, durability, and impact resistance. , It tends to be excellent in productivity.
- This member is used for heat stabilizers, antioxidants, UV absorbers, light stabilizers, antibacterial / antifungal agents, antistatic agents, lubricants, pigments, dyes, fillers, etc., as long as the effects of the present invention are not impaired.
- Various additives may be included.
- the proportion of the resin component in the present member is preferably 35% by mass or more, more preferably 40% by mass or more, and 50% by mass.
- the above is more preferable, 60% by mass or more is particularly preferable, 70% by mass or more is particularly preferable, and 80% by mass or more is most preferable.
- the ratio of the resin component contained in the present member, particularly the polyaryletherketone, preferably the polyetheretherketone is at least the above lower limit value, the member tends to have excellent heat resistance and rigidity.
- the upper limit is not particularly limited, and the ratio of the resin component, particularly the polyaryletherketone, preferably the polyetheretherketone, is preferably as high as possible in order to sufficiently exhibit the characteristics such as heat resistance and rigidity, but the resin.
- the content is preferably 95% by mass or less, preferably 90% by mass or less. More preferably, it is 85% by mass or less.
- the ratio of the resin component contained in this member particularly the polyaryletherketone, preferably the polyetheretherketone, is not more than the above upper limit value, the effects thereof are fully exhibited when an additive, a filler, etc. are further contained. Easy to be done.
- This member may be in a completely uncrystallized state or in a crystallized state.
- it is also possible to appropriately adjust the crystallinity by using a known method in the manufacturing process.
- it is excellent in toughness in the uncrystallized state, and excellent in heat resistance and rigidity in the crystallized state.
- it is preferable that the crystals are completely crystallized.
- “completely crystallized” means that the exothermic peak associated with crystallization is not confirmed in the heating process of differential scanning calorimetry (DSC).
- the crystal melting temperature of this member is preferably 330 ° C. or higher, more preferably 332 ° C. or higher, further preferably 334 ° C. or higher, and particularly preferably 336 ° C. or higher.
- the crystal melting temperature of this member is equal to or higher than the lower limit, the heat resistance tends to be excellent.
- the crystal melting temperature is preferably 370 ° C. or lower, more preferably 365 ° C. or lower, further preferably 360 ° C. or lower, particularly preferably 355 ° C. or lower, and 350 ° C. or lower. Is most preferable.
- the crystal melting temperature of this member is not more than the upper limit value, the secondary processability such as impregnation property into fibers when producing a composite material with reinforcing fibers using this member tends to be excellent.
- the crystal melting temperature of this member shall be in the temperature range of 25 to 400 ° C. and heating rate of 10 ° C./using using a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer) in accordance with JIS K7121: 2012. It can be obtained from the peak top temperature of the melting peak of the detected DSC curve by raising the temperature in minutes.
- a differential scanning calorimeter for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer
- the amount of heat of crystal melting of this member is preferably 30 J / g or more, more preferably 32 J / g or more, further preferably 34 J / g or more, and particularly preferably 36 J / g or more.
- the amount of heat of crystal melting of this member is at least the above lower limit value, it tends to have a sufficient degree of crystallinity and, by extension, to have excellent heat resistance and rigidity. Further, even when it is used as a composite material with reinforcing fibers, it tends to be excellent in heat resistance and rigidity.
- the amount of heat of crystal melting of this member is preferably 45 J / g or less, more preferably 43 J / g or less, and further preferably 40 J / g or less. If the amount of heat of crystal melting of this member is equal to or less than the above upper limit value, the degree of crystallinity is not too high, and therefore, there is a tendency that secondary processability such as impregnation property into fibers when producing a composite material with reinforcing fibers is excellent. Become.
- the amount of heat of crystal melting of this member is determined by using a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer) in accordance with JIS K7122: 2012, in a temperature range of 25 to 400 ° C., and a heating rate of 10 ° C./ The temperature is raised in minutes, and it can be obtained from the area of the melting peak at the time of melting of the detected DSC curve.
- a differential scanning calorimeter for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer
- the crystallization temperature in the temperature lowering process of this member is preferably 288 ° C. or higher, more preferably 289 ° C. or higher, further preferably 290 ° C. or higher, and particularly preferably 291 ° C. or higher.
- the crystallization temperature in the temperature lowering process of this member is equal to or higher than the lower limit, the crystallization rate is high, the cycle for producing the composite material with the reinforcing fibers can be shortened, and the productivity tends to be excellent.
- the crystallization temperature in the temperature lowering process is preferably 320 ° C. or lower, more preferably 315 ° C. or lower, further preferably 310 ° C. or lower, and particularly preferably 305 ° C. or lower. If the crystallization temperature in the temperature lowering process of this member is equal to or lower than the upper limit, the crystallization is not too fast, so that the cooling unevenness during the production of the composite material with the reinforcing fiber is reduced, and the uniformly crystallized high-quality composite is obtained. The material tends to be obtained. In addition, there is an advantage that it becomes easy to sufficiently impregnate the reinforcing fiber with this member at the time of producing a composite material with the reinforcing fiber, and the obtained composite material tends to be uniformly crystallized and of high quality.
- the crystallization temperature of this member shall be in the temperature range of 400 to 25 ° C and at a speed of 10 ° C / min using a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer) in accordance with JIS K7121: 2012. It can be obtained from the peak top temperature of the crystallization peak of the detected DSC curve.
- a differential scanning calorimeter for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer
- the tensile elastic modulus of this member is preferably 3400 MPa or more, more preferably 3500 MPa or more, further preferably 3600 MPa or more, particularly preferably 3650 MPa or more, and most preferably 3700 MPa or more. .. Since the polyaryletherketone used for this member, preferably the polyetheretherketone, has a wide molecular weight distribution, the proportion of highly rigid crystal regions is large, and as a result, the tensile elastic modulus tends to be high. When the tensile elastic modulus is at least the above lower limit value, the rigidity is excellent, and the obtained composite material tends to be excellent in rigidity and strength.
- the tensile elastic modulus is preferably 5000 MPa or less, more preferably 4500 MPa or less, further preferably 4000 MPa or less, particularly preferably 3900 MPa or less, and most preferably 3800 MPa or less.
- the tensile elastic modulus is not more than the upper limit value, the rigidity is not too high, and the obtained composite material tends to be excellent in secondary workability such as shaping.
- the tensile elastic modulus is measured under the condition of a tensile speed of 5 mm / min, and specifically, it can be measured by the method described in Examples described later.
- the number of times of folding of this member is preferably 5000 times or more, more preferably 6000 times or more, further preferably 7000 times or more, particularly preferably 8000 times or more, and 9000 times or more. It is particularly preferable that there is, and most preferably 10,000 times or more. As long as the number of folding times is long, the durability is sufficiently high, and the obtained composite material is also excellent in durability, and it tends to be difficult to break even in applications where repeated stress is applied.
- the number of folding resistances is based on JIS P8115: 2001, and can be measured under the conditions of a thickness of 100 ⁇ m, a bending angle of 135 degrees, a bending speed of 175 cpm, and a load of 9.8 N.
- the puncture impact strength measured under the conditions of a thickness of 100 ⁇ m, 23 ° C., a fixed frame inner diameter of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m / sec is preferably 0.2 J or more, preferably 0.4 J.
- the above is more preferable, 0.6 J or more is further preferable, and 0.8 J or more is particularly preferable.
- the puncture impact strength at 23 ° C is applied, the impact resistance is sufficiently high, and it is easy to become a member for a composite material that is hard to break even if an external impact is applied, and the obtained composite material also has excellent impact resistance. It is easy to become a thing.
- the puncture impact strength of this member measured under the conditions of thickness 100 ⁇ m, ⁇ 20 ° C., fixed frame inner diameter 50 mm, punching striker diameter 12.7 mm, and test speed 3 m / sec is preferably 0.2 J or more, and is 0. It is more preferably .4J or more, further preferably 0.6J or more, and particularly preferably 0.8J or more.
- the puncture impact strength at -20 ° C is applied, the impact resistance is sufficiently high, especially at low temperatures, and it is easy to become a member for composite materials that is not easily broken even when an external impact is applied, and the obtained composite material is also resistant. It tends to have excellent impact resistance.
- the puncture impact strength at 23 ° C and -20 ° C is based on JIS K7124-2: 1999, with a thickness of 100 ⁇ m, an inner diameter of the measurement sample fixing frame of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m / sec. However, when the thickness of this member is 1 mm or more, the measurement may be performed under the same conditions with reference to JIS K7211-2: 2006.
- the thickness accuracy of this member is preferably 7% or less, preferably 5%. It is more preferably less than or equal to, further preferably 4% or less, particularly preferably 3% or less, particularly preferably 2.5% or less, and most preferably 2% or less.
- the variation in the content of the reinforcing fiber in the obtained composite material tends to be small when the composite is combined with the reinforcing fiber, that is, the variation in the mechanical property values such as the strength depending on the part of the composite material.
- the thickness accuracy is not particularly limited and is preferably 0%, but is usually 0.1%, may be 0.3%, or may be 0.5%. It may be 0.8% or 1%.
- the surface roughness of at least one surface may be within a specific range.
- the arithmetic mean height (Sa), the maximum height (Sz), the arithmetic mean roughness (Ra), and the maximum height roughness (Rz) of at least one side of the member are specific ranges described later. Is preferable. It is also preferable that the surface roughness of both surfaces of the present member is within a specific range described later.
- the arithmetic mean height (Sa) of at least one side of the member is preferably 0.001 ⁇ m or more, more preferably 0.005 ⁇ m or more, further preferably 0.007 ⁇ m or more, and 0.01 ⁇ m or more. Is particularly preferable, 0.015 ⁇ m or more is particularly preferable, and 0.018 ⁇ m or more is most preferable.
- the arithmetic mean height (Sa) is preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or less, further preferably 0.2 ⁇ m or less, and particularly preferably 0.1 ⁇ m or less. It is particularly preferably 0.08 ⁇ m or less, and most preferably 0.05 ⁇ m or less.
- the slipperiness when feeding the film or the like from the film roll or the like is reduced in the process of laminating with the reinforcing fiber sheet or the like when manufacturing a composite material such as a prepreg.
- a composite material such as a prepreg.
- the static electricity accumulated on the film roll or the like causes sparks when the film is unwound to damage the surface of the film or the like, or the floating dust is attracted by the static electricity and adheres to the surface of the film or the like to obtain the composite material.
- the problem that foreign matter is mixed in is less likely to occur.
- the arithmetic mean height (Sa) is equal to or less than the upper limit value, the variation in the content of the reinforcing fibers in the obtained composite material tends to be small when the composite is combined with the reinforcing fibers, that is, it depends on the part of the composite material.
- the variation in mechanical property values such as strength is small, and it becomes easy to obtain a composite material having high uniformity of mechanical property.
- there is an advantage that the problem that the film or the like slips, shifts, twists, wrinkles or the like occurs on the transport roll during the film transport when the film or the like is unwound from the film roll or the like is unlikely to occur.
- the arithmetic mean height (Sa) can be measured using a white interference microscope, and specifically, can be measured by the method described in Examples described later.
- the maximum height (Sz) of at least one side of the member is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.3 ⁇ m or more, further preferably 0.5 ⁇ m or more, and 0.7 ⁇ m or more. It is particularly preferable to have a presence, and most preferably 0.8 ⁇ m or more.
- the maximum height (Sz) is preferably 10 ⁇ m or less, more preferably 7 ⁇ m or less, further preferably 5 ⁇ m or less, particularly preferably 3 ⁇ m or less, and 2.5 ⁇ m or less. It is particularly preferable, and it is most preferably 2 ⁇ m or less.
- the slipperiness when feeding the film or the like from the film roll or the like is lowered in the process of laminating with the reinforcing fiber sheet or the like when manufacturing a composite material such as a prepreg.
- problems such as meandering or slanting of the film or the like are less likely to occur, and it is easy to obtain a member for a composite material having excellent workability.
- the static electricity accumulated on the film roll or the like causes sparks when the film is unwound to damage the surface of the film or the like, or the floating dust is attracted by the static electricity and adheres to the surface of the film or the like to obtain the composite material.
- the problem that foreign matter is mixed in is less likely to occur.
- the maximum height (Sz) is equal to or less than the upper limit value, the variation in the content of the reinforcing fibers in the obtained composite material tends to be small when the composite is combined with the reinforcing fibers, that is, the strength depending on the part of the composite material.
- There is little variation in mechanical property values such as, and it becomes easy to obtain a composite material with high uniformity of mechanical property.
- the maximum height (Sz) can be measured using a white interference microscope, and specifically, can be measured by the method described in Examples described later.
- the arithmetic mean roughness (Ra) of at least one side of the member is preferably 0.005 ⁇ m or more, more preferably 0.008 ⁇ m or more, further preferably 0.01 ⁇ m or more, and 0.015 ⁇ m or more. Is particularly preferable, and 0.02 ⁇ m or more is most preferable.
- the arithmetic mean roughness (Ra) is preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.7 ⁇ m or less, further preferably 0.5 ⁇ m or less, and further preferably 0.3 ⁇ m or less. It is preferably 0.2 ⁇ m or less, particularly preferably 0.15 ⁇ m or less, and most preferably 0.1 ⁇ m or less.
- the slipperiness when feeding the film or the like from the film roll or the like is reduced in the process of laminating with the reinforcing fiber sheet or the like when manufacturing a composite material such as a prepreg.
- the static electricity accumulated on the film roll or the like causes sparks when the film is unwound to damage the surface of the film or the like, or the floating dust is attracted by the static electricity and adheres to the surface of the film or the like to obtain the composite material.
- the problem that foreign matter is mixed in is less likely to occur.
- the arithmetic mean roughness (Ra) is equal to or less than the upper limit value, the variation in the content of the reinforcing fibers in the obtained composite material tends to be small when the composite is combined with the reinforcing fibers, that is, it depends on the part of the composite material.
- the variation in mechanical property values such as strength is small, and it becomes easy to obtain a composite material having high uniformity of mechanical property.
- there is an advantage that the problem that the film or the like slips, shifts, twists, wrinkles or the like occurs on the transport roll during the film transport when the film or the like is unwound from the film roll or the like is unlikely to occur.
- the arithmetic mean roughness (Ra) can be measured using a contact type surface roughness meter in accordance with JIS B0601: 2013, and specifically, it can be measured by the method described in Examples described later. it can.
- the maximum height roughness (Rz) of at least one side of the member is preferably 0.05 ⁇ m or more, more preferably 0.08 ⁇ m or more, further preferably 0.1 ⁇ m or more, and 0.15 ⁇ m. The above is particularly preferable, and 0.2 ⁇ m or more is most preferable.
- the maximum height roughness (Rz) is preferably 5 ⁇ m or less, more preferably 3 ⁇ m or less, further preferably 2 ⁇ m or less, particularly preferably 1 ⁇ m or less, and 0.8 ⁇ m or less. Is most preferable.
- the problem that foreign matter is mixed in is less likely to occur.
- the maximum height roughness (Rz) is equal to or less than the upper limit value, the variation in the content of the reinforcing fibers in the obtained composite material tends to be small when the composite is combined with the reinforcing fibers, that is, the portion of the composite material.
- the variation in mechanical property values such as strength is small, and it becomes easy to obtain a composite material having high uniformity of mechanical property.
- the maximum height roughness (Rz) can be measured by using a contact type surface roughness meter in accordance with JIS B0601: 2013, and specifically, it should be measured by the method described in Examples described later. Can be done.
- the relative crystallinity of this member is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, further preferably 70% or more, particularly preferably 80% or more, and 90% or more. Is particularly preferable, and 95% or more is most preferable.
- the upper limit is usually 100%.
- the relative crystallinity was obtained by using a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer) to raise the temperature in a temperature range of 25 to 400 ° C. and a heating rate of 10 ° C./min. It can be obtained by calculating from the calorific value (J / g) of the crystal melting peak and the calorific value (J / g) of the recrystallization peak using the following formula 2.
- the total calorific value is calculated as ⁇ Hc, and if there are a plurality of crystal melting peaks, the total calorific value is calculated as ⁇ Hm.
- the specific gravity of this member is preferably 1.27 or more, and more preferably 1.28 or more. There is a correlation between the relative crystallinity and the specific gravity, and usually, the higher the relative crystallinity, the higher the specific gravity tends to be. Therefore, when the specific gravity is equal to or higher than the above lower limit value, shrinkage due to heat tends to be suppressed when the present member and the reinforcing fiber are heat-bonded to form a composite material, and heat resistance and rigidity are excellent. It becomes a tendency that can be.
- the specific gravity of this member is preferably 1.35 or less, and more preferably 1.34 or less. The specific gravity is a value measured under the condition of a temperature of 23 ° C. in accordance with the measurement method of JIS K7112: 1999 (D method).
- the heat shrinkage rate of this member is preferably 2.5% or less, more preferably 2.2% or less, further preferably 1.8% or less, and 1.5% or less. It is particularly preferable, 1.2% or less is particularly preferable, 0.8% or less is particularly preferable, and 0.7% or less is most preferable.
- the lower limit of the heat shrinkage rate of this member is not particularly limited and is preferably 0%, but may be 0.1%, 0.2%, or 0.3%. There may be.
- a test piece having a size of 120 mm ⁇ 120 mm cut out from this member in the form of a film or the like is marked with 100 mm intervals in the direction (TD) orthogonal to the resin flow direction (MD), and this test is performed. The piece is allowed to stand in an environment of 200 ° C. for 10 minutes, and is calculated by the following formula 3 from the distance between the marked lines before and after heating. [Equation 3]
- Heat shrinkage rate (%) [(distance between marked lines before heating-distance between marked lines after heating) / distance between marked lines before heating] x 100
- the heat shrinkage stress of this member is preferably 1.2 mN or less, more preferably 1 mN or less, further preferably 0.8 mN or less, particularly preferably 0.5 mN or less, and 0. Most preferably, it is 3 mN or less.
- the lower limit of the heat shrinkage stress of this member is not particularly limited and is preferably 0 mN.
- the heat shrinkage stress can be obtained by the following method.
- thermomechanical analyzer for example, the thermomechanical analyzer "TMA7100” manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.
- TMA7100 the thermomechanical analyzer manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd.
- the flow direction (MD) of the resin and the direction orthogonal to it (TD) are measured respectively, and the one having the larger stress value is defined as the heat shrinkage stress of the present invention.
- the shape of this member is not particularly limited and may be any shape such as a film, a plate, a fiber, a bottle, a tube, a rod, a powder, a pellet, etc., but it is preferably a film, a plate, a fiber, and the like. , A plate is more preferable, and a film is further preferable.
- the "plate-shaped" of the plate-shaped member means a flat shape having an arbitrary maximum thickness, and not only a so-called plate having a thickness of 1 mm or more but also a film having a thickness of less than 1 mm. The purpose is to include.
- the thickness thereof is preferably 2 mm or less, more preferably less than 1 mm, further preferably 500 ⁇ m or less, particularly preferably 400 ⁇ m or less, particularly preferably 300 ⁇ m or less, and most preferably 250 ⁇ m or less.
- the lower limit is usually 3 ⁇ m.
- the raw material resin may be used as it is, or it may be processed into a powder or pellet. Further, in the case of other shapes, it is molded by a general molding method, for example, extrusion molding, injection molding, casting molding such as melt casting, press molding, etc., and various shapes, preferably a film, a plate, etc.
- the apparatus and processing conditions are not particularly limited, and a known method can be adopted.
- the member is a composite material made into a film by an extrusion molding method, particularly a T-die method.
- the film includes a sheet.
- a film is a thin flat product whose thickness is extremely small compared to its length and width and whose maximum thickness is arbitrarily limited, and is usually supplied in the form of a roll (Japanese Industrial Standards). JIS K6900: 1994), generally, a sheet is a thin product according to the definition in JIS, and its thickness is generally small and flat for its length and width.
- the film since the boundary between the sheet and the film is not clear, the film includes the sheet in the present invention. Therefore, the "film” may be a "sheet".
- the method for producing the film is not particularly limited, and for example, it can be obtained as a non-stretched or stretched film. From the viewpoint of secondary processability in producing a composite material, it is preferable to obtain it as a non-stretched film.
- the non-stretched film is a film that is not actively stretched for the purpose of controlling the orientation of the film, and is oriented when it is taken up by a cast roll in extrusion molding such as the T-die method, or stretched by a stretch roll. It also includes films with a magnification of less than 2x.
- a non-stretched film it can be produced by melt-kneading the constituent materials of the film, extrusion molding, and cooling.
- a known kneader such as a single-screw or twin-screw extruder can be used for melt-kneading.
- the melting temperature is appropriately adjusted according to the type and mixing ratio of the resin and the presence and type of additives, but from the viewpoint of productivity and the like, it is preferably 320 ° C. or higher, and more preferably 340 ° C. or higher. It is preferably 350 ° C. or higher, more preferably 360 ° C. or higher, and particularly preferably 360 ° C. or higher.
- the melting temperature is preferably 450 ° C. or lower, more preferably 430 ° C. or lower, further preferably 410 ° C. or lower, and particularly preferably 390 ° C. or lower.
- Cooling can be performed, for example, by bringing the molten resin into contact with a cooler such as a cooled cast roll.
- the cooling temperature (eg, the temperature of the cast roll) depends on whether a crystallized film is made or a completely uncrystallized film is made. When producing a crystallized film, the cooling temperature may be appropriately selected so as to obtain a desired crystallinity.
- the cooling temperature is preferably 30 to 150 ° C. higher than the glass transition temperature of the resin component contained in the present member, more preferably 35 to 140 ° C. higher, and 40 to 135 ° C. higher. It is particularly preferable to have.
- the cooling temperature is preferably 180 ° C. or higher, more preferably 190 ° C. or higher, and even more preferably 200 ° C. or higher.
- the cooling temperature (cast roll temperature) is particularly preferably 210 ° C. or higher, and most preferably 220 ° C. or higher.
- the cooling temperature (cast roll temperature) is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 280 ° C. or lower, further preferably 270 ° C. or lower, particularly preferably 260 ° C. or lower, and 250 ° C. or lower.
- the temperature is particularly preferably °C or less, and most preferably 240 °C or less.
- the crystallization rate of the polymer material is considered to be maximized in the temperature range between the glass transition temperature and the crystal melting temperature.
- the crystallization rate is maximized and a highly productive crystallized film can be easily obtained. ..
- the cooling temperature (for example, the cast roll temperature) is preferably 50 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, and even more preferably 120 ° C. or higher.
- the cooling temperature (cast roll temperature) is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 140 ° C. or lower.
- the glass transition temperature is defined by a differential scanning calorimeter (for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer) in accordance with JIS K7121: 2012, in a temperature range of 25 to 400 ° C., and a heating rate of 10 ° C./min. The value measured under the conditions of.
- a differential scanning calorimeter for example, "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer
- JIS K7121 JIS K7121: 2012
- the present member is a film
- a method of adopting extrusion molding and appropriately adjusting the conditions for extruding the film is preferable.
- the method (1) in which wrinkles are less likely to occur due to the obtained composite material and energy consumption is low, is preferable.
- a method of adjusting the cooling conditions when the molten resin is cooled to form a film shape can be performed, for example, by using a cast roll as a cooler and bringing the extruded molten resin into contact with the cast roll. Specifically, it is preferable to adopt the following method.
- Examples thereof include a method in which the cooling temperature is set to a temperature 30 to 150 ° C. higher than the glass transition temperature of the resin component.
- the cooling temperature is more preferably 35 to 140 ° C. higher than the glass transition temperature of the resin component, and particularly preferably 40 to 135 ° C. higher.
- the cooling temperature is preferably 180 ° C. or higher, more preferably 190 ° C. or higher, further preferably 200 ° C. or higher, and 210 ° C. The above is particularly preferable.
- the cooling temperature is preferably 300 ° C. or lower, more preferably 280 ° C. or lower, further preferably 260 ° C. or lower, particularly preferably 250 ° C. or lower, and 240 ° C. or lower. Is the most preferable.
- a method of reheating a film using a heating roll Specifically, a method of heating with a roll different from the cast roll such as a longitudinal stretching machine can be mentioned.
- the temperature at the time of heating is preferably in the same range as the cooling temperature of (1) above.
- a method of reheating the film in an oven Specifically, a method of passing a film through a drying device such as a floating dryer, a tenter, or a band dryer and heating with hot air can be mentioned.
- the temperature at the time of heating is preferably in the same range as the cooling temperature of (1) above.
- a far-infrared heater such as a ceramic heater may be installed between the rolls to heat the film by roll-to-roll, or the film may be passed through a far-infrared dryer to heat the film.
- the temperature at the time of heating is preferably in the same range as the cooling temperature of (1) above.
- the treatments (2) to (4) may be performed at the same time as the film production by providing equipment for that purpose in the film production line, or the film roll may be wound once and then the film roll. May be carried out by these facilities outside the production line.
- the method for adjusting the arithmetic average height (Sa), maximum height (Sz), arithmetic average roughness (Ra), and maximum height roughness (Rz) of this member is not particularly limited, but for example. , Embossed roll transfer, embossed belt transfer, embossed film transfer, etc., sandblasting, shotblasting, etching, engraving, surface crystallization, and coating, drying, and heat treatment of resin components on the support.
- various methods such as a method of appropriately adjusting the surface roughness of a metal roll, an endless metal belt, a polymer film or the like used as a support by polishing or the like can be used.
- the desired roughness is adjusted by casting the film-like molten resin on a roll such as a cast roll.
- the method is preferred.
- the surface roughness of the resin film can be adjusted by adjusting the surface roughness such as the arithmetic mean roughness of the cast roll.
- the method of adjusting the thickness accuracy of the present member within a desired range is not particularly limited.
- extrusion molding is adopted and the conditions for extruding the film are appropriately adjusted. Just do it.
- a method of adjusting the lip opening by mechanically rotating the lip bolt of a die such as a T-die (2) Attaching a heating device to the die lip at regular intervals and adjusting the temperature of each of them individually to adjust the viscosity of the molten resin.
- a method in which static charge is applied from the electrode and the cast roll is brought into close contact with the cast roll by electrostatic force (electrostatic close contact method).
- a method in which a curtain-shaped compressed air is blown onto the molten resin extruded into a film to be brought into close contact with the cast roll (9) A method in which the molten resin extruded into a film is brought into close contact with the cast roll by a nip roll and the like can be mentioned. ..
- the thickness of the film is not particularly limited, but is usually 3 ⁇ m or more, preferably 6 ⁇ m or more, more preferably 9 ⁇ m or more, and further preferably 12 ⁇ m or more. It is more preferably more than 15 ⁇ m, even more preferably 20 ⁇ m or more, particularly preferably 35 ⁇ m or more, particularly preferably 50 ⁇ m or more, and most preferably 60 ⁇ m or more.
- the thickness of the film is preferably 500 ⁇ m or less, more preferably 450 ⁇ m or less, further preferably 400 ⁇ m or less, further preferably 350 ⁇ m or less, and particularly preferably 300 ⁇ m or less.
- the thickness of the film is within the range, the thickness is neither too thin nor too thick, so that the balance of mechanical properties, film forming property, insulating property, etc., and the secondary processability when composited with the reinforcing fiber tend to be excellent. ..
- the film thickness specifically refers to the average thickness measured by the method of the example.
- the present member when it is a film, it may be a multilayer film in which other layers are laminated as long as the effect of the present invention is not impaired.
- known methods such as coextrusion, extrusion laminating, thermal laminating, and dry laminating can be used.
- this member Since this member is excellent in rigidity, durability, impact resistance, and productivity, it can be used as a material for combining a resin and a reinforcing fiber, particularly a reinforcing fiber having a number average fiber length of 5 mm or more.
- this member when this member is a film, it can be suitably used as a material for composite with reinforcing fibers having a number average fiber length of 5 mm or more.
- the type of reinforcing fiber having a number average fiber length of 5 mm or more is not particularly limited, but for example, inorganic fibers such as carbon fiber, glass fiber, boron fiber, and alumina fiber, liquid crystal polymer fiber, polyethylene fiber, and aramid fiber.
- inorganic fibers such as carbon fiber, glass fiber, boron fiber, and alumina fiber
- liquid crystal polymer fiber such as polyethylene fiber, and aramid fiber.
- examples thereof include organic fibers such as polyparaphenylene benzoxazole fibers, aluminum fibers, magnesium fibers, titanium fibers, SUS fibers, copper fibers, and metal fibers such as carbon fibers coated with metal.
- carbon fiber is preferable from the viewpoint of rigidity and light weight.
- Carbon fibers include polyacrylonitrile (PAN) type, petroleum / coal pitch type, rayon type, lignin type, etc., but any carbon fiber can be used.
- PAN-based carbon fibers made from PAN strands or tows of 12,000 to 48,000 filaments are preferable because they are excellent in productivity and mechanical properties on an industrial scale.
- the number average fiber length is 5 mm or more, preferably 10 mm or more, more preferably 20 mm or more, more preferably 30 mm or more, particularly preferably 40 mm or more, and particularly preferably 50 mm or more. Is the most preferable. It is also preferable that the reinforcing fibers are continuous fibers. By setting the number average fiber length to the above lower limit value or more, the mechanical properties of the obtained composite material tend to be sufficient.
- the upper limit of the number average fiber length is not particularly limited, but in the case of discontinuous fibers such as woven fabrics, knitted fabrics, and non-woven fabrics in which the shape of the reinforcing fibers is described later, the number average fiber length is preferably 500 mm or less, preferably 300 mm or less.
- the number average fiber length of the reinforcing fibers refers to the average length of the portion observed with the longest length when the reinforcing fibers are observed using an electron microscope such as a scanning electron microscope or an optical microscope.
- the length direction of the reinforcing fibers existing in the composite material can be observed and averaging the measured fiber lengths.
- a dispersion liquid in which reinforcing fibers from which the resin component has been removed with a solvent or the like is dispersed in an appropriate dispersant is thinly laminated, and an image of the reinforcing fibers taken with a scanner or the like is used by image processing software or the like. Another method is to obtain the number average fiber length.
- the shape of the reinforcing fibers is also not particularly limited, and fiber bundles such as chopped strands and rovings, woven fabrics such as plain weave and twill weave, knitted fabrics, non-woven fabrics, fiber papers, and UD materials (unidirectional materials) From the reinforcing fiber sheets such as, etc., it can be appropriately selected as needed.
- the method of compositing the reinforcing fiber and this member is not particularly limited, and the resin film impregnation method (film stacking method), mixed weaving method, melting method, solvent method, dry powder coating method, powder suspension method, and other powder methods are used.
- the resin film impregnation method film stacking method
- mixed weaving method melting method
- solvent method solvent method
- dry powder coating method powder suspension method
- other powder methods other powder methods.
- the resin component of the present member can be melted and impregnated in the reinforcing fiber sheet to form a prepreg by superimposing the present member on one side or both sides of the above-mentioned reinforcing fiber sheet and heating / pressurizing. At this time, by adjusting the heating and pressurizing conditions, it is possible to obtain a prepreg in which the amount of voids contained is controlled.
- the prepreg also includes a form in which the pressurizing step is omitted and the member is temporarily bonded to the reinforcing fiber sheet by heat fusion.
- a composite material product By subjecting this prepreg to known processes such as autoclave molding, infusion molding, heat and cool press molding, stamping molding, and automatic laminating molding by a robot, a composite material product can be obtained, and the molding conditions thereof are included. It can be selected according to the amount of voids.
- This member such as a film used when producing a prepreg, is required to have secondary processability such as impregnation property into a reinforcing fiber sheet and heat fusion property.
- This member is made of poly with a specific molecular weight distribution and mass average molecular weight.
- the obtained composite material is also excellent in durability and impact resistance, so that it can be used particularly preferably. ..
- the content ratio of the reinforcing fibers in the composite material thus obtained is preferably 20% by volume or more, more preferably 30% by volume or more, and 40% by volume or more, from the viewpoint of elastic modulus and strength. Is more preferable.
- the content ratio of the reinforcing fibers in the composite material is preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, and further preferably 70% by volume or less.
- composite materials made by combining this member and reinforcing fibers are used for moving objects such as aircraft, automobiles, ships, or railroad vehicles, sports equipment, home appliances, building materials, etc.
- moving objects such as aircraft, automobiles, ships, or railroad vehicles, sports equipment, home appliances, building materials, etc.
- it is particularly industrially useful as a component of a moving body such as an aircraft, an automobile, a ship, or a railroad vehicle.
- the present invention discloses a method for producing a film containing a polyaryletherketone as a main component as a resin component.
- the polyaryletherketone is a polyetheretherketone
- the following production method can be preferably adopted.
- a resin component having a molecular weight distribution of 4 or more and 8 or less and a mass average molecular weight of 88000 or more is prepared, melt-kneaded by an extruder, the molten resin is extruded from a mouthpiece, and the molten resin is cooled by a cast roll.
- the film is characterized in that the crystallization temperature of the film after cooling is 288 ° C. or higher and 320 ° C. or lower, and the tensile elasticity measured under the condition of a tensile speed of 5 mm / min is 3400 MPa or higher and 5000 MPa or lower. It is a manufacturing method of.
- the number of times of folding of the cooled film measured under the conditions of a thickness of 100 ⁇ m, a bending angle of 135 degrees, a bending speed of 175 cpm, and a load of 9.8 N is set to 5000 times or more.
- the puncture impact strength at 23 ° C, measured under the conditions of a thickness of 100 ⁇ m, a fixed frame inner diameter of 50 mm, a punching striker diameter of 12.7 mm, and a test speed of 3 m / sec, is set to 0.2 J or more, and a puncture impact at -20 ° C.
- a method for producing a film having a strength of 0.2 J or more is also disclosed.
- a method for producing a film in which the amount of heat of crystal melting of the film after cooling is 30 J / g or more and 45 J / g or less is also disclosed.
- the molecular weight distribution of the polyaryletherketone, preferably the polyetheretherketone, is preferably 4 or more and 8 or less, and the mass average molecular weight is preferably 88000 or more.
- crystallization temperature and tensile elastic modulus preferably has a folding resistance of 5000 times or more, has a puncture impact strength at 23 ° C. and ⁇ 20 ° C. of 0.2 J or more, and more preferably has a heat of crystal melting.
- the selection of the polyaryletherketone to be used as a raw material, the conditions for extruding the film, etc. may be appropriately adjusted. It is preferable to adopt the methods (1) to (4).
- the polyaryletherketone used as a raw material preferably the polyetheretherketone having a molecular weight distribution of 4 or more and 8 or less and a mass average molecular weight of 88,000 or more is used.
- Other details such as the physical properties of the polyaryletherketone, preferably the polyetheretherketone, are the same as those of the polyaryletherketone and the polyetheretherketone used for the above-mentioned composite material member, and thus the description thereof will be omitted here. ..
- the resin temperature at the outlet of the extruder is preferably 350 ° C. or higher, more preferably 360 ° C. or higher, further preferably 370 ° C. or higher, and particularly preferably 380 ° C. or higher. preferable.
- the resin temperature at the outlet of the extruder is preferably 350 ° C. or higher, more preferably 360 ° C. or higher, further preferably 370 ° C. or higher, and particularly preferably 380 ° C. or higher. preferable.
- the melting temperature is preferably 450 ° C.
- the resin temperature is less likely to be decomposed during melt molding and the molecular weight is easily maintained, so that the tensile elastic modulus, the number of folding resistances, and the puncture impact strength tend to be improved.
- Cooling can be performed, for example, by using a cast roll as a cooler and bringing the extruded molten resin into contact with the cast roll. Specifically, the following (3-1) and (3-2) It is preferable to adopt the method.
- the temperature of the cast roll is preferably 30 to 150 ° C. higher than the glass transition temperature of the polyaryletherketone, more preferably 35 to 140 ° C. higher, and 40 to 135 ° C. higher. Is particularly preferable. More specifically, when the polyaryletherketone is a polyetheretherketone, the temperature of the cast roll is preferably 180 ° C. or higher, more preferably 190 ° C. or higher, and 200 ° C. or higher. Is even more preferable. On the other hand, the temperature of the cast roll is preferably 280 ° C. or lower, more preferably 270 ° C. or lower, further preferably 260 ° C. or lower, particularly preferably 250 ° C. or lower, and 240 ° C. or lower. Most preferably.
- (3-2) Adjust the time from when the molten resin is extruded from the base until cooling is started.
- the time can be adjusted, for example, by the distance from the base to the cast roll, and by shortening the distance, the time from the extrusion of the molten resin to the start of cooling can be shortened, while the time can be shortened. , The start of cooling can be delayed by increasing the distance.
- the distance may be appropriately adjusted in consideration of the resin temperature of the extruded molten resin, the temperature of the cast roll, etc., but the distance is preferably 5 mm or more, more preferably 7 mm or more, and 10 mm or more. It is more preferably 100 mm or less, more preferably 70 mm or less, and further preferably 50 mm or less.
- the contact angle ⁇ when the molten resin is brought into contact with the cast roll is adjusted.
- the molten resin is dropped from the base by slightly shifting it toward the center of the cast roll and brought into contact with the cast roll. Problems such as waviness and wrinkles when the molten resin is cooled to form a film shape are less likely to occur, and a uniformly crystallized film can be easily obtained. As shown in FIG. 1,
- the contact angle ⁇ is formed by a straight line connecting the contact point between the crimping roll 3 and the cast roll 4 and the base, and a vertical straight line (dotted line in FIG. 1) from the contact point. It refers to the angle to be formed, and ⁇ is preferably 1 ° or more, more preferably 2 ° or more, further preferably 3 ° or more, preferably 10 ° or less, and 8 °. It is more preferably 5 ° or less, and further preferably 5 ° or less.
- the film obtained by the production method of the present invention is excellent in rigidity, durability, impact resistance, and productivity, and is therefore suitable as a material for combining a resin and a reinforcing fiber, particularly a reinforcing fiber having a number average fiber length of 5 mm or more.
- the composite material obtained by combining the film obtained by the production method of the present invention with the reinforcing fiber is suitable for moving objects such as aircraft, automobiles, ships or railroad vehicles, and sports because of its heat resistance, light weight, mechanical strength and the like. It can be suitably used for supplies, home appliances, building materials, etc., but is particularly industrially useful as a constituent member of a moving body such as an aircraft, an automobile, a ship, or a railroad vehicle. Since the details of these matters are the same as those in the composite material member and the composite material described above, the description thereof will be omitted here.
- Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 The raw material pellets of the polyetheretherketone shown in Table 1 are put into a ⁇ 40 mm single-screw extruder, melted while kneading, extruded from a mouthpiece (T die), and cast roll (arithmetic mean roughness (Ra) is 0.03 ⁇ m). , The maximum height roughness (Rz) was 0.34 ⁇ m), and the film was brought into close contact with the film to obtain a crystallized film having a thickness of 100 ⁇ m.
- the temperature of the extruder, the conduit, and the base (T die) was 380 ° C.
- the temperature of the cast roll was 210 ° C.
- the lip clearance of the die lip was appropriately adjusted to form a film.
- the resin temperature at the outlet of the extruder was 400 ° C.
- the crystal melting temperature, the amount of heat of crystal melting, the crystallization temperature, the number of folding times, the puncture impact strength and the tensile elastic modulus were evaluated by the methods described below.
- a crystallized film having a thickness of 50 ⁇ m was separately prepared under the same conditions except that the thickness was 50 ⁇ m, and the thickness accuracy, surface roughness, relative crystallization degree, specific gravity, heat shrinkage rate and heat shrinkage stress of this film were determined. Evaluation was performed. The evaluation results are shown in Table 1.
- Crystallization temperature (Tc) For the raw material resin pellets and the film obtained by the above method, a temperature range of 400 to 25 ° C. and a speed of 10 ° C./min using a differential scanning calorimeter "Pyris1 DSC” manufactured by PerkinElmer Co., Ltd. according to JIS K7121: 2012. It was determined from the peak top temperature of the crystallization peak of the detected DSC curve.
- the film obtained by the above method has a bending angle of 135 degrees, a bending speed of 175 cpm, and a measured load of 9.8 N in accordance with JIS P8115: 2001, and has a MIT resistance manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.
- the number of folding resistances was measured using a folding fatigue tester. The measurement was completed up to 10,000 times.
- Tension Elastic Modulus A strip-shaped test piece having a length of 400 mm and a width of 5 mm was prepared from the film obtained by the above method, and a chuck-to-chuck distance of 300 mm and tension were used using an Intesco "tensile compression tester 205". The tensile elastic modulus at 23 ° C. was measured under the condition of a speed of 5 mm / min and used as an index of rigidity. Measurements were performed in the vertical and horizontal directions of the film, and the average value of the obtained measured values was adopted.
- Example 1 since the molecular weight distribution of the resin component used is 4 or more, the crystallization temperature during cooling is high, that is, the crystallization rate is high, so that the film is sufficiently crystallized when the film is separated from the cast roll. It can be seen that it is excellent in productivity. Further, even when the fiber is combined with the reinforcing fiber, the effect that the crystallization rate at the time of cooling is high, that is, the molding cycle is short can be obtained. In addition, it can be seen that the obtained film has an excellent tensile elastic modulus, especially in Example 1.
- the mass average molecular weight is 88,000 or more, the degree of crystallinity is suppressed to a low level even when the obtained film is completely crystallized, and durability (folding resistance) and impact resistance (puncture impact resistance) are suppressed. It was found that the strength) was high.
- Comparative Example 1 since the molecular weight distribution of the resin component used is less than 4, it can be seen that the productivity is inferior because the crystallization temperature at the time of cooling is low, that is, the crystallization rate is slow. In particular, when Example 1 and Comparative Example 1 are compared, Comparative Example 1 has a smaller mass average molecular weight and should be easier to obtain a crystal structure, but Example 1 has a higher crystallization temperature and a tensile elastic modulus. It can be seen that the influence of the molecular weight distribution is strongly reflected.
- Comparative Example 2 since the molecular weight distribution of the resin component used is less than 4 and the mass average molecular weight is smaller than 88000, the tensile elastic modulus and the number of folding times are lowered, and in particular, the puncture impact strength is greatly lowered and the rigidity ( It was found that it was inferior in tensile elastic modulus), durability (folding resistance), and impact resistance (puncture impact strength). It was confirmed that the films of Examples and Comparative Examples were completely crystallized (relative crystallization degree 100%) without confirming the exothermic peak associated with crystallization in the DSC temperature raising process.
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Abstract
剛性、耐久性、耐衝撃性及び生産性に優れる複合材料用部材として下記のものを提供する。ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であり、該複合材料が樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料であることを特徴とする、複合材料用部材。
Description
本発明は、電気・電子機器や自動車、航空機等における複合材料に適用することができるポリアリールエーテルケトンによる複合材料用部材並びにこの複合材料用部材を用いた複合材料及び移動体に関する。本発明はまた、複合材料用フィルムの製造方法に関する。
近年、電気・電子機器や自動車、航空機等の用途におけるフィルムとして、耐熱性や機械特性、耐薬品性、耐久性に優れていることから、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミドスルホン(PEI)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)等に代表されるスーパーエンジニアリングプラスチックが広く採用されるようになってきている。
なかでも、ポリエーテルエーテルケトンは、耐熱性、機械特性、耐薬品性等に優れるため、繊維強化材料のマトリックス材として使用されている。これらの特性を充分に発揮するためには樹脂を結晶化させる必要があるが、結晶化度が高すぎると耐久性や耐衝撃性が低下するという課題があり、繊維強化材料とした際のこれら物性面でのさらなる向上が求められていた。さらには、ポリエーテルエーテルケトンは結晶化が遅い場合があり、結晶化した物品を得る際の生産性の高い材料も求められている。
特許文献1では、ポリエーテルエーテルケトンをマトリックスとし、ポリエーテルスルホンによってサイジングされた繊維を強化材としてなる複合材料が開示されている。また、特許文献2では、特定の固有粘度を有するポリアリールケトン樹脂組成物を用いた繊維強化熱可塑性樹脂プリプレグが開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載のポリエーテルエーテルケトンでは分子量分布が狭く、分子量が小さいため、複合材料用部材を生産する際の生産性に問題が発生したり、得られる複合材料用部材の剛性、耐久性、耐衝撃性が不充分となることが、本発明者らの検討で明らかとなった。また、特許文献2に記載のポリアリールケトンは分子量が小さいため、より高い性能が求められる用途によっては、得られる複合材料用部材の耐久性、耐衝撃性が不充分となる場合があることが、本発明者らの検討で明らかとなった。特に、優れた耐久性を有する複合材料とするためには、複合材料に用いるフィルム等の部材の耐折強度(耐折回数)を高くすることで、繰り返し応力が加えられるような高い耐久性が求められる用途においても好適に使用可能であることも、本発明者らの検討で明らかとなった。
本発明は、このような状況下でなされたものであり、優れた剛性、耐久性、耐衝撃性を有し、生産性にも優れた複合材料用部材等を提供する。
本発明は、上記従来技術の課題を解決するための手段として、特定の分子量分布と分子量を有するポリアリールエーテルケトンを用いた複合材料用部材等を提供するものである。
すなわち、本発明は、以下の[1]~[28]を提供するものである。
[1] ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であり、該複合材料が樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料であることを特徴とする、複合材料用部材。
[2] 前記ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである、[1]に記載の複合材料用部材。
[3] 前記樹脂成分中のポリアリールエーテルケトンの含有割合が90質量%超である、[1]又は[2]に記載の複合材料用部材。
[4] 前記樹脂成分の質量平均分子量が150000以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[5] 前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である、[1]~[4]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[6] 前記ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量が150000以下である、[1]~[5]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[7] 結晶融解熱量が30J/g以上45J/g以下である、[1]~[6]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[8] 結晶化温度が288℃以上320℃以下である、[1]~[7]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[9] 引張速度5mm/分の条件で測定される引張弾性率が3400MPa以上5000MPa以下である、[1]~[8]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[10] 厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定される耐折回数が5000回以上である、[1]~[9]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[11] 厚み100μm、23℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度が0.2J以上である、[1]~[10]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[12] 厚み100μm、-20℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度が0.2J以上である、[1]~[11]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[13] 厚み精度が7%以下である、[1]~[12]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[14] 少なくとも一面における表面の算術平均高さが0.001~1μmである、[1]~[13]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[15] 少なくとも一面における表面の最大高さが0.1~10μmである、[1]~[14]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[16] 少なくとも一面における表面の算術平均粗さが0.005~1μmである、[1]~[15]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[17] 少なくとも一面における表面の最大高さ粗さが0.05~5μmである、[1]~[16]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[18] 相対結晶化度が50%以上である、[1]~[17]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[19] フィルムである、[1]~[18]のいずれかに記載の複合材料用部材。
[20] [1]~[19]のいずれかに記載の複合材料用部材を強化繊維と複合させてなる、複合材料。
[21] プリプレグである、[20]に記載の複合材料。
[22] [20]又は[21]に記載の複合材料を用いた、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両である移動体。
[23] ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であり、該複合材料用部材が板状部材であることを特徴とする、複合材料用部材。
[24] 前記ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである、[23]に記載の複合材料用部材。
[25] 前記板状部材がフィルムである、[23]又は[24]に記載の複合材料用部材。
[26] ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用フィルムの製造方法であって、該樹脂成分として分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上の樹脂成分を準備して押出機で溶融混練し、口金から溶融樹脂を押出し、該溶融樹脂をキャストロールで冷却させることによりフィルム形状とし、冷却後のフィルムの結晶化温度を288℃以上320℃以下とし、引張速度5mm/分の条件で測定される引張弾性率を3400MPa以上5000MPa以下とすることを特徴とする、複合材料用フィルムの製造方法。
[27] 前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である、[26]に記載の複合材料用フィルムの製造方法。
[28] 前記冷却後のフィルムの、厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定される耐折回数を5000回以上とし、厚み100μm、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定される、23℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.2J以上とするとともに、-20℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.2J以上とすることを特徴とする、[26]又は[27]に記載の複合材料用フィルムの製造方法。
本発明によれば、剛性、耐久性、耐衝撃性及び生産性に優れる複合材料用部材並びにこれを用いた複合材料及び移動体を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態の一例について説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
なお、本発明において、「X~Y」(X、Yは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」及び「好ましくはYより小さい」の意を包含するものとする。
また、本発明において、「X以上」(Xは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り、「好ましくはXより大きい」の意を包含し、「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り、「好ましくはYより小さい」の意を包含するものとする。
また、本発明において、「X以上」(Xは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り、「好ましくはXより大きい」の意を包含し、「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、特に断らない限り、「好ましくはYより小さい」の意を包含するものとする。
本発明において「主成分」とは、対象物中の最も多い成分をさし、好ましくは対象物中の50質量%以上であり、より好ましくは60質量%以上であり、さらに好ましくは70質量%であり、特に好ましくは80質量%以上であり、最も好ましくは90質量%以上である。
本発明の一実施形態である複合材料用部材は、樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料用の部材であって、該部材がポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有し、該樹脂成分の分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である。
また、本発明の他の実施形態である複合材料用部材は、ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であり、該複合材料用部材が板状部材である。
好ましくは、前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である。以下、詳細に説明する。
また、本発明の他の実施形態である複合材料用部材は、ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であり、該複合材料用部材が板状部材である。
好ましくは、前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である。以下、詳細に説明する。
<樹脂成分>
本発明の複合材料用部材に含まれる樹脂成分は、ポリアリールエーテルケトンを主成分として含み、分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であれば特に制限はない。
本発明の複合材料用部材に含まれる樹脂成分は、ポリアリールエーテルケトンを主成分として含み、分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であれば特に制限はない。
樹脂成分の分子量分布は4以上であり、4.1以上であることが好ましく、4.2以上であることがより好ましく、4.5以上であることがさらに好ましく、4.7以上であることが特に好ましく、5以上であることが最も好ましい。分子量分布が広いということは、分子量分布が狭い場合と比べて低分子量成分の割合が多いことを意味する。低分子量成分は分子鎖の絡み合いが小さく運動性が高いため、結晶化の際に分子鎖が折り畳まれやすく結晶化速度が大きくなる。分子量分布が広いと、結晶化の際に低分子量成分が先に結晶化し、その結晶が結晶核剤として作用するため、樹脂全体として結晶融解温度や結晶化度、結晶化速度が向上すると考えられる。分子量分布が前記下限値以上であれば、低分子量成分を充分な量含むため、結晶化度や結晶化速度を高めることができ、ひいては、剛性、生産性の向上に繋がる。
一方、樹脂成分の分子量分布は8以下であり、7以下であることが好ましく、6.5以下であることがより好ましく、6以下であることがさらに好ましく、5.7以下であることが特に好ましく、5.5以下であることがとりわけ好ましく、5.3以下であることが最も好ましい。分子量分布が前記上限値以下であれば、高分子量成分と低分子量成分の割合が多すぎないため、結晶化度と流動性、機械特性のバランスに優れる。
樹脂成分の質量平均分子量は88000以上であり、90000以上であることが好ましく、93000以上であることがより好ましく、95000以上であることがさらに好ましく、98000以上であることが特に好ましい。質量平均分子量が前記下限値以上であれば、耐久性、耐衝撃性等の機械特性に優れる。
一方、質量平均分子量は150000以下であることが好ましく、140000以下であることがより好ましく、135000以下であることがさらに好ましく、130000以下であることがよりさらに好ましく、125000以下であることが特に好ましく、120000以下であることがとりわけ好ましく、115000以下であることが最も好ましい。質量平均分子量が前記上限値以下であれば、結晶化度や結晶化速度、溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。
一方、質量平均分子量は150000以下であることが好ましく、140000以下であることがより好ましく、135000以下であることがさらに好ましく、130000以下であることがよりさらに好ましく、125000以下であることが特に好ましく、120000以下であることがとりわけ好ましく、115000以下であることが最も好ましい。質量平均分子量が前記上限値以下であれば、結晶化度や結晶化速度、溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。
樹脂成分中のポリアリールエーテルケトン、なかでも好ましく用いられるポリエーテルエーテルケトンの含有割合は50質量%以上であることが好ましく、60質量%以上であることがより好ましく、70質量%以上であることがさらに好ましく、80質量%以上であることが特に好ましく、90質量%超であることが最も好ましい。ポリアリールエーテルケトン以外の樹脂を含む場合、ポリアリールエーテルケトンの含有割合がかかる範囲であれば、本発明の効果を維持したまま適宜必要な効果を付与することが容易となる。
ポリアリールエーテルケトンの改質を目的としてその他の樹脂成分をブレンドする場合、その種類は特に制限されず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エチレン-ビニルアルコール共重合体、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンエーテル、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、ポリアセタール、脂肪族ポリアミド、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ABS、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、液晶ポリマー並びにこれらの共重合体及びこれらの混合物等を用いることができる。なかでも、ポリアリールエーテルケトンと成形温度が近く、溶融成形時の分解や架橋を抑制しやすいという観点から、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、液晶ポリマーが好適に使用でき、特にポリエーテルイミドが好適に使用できる。ポリアリールエーテルケトンとポリエーテルイミドは相溶性が高く、分子レベルで混合するため、ポリアリールエーテルケトンのガラス転移温度を向上させたり、結晶性を制御したりすることが容易となる。
また、ポリアリールエーテルケトンとしてポリエーテルエーテルケトンを用いる場合、その改質を目的としてブレンドする他の樹脂成分としては、上記ポリアリールエーテルケトンの改質目的に使用される樹脂と同様のものを用いることができるが、ポリエーテルエーテルケトン以外のポリアリールエーテルケトン、例えば、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトンを、ポリエーテルエーテルケトンと併せて用いることも好ましい。
[ポリアリールエーテルケトン]
以下、ポリアリールエーテルケトンについて説明する。
ポリアリールエーテルケトンは、1つ以上のアリール基、1つ以上のエーテル基及び1つ以上のケトン基を含むモノマー単位を含有する単独重合体又は共重合体である。例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルジフェニルエーテルケトン等や、これらの共重合体(例えば、ポリエーテルケトン-ポリエーテルジフェニルエーテルケトン共重合体)を挙げることができる。なかでも、耐熱性、機械特性、耐薬品性等に優れる点で、ポリエーテルエーテルケトンが特に好ましい。
以下、ポリアリールエーテルケトンについて説明する。
ポリアリールエーテルケトンは、1つ以上のアリール基、1つ以上のエーテル基及び1つ以上のケトン基を含むモノマー単位を含有する単独重合体又は共重合体である。例えば、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルエーテルケトンケトン、ポリエーテルジフェニルエーテルケトン等や、これらの共重合体(例えば、ポリエーテルケトン-ポリエーテルジフェニルエーテルケトン共重合体)を挙げることができる。なかでも、耐熱性、機械特性、耐薬品性等に優れる点で、ポリエーテルエーテルケトンが特に好ましい。
ポリアリールエーテルケトンの分子量分布は4以上であることが好ましく、4.1以上であることがより好ましく、4.2以上であることがさらに好ましく、4.5以上であることが特に好ましく、4.7以上であることがとりわけ好ましく、5以上であることが最も好ましい。分子量分布が広いということは、分子量分布が狭い場合と比べて低分子量成分の割合が多いことを意味する。低分子量成分は分子鎖の絡み合いが小さく運動性が高いため、結晶化の際に分子鎖が折り畳まれやすく結晶化速度が大きくなる。分子量分布が広いと、結晶化の際に低分子量成分が先に結晶化し、その結晶が結晶核剤として作用するため、樹脂全体として結晶融解温度や結晶化度、結晶化速度が向上すると考えられる。分子量分布が前記下限値以上であれば、低分子量成分を充分な量含むため、結晶化度や結晶化速度を高めることができ、ひいては、剛性、生産性の向上に繋がる傾向となる。
一方、ポリアリールエーテルケトンの分子量分布は8以下であることが好ましく、7以下であることがより好ましく、6.5以下であることがさらに好ましく、6以下であることがよりさらに好ましく、5.7以下であることが特に好ましく、5.5以下であることがとりわけ好ましく、5.3以下であることが最も好ましい。分子量分布が前記上限値以下であれば、高分子量成分と低分子量成分の割合が多すぎないため、結晶化度と流動性、機械特性のバランスに優れる。
ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量は88000以上であることが好ましく、90000以上であることがより好ましく、93000以上であることがさらに好ましく、95000以上であることが特に好ましく、98000以上であることが最も好ましい。ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量が前記下限値以上であれば、耐久性、耐衝撃性等の機械特性に優れる傾向となる。一方、質量平均分子量は150000以下であることが好ましく、140000以下であることがより好ましく、135000以下であることがさらに好ましく、130000以下であることがよりさらに好ましく、125000以下であることが特に好ましく、120000以下であることがとりわけ好ましく、115000以下であることが最も好ましい。前記ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量が前記上限値以下であれば、結晶化度や結晶化速度、溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。
以下、ポリアリールエーテルケトンの中でも好ましく用いられるポリエーテルエーテルケトンについて説明する。
[ポリエーテルエーテルケトン]
ポリエーテルエーテルケトンは、少なくとも2つのエーテル基とケトン基とを構造単位として有する樹脂であればよいが、熱安定性、溶融成形性、剛性、耐薬品性、耐衝撃性、耐久性に優れることから、好ましくは下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するものである。
[ポリエーテルエーテルケトン]
ポリエーテルエーテルケトンは、少なくとも2つのエーテル基とケトン基とを構造単位として有する樹脂であればよいが、熱安定性、溶融成形性、剛性、耐薬品性、耐衝撃性、耐久性に優れることから、好ましくは下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するものである。
(上記一般式(1)において、Ar1~Ar3は、それぞれ独立に炭素原子数6~24のアリーレン基を表し、また、それぞれ置換基を有していてもよい)
上記一般式(1)において、Ar1~Ar3のアリーレン基は互いに異なるものであってもよいが、同一であることが好ましい。Ar1~Ar3のアリーレン基としては、具体的にはフェニレン基、ビフェニレン基等が挙げられ、これらのうちフェニレン基が好ましく、p-フェニレン基であることがより好ましい。
Ar1~Ar3のアリーレン基が有していてもよい置換基としては、例えば、メチル基、エチル基等の炭素原子数1~20のアルキル基や、メトキシ基、エトキシ基等の炭素原子数1~20のアルコキシ基等が挙げられる。Ar1~Ar3が置換基を有する場合、その置換基の数には特に制限はない。
なかでも、ポリエーテルエーテルケトンは、下記構造式(2)で表される繰り返し単位を有するものが、熱安定性、溶融成形性、剛性、耐薬品性、耐衝撃性、耐久性の観点から好ましい。
ポリエーテルエーテルケトンの分子量分布は4以上であることが好ましく、4.1以上であることがより好ましく、4.2以上であることがさらに好ましく、4.5以上であることが特に好ましく、4.7以上であることがとりわけ好ましく、5以上であることが最も好ましい。分子量分布が広いということは、分子量分布が狭い場合と比べて低分子量成分の割合が多いことを意味する。低分子量成分は分子鎖の絡み合いが小さく運動性が高いため、結晶化の際に分子鎖が折り畳まれやすく結晶化速度が大きくなりやすい。分子量分布が広いと、結晶化の際に低分子量成分が先に結晶化し、その結晶が結晶核剤として作用するため、樹脂全体として結晶融解温度や結晶化度、結晶化速度が向上すると考えられる。分子量分布が前記下限値以上であれば、低分子量成分を充分な量含むため、結晶化度や結晶化速度を高めることができ、ひいては、剛性、生産性の向上に繋がる傾向となる。
一方、ポリエーテルエーテルケトンの分子量分布は8以下であることが好ましく、7以下であることがより好ましく、6.5以下であることがさらに好ましく、6以下であることがよりさらに好ましく、5.7以下であることが特に好ましく、5.5以下であることがとりわけ好ましく、5.3以下であることが最も好ましい。分子量分布が前記上限値以下であれば、高分子量成分と低分子量成分の割合が多すぎないため、結晶化度と流動性、機械特性のバランスに優れる傾向となる。
一方、ポリエーテルエーテルケトンの分子量分布は8以下であることが好ましく、7以下であることがより好ましく、6.5以下であることがさらに好ましく、6以下であることがよりさらに好ましく、5.7以下であることが特に好ましく、5.5以下であることがとりわけ好ましく、5.3以下であることが最も好ましい。分子量分布が前記上限値以下であれば、高分子量成分と低分子量成分の割合が多すぎないため、結晶化度と流動性、機械特性のバランスに優れる傾向となる。
ポリエーテルエーテルケトンの質量平均分子量は88000以上であることが好ましく、90000以上であることがより好ましく、93000以上であることがさらに好ましく、95000以上であることが特に好ましく、98000以上であることが最も好ましい。ポリエーテルエーテルケトンの質量平均分子量が前記下限値以上であれば、耐久性、耐衝撃性等の機械的特性に優れる傾向となる。
一方、質量平均分子量は150000以下であることが好ましく、140000以下であることがより好ましく、135000以下であることがさらに好ましく、130000以下であることがよりさらに好ましく、125000以下であることが特に好ましく、120000以下であることがとりわけ好ましく、115000以下であることが最も好ましい。質量平均分子量が前記上限値以下であれば、結晶化度や結晶化速度、溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。
一方、質量平均分子量は150000以下であることが好ましく、140000以下であることがより好ましく、135000以下であることがさらに好ましく、130000以下であることがよりさらに好ましく、125000以下であることが特に好ましく、120000以下であることがとりわけ好ましく、115000以下であることが最も好ましい。質量平均分子量が前記上限値以下であれば、結晶化度や結晶化速度、溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。
前記の分子量及び分子量分布は、用いる樹脂成分が溶解する溶離液を用い、ゲル浸透クロマトグラフィーにより求めることができる。例えば、溶離液としてクロロフェノールと、クロロベンゼン、クロロトルエン、ブロモベンゼン、ブロモトルエン、ジクロロベンゼン、ジクロロトルエン、ジブロモベンゼン、ジブロモトルエン等のハロゲン化ベンゼン類との混合液や、溶離液としてペンタフルオロフェノールとクロロホルムの混合液を用いることができる。
具体的には、後述の実施例に記載の方法で測定することができるが、例えば以下の方法で測定することができる。
(1)ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂成分の非晶状態のフィルムを得る。例えば、ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂ペレットを、例えば350~400℃でプレスした後急冷するか、押出機でフィルム化する場合はキャストロールの温度を低く、例えば20~140℃で冷却して非晶状態のフィルムを得る。
(2)前記フィルム9mgに、ペンタフルオロフェノール3gを加える。
(3)ヒートブロックを用い、100℃で60分間加熱溶解する。
(4)続いてヒートブロックから取り出し、放冷後、常温(約23℃)のクロロホルム6gを少しずつ静かに加え穏やかに振り混ぜる。
(5)その後0.45μmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)カートリッジフィルターでろ過して得られた試料について、ゲル浸透クロマトグラフィーを用いて、数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)を測定する。
具体的には、後述の実施例に記載の方法で測定することができるが、例えば以下の方法で測定することができる。
(1)ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂成分の非晶状態のフィルムを得る。例えば、ポリエーテルエーテルケトン等の樹脂ペレットを、例えば350~400℃でプレスした後急冷するか、押出機でフィルム化する場合はキャストロールの温度を低く、例えば20~140℃で冷却して非晶状態のフィルムを得る。
(2)前記フィルム9mgに、ペンタフルオロフェノール3gを加える。
(3)ヒートブロックを用い、100℃で60分間加熱溶解する。
(4)続いてヒートブロックから取り出し、放冷後、常温(約23℃)のクロロホルム6gを少しずつ静かに加え穏やかに振り混ぜる。
(5)その後0.45μmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)カートリッジフィルターでろ過して得られた試料について、ゲル浸透クロマトグラフィーを用いて、数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)を測定する。
ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解温度は330℃以上であることが好ましく、332℃以上であることがより好ましく、334℃以上であることがさらに好ましく、336℃以上であることが特に好ましい。複合材料用部材に用いられるポリアリールエーテルケトンは広い分子量分布を有するため結晶化速度が大きく、結晶化度が高い複合材料用部材、結果として結晶融解温度が高い複合材料用部材が得られやすい。結晶融解温度が前記下限値以上であれば、得られる部材は耐熱性に優れる傾向となる。一方、結晶融解温度は370℃以下であることが好ましく、365℃以下であることがより好ましく、360℃以下であることがさらに好ましく、355℃以下であることが特に好ましく、350℃以下であることが最も好ましい。ポリアリールエーテルケトンの結晶融解温度が前記上限値以下であれば、複合材料用部材製造時等の溶融成形時の流動性に優れる傾向となる。
なお、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解温度は、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークのピークトップ温度から求めることができる。
ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解熱量は30J/g以上であることが好ましく、32J/g以上であることがより好ましく、34J/g以上であることがさらに好ましく、36J/g以上であることが特に好ましい。ポリアリールエーテルケトンの結晶融解熱量が前記下限値以上であれば、得られる複合材料用部材は充分結晶化度を有し、ひいては耐熱性と剛性に優れる傾向となる。一方、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解熱量は45J/g以下であることが好ましく、43J/g以下であることがより好ましく、40J/g以下であることがさらに好ましい。ポリアリールエーテルケトンの結晶融解熱量が前記上限値以下であれば、結晶化度が高すぎないため、複合材料用部材製造時等の溶融成形性に優れる傾向となり、得られる複合材料用部材は耐久性、耐衝撃性に優れる傾向となる。
なお、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの結晶融解熱量は、JIS K7122:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークの面積から求めることができる。
ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの降温過程における結晶化温度は288℃以上であることが好ましく、289℃以上であることがより好ましく、290℃以上であることがさらに好ましく、291℃以上であることが特に好ましい。ポリアリールエーテルケトンの降温過程における結晶化温度が前記下限値以上であれば、結晶化速度が大きく、複合材料用部材の生産性に優れる傾向となる。具体的には、例えばフィルムを作製する場合であれば、キャストロールをガラス転移温度以上結晶融解温度以下の温度に設定することで、キャストロールに樹脂が接触している間に結晶化が促進され結晶化フィルムが得られるが、降温過程の結晶化温度が前記下限値以上であれば、結晶化速度が大きく、キャストロールで結晶化を終えることができるため弾性率が高くなり、結果としてロールへの貼り付きが抑えられ、フィルムの外観が良くなる傾向となる。
一方、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの降温過程における結晶化温度は320℃以下であることが好ましく、315℃以下であることがより好ましく、310℃以下であることがさらに好ましく、305℃以下であることが特に好ましい。ポリエーテルエーテルケトンの降温過程における結晶化温度の上限がかかる範囲であれば、結晶化が速すぎないため、フィルム等の複合材料用部材成形時の冷却ムラが少なくなり、均一に結晶化した高品質な複合材料用部材が得られる傾向となる。
なお、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの降温過程における結晶化温度は、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲400~25℃、速度10℃/分で降温させ、検出されたDSC曲線の結晶化ピークのピークトップ温度から求めることができる。
分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上の、ポリアリールエーテルケトン、なかでもポリエーテルエーテルケトンの製造方法は特に限定されるものではなく、公知の製法により製造することができる。製造にあたっては、目的の分子量分布、質量平均分子量とするための条件を適宜選択して採用すればよい。具体的には例えば、重合時に仕込むモノマー、重合開始剤、触媒、必要に応じて添加される連鎖移動剤等の種類・量・濃度、それぞれの添加の仕方を調整したり、重合温度、重合時間、重合圧力等の重合条件を調整したりする方法を採用することが挙げられる。また、重合条件を段階的に変えて重合を行う所謂多段重合を採用してもよい。
<複合材料用部材>
上述したポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンを主成分として含み、分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である樹脂成分は、樹脂と樹脂を強化するための繊維(強化繊維)とを含む複合材料を得るための材料部材である複合材料用部材(以下「本部材」という場合がある)として好適に用いることができ、なかでも、樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料用の部材としてより好適に用いることができる。本部材は、特に、上述した特定の分子量分布と質量平均分子量を有するポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンを含むことにより、得られる複合材料用部材は、剛性、耐久性、耐衝撃性、生産性に優れる傾向となる。特定のポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトンを含むことによるこれらの利点は、強化繊維として数平均繊維長が5mm以上のものと複合させる場合に特に顕著となる。
上述したポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンを主成分として含み、分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である樹脂成分は、樹脂と樹脂を強化するための繊維(強化繊維)とを含む複合材料を得るための材料部材である複合材料用部材(以下「本部材」という場合がある)として好適に用いることができ、なかでも、樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料用の部材としてより好適に用いることができる。本部材は、特に、上述した特定の分子量分布と質量平均分子量を有するポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンを含むことにより、得られる複合材料用部材は、剛性、耐久性、耐衝撃性、生産性に優れる傾向となる。特定のポリアリールエーテルケトン、特にポリエーテルエーテルケトンを含むことによるこれらの利点は、強化繊維として数平均繊維長が5mm以上のものと複合させる場合に特に顕著となる。
本部材は、本発明の効果を損なわない範囲で、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、抗菌・防かび剤、帯電防止剤、滑剤、顔料、染料、充填材等の各種添加剤が含まれていてもよい。
本部材中の樹脂成分の割合、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの割合としては、35質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、60質量%以上であることが特に好ましく、70質量%以上であることがとりわけ好ましく、80質量%以上であることが最も好ましい。本部材に含まれる樹脂成分、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの割合が前記下限値以上であれば、耐熱性と剛性に優れる本部材となりやすい。一方、上限については特に制限はなく、耐熱性や剛性といった特性を充分に発揮するためには樹脂成分、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの割合はできるだけ高い方が好ましいが、樹脂成分、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの改質を目的として添加剤、充填材等をさらに含む場合は、95質量%以下であることが好ましく、90質量%以下であることがより好ましく、85質量%以下であることがさらに好ましい。本部材に含まれる樹脂成分、特にポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの割合が前記上限値以下であれば、添加剤、充填材等をさらに含む場合に、それらの効果が充分に発揮されやすい。
本部材は、完全に結晶化していない状態でもよく、結晶化している状態でもよい。目的に応じて、製造過程において公知の手法を用いて結晶性を適宜調整することも可能である。一般に、結晶化していない状態では靱性に優れ、結晶化した状態では耐熱性や剛性に優れる。耐熱性や剛性等のより高い機能が求められる用途では、完全に結晶化していることが好ましい。なお、完全に結晶化しているとは、示差走査熱量測定(DSC)の昇温過程において、結晶化に伴う発熱ピークが確認されないことを意味する。
[結晶融解温度]
本部材の結晶融解温度は、330℃以上であることが好ましく、332℃以上であることがより好ましく、334℃以上であることがさらに好ましく、336℃以上であることが特に好ましい。本部材の結晶融解温度が前記下限値以上であれば、耐熱性に優れる傾向となる。一方、結晶融解温度は370℃以下であることが好ましく、365℃以下であることがより好ましく、360℃以下であることがさらに好ましく、355℃以下であることが特に好ましく、350℃以下であることが最も好ましい。本部材の結晶融解温度が前記上限値以下であれば、本部材を用いて強化繊維との複合材料を製造する際の繊維への含浸性等の二次加工性に優れる傾向となる。
本部材の結晶融解温度は、330℃以上であることが好ましく、332℃以上であることがより好ましく、334℃以上であることがさらに好ましく、336℃以上であることが特に好ましい。本部材の結晶融解温度が前記下限値以上であれば、耐熱性に優れる傾向となる。一方、結晶融解温度は370℃以下であることが好ましく、365℃以下であることがより好ましく、360℃以下であることがさらに好ましく、355℃以下であることが特に好ましく、350℃以下であることが最も好ましい。本部材の結晶融解温度が前記上限値以下であれば、本部材を用いて強化繊維との複合材料を製造する際の繊維への含浸性等の二次加工性に優れる傾向となる。
なお、本部材の結晶融解温度は、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークのピークトップ温度から求めることができる。
[結晶融解熱量]
本部材の結晶融解熱量は30J/g以上であることが好ましく、32J/g以上であることがより好ましく、34J/g以上であることがさらに好ましく、36J/g以上であることが特に好ましい。本部材の結晶融解熱量が前記下限値以上であれば、充分な結晶化度を有し、ひいては耐熱性と剛性に優れる傾向となる。また、強化繊維との複合材料とした場合も、耐熱性と剛性に優れる傾向となる。一方、本部材の結晶融解熱量は45J/g以下であることが好ましく、43J/g以下であることがより好ましく、40J/g以下であることがさらに好ましい。本部材の結晶融解熱量が前記上限値以下であれば、結晶化度が高すぎないため、強化繊維との複合材料を製造する際の繊維への含浸性等の二次加工性に優れる傾向となる。
本部材の結晶融解熱量は30J/g以上であることが好ましく、32J/g以上であることがより好ましく、34J/g以上であることがさらに好ましく、36J/g以上であることが特に好ましい。本部材の結晶融解熱量が前記下限値以上であれば、充分な結晶化度を有し、ひいては耐熱性と剛性に優れる傾向となる。また、強化繊維との複合材料とした場合も、耐熱性と剛性に優れる傾向となる。一方、本部材の結晶融解熱量は45J/g以下であることが好ましく、43J/g以下であることがより好ましく、40J/g以下であることがさらに好ましい。本部材の結晶融解熱量が前記上限値以下であれば、結晶化度が高すぎないため、強化繊維との複合材料を製造する際の繊維への含浸性等の二次加工性に優れる傾向となる。
なお、本部材の結晶融解熱量は、JIS K7122:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解時の融解ピークの面積から求めることができる。
[結晶化温度]
本部材の降温過程における結晶化温度は288℃以上であることが好ましく、289℃以上であることがより好ましく、290℃以上であることがさらに好ましく、291℃以上であることが特に好ましい。本部材の降温過程における結晶化温度が前記下限値以上であれば、結晶化速度が大きく、強化繊維との複合材料を生産する際のサイクルを短くすることができ生産性に優れる傾向となる。
本部材の降温過程における結晶化温度は288℃以上であることが好ましく、289℃以上であることがより好ましく、290℃以上であることがさらに好ましく、291℃以上であることが特に好ましい。本部材の降温過程における結晶化温度が前記下限値以上であれば、結晶化速度が大きく、強化繊維との複合材料を生産する際のサイクルを短くすることができ生産性に優れる傾向となる。
一方、降温過程における結晶化温度は320℃以下であることが好ましく、315℃以下であることがより好ましく、310℃以下であることがさらに好ましく、305℃以下であることが特に好ましい。本部材の降温過程における結晶化温度が前記上限値以下であれば、結晶化が速すぎないため、強化繊維との複合材料製造時の冷却ムラが少なくなり、均一に結晶化した高品質な複合材料が得られる傾向となる。加えて、強化繊維との複合材料製造の際に強化繊維に本部材を充分に含浸させることが容易となり、得られる複合材料も均一に結晶化した高品質のものとなりやすい利点もある。
なお、本部材の結晶化温度は、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲400~25℃、速度10℃/分で降温させ、検出されたDSC曲線の結晶化ピークのピークトップ温度から求めることができる。
[引張弾性率]
本部材の引張弾性率は3400MPa以上であることが好ましく、3500MPa以上であることがより好ましく、3600MPa以上であることがさらに好ましく、3650MPa以上であることが特に好ましく、3700MPa以上であることが最も好ましい。本部材に用いられるポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンは、分子量分布が広いため、剛性の高い結晶領域の割合が大きくなり、結果として引張弾性率が高くなりやすい。引張弾性率が前記下限値以上であれば剛性に優れ、得られる複合材料も剛性や強度に優れるものとなりやすい。
一方、引張弾性率は5000MPa以下であることが好ましく、4500MPa以下であることがより好ましく、4000MPa以下であることがさらに好ましく、3900MPa以下であることが特に好ましく、3800MPa以下であることが最も好ましい。引張弾性率が前記上限値以下であれば、剛性が高すぎることがなく、また得られる複合材料の賦形等の二次加工性にも優れる傾向となる。
なお、引張弾性率は、引張速度5mm/分の条件で測定するが、具体的には、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
本部材の引張弾性率は3400MPa以上であることが好ましく、3500MPa以上であることがより好ましく、3600MPa以上であることがさらに好ましく、3650MPa以上であることが特に好ましく、3700MPa以上であることが最も好ましい。本部材に用いられるポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンは、分子量分布が広いため、剛性の高い結晶領域の割合が大きくなり、結果として引張弾性率が高くなりやすい。引張弾性率が前記下限値以上であれば剛性に優れ、得られる複合材料も剛性や強度に優れるものとなりやすい。
一方、引張弾性率は5000MPa以下であることが好ましく、4500MPa以下であることがより好ましく、4000MPa以下であることがさらに好ましく、3900MPa以下であることが特に好ましく、3800MPa以下であることが最も好ましい。引張弾性率が前記上限値以下であれば、剛性が高すぎることがなく、また得られる複合材料の賦形等の二次加工性にも優れる傾向となる。
なお、引張弾性率は、引張速度5mm/分の条件で測定するが、具体的には、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[耐折回数]
本部材の耐折回数は5000回以上であることが好ましく、6000回以上であることがより好ましく、7000回以上であることがさらに好ましく、8000回以上であることが特に好ましく、9000回以上であることがとりわけ好ましく、10000回以上であることが最も好ましい。耐折回数がかかる範囲であれば、耐久性が充分に高く、また得られる複合材料も耐久性に優れ、繰り返し応力が加えられるような用途においても破壊しにくいものとなりやすい。なお、耐折回数はJIS P8115:2001に準拠し、厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定することができる。
本部材の耐折回数は5000回以上であることが好ましく、6000回以上であることがより好ましく、7000回以上であることがさらに好ましく、8000回以上であることが特に好ましく、9000回以上であることがとりわけ好ましく、10000回以上であることが最も好ましい。耐折回数がかかる範囲であれば、耐久性が充分に高く、また得られる複合材料も耐久性に優れ、繰り返し応力が加えられるような用途においても破壊しにくいものとなりやすい。なお、耐折回数はJIS P8115:2001に準拠し、厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定することができる。
[パンクチャー衝撃強度]
本部材の厚み100μm、23℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度は0.2J以上であることが好ましく、0.4J以上であることがより好ましく、0.6J以上であることがさらに好ましく、0.8J以上であることが特に好ましい。23℃におけるパンクチャー衝撃強度がかかる範囲であれば、耐衝撃性が充分に高く、外部から衝撃が加わっても破壊しにくい複合材料用部材となりやすく、また得られる複合材料も耐衝撃性に優れるものとなりやすい。
本部材の厚み100μm、23℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度は0.2J以上であることが好ましく、0.4J以上であることがより好ましく、0.6J以上であることがさらに好ましく、0.8J以上であることが特に好ましい。23℃におけるパンクチャー衝撃強度がかかる範囲であれば、耐衝撃性が充分に高く、外部から衝撃が加わっても破壊しにくい複合材料用部材となりやすく、また得られる複合材料も耐衝撃性に優れるものとなりやすい。
本部材の、厚み100μm、-20℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度は0.2J以上であることが好ましく、0.4J以上であることがより好ましく、0.6J以上であることがさらに好ましいく、0.8J以上であることが特に好ましい。-20℃におけるパンクチャー衝撃強度がかかる範囲であれば、特に低温における耐衝撃性が充分に高く、外部から衝撃が加わっても破壊しにくい複合材料用部材となりやすく、また得られる複合材料も耐衝撃性に優れるものとなりやすい。
なお、23℃及び-20℃におけるパンクチャー衝撃強度は、JIS K7124-2:1999を参考に、厚み100μm、測定サンプル固定枠の内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定することができるが、本部材の厚みが1mm以上である場合には、JIS K7211-2:2006を参考にして、同様の条件で測定すればよい。
なお、23℃及び-20℃におけるパンクチャー衝撃強度は、JIS K7124-2:1999を参考に、厚み100μm、測定サンプル固定枠の内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定することができるが、本部材の厚みが1mm以上である場合には、JIS K7211-2:2006を参考にして、同様の条件で測定すればよい。
[厚み精度]
本部材の形状がフィルム、シート、板状等の長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さい薄い平らな形状である場合は、本部材の厚み精度は7%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、4%以下であることがさらに好ましく、3%以下であることが特に好ましく、2.5%以下であることがとりわけ好ましく、2%以下であることが最も好ましい。厚み精度がかかる範囲であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。厚み精度の下限は特に限定されるものではなく、0%であることが好ましいが、通常0.1%であり、0.3%であってもよく、0.5%であってもよく、0.8%であってもよく、1%であってもよい。
なお、厚み精度は、測定されるフィルム厚みの平均値と標準偏差から、下記の式1により算出することができ、具体的には、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[式1]
厚み精度(%)=標準偏差(μm)/平均値(μm)×100
本部材の形状がフィルム、シート、板状等の長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さい薄い平らな形状である場合は、本部材の厚み精度は7%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、4%以下であることがさらに好ましく、3%以下であることが特に好ましく、2.5%以下であることがとりわけ好ましく、2%以下であることが最も好ましい。厚み精度がかかる範囲であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。厚み精度の下限は特に限定されるものではなく、0%であることが好ましいが、通常0.1%であり、0.3%であってもよく、0.5%であってもよく、0.8%であってもよく、1%であってもよい。
なお、厚み精度は、測定されるフィルム厚みの平均値と標準偏差から、下記の式1により算出することができ、具体的には、後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[式1]
厚み精度(%)=標準偏差(μm)/平均値(μm)×100
[表面粗さ]
本部材の形状がフィルム、シート、板状等の長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さい薄い平らな形状である場合は、少なくとも一面(片面)の表面粗さが特定の範囲であることが好ましい。具体的には、本部材の少なくとも片面の算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ粗さ(Rz)が後記する特定の範囲であることが好ましい。また、本部材の両面の表面粗さが後記する特定の範囲であることも好ましい。
本部材の形状がフィルム、シート、板状等の長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さい薄い平らな形状である場合は、少なくとも一面(片面)の表面粗さが特定の範囲であることが好ましい。具体的には、本部材の少なくとも片面の算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ粗さ(Rz)が後記する特定の範囲であることが好ましい。また、本部材の両面の表面粗さが後記する特定の範囲であることも好ましい。
[算術平均高さ(Sa)]
本部材の少なくとも片面の算術平均高さ(Sa)は0.001μm以上であることが好ましく、0.005μm以上であることがより好ましく、0.007μm以上であることがさらに好ましく、0.01μm以上であることが特に好ましく、0.015μm以上であることがとりわけ好ましく、0.018μm以上であることが最も好ましい。また、算術平均高さ(Sa)は、1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましく、0.2μm以下であることがさらに好ましく、0.1μm以下であることが特に好ましく、0.08μm以下であることがとりわけ好ましく、0.05μm以下であることが最も好ましい。
算術平均高さ(Sa)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、算術平均高さ(Sa)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、算術平均高さ(Sa)は、白色干渉顕微鏡を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
本部材の少なくとも片面の算術平均高さ(Sa)は0.001μm以上であることが好ましく、0.005μm以上であることがより好ましく、0.007μm以上であることがさらに好ましく、0.01μm以上であることが特に好ましく、0.015μm以上であることがとりわけ好ましく、0.018μm以上であることが最も好ましい。また、算術平均高さ(Sa)は、1μm以下であることが好ましく、0.5μm以下であることがより好ましく、0.2μm以下であることがさらに好ましく、0.1μm以下であることが特に好ましく、0.08μm以下であることがとりわけ好ましく、0.05μm以下であることが最も好ましい。
算術平均高さ(Sa)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、算術平均高さ(Sa)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、算術平均高さ(Sa)は、白色干渉顕微鏡を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[最大高さ(Sz)]
本部材の少なくとも片面の最大高さ(Sz)は0.1μm以上であることが好ましく、0.3μm以上であることがより好ましく、0.5μm以上であることがさらに好ましく、0.7μm以上であることが特に好ましく、0.8μm以上であることが最も好ましい。また、最大高さ(Sz)は10μm以下であることが好ましく、7μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましく、3μm以下であることが特に好ましく、2.5μm以下であることがとりわけ好ましく、2μm以下であることが最も好ましい。
最大高さ(Sz)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、最大高さ(Sz)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、最大高さ(Sz)は、白色干渉顕微鏡を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
本部材の少なくとも片面の最大高さ(Sz)は0.1μm以上であることが好ましく、0.3μm以上であることがより好ましく、0.5μm以上であることがさらに好ましく、0.7μm以上であることが特に好ましく、0.8μm以上であることが最も好ましい。また、最大高さ(Sz)は10μm以下であることが好ましく、7μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましく、3μm以下であることが特に好ましく、2.5μm以下であることがとりわけ好ましく、2μm以下であることが最も好ましい。
最大高さ(Sz)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、最大高さ(Sz)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、最大高さ(Sz)は、白色干渉顕微鏡を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[算術平均粗さ(Ra)]
本部材の少なくとも片面の算術平均粗さ(Ra)は0.005μm以上であることが好ましく、0.008μm以上であることがより好ましく、0.01μm以上であることがさらに好ましく、0.015μm以上であることが特に好ましく、0.02μm以上であることが最も好ましい。また、算術平均粗さ(Ra)は1μm以下であることが好ましく、0.7μm以下であることがより好ましく、0.5μm以下であることがさらに好ましく、0.3μm以下であることがよりさらに好ましく、0.2μm以下であることが特に好ましく、0.15μm以下であることがとりわけ好ましく、0.1μm以下であることが最も好ましい。
算術平均粗さ(Ra)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、算術平均粗さ(Ra)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、算術平均粗さ(Ra)は、JIS B0601:2013に準拠し接触式表面粗さ計を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
本部材の少なくとも片面の算術平均粗さ(Ra)は0.005μm以上であることが好ましく、0.008μm以上であることがより好ましく、0.01μm以上であることがさらに好ましく、0.015μm以上であることが特に好ましく、0.02μm以上であることが最も好ましい。また、算術平均粗さ(Ra)は1μm以下であることが好ましく、0.7μm以下であることがより好ましく、0.5μm以下であることがさらに好ましく、0.3μm以下であることがよりさらに好ましく、0.2μm以下であることが特に好ましく、0.15μm以下であることがとりわけ好ましく、0.1μm以下であることが最も好ましい。
算術平均粗さ(Ra)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、算術平均粗さ(Ra)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、算術平均粗さ(Ra)は、JIS B0601:2013に準拠し接触式表面粗さ計を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[最大高さ粗さ(Rz)]
本部材の少なくとも片面の最大高さ粗さ(Rz)は0.05μm以上であることが好ましく、0.08μm以上であることがより好ましく、0.1μm以上であることがさらに好ましく、0.15μm以上であることが特に好ましく、0.2μm以上であることが最も好ましい。また、最大高さ粗さ(Rz)は5μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましく、2μm以下であることがさらに好ましく、1μm以下であることが特に好ましく、0.8μm以下であることが最も好ましい。
最大高さ粗さ(Rz)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、最大高さ粗さ(Rz)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、最大高さ粗さ(Rz)は、JIS B0601:2013に準拠し接触式表面粗さ計を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
本部材の少なくとも片面の最大高さ粗さ(Rz)は0.05μm以上であることが好ましく、0.08μm以上であることがより好ましく、0.1μm以上であることがさらに好ましく、0.15μm以上であることが特に好ましく、0.2μm以上であることが最も好ましい。また、最大高さ粗さ(Rz)は5μm以下であることが好ましく、3μm以下であることがより好ましく、2μm以下であることがさらに好ましく、1μm以下であることが特に好ましく、0.8μm以下であることが最も好ましい。
最大高さ粗さ(Rz)が前記下限値以上であれば、プリプレグ等の複合材料を製造する際の強化繊維シート等と積層する過程において、フィルムロール等からフィルム等を送り出す際の滑り性が低下することによりフィルム等が蛇行したり斜めになったりする不具合が発生しにくく、加工性に優れた複合材料用部材となりやすい。また、フィルムロール等に蓄積する静電気によりフィルム巻き出し時にスパークが発生しフィルム等の表面に傷を付けたり、浮遊している塵埃が静電気により引き寄せられフィルム等の表面に付着し、得られる複合材料中に異物が混入するといった問題も発生しにくく好ましい。また、最大高さ粗さ(Rz)が前記上限値以下であれば、強化繊維と複合した際に、得られる複合材料中の強化繊維含有量のばらつきが小さくなりやすい、すなわち、複合材料の部位による強度等の機械的物性値のばらつきが小さく、機械物性の均一性の高い複合材料が得られやすくなる。また、フィルムロール等からフィルム等を巻き出す際のフィルム搬送中に搬送ロール上でフィルム等が滑り、ずれ、捻じれ、しわ等が発生するといった問題も起こりにくいといった利点がある。
なお、最大高さ粗さ(Rz)は、JIS B0601:2013に準拠し接触式表面粗さ計を用いて測定することができ、具体的には後述の実施例に記載の方法で測定することができる。
[相対結晶化度]
本部材の相対結晶化度は50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましく、80%以上であることが特に好ましく、90%以上であることがとりわけ好ましく、95%以上であることが最も好ましい。また、上限は、通常100%である。本部材の相対結晶化度が、前記下限値以上であると、本部材と強化繊維とを加熱圧着させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することが容易となり、また、耐熱性や剛性により優れたものとすることができる。
なお、相対結晶化度は、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温し、このときに得られる結晶融解ピークの熱量(J/g)、再結晶化ピークの熱量(J/g)から下記の式2を用いて算出することで得られる。
[式2]
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:本部材の10℃/分の昇温条件下での再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:本部材の10℃/分の昇温条件下での結晶融解ピークの熱量(J/g)
本部材の相対結晶化度は50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましく、80%以上であることが特に好ましく、90%以上であることがとりわけ好ましく、95%以上であることが最も好ましい。また、上限は、通常100%である。本部材の相対結晶化度が、前記下限値以上であると、本部材と強化繊維とを加熱圧着させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することが容易となり、また、耐熱性や剛性により優れたものとすることができる。
なお、相対結晶化度は、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温し、このときに得られる結晶融解ピークの熱量(J/g)、再結晶化ピークの熱量(J/g)から下記の式2を用いて算出することで得られる。
[式2]
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:本部材の10℃/分の昇温条件下での再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:本部材の10℃/分の昇温条件下での結晶融解ピークの熱量(J/g)
なお、再結晶化ピークが複数存在する場合はその熱量の合計をΔHcとし、結晶融解ピークが複数存在する場合はその熱量の合計をΔHmとして算出する。示差走査熱量計で測定した際に再結晶化ピークが見られないもの(ΔHc=0J/g)を結晶化した本部材、再結晶化ピークが見られるものを完全に結晶化していない本部材ということができる。
[比重]
本部材の比重は、1.27以上であることが好ましく、1.28以上であることがより好ましい。相対結晶化度と比重は相関があり、通常は、相対結晶化度が高いほど、比重が高いものとなりやすい。そのため、比重が前記下限値以上であると、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、また、耐熱性や剛性に優れたものとすることができる傾向となる。一方、本部材の比重は、1.35以下であることが好ましく、1.34以下であることがより好ましい。
なお、比重は、JIS K7112:1999(D法)の測定方法に準拠し、温度23℃の条件により測定した値である。
本部材の比重は、1.27以上であることが好ましく、1.28以上であることがより好ましい。相対結晶化度と比重は相関があり、通常は、相対結晶化度が高いほど、比重が高いものとなりやすい。そのため、比重が前記下限値以上であると、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、また、耐熱性や剛性に優れたものとすることができる傾向となる。一方、本部材の比重は、1.35以下であることが好ましく、1.34以下であることがより好ましい。
なお、比重は、JIS K7112:1999(D法)の測定方法に準拠し、温度23℃の条件により測定した値である。
[加熱収縮率]
本部材の加熱収縮率は、2.5%以下であることが好ましく、2.2%以下であることがより好ましく、1.8%以下であることがさらに好ましく、1.5%以下であることが特に好ましく、1.2%以下であることがとりわけ好ましく、0.8%以下であることが殊に好ましく、0.7%以下であることが最も好ましい。加熱収縮率を前記上限値以下とすることにより、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、得られる複合材料もシワ等の外観不良が発生しにくい傾向となる。本部材の加熱収縮率の下限は特に限定されるものではなく0%であることが好ましいが、0.1%であってもよく、0.2%であってもよく、0.3%であってもよい。
加熱収縮率は、フィルム状等とした本部材から切り出した大きさ120mm×120mmの試験片に、樹脂の流れ方向(MD)に直交する方向(TD)に100mm間隔の標線を付け、この試験片を200℃の環境下に10分間静置し、加熱前後の標線間距離から、下記の式3により求められる。
[式3]
加熱収縮率(%)=[(加熱前の標線間距離-加熱後の標線間距離)/加熱前の標線間距離]×100
本部材の加熱収縮率は、2.5%以下であることが好ましく、2.2%以下であることがより好ましく、1.8%以下であることがさらに好ましく、1.5%以下であることが特に好ましく、1.2%以下であることがとりわけ好ましく、0.8%以下であることが殊に好ましく、0.7%以下であることが最も好ましい。加熱収縮率を前記上限値以下とすることにより、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、得られる複合材料もシワ等の外観不良が発生しにくい傾向となる。本部材の加熱収縮率の下限は特に限定されるものではなく0%であることが好ましいが、0.1%であってもよく、0.2%であってもよく、0.3%であってもよい。
加熱収縮率は、フィルム状等とした本部材から切り出した大きさ120mm×120mmの試験片に、樹脂の流れ方向(MD)に直交する方向(TD)に100mm間隔の標線を付け、この試験片を200℃の環境下に10分間静置し、加熱前後の標線間距離から、下記の式3により求められる。
[式3]
加熱収縮率(%)=[(加熱前の標線間距離-加熱後の標線間距離)/加熱前の標線間距離]×100
[加熱収縮応力]
本部材の加熱収縮応力は、1.2mN以下であることが好ましく、1mN以下であることがより好ましく、0.8mN以下であることがさらに好ましく、0.5mN以下であることが特に好ましく、0.3mN以下であることが最も好ましい。加熱収縮応力を前記上限値以下とすることにより、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、得られる複合材料もシワ等の外観不良が発生しにくい傾向となる。本部材の加熱収縮応力の下限は特に限定されるものではなく0mNであることが好ましい。
加熱収縮応力は、以下の方法で求めることができる。
フィルム状等とした本部材から長さ10mm、幅3mmの短冊状の試験片を切り出し、熱機械分析装置(例えば、日立ハイテクサイエンス社製熱機械分析装置「TMA7100」)を用いて、試験片の一端を荷重検出器のチャックに、他端を固定チャックにセットし、荷重をかけない状態で室温(23℃)から340℃まで昇温速度5℃/分で加熱し、145℃における応力値を測定する。樹脂の流れ方向(MD)とそれと直交する方向(TD)についてそれぞれ測定を行い、応力値が大きい方を本発明の加熱収縮応力とする。
本部材の加熱収縮応力は、1.2mN以下であることが好ましく、1mN以下であることがより好ましく、0.8mN以下であることがさらに好ましく、0.5mN以下であることが特に好ましく、0.3mN以下であることが最も好ましい。加熱収縮応力を前記上限値以下とすることにより、本部材と強化繊維とを加熱圧着等させ複合材料とする際に熱による収縮を抑制することができる傾向となり、得られる複合材料もシワ等の外観不良が発生しにくい傾向となる。本部材の加熱収縮応力の下限は特に限定されるものではなく0mNであることが好ましい。
加熱収縮応力は、以下の方法で求めることができる。
フィルム状等とした本部材から長さ10mm、幅3mmの短冊状の試験片を切り出し、熱機械分析装置(例えば、日立ハイテクサイエンス社製熱機械分析装置「TMA7100」)を用いて、試験片の一端を荷重検出器のチャックに、他端を固定チャックにセットし、荷重をかけない状態で室温(23℃)から340℃まで昇温速度5℃/分で加熱し、145℃における応力値を測定する。樹脂の流れ方向(MD)とそれと直交する方向(TD)についてそれぞれ測定を行い、応力値が大きい方を本発明の加熱収縮応力とする。
本部材の形状としては特に限定はなく、フィルム、板、繊維、ボトル、チューブ、棒、パウダー、ペレット等のいずれの形状であってもよいが、フィルム、板、繊維であることが好ましく、フィルム、板であることがより好ましく、フィルムであることがさらに好ましい。なお、本部材が板状部材である場合、板状部材の「板状」としては、最大厚みが任意の平らな形状をいい、厚み1mm以上のいわゆる板だけでなく、厚み1mm未満のフィルムも含む趣旨である。板状部材としては薄い板状が好ましく、その厚みは2mm以下が好ましく、1mm未満がより好ましく、500μm以下がさらに好ましく、400μm以下が特に好ましく、300μm以下がとりわけ好ましく、250μm以下が最も好ましい。下限値は通常3μmである。
パウダー、ペレット等の形状のものを用いる場合は、原料の樹脂をそのまま用いてもよいし、パウダー状、ペレット状等に加工したものであってもよい。また、その他の形状である場合は、一般の成形法、例えば、押出成形、射出成形、溶融流延法等の流延成形、プレス成形等によって成形して、各種形状、好ましくはフィルム、板等の部材に成形できる。それぞれの成形方法において、装置及び加工条件は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。特に、後述の強化繊維との複合材料とする際の加工性の観点から、押出成形法、特にTダイ法によってフィルムとされた複合材料用部材であることが好ましい。
パウダー、ペレット等の形状のものを用いる場合は、原料の樹脂をそのまま用いてもよいし、パウダー状、ペレット状等に加工したものであってもよい。また、その他の形状である場合は、一般の成形法、例えば、押出成形、射出成形、溶融流延法等の流延成形、プレス成形等によって成形して、各種形状、好ましくはフィルム、板等の部材に成形できる。それぞれの成形方法において、装置及び加工条件は特に限定されず、公知の方法を採用することができる。特に、後述の強化繊維との複合材料とする際の加工性の観点から、押出成形法、特にTダイ法によってフィルムとされた複合材料用部材であることが好ましい。
なお、本発明においてフィルムは、シートを包含するものとする。一般的にフィルムとは、長さ及び幅に比べて厚みが極めて小さく、最大厚みが任意に限定されている薄い平らな製品で、通常、ロールの形で供給されるものをいい(日本工業規格JIS K6900:1994)、一般的にシートとは、JISにおける定義上、薄く、一般にその厚みが長さと幅のわりには小さく平らな製品をいう。しかし、シートとフィルムの境界は定かでないため、本発明においては、フィルムはシートを包含するものとする。よって、「フィルム」は「シート」であってもよい。
<フィルムの製造方法>
本部材がフィルムである場合、フィルムの製造方法は特に限定されないが、例えば、無延伸又は延伸フィルムとして得ることができる。複合材料を製造する際の二次加工性の観点から、無延伸フィルムとして得ることが好ましい。なお、無延伸フィルムとは、フィルムの配向を制御する目的で積極的に延伸しないフィルムであり、Tダイ法等の押出成形等においてキャストロールにより引き取る際に配向したフィルムや、延伸ロールでの延伸倍率が2倍未満であるフィルムも含むものとする。
本部材がフィルムである場合、フィルムの製造方法は特に限定されないが、例えば、無延伸又は延伸フィルムとして得ることができる。複合材料を製造する際の二次加工性の観点から、無延伸フィルムとして得ることが好ましい。なお、無延伸フィルムとは、フィルムの配向を制御する目的で積極的に延伸しないフィルムであり、Tダイ法等の押出成形等においてキャストロールにより引き取る際に配向したフィルムや、延伸ロールでの延伸倍率が2倍未満であるフィルムも含むものとする。
無延伸フィルムの場合、フィルムの構成材料を溶融混練した後、押出成形し、冷却することにより製造することができる。溶融混練には、単軸又は二軸押出機等の公知の混練機を用いることができる。溶融温度は、樹脂の種類や混合比率、添加剤の有無や種類に応じて適宜調整されるが、生産性等の観点から、320℃以上であることが好ましく、340℃以上であることがより好ましく、350℃以上であることがさらに好ましく、360℃以上であることが特に好ましい。溶融温度を前記下限値以上とすることで、ペレット等の原料の結晶が充分に融解しフィルムに残りにくくなるため、耐折回数、パンクチャー衝撃強度が向上しやすくなる。一方、溶融温度は450℃以下であることが好ましく、430℃以下であることがより好ましく、410℃以下であることがさらに好ましく、390℃以下であることが特に好ましい。溶融温度を前記上限値以下とすることで、溶融成形時に樹脂が分解しにくく分子量が維持されやすいため、フィルムの耐折回数、パンクチャー衝撃強度、引張弾性率が向上する傾向となる。
冷却は、例えば、冷却されたキャストロール等の冷却機に溶融樹脂を接触させることにより行うことができる。冷却温度(例えば、キャストロールの温度)は、結晶化したフィルムを作製するか、完全に結晶化していないフィルムを作製するかによって異なる。結晶化したフィルムを作製する場合、所望の結晶化度になるように冷却温度を適宜選択すればよい。前記冷却温度としては、本部材に含まれる樹脂成分のガラス転移温度から30~150℃高い温度であることが好ましく、35~140℃高い温度であることがより好ましく、40~135℃高い温度であることが特に好ましい。冷却温度を前記範囲とすることで、フィルムの冷却速度を遅くすることができ、相対結晶化度を高くすることができる傾向がある。
例えば、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンを含む場合、冷却温度(キャストロール温度)は180℃以上であることが好ましく、190℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましい。より高い結晶化度のフィルムを得る場合は、冷却温度(キャストロール温度)は210℃以上であることが特に好ましく、220℃以上であることが最も好ましい。一方、冷却温度(キャストロール温度)は300℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましく、270℃以下であることがさらに好ましく、260℃以下であることが特に好ましく、250℃以下であることがとりわけ好ましく、240℃以下であることが最も好ましい。
例えば、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンを含む場合、冷却温度(キャストロール温度)は180℃以上であることが好ましく、190℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましい。より高い結晶化度のフィルムを得る場合は、冷却温度(キャストロール温度)は210℃以上であることが特に好ましく、220℃以上であることが最も好ましい。一方、冷却温度(キャストロール温度)は300℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましく、270℃以下であることがさらに好ましく、260℃以下であることが特に好ましく、250℃以下であることがとりわけ好ましく、240℃以下であることが最も好ましい。
高分子材料の結晶化速度は、結晶の核形成速度と成長速度のバランスから、ガラス転移温度と結晶融解温度との間の温度域で最大化すると考えられる。相対結晶化度の高いフィルムを作製する場合に、冷却温度(キャストロール温度)の下限と上限がかかる範囲であれば、結晶化速度が最大となり、生産性に優れた結晶化フィルムが得られやすい。
一方、完全に結晶化していないフィルムを作製する場合には、溶融状態から一気にガラス転移温度以下に急冷し、結晶が成長できない領域まで分子の運動性を低下させることが重要である。この場合、冷却温度(例えば、キャストロール温度)は50℃以上であることが好ましく、100℃以上であることがより好ましく、120℃以上であることがさらに好ましい。一方、冷却温度(キャストロール温度)は150℃以下であることが好ましく、140℃以下であることがより好ましい。完全に結晶化していないフィルムを作製する場合、冷却温度(キャストロール温度)がかかる範囲であれば、急冷によるシワや貼り付き等のない、外観良好なフィルムが得られやすい。
なお、前記ガラス転移温度とは、JIS K7121:2012に準じて、示差走査熱量計(例えば、パーキンエルマー社製「Pyris1 DSC」)を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分の条件で測定される値をいう。また、複数種の樹脂の混合物でガラス転移温度が複数存在する場合は、最も高いガラス転移温度を樹脂成分のガラス転移温度とみなし、冷却温度を調整すればよい。
本部材の相対結晶化度を前記所望の範囲とするには、例えば、本部材がフィルムである場合、押出成形を採用し、フィルムを押し出す際の条件を適宜調整する方法が好ましいが、本発明においては、以下の(1)~(4)の方法を採用することがより好ましい。これらの方法は、組み合わせて用いてもよい。なかでも、得られる複合材料によりシワが発生しにくく、エネルギー消費の少ない(1)の方法が好ましい。
(1)溶融樹脂を冷却しフィルム形状とする際の冷却条件を調整する方法。前記冷却は例えば、冷却機としてキャストロールを用い、押し出された溶融樹脂をキャストロールに接触させることにより行うことができるが、具体的には、以下の方法を採用することが好ましい。
冷却温度を樹脂成分のガラス転移温度より30~150℃高い温度とする方法が挙げられる。冷却温度は樹脂成分のガラス転移温度より35~140℃高い温度であることがより好ましく、40~135℃高い温度であることが特に好ましい。冷却温度を前記範囲とすることで、フィルムの冷却速度を遅くすることができ、相対結晶化度を高くすることができる傾向がある。
特に、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンを主成分として含む場合、冷却温度は180℃以上であることが好ましく、190℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましく、210℃以上であることが特に好ましい。
一方、冷却温度は300℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましく、260℃以下であることがさらに好ましく、250℃以下であることが特に好ましく、240℃以下であることが最も好ましい。
特に、樹脂成分としてポリエーテルエーテルケトンを主成分として含む場合、冷却温度は180℃以上であることが好ましく、190℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましく、210℃以上であることが特に好ましい。
一方、冷却温度は300℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましく、260℃以下であることがさらに好ましく、250℃以下であることが特に好ましく、240℃以下であることが最も好ましい。
(2)加熱ロールを用いフィルムを再加熱する方法。具体的には、縦延伸機等のキャストロールとは別のロールで加熱する方法が挙げられる。加熱する際の温度は、前記(1)の冷却温度と同様の範囲が好ましい。
(3)オーブンでフィルムを再加熱する方法。具体的には、フローティングドライヤー、テンター、バンドドライヤー等の乾燥装置にフィルムを通し、熱風で加熱する方法が挙げられる。加熱する際の温度は、前記(1)の冷却温度と同様の範囲が好ましい。
(4)赤外線でフィルムを再加熱する方法。具体的には、セラミックヒーター等の遠赤外線ヒーターをロール間に設置しロールtoロールでフィルムを加熱してもよいし、遠赤外線乾燥機にフィルムを通し加熱してもよい。加熱する際の温度は、前記(1)の冷却温度と同様の範囲が好ましい。
なお、前記(2)~(4)の処理は、フィルム製造ライン中にそのための設備を設けフィルム製造の際に同時に行ってもよいし、一度ロール状にフィルムを巻き取った後、このフィルムロールについて製造ライン外のこれら設備によって行ってもよい。
また、本部材の算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)、算術平均粗さ(Ra)、最大高さ粗さ(Rz)を調整する方法としては、特に制限はないが、例えば、エンボスロール転写、エンボスベルト転写、エンボスフィルム転写等の転写処理、サンドブラスト処理、ショットブラスト処理、エッチング処理、彫刻処理、表面結晶化や、樹脂成分を支持体上に塗布、乾燥、熱処理することによって本部材を得る流延工程においては、支持体として用いる金属ロール、エンドレス金属ベルト、高分子フィルム等の表面粗さを研磨等により適宜調整する方法等種々の方法を用いることができる。なかでも、溶融樹脂をフィルム状に押し出しながら連続的に均一に表面粗さを調整しやすい点から、キャストロール等のロール上にフィルム状の溶融樹脂をキャスティングすることにより所望の粗さに調整する方法が好ましい。この場合、キャストロールの算術平均粗さ等の表面粗さを調整することにより、樹脂フィルムの表面粗さを調整することができる。
さらに、本部材の厚み精度を所望の範囲に調整する方法としては、特に制限はないが、例えば、本部材がフィルムである場合、押出成形を採用し、フィルムを押し出す際の条件を適宜調整すればよい。具体的には、例えば、
(1)Tダイ等のダイのリップボルトを機械的に回転させてリップ開度を調整する方法
(2)ダイリップに一定間隔で加熱装置を付けそれらを個別に温度調整して、溶融樹脂の粘度の温度変化を利用しフィルム厚みを調整する方法
(3)フィルム状に押し出された溶融樹脂の膜振動や脈動ができるだけ発生しないように、ダイとキャストロールとの距離を調整する方法
(4)フィルム状に押し出された溶融樹脂がキャストロールに接触する際に周囲の空気等の気体の流れにより脈動しないように、プレートや覆いを設置して空気の流れを遮断する方法
(5)フィルム状に押し出す際の吐出量の変動が起きないように調整する方法
(6)キャストロールの回転変動率を小さくしロールの回転むらを抑える方法
(7)フィルム状に押し出された溶融樹脂に高電圧を印加した電極より静電荷を付与し、静電気力でキャストロールに密着させる方法(静電密着法)
(8)フィルム状に押し出された溶融樹脂にカーテン状の圧縮空気を吹き付け、キャストロールに密着させる方法
(9)フィルム状に押し出された溶融樹脂をニップロールによってキャストロールに密着させる方法
等が挙げられる。
(1)Tダイ等のダイのリップボルトを機械的に回転させてリップ開度を調整する方法
(2)ダイリップに一定間隔で加熱装置を付けそれらを個別に温度調整して、溶融樹脂の粘度の温度変化を利用しフィルム厚みを調整する方法
(3)フィルム状に押し出された溶融樹脂の膜振動や脈動ができるだけ発生しないように、ダイとキャストロールとの距離を調整する方法
(4)フィルム状に押し出された溶融樹脂がキャストロールに接触する際に周囲の空気等の気体の流れにより脈動しないように、プレートや覆いを設置して空気の流れを遮断する方法
(5)フィルム状に押し出す際の吐出量の変動が起きないように調整する方法
(6)キャストロールの回転変動率を小さくしロールの回転むらを抑える方法
(7)フィルム状に押し出された溶融樹脂に高電圧を印加した電極より静電荷を付与し、静電気力でキャストロールに密着させる方法(静電密着法)
(8)フィルム状に押し出された溶融樹脂にカーテン状の圧縮空気を吹き付け、キャストロールに密着させる方法
(9)フィルム状に押し出された溶融樹脂をニップロールによってキャストロールに密着させる方法
等が挙げられる。
本部材をフィルムで使用する場合、フィルムの厚みには特に制限はないが、通常3μm以上であり、6μm以上であることが好ましく、9μm以上であることがより好ましく、12μm以上であることがさらに好ましく、15μm超であることがよりさらに好ましく、20μm以上であることがよりさらに好ましく、35μm以上であることが特に好ましく、50μm以上であることがとりわけ好ましく、60μm以上であることが最も好ましい。一方、フィルムの厚みは500μm以下であることが好ましく、450μm以下であることがより好ましく、400μm以下であることがさらに好ましく、350μm以下であることがよりさらに好ましく、300μm以下であることが特に好ましく、250μm以下であることがとりわけ好ましく、200μm以下であることが最も好ましい。フィルムの厚みがかかる範囲であれば、厚みが薄過ぎも厚過ぎもしないため、機械特性、製膜性、絶縁性等のバランス、強化繊維と複合する際の二次加工性に優れる傾向となる。
なお、フィルムの厚みは、具体的には実施例の方法により測定される平均厚みをいう。
なお、フィルムの厚みは、具体的には実施例の方法により測定される平均厚みをいう。
また、本部材がフィルムである場合は、本発明の効果を損なわない範囲で、他の層を積層させた多層フィルムとすることもできる。多層化の方法は、例えば、共押出、押出ラミネート、熱ラミネート、ドライラミネート等の公知の方法を用いることができる。
[用途・使用態様]
本部材は、剛性、耐久性、耐衝撃性、生産性に優れるため、樹脂と強化繊維、特に数平均繊維長が5mm以上の強化繊維との複合用の材料として用いることができる。特に、本部材がフィルムである場合に、数平均繊維長が5mm以上の強化繊維との複合用の材料として好適に使用することができる。
本部材は、剛性、耐久性、耐衝撃性、生産性に優れるため、樹脂と強化繊維、特に数平均繊維長が5mm以上の強化繊維との複合用の材料として用いることができる。特に、本部材がフィルムである場合に、数平均繊維長が5mm以上の強化繊維との複合用の材料として好適に使用することができる。
数平均繊維長が5mm以上の強化繊維の種類は、特に限定されるものでないが、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維等の無機繊維、液晶ポリマー繊維、ポリエチレン繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維等の有機繊維、アルミニウム繊維、マグネシウム繊維、チタン繊維、SUS繊維、銅繊維、金属を被覆した炭素繊維等の金属繊維などが挙げられる。これらの中でも、剛性、軽量性の観点から、炭素繊維が好ましい。
炭素繊維には、ポリアクリロニトリル(PAN)系、石油・石炭ピッチ系、レーヨン系、リグニン系等があるが、いずれの炭素繊維も使用することができる。特に、PANを原料としたPAN系炭素繊維で、12000~48000フィラメントのストランド又はトウが、工業的規模における生産性及び機械的特性に優れており好ましい。
数平均繊維長は5mm以上であり、10mm以上であることが好ましく、20mm以上であることがより好ましく、30mm以上であることがより好ましく、40mm以上であることが特に好ましく、50mm以上であることが最も好ましい。また、強化繊維は連続繊維であることも好ましい。数平均繊維長を前記下限値以上とすることで、得られる複合材料の機械特性を充分なものとしやすい傾向となる。数平均繊維長の上限は特に限定されないが、強化繊維の形状が後述するような織物、編物、不織布等の非連続繊維の場合は、数平均繊維長は500mm以下であることが好ましく、300mm以下であることがより好ましく、150mm以下であることがさらに好ましい。数平均繊維長を前記上限値以下とすることにより、複合材料を用いて最終製品、特に複雑形状の最終製品を成形する際の複雑形状部への強化繊維の充填性を充分なものとし、当該部位の強度低下の発生を抑制しやすい傾向となる。
なお、強化繊維の数平均繊維長は、走査型電子顕微鏡等の電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて強化繊維を観察した際に、最も長さが長く観察される部分の平均長さをいう。具体的には、複合材料中に存在する強化繊維の長さ方向が観察可能な断面に対して観察を行い、測定された繊維長を数平均化することで求めることができる。
また別の方法として、溶媒等により樹脂成分を除去した強化繊維を適当な分散剤に分散させた分散液を薄膜ラミネートし、強化繊維をスキャナー等で撮影した画像を用いて、画像処理ソフト等により数平均繊維長を求める方法も挙げられる。
なお、強化繊維の数平均繊維長は、走査型電子顕微鏡等の電子顕微鏡や光学顕微鏡を用いて強化繊維を観察した際に、最も長さが長く観察される部分の平均長さをいう。具体的には、複合材料中に存在する強化繊維の長さ方向が観察可能な断面に対して観察を行い、測定された繊維長を数平均化することで求めることができる。
また別の方法として、溶媒等により樹脂成分を除去した強化繊維を適当な分散剤に分散させた分散液を薄膜ラミネートし、強化繊維をスキャナー等で撮影した画像を用いて、画像処理ソフト等により数平均繊維長を求める方法も挙げられる。
強化繊維の形状も、特に限定されるものではなく、チョップドストランド、ロービング等の繊維束や、平織、綾織等の織物、編物、不織布、繊維ペーパー、UD材(一方向性(uni directional)材)等の強化繊維シートのうちから、必要に応じて適宜選択することができる。
強化繊維と本部材との複合化の方法は特に制限はなく、樹脂フィルム含浸法(フィルムスタッキング法)、混織法、溶融法、溶剤法、ドライパウダーコーティング法やパウダーサスペンション法等のパウダー法等、従来公知の方法を採用することにより、強化繊維束や強化繊維シート中に本部材を含浸又は半含浸させたプリプレグ等の複合材料を製造することができる。本発明においては、これらの中でも、樹脂フィルム含浸法(フィルムスタッキング法)を採用することが好ましい。
具体的には、前述の強化繊維シートの片面又は両面に本部材を重ね合わせて加熱・加圧することにより強化繊維シート中に本部材の樹脂成分を溶融・含浸させてプリプレグとすることができる。この際、加熱、加圧の条件を調整することにより、含有する空隙量を制御したプリプレグを得ることができる。なお、プリプレグには、加圧工程を省略して、強化繊維シートに本部材を熱融着により仮接着させる形態も含まれる。このように仮接着させたプリプレグ、特に空隙を多く含むものである場合は、製造にかかる時間を短縮でき製造コストの低減に繋がるとともに、柔軟性を有するため実形状に合わせて変形しやすいという利点がある。なお、上述の手法は、本部材がフィルムである場合に好適に用いることができる。
このプリプレグを、オートクレーブ成形、インフュージョン成形、ヒートアンドクールプレス成形、スタンピング成形、ロボットによる自動積層成形等の公知の工程に供することにより、複合材料製品を得ることができ、その成形条件は含有する空隙量により選択できる。プリプレグ作製時に使用するフィルム等の本部材には、強化繊維シートへの含浸性、熱融着性等の二次加工性が求められるが、本部材は、特定の分子量分布、質量平均分子量のポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンを含み結晶性が適度に抑えられるため二次加工性に優れ、得られる複合材料も耐久性、耐衝撃性に優れるものとなるため、特に好適に使用できる。
このようにして得られる複合材料中の強化繊維の含有割合は、弾性率、強度の観点から、20体積%以上であることが好ましく、30体積%以上であることがより好ましく、40体積%以上であることがさらに好ましい。一方、複合材料中の強化繊維の含有割合は90体積%以下であることが好ましく、80体積%以下であることがより好ましく、70体積%以下であることがさらに好ましい。
本部材と強化繊維とを複合させてなる複合材料は、その耐熱性、軽量性、機械的強度等から、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両といった移動体や、スポーツ用品、家電製品、建築資材等に好適に用いることができるが、特に、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両といった移動体の構成部材として工業的に有用である。
また、本発明では、樹脂成分としてポリアリールエーテルケトンを主成分として含有するフィルムの製造方法を開示する。なかでも、ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである場合に、下記製造方法を好適に採用することができる。
具体的には、分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上の樹脂成分を準備して押出機で溶融混練し、口金から溶融樹脂を押出し、該溶融樹脂をキャストロールで冷却させることによりフィルム形状とし、冷却後のフィルムの結晶化温度を288℃以上320℃以下とし、引張速度5mm/分の条件で測定される引張弾性率を3400MPa以上5000MPa以下とすることを特徴とする、フィルムの製造方法である。
具体的には、分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上の樹脂成分を準備して押出機で溶融混練し、口金から溶融樹脂を押出し、該溶融樹脂をキャストロールで冷却させることによりフィルム形状とし、冷却後のフィルムの結晶化温度を288℃以上320℃以下とし、引張速度5mm/分の条件で測定される引張弾性率を3400MPa以上5000MPa以下とすることを特徴とする、フィルムの製造方法である。
また、本発明のフィルムの製造方法においては、前記冷却後のフィルムの、厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定される耐折回数を5000回以上とし、厚み100μm、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定される、23℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.2J以上とするとともに、-20℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.2J以上とするフィルムの製造方法も開示する。
さらに、本発明のフィルムの製造方法においては、前記冷却後のフィルムの結晶融解熱量を30J/g以上45J/g以下とするフィルムの製造方法も開示する。
上述の製造方法においては、前記ポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であることが好ましい。
上述のような結晶化温度、引張弾性率を有し、好ましくは耐折回数を5000回以上、23℃及び-20℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.2J以上とし、さらに好ましくは結晶融解熱量が30J/g以上45J/g以下であるフィルムを製造するためには、原料として用いるポリアリールエーテルケトンの選定、フィルムを押し出す際の条件等を適宜調整すればよいが、本発明においては、以下の(1)~(4)の方法を採用することが好ましい。
(1)原料として用いるポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンとして、分子量分布が4以上8以下であり、質量平均分子量が88000以上のものを用いる。その他、ポリアリールエーテルケトン、好ましくはポリエーテルエーテルケトンの物性等の詳細は、上述した複合材料用部材に用いるポリアリールエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンにおけるものと共通するので、ここでは説明を省略する。
(2)押出機での溶融混練の温度を調整する。具体的には、押出機の出口における樹脂温度を350℃以上とすることが好ましく、360℃以上とすることがより好ましく、370℃以上とすることがさらに好ましく、380℃以上とすることが特に好ましい。押出機の出口における樹脂温度を前記下限値以上とすることで、ペレットが充分に溶融し吐出が安定するだけでなく、ペレットの結晶が充分に溶融しフィルムに残りにくくなるため、耐折回数、パンクチャー衝撃強度が向上しやすくなり、また得られるフィルムの外観も優れたものになりやすい。一方、溶融温度は450℃以下とすることが好ましく、430℃以下とすることがより好ましく、410℃以下とすることがさらに好ましい。樹脂温度を前記上限値以下とすることで、溶融成形時に樹脂が分解しにくく分子量が維持されやすいため、引張弾性率、耐折回数、パンクチャー衝撃強度が向上する傾向となる。
(3)溶融樹脂を冷却しフィルム形状とする際の冷却条件を調整する。冷却は例えば、冷却機としてキャストロールを用い、押し出された溶融樹脂をキャストロールに接触させることにより行うことができるが、具体的には、以下の(3-1)、(3-2)の方法を採用することが好ましい。
(3-1)キャストロールの温度を調整する。具体的には、キャストロールの温度をポリアリールエーテルケトンのガラス転移温度から30~150℃高い温度とすることが好ましく、35~140℃高い温度とすることがより好ましく、40~135℃高い温度とすることが特に好ましい。より具体的には、ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである場合は、キャストロールの温度を180℃以上とすることが好ましく、190℃以上とすることがより好ましく、200℃以上とすることがさらに好ましい。一方、キャストロールの温度は280℃以下とすることが好ましく、270℃以下とすることがより好ましく、260℃以下とすることがさらに好ましく、250℃以下とすることが特に好ましく、240℃以下とすることが最も好ましい。
(3-2)溶融樹脂が口金から押し出されてから冷却が開始されるまでの時間を調整する。該時間は、例えば、口金からキャストロールまでの距離で調整可能であり、その距離を短くすることにより、溶融樹脂が押し出されてから冷却が開始されるまでの時間を短くすることができ、一方、その距離を長くすることにより冷却の開始を遅らせることができる。押し出された溶融樹脂の樹脂温度、キャストロールの温度等を鑑み、該距離を適宜調整すればよいが、該距離は5mm以上であることが好ましく、7mm以上であることがより好ましく、10mm以上であることがさらに好ましく、100mm以下であることが好ましく、70mm以下であることがより好ましく、50mm以下であることがさらに好ましい。
(4)キャストロールを用いる場合、キャストロールへ溶融樹脂を接触させる際の接触角度θを調整する。キャストロールと圧着ロールとの接触点に垂直に溶融樹脂を落とすのではなく、図1に示すように、キャストロールの中心側に少しずらせて口金から溶融樹脂を落としキャストロールに接触させることにより、溶融樹脂を冷却させフィルム形状とする際の波打ちやしわ等の問題が発生しにくく、均一に結晶化したフィルムが得られやすくなる。なお、接触角度θとは、図1に示すように、圧着ロール3とキャストロール4との接触点と口金とを結ぶ直線と、該接触点からの鉛直線(図1の点線)とで形成される角度のことをいい、θは1°以上であることが好ましく、2°以上であることがより好ましく、3°以上であることがさらに好ましく、10°以下であることが好ましく、8°以下であることがより好ましく、5°以下であることがさらに好ましい。
本発明の製造方法により得られるフィルムは、剛性、耐久性、耐衝撃性、生産性に優れるため、樹脂と強化繊維、特に数平均繊維長が5mm以上の強化繊維との複合用の材料に好適である。また、本発明の製造方法により得られるフィルムを強化繊維と複合させてなる複合材料は、その耐熱性、軽量性、機械的強度等から、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両といった移動体や、スポーツ用品、家電製品、建築資材等に好適に用いることができるが、特に、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両といった移動体の構成部材として工業的に有用である。これらの事項の詳細は、上述した複合材料用部材及び複合材料におけるものと共通するので、ここでは説明を省略する。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
1.フィルムの製造
実施例及び比較例においては、表1に記載の数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、結晶融解温度(Tm)、結晶融解熱量(ΔHm)、結晶化温度(Tc)を有するポリエーテルエーテルケトンを原料として用い、フィルムを製造した。
実施例及び比較例においては、表1に記載の数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)、結晶融解温度(Tm)、結晶融解熱量(ΔHm)、結晶化温度(Tc)を有するポリエーテルエーテルケトンを原料として用い、フィルムを製造した。
(実施例1、2及び比較例1、2)
表1に記載のポリエーテルエーテルケトンの原料ペレットをΦ40mm単軸押出機に投入して混練しながら溶融させ、口金(Tダイ)から押出し、キャストロール(算術平均粗さ(Ra)が0.03μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.34μm)に密着・冷却させ、厚み100μmの結晶化フィルムを得た。押出機、導管、口金(Tダイ)の温度は380℃とし、キャストロールの温度は210℃、ダイリップのリップクリアランスの調整を適宜行って製膜した。なお、押出機出口の樹脂温度は400℃であった。得られた厚み100μmの結晶化フィルムについて、下記記載の方法で結晶融解温度、結晶融解熱量、結晶化温度、耐折回数、パンクチャー衝撃強度及び引張弾性率の評価を行った。また、厚みを50μmとすること以外は同じ条件で別途厚み50μmの結晶化フィルムを作製し、このフィルムについて、厚み精度、表面粗さ、相対結晶化度、比重、加熱収縮率及び加熱収縮応力の評価を行った。
評価結果を表1に示す。
表1に記載のポリエーテルエーテルケトンの原料ペレットをΦ40mm単軸押出機に投入して混練しながら溶融させ、口金(Tダイ)から押出し、キャストロール(算術平均粗さ(Ra)が0.03μm、最大高さ粗さ(Rz)が0.34μm)に密着・冷却させ、厚み100μmの結晶化フィルムを得た。押出機、導管、口金(Tダイ)の温度は380℃とし、キャストロールの温度は210℃、ダイリップのリップクリアランスの調整を適宜行って製膜した。なお、押出機出口の樹脂温度は400℃であった。得られた厚み100μmの結晶化フィルムについて、下記記載の方法で結晶融解温度、結晶融解熱量、結晶化温度、耐折回数、パンクチャー衝撃強度及び引張弾性率の評価を行った。また、厚みを50μmとすること以外は同じ条件で別途厚み50μmの結晶化フィルムを作製し、このフィルムについて、厚み精度、表面粗さ、相対結晶化度、比重、加熱収縮率及び加熱収縮応力の評価を行った。
評価結果を表1に示す。
2.樹脂原料及びフィルムの評価
上記実施例及び比較例で使用した樹脂原料及び上述の方法で得られたフィルムは、以下のようにして各種項目についての評価測定を行った。なお、フィルムの「縦」とは、口金(Tダイ)からフィルムが押し出されてくる方向(MD)を指し、フィルム面内でこれに直交する方向を「横」(TD)とする。
上記実施例及び比較例で使用した樹脂原料及び上述の方法で得られたフィルムは、以下のようにして各種項目についての評価測定を行った。なお、フィルムの「縦」とは、口金(Tダイ)からフィルムが押し出されてくる方向(MD)を指し、フィルム面内でこれに直交する方向を「横」(TD)とする。
(1)分子量分布(Mw/Mn)、質量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)
原料樹脂ペレットについて、ゲル浸透クロマトグラフィー(HLC-8320GPC(東ソー社製))を用いて、下記条件で測定した。
・カラム:TSKgel guardcolumn SuperH-H(4.6mmI.D.×3.5cm)+TSKgel SuperHM-H(6.0mmI.D.×15cm)×2本(東ソー社製)
・溶離液:ペンタフルオロフェノール/クロロホルム=1/2(質量比)
・検出器:示差屈折率計、polarity=(+)
・流速:0.6mL/分
・カラム温度:40℃
・試料濃度:0.1質量%
・試料注入量:20μL
・検量線:標準ポリスチレン(東ソー社製)を用いた3次近似曲線
原料樹脂ペレットについて、ゲル浸透クロマトグラフィー(HLC-8320GPC(東ソー社製))を用いて、下記条件で測定した。
・カラム:TSKgel guardcolumn SuperH-H(4.6mmI.D.×3.5cm)+TSKgel SuperHM-H(6.0mmI.D.×15cm)×2本(東ソー社製)
・溶離液:ペンタフルオロフェノール/クロロホルム=1/2(質量比)
・検出器:示差屈折率計、polarity=(+)
・流速:0.6mL/分
・カラム温度:40℃
・試料濃度:0.1質量%
・試料注入量:20μL
・検量線:標準ポリスチレン(東ソー社製)を用いた3次近似曲線
(2)結晶融解温度(Tm)
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7121:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークのピークトップ温度から求めた。
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7121:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークのピークトップ温度から求めた。
(3)結晶融解熱量(ΔHm)
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7122:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークの面積から結晶融解熱量を求めた。
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7122:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲25~400℃、加熱速度10℃/分で昇温させ、検出されたDSC曲線の融解ピークの面積から結晶融解熱量を求めた。
(4)結晶化温度(Tc)
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7121:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲400~25℃、速度10℃/分で降温させ、検出されたDSC曲線の結晶化ピークのピークトップ温度から求めた。
原料樹脂ペレット及び上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7121:2012に準じて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、温度範囲400~25℃、速度10℃/分で降温させ、検出されたDSC曲線の結晶化ピークのピークトップ温度から求めた。
(5)耐折回数
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS P8115:2001に準拠して、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、測定荷重9.8Nの条件で、東洋精機製作所社製MIT耐折疲労試験機を用いて、耐折回数を測定した。なお、測定は10000回まで行い終了した。
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS P8115:2001に準拠して、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、測定荷重9.8Nの条件で、東洋精機製作所社製MIT耐折疲労試験機を用いて、耐折回数を測定した。なお、測定は10000回まで行い終了した。
(6)パンクチャー衝撃強度
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7124-2:1999を参考に、島津製作所社製高速パンクチャー衝撃試験機「ハイドロショット HITS-P10」を用いて、23℃及び-20℃の温度環境下で、測定サンプル固定枠の内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定した。
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7124-2:1999を参考に、島津製作所社製高速パンクチャー衝撃試験機「ハイドロショット HITS-P10」を用いて、23℃及び-20℃の温度環境下で、測定サンプル固定枠の内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定した。
(7)引張弾性率
上述の方法で得られたフィルムから長さ400mm、幅5mmの短冊状試験片を作製し、インテスコ社製「引張圧縮試験機205型」を用い、チャック間距離300mm、引張速度5mm/分の条件で、23℃における引張弾性率を測定し、剛性の指標とした。フィルムの縦方向、横方向でそれぞれ測定を行い、得られた測定値の平均値を採用した。
上述の方法で得られたフィルムから長さ400mm、幅5mmの短冊状試験片を作製し、インテスコ社製「引張圧縮試験機205型」を用い、チャック間距離300mm、引張速度5mm/分の条件で、23℃における引張弾性率を測定し、剛性の指標とした。フィルムの縦方向、横方向でそれぞれ測定を行い、得られた測定値の平均値を採用した。
(8)厚み精度
1μm単位の分解能をもつマイクロメーターを用い、上述の方法で得られたフィルムの幅方向の中央部について、フィルム縦方向(樹脂の流れ方向:MD)に10mm間隔で30点、厚みを測定した。得られた測定結果の平均値と標準偏差から、下記の式1を用いて厚み精度を算出した。
[式1]
厚み精度(%)=標準偏差(μm)/平均値(μm)×100
1μm単位の分解能をもつマイクロメーターを用い、上述の方法で得られたフィルムの幅方向の中央部について、フィルム縦方向(樹脂の流れ方向:MD)に10mm間隔で30点、厚みを測定した。得られた測定結果の平均値と標準偏差から、下記の式1を用いて厚み精度を算出した。
[式1]
厚み精度(%)=標準偏差(μm)/平均値(μm)×100
(9)表面粗さ
(9-1)算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)
フィルム製膜の際にキャストロールに接した側の面について、BRUKER社製白色干渉顕微鏡「ContourGT-X」を用いて、接眼レンズ倍率1.0倍、対物レンズ倍率20倍、計測エリア縦235μm×横313μmの条件で測定を行い、ガウシアン関数でスムージング処理を実施した後に算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)を計算した。
(9-1)算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)
フィルム製膜の際にキャストロールに接した側の面について、BRUKER社製白色干渉顕微鏡「ContourGT-X」を用いて、接眼レンズ倍率1.0倍、対物レンズ倍率20倍、計測エリア縦235μm×横313μmの条件で測定を行い、ガウシアン関数でスムージング処理を実施した後に算術平均高さ(Sa)、最大高さ(Sz)を計算した。
(9-2)算術平均粗さ(Ra)、最大高さ粗さ(Rz)
フィルム製膜の際にキャストロールに接した側の面について、小坂研究所社製接触式表面粗さ計「Surf Coder ET4000A」を用いて、触針先端半径0.5mm、測定長さ8.0mm、基準長さ8.0mm、カットオフ値0.8mm、測定速度0.2mm/秒の条件でフィルム縦方向(樹脂の流れ方向)に測定を行い、算術平均粗さ(Ra)及び最大高さ粗さ(Rz)を計算した。
フィルム製膜の際にキャストロールに接した側の面について、小坂研究所社製接触式表面粗さ計「Surf Coder ET4000A」を用いて、触針先端半径0.5mm、測定長さ8.0mm、基準長さ8.0mm、カットオフ値0.8mm、測定速度0.2mm/秒の条件でフィルム縦方向(樹脂の流れ方向)に測定を行い、算術平均粗さ(Ra)及び最大高さ粗さ(Rz)を計算した。
(10)相対結晶化度
上述の方法で得られたフィルムについて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、フィルムを10℃/分の昇温速度で加熱し、このときに得られる結晶融解ピークの熱量(J/g)、再結晶化ピークの熱量(J/g)から下記の式2を用いて、相対結晶化度を算出した。
[式2]
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:フィルムの10℃/分の昇温条件下での再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:フィルムの10℃/分の昇温条件下での結晶融解ピークの熱量(J/g)
上述の方法で得られたフィルムについて、パーキンエルマー社製示差走査熱量計「Pyris1 DSC」を用いて、フィルムを10℃/分の昇温速度で加熱し、このときに得られる結晶融解ピークの熱量(J/g)、再結晶化ピークの熱量(J/g)から下記の式2を用いて、相対結晶化度を算出した。
[式2]
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:フィルムの10℃/分の昇温条件下での再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:フィルムの10℃/分の昇温条件下での結晶融解ピークの熱量(J/g)
(11)比重
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7112:1999(D法)に準拠して、温度23℃の条件により比重を測定した。
上述の方法で得られたフィルムについて、JIS K7112:1999(D法)に準拠して、温度23℃の条件により比重を測定した。
(12)加熱収縮率
上述の方法で得られたフィルムから切り出した大きさ120mm×120mmの試験片に、フィルムの横方向に100mm間隔の標線を付け、この試験片を200℃の環境下に10分間静置し、加熱前後の標線間距離から、下記の式3により求めた。
[式3]
加熱収縮率(%)=[(加熱前の標線間距離-加熱後の標線間距離)/加熱前の標線間距離]×100
上述の方法で得られたフィルムから切り出した大きさ120mm×120mmの試験片に、フィルムの横方向に100mm間隔の標線を付け、この試験片を200℃の環境下に10分間静置し、加熱前後の標線間距離から、下記の式3により求めた。
[式3]
加熱収縮率(%)=[(加熱前の標線間距離-加熱後の標線間距離)/加熱前の標線間距離]×100
(13)加熱収縮応力
上述の方法で得られたフィルムから長さ10mm、幅3mmの短冊状の試験片を切り出し、日立ハイテクサイエンス社製熱機械分析装置「TMA7100」を用いて、試験片の一端を荷重検出器のチャックに、他端を固定チャックにセットし、荷重をかけない状態で室温(23℃)から340℃まで昇温速度5℃/分で加熱し、145℃における応力値を測定した。フィルムの縦方向と横方向についてそれぞれ測定を行い、応力値が大きい方向の値を加熱収縮応力(mN)とした。
なお、本測定方法において、加熱収縮応力がマイナスの値は、加熱収縮がないことを意味する。
上述の方法で得られたフィルムから長さ10mm、幅3mmの短冊状の試験片を切り出し、日立ハイテクサイエンス社製熱機械分析装置「TMA7100」を用いて、試験片の一端を荷重検出器のチャックに、他端を固定チャックにセットし、荷重をかけない状態で室温(23℃)から340℃まで昇温速度5℃/分で加熱し、145℃における応力値を測定した。フィルムの縦方向と横方向についてそれぞれ測定を行い、応力値が大きい方向の値を加熱収縮応力(mN)とした。
なお、本測定方法において、加熱収縮応力がマイナスの値は、加熱収縮がないことを意味する。
実施例1、2は、用いた樹脂成分の分子量分布が4以上であるため、冷却時の結晶化温度が高い、すなわち結晶化速度が速いため、キャストロールからフィルムが離れる際に充分に結晶化しており、生産性に優れていることが分かる。さらに、強化繊維と複合する際等においても、冷却時の結晶化速度が速い、すなわち成形サイクルが短いといった効果も得られる。加えて、得られたフィルムは引張弾性率も優れている、特に実施例1が特に高いことが分かる。
また、質量平均分子量が88000以上であるため、得られたフィルムが完全に結晶化した場合でも結晶化度が低めに抑えられており、耐久性(耐折回数)及び耐衝撃性(パンクチャー衝撃強度)が高いことが分かった。
また、質量平均分子量が88000以上であるため、得られたフィルムが完全に結晶化した場合でも結晶化度が低めに抑えられており、耐久性(耐折回数)及び耐衝撃性(パンクチャー衝撃強度)が高いことが分かった。
一方、比較例1は、用いた樹脂成分の分子量分布が4未満であるため、冷却時の結晶化温度が低い、すなわち結晶化速度が遅いため、生産性に劣ることが分かる。
特に、実施例1と比較例1とを比較すると、比較例1の方が質量平均分子量が小さく結晶構造を取りやすいはずであるが、実施例1の方が結晶化温度が高く、引張弾性率も高いことから、分子量分布の影響が強く反映されていることが分かる。
特に、実施例1と比較例1とを比較すると、比較例1の方が質量平均分子量が小さく結晶構造を取りやすいはずであるが、実施例1の方が結晶化温度が高く、引張弾性率も高いことから、分子量分布の影響が強く反映されていることが分かる。
比較例2は、用いた樹脂成分の分子量分布が4未満であり、質量平均分子量が88000より小さいため、引張弾性率、耐折回数が低下し、特にパンクチャー衝撃強度は大きく低下し、剛性(引張弾性率)、耐久性(耐折回数)、耐衝撃性(パンクチャー衝撃強度)に劣るものであることが分かった。
なお、実施例、比較例のフィルムは、DSC昇温過程において結晶化に伴う発熱ピークが確認されず、完全に結晶化していること(相対結晶化度100%)を確認した。
なお、実施例、比較例のフィルムは、DSC昇温過程において結晶化に伴う発熱ピークが確認されず、完全に結晶化していること(相対結晶化度100%)を確認した。
上記実施例においては、本発明における具体的な形態について示したが、上記実施例は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるものではない。当業者に明らかな様々な変形は、本発明の範囲内であることが企図されている。
1 ダイス
2 口金
3 圧着ロール
4 キャストロール
5 フィルム
2 口金
3 圧着ロール
4 キャストロール
5 フィルム
Claims (28)
- ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であり、該複合材料が樹脂と数平均繊維長が5mm以上の強化繊維とを含む複合材料であることを特徴とする、複合材料用部材。
- 前記ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである、請求項1に記載の複合材料用部材。
- 前記樹脂成分中のポリアリールエーテルケトンの含有割合が90質量%超である、請求項1又は2に記載の複合材料用部材。
- 前記樹脂成分の質量平均分子量が150000以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 前記ポリアリールエーテルケトンの質量平均分子量が150000以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 結晶融解熱量が30J/g以上45J/g以下である、請求項1~6のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 結晶化温度が288℃以上320℃以下である、請求項1~7のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 引張速度5mm/分の条件で測定される引張弾性率が3400MPa以上5000MPa以下である、請求項1~8のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定される耐折回数が5000回以上である、請求項1~9のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 厚み100μm、23℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度が0.2J以上である、請求項1~10のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 厚み100μm、-20℃、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定されるパンクチャー衝撃強度が0.2J以上である、請求項1~11のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 厚み精度が7%以下である、請求項1~12のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 少なくとも一面における表面の算術平均高さが0.001~1μmである、請求項1~13のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 少なくとも一面における表面の最大高さが0.1~10μmである、請求項1~14のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 少なくとも一面における表面の算術平均粗さが0.005~1μmである、請求項1~15のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 少なくとも一面における表面の最大高さ粗さが0.05~5μmである、請求項1~16のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 相対結晶化度が50%以上である、請求項1~17のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- フィルムである、請求項1~18のいずれか1項に記載の複合材料用部材。
- 請求項1~19のいずれか1項に記載の複合材料用部材を強化繊維と複合させてなる、複合材料。
- プリプレグである、請求項20に記載の複合材料。
- 請求項20又は21に記載の複合材料を用いた、航空機、自動車、船舶又は鉄道車両である移動体。
- ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用部材であって、該樹脂成分の分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上であり、該複合材料用部材が板状部材であることを特徴とする、複合材料用部材。
- 前記ポリアリールエーテルケトンがポリエーテルエーテルケトンである、請求項23に記載の複合材料用部材。
- 前記板状部材がフィルムである、請求項23又は24に記載の複合材料用部材。
- ポリアリールエーテルケトンを主成分として含む樹脂成分を含有する複合材料用フィルムの製造方法であって、該樹脂成分として分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上の樹脂成分を準備して押出機で溶融混練し、口金から溶融樹脂を押出し、該溶融樹脂をキャストロールで冷却させることによりフィルム形状とし、冷却後のフィルムの結晶化温度を288℃以上320℃以下とし、引張速度5mm/分の条件で測定される引張弾性率を3400MPa以上5000MPa以下とすることを特徴とする、複合材料用フィルムの製造方法。
- 前記ポリアリールエーテルケトンの分子量分布が4以上8以下、質量平均分子量が88000以上である、請求項26に記載の複合材料用フィルムの製造方法。
- 前記冷却後のフィルムの、厚み100μm、折り曲げ角度135度、折り曲げ速度175cpm、荷重9.8Nの条件で測定される耐折回数を5000回以上とし、厚み100μm、固定枠内径50mm、打ち抜きストライカー径12.7mm、試験速度3m/秒の条件で測定される、23℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.2J以上とするとともに、-20℃におけるパンクチャー衝撃強度を0.2J以上とすることを特徴とする、請求項26又は27に記載の複合材料用フィルムの製造方法。
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